JP4671770B2 - 磁場計測装置 - Google Patents

Description

本発明の属する技術分野は磁気センサーや電磁界センサーを用いて微弱な磁気及び電磁波信号を計測する磁場計測装置に関する。

通常、磁気遮蔽は、計測領域よりも十分大きな領域を高透磁率材料で完全に覆うことで実現する。しかし、この場合、人体から発生する磁場を計測する装置では、人体よりも大きな空間を高透磁率で覆う必要があるため、２ｍ×２ｍ×２ｍ(奥行き、横、高さ)と大きな空間が必要があった（たとえば、非特許文献１）。非特許文献１に示されるような磁気遮蔽装置では高い磁気遮蔽効果が得られるが、広い設置空間が必要であり、たとえば、病院内に設置する場合は大型病院などに限られてしまう問題点があった。また、完全に閉空間を構成するので、被験者にとっては心因的不安感を増大させるなどの弊害もあった。そこで別の方法としては、径の異なる複数の高透磁率材料で構成された円筒を順次同芯状に配置し、各円筒の間に空隙を形成した磁気遮蔽装置が報告されている（特許文献１）。両端開放の高透磁率材料からなる円筒を同軸状に組合せることにより、占有空間が大きい問題点を解決できる。なお、特許文献１には、従来の技術として、Ｎｉ−Ｆｅ系の高透磁率の合金材料であるパーマロイの板を多数枚用いてプレハブ部屋のようなシールドルームを製作する記載がある。この従来技術には、磁気シールドの製作に長時間を要し、部品点数が多く、磁気シールドが非常に高価になるという問題があり、生体磁気計測機器の価格で磁気シールドの占める割合は大きく、磁気シールドの低価格化が望まれているとの記載がある。また、非特許文献１の磁気遮蔽装置内でより高い磁気遮蔽効果を得るために、磁気遮蔽装置内部の一部空間を高透磁率磁性体で覆い、その一部空間の磁気遮蔽効果を高める技術が報告されている（特許文献２）。さらには非特許文献１、特許文献１、２では遮蔽技術として高透磁率材料を用いていたが、それとは逆に磁気をまったく透過させない超伝導体の円筒を用いた磁気遮蔽装置（特許文献３）も報告されている。特許文献３では両端開放の超伝導体円筒を用い、その両開放端に板状超伝導体でふさぐ構造となっている。磁場遮蔽材料として超伝導体を用いた場合、超伝導状態にする必要があるため、冷却機構が必要であり、装置の複雑化、増大化が避けられず、また、開口部をふさぐ構造となっているため、内部への出入りが煩雑になる。狭い閉空間になってしまうなどの問題点がある。

特開平９−２１４１６６号公報

特開平１１−１２８１９３号公報 特開平６−９７６９６号公報 IEEE Tran. MAG. Vol. MAG-18, No.1, pp260-270, Jan. 1982

（１）特許文献１では、円筒両端部が開口構成なため、円筒軸方向の磁気成分の遮蔽効果は円筒軸垂直方向の磁気遮蔽効果よりも低いという問題があり、特に、円筒の長さが円筒開口部直径の2倍よりも短くなると、円筒軸垂直成分の磁気が円筒開口部より進入する量が大きくなり、磁気遮蔽効果が低くなる問題があった。
（２）また、特許文献２では計測部近傍に高透磁率材料を配置することにより、外部の磁気信号を遮蔽するが、本来の目的である計測信号そのものを歪めてしまう問題点があった。特に、高透磁率材料付近のセンサーからの信号は高透磁率磁性体へ曲げられるため、多数のセンサーを用いた磁場分布測定を行う場合や、分布から信号源推定を行う場合、2次元分布パターンの変化や、位置推定の誤差を生じる問題があった。

本発明では、磁気測定を行う両端が開放の筒型に形成された第１の磁気遮蔽装置内において、両端もしくは、計測対象物に近いほうの1方向が開放の筒型に形成され、筒軸方向が前記磁場検出方向と略平行で、前記第１の磁気遮蔽装置内に配置され、筒内部に磁気センサーが配置される第２の磁気遮蔽装置を配置することにより、第１の磁気遮蔽装置が遮蔽できなかった磁場成分を磁気センサー周辺で遮蔽する。
（１）特に第１の磁気遮蔽装置が両端開放している円筒形の場合、センサーは主磁気遮蔽装置の円筒軸に対して略垂直方向磁場を計測する方向に配置される。そのとき、主磁気遮蔽円筒の長さが円筒径の２倍以下のような形状の場合、円筒開口端から侵入する円筒軸に垂直な成分は十分に遮蔽することができない。そこで、第１の磁気遮蔽筒の筒軸に対して第２の磁気遮蔽筒の筒軸が垂直方向となる配置で、センサーを覆うことにより侵入する磁場を磁気遮蔽する。第２の磁気遮蔽筒は径の異なる複数の筒を同軸上に組み合わせて使用することも可能である。
（２）また、計測対象から発生する磁気成分は第２の磁気遮蔽筒が近接しているため、第２の磁気遮蔽筒軸に近づくにつれて、第２の磁気遮蔽筒を構成している高透磁率磁性体方向へ曲げられる。特に、計測センサーが配置される計測面が第２の磁気遮蔽筒の開口部端部より筒内側に配置される場合、第２の磁気遮蔽筒壁に近い周辺部センサーの計測磁場は、第２の磁気遮蔽筒がない場合に比べて大きくゆがめられる。そのため、計測された磁場からの等高線図を生成や、その分布図から信号源位置を推定した場合、第２の磁気筒遮蔽がない場合のパターン分布と異なるパターンが得られ、実際の電流源位置とずれた場所に推定されてしまう問題が生じる。そこで、前記第２の磁気遮蔽筒により歪められた前記磁気センサーにより得られた信号を補正する演算手段を設けて、例えば、その歪められた磁場分布を各センサーの第２の磁気遮蔽筒中心からの距離を第２の磁気遮蔽筒半径で正規化した値と計測対象側の第２の磁気遮蔽筒開口端面とセンサー配置面との距離、第２の磁場筒の磁性体の厚みや形状、透磁率などで決められる係数などを用い、実際に検出した垂直成分である信号量から第２の磁気遮蔽筒が無い場合の垂直成分磁場信号量を数値補正する。数値補正に使用する係数はシミュレーションにより算出、または、実際の装置構成から実験値により決定する。

本発明により従来より小型で遮蔽効率の高い磁気遮蔽装置を構成することが可能となる。特に（１）第１の磁気遮蔽装置の円筒の長さが開口部直径の2倍以下でも、従来より高い遮蔽効率が得られ、円筒の長さを短くすることができるため、より小型の磁気遮蔽装置を実現することが可能となる。（２）また、磁場センサー周辺の磁気遮蔽装置による信号の歪みの影響を低減できる。

図１に第１の磁気遮蔽装置１が円筒形状であり、生体磁気、主に、心臓から発せする磁場を計測する場合の実施例の斜視図を示す。第１の磁気遮蔽装置１は単数または複数の径の異なる両端開放の円筒から構成される。実施例１では第１の円筒１＿１と第２の円筒１＿２から構成される。第１の磁気遮蔽装置１を構成する各円筒の配置は各円筒の中心軸が同軸で重なるように配置する。図1では第１の磁気遮蔽装置１を構成する円筒数は２つの場合の例を図示しているが、構成としては各円筒の厚み、長さ、円筒径によって磁気遮蔽率が決まるので、必要とする遮蔽率により円筒数は異なる。一般的な構成としては、第１の磁気遮蔽装置１を構成する円筒数は１から３の場合が適当である。第１の磁気遮蔽装置１を構成する円筒は高透磁率材料であるニッケルと鉄を主成分とするパーマロイ、ミューメタルより構成され、比透磁率は４００００から２０００００程度となる。第１の磁気遮蔽装置１を構成する各円筒の厚みは０．５ｍｍから３ｍｍで、円筒径は０．５ｍから２ｍ、円筒の長さは１ｍから２ｍ程度となる。図２に実施例１の構成の断面図を示す。第２の磁気遮蔽装置３は第１の磁気遮蔽装置１の中央に配置され、第２の磁気遮蔽装置３の軸方向は第１の磁気遮蔽装置１の軸方向に対して略垂直に配置されている。略垂直方向に配置する理由は、垂直に配置した場合が第２の磁気遮蔽装置３による磁気遮蔽効果が最も高くなるからである。第２の磁気遮蔽装置３の筒両端は開放構成となっている。計測対象の磁場を計測するセンサー５は第２の磁気遮蔽装置３の筒内部に配置されセンサー５の磁場計測方向は第２の遮蔽装置３の軸と略平行に配置する。略平行に配置する理由は、センサー５の計測方向と第２の遮蔽装置３の軸とが平行の場合が最も磁気遮蔽効果が高く、また、計測される磁気信号の補正が容易に行うことができるからである。センサー５は複数配置されており、センサー配置面は第２の遮蔽措置３の計測対象側の開放短部面より１０ｍｍから５０ｍｍ内部に配置される。この距離は、センサーがデュワー４内に配置されており、また、より内部に配置されることにより遮蔽効果が高くなるが、あまり名部に配置されるとセンサーと信号源との距離が離れるため、計測信号が弱くなってしまうことを考慮して決定している。

本実施例では高感度な磁場センサーとしてSQUID（超伝導量子干渉素子）を用いる。ただし、本技術は他の磁気センサー、たとえばフラックスゲートなどにも応用可能な技術である。SQUIDは超伝導状態にして動作させるため、低温に冷却する必要がある。そのためSQUIDはデュワー４内に配置され、液体窒素、液体ヘリウムなどの冷媒により冷却されている。

図３に実際に作成した円筒型磁気遮蔽装置内に第２の遮蔽装置３を設置した場合と設置しなかった場合の環境磁気雑音の測定結果を示す。図中、縦軸は環境磁場値、横軸は周波数成分を示している。作成した円筒型磁気遮蔽装置は長楕円形の２重の磁気遮蔽装置で、長さが１．６ｍ、開口部は長軸方向が１．４ｍ、短軸方向が１．０ｍ、各円筒壁間隔は０．１ｍで、各遮蔽円筒の磁性体の厚みは２ｍｍ、磁性体の比透磁率は約６００００と見積もられている。この円筒型磁気遮蔽装置の磁気遮蔽率は約３２ｄＢである。この円筒型磁気遮蔽装置の中央に、直径０．４ｍ、長さ０．６ｍ、比透磁率約４００００、磁性体厚み２ｍｍの第２の遮蔽装置を設置した。図３では、◆シンボルで示されたのが第２の磁気遮蔽装置がない場合の環境磁気雑音スペクトル２２、■シンボルで示されたの第２の磁気遮蔽装置を設置した場合の環境磁気雑音スペクトル２３である。環境磁気雑音スペクトル２２と環境磁気雑音スペクトル２３を比較すると、１０Ｈｚ以下の周波数帯域で、環境磁気雑音スペクトル２３の方が２から５倍程度低い磁場値を示しており、第２の遮蔽装置３を設置したほうが環境磁気雑音の磁気遮蔽効果が高いことを示している。

図４に第２の磁気遮蔽装置３を有したことにより、同じ磁気遮蔽効果を保ちながら第１の磁気遮蔽装置１の長さを短くできることを示す。図４において、縦軸が第１の磁気遮蔽装置１の中心軸上の磁場の絶対値を示し、位置ｘは第２の磁気遮蔽装置３の中心軸を０としたときの第１の磁気遮蔽装置１の中心軸上の位置を示す。図４は数値シミュレーションにより得られた結果である。シミュレーション条件は、磁性体の比透磁率を４００００、磁性体の厚みを５ｍｍ、第１の磁気遮蔽装置１の長さを２ｍと１，６ｍ、第１の磁気遮蔽装置１の直径を１ｍ、第２の磁気遮蔽装置３の長さを０．５ｍ、第２の磁気遮蔽装置３の直径を０．２５ｍとし、第１の磁気遮蔽装置１外部の磁場を３００ｎＴ加えたときの結果である。外部磁場印加方向は第１の磁気遮蔽装置の中心軸と平行である。図中、◇シンボルで示すのが第１の磁場遮蔽装置１の長さが２ｍ、第２の磁気遮蔽装置３がない場合の磁場値線２４、＊シンボルで示すのが第１の磁気遮蔽装置１の長さが１．６ｍ、第２の磁気遮蔽装置３がない場合の磁場値線２５、○シンボルで示すのが第１の磁気遮蔽装置１の長さが１．６ｍ、第２の磁気遮蔽装置３がある場合の磁場値線２６である。○シンボルは◇シンボルとほぼ同等で、さらに磁場の平坦度が優れている。図４の結果は、第２の磁気遮蔽装置３を設置することにより第１の磁気遮蔽装置の長さを２ｍから１．６ｍに短くしてもほぼ同等な磁気遮蔽効果が得られ、さらに第２の磁気遮蔽装置３内部での磁場平坦度が高い磁場遮蔽効果が得られることを示している。

信号の計測は図５に示すように、センサー駆動回路３４によりセンサー５を駆動し、センサー５からの信号を演算装置３５に収録し、表示する。センサー駆動回路３４は演算装置により制御される。

計測される磁場は第２の磁気遮蔽装置３を配置したことにより、第１の磁気遮蔽装置１の外側にある磁気雑音をより遮蔽することが可能となるが、計測対象の磁場、特に第２の遮蔽装置３に近い磁場は、第２の磁気遮蔽装置３が高透磁率材料で構成されているためにゆがめられる。そのゆがんだ磁場を模式的に表示したものを図６に示す。図６中（A）が第２の磁場遮蔽装置３がない従来構成を示しており、（B）が第２の磁場遮蔽装置３がある場合の構成となっている。紙面表から裏へ流れる信号源電流１０＿１と紙面裏から表へ流れる信号源電流１０＿２が流れることにより発生する磁場において、第２の磁場遮蔽装置がない場合は磁力線１１、第２の磁場遮蔽装置がある場合は磁力線１２として示しており、第２の磁場遮蔽装置がない場合のセンサー位置での磁場成分１３と、第２の磁場遮蔽装置がある場合のセンサー位置での磁場成分１４と、第２の磁場遮蔽装置がない場合のセンサーにより計測される垂直磁気成分１５と第２の磁場遮蔽装置がある場合のセンサーにより計測される垂直磁気成分１６を矢印で示している。第２の磁場遮蔽装置３がある場合、磁力線１２は高透磁率材料から構成される第２の磁場遮蔽装置３へ引き寄せられるため、第２の磁場遮蔽装置３がない場合に比べ水平方向に曲がっている。そのため垂直方向の磁場成分１６は小さくなる。磁場成分の大きさの違いを表示するため、第２の磁場遮蔽装置３がない場合の垂直磁気成分１５の大きさを示す補助線２７と第２の磁場遮蔽装置３がある場合の垂直磁気成分１６の大きさを示す補助線２８を示す。

第２の磁場遮蔽装置３による垂直磁気成分の大きさの違いが信号源推定や、分布表示の誤差となるため、数値的に補正を行う。補正処理は演算装置３５で行う。その数値補正方法は第２の磁場遮蔽装置３の半径ｄｒを正規化し、半径ｄｒを１とする。第２の磁場遮蔽装置３の中心軸１８からセンサー５までの距離をｄｓとする。センサー５で計測した磁場の値をＢｚ’とする。

このときの補正磁場Ｂｚを補正式（数１）とし計算する。図７にセンサー５の位置、第２の磁場遮蔽装置３の半径ｄｒ、第２の磁場遮蔽装置３の中心軸１８からセンサー５までの距離をｄｓを示す。

Bz = Bz'×(α+ｅ^{(−(1−ds)×β)}) ・・・ （数１）

（数１）においてｅは自然対数の底とする。α、βは第２の磁場遮蔽装置３の大きさ、磁性体の比透磁率、磁性体の厚さ、第２の磁気遮蔽装置３の計測対象側の開口端から、センサー計測面までの距離ｄｈなどによって決まる値で、その決定には数値シミュレーションや実際に作製した第２の磁場遮蔽装置３の外部磁場に対する内部磁場分布を計測することにより決定する。シミュレーション及び実測方法は第２の磁気遮蔽装置の中心軸中央に、直径１０から５０ｍｍ程度の磁場発生コイル３２を第２の磁気遮蔽装置３の計測面端部から１０から１００ｍｍ程度離した距離に配置して、第２の磁気遮蔽装置３内部の磁場分布を計算もしくは計測する。前記計算もしくは計測した結果と、第２の磁気遮蔽装置３がない場合の磁場分布の計算もしくは計測した値を用い（数１）におけるα、βを決定する。

図８に第２の磁場遮蔽装置３がある場合とない場合の磁気シミュレーション値とその第２の磁場遮蔽装置３がある場合の磁場値から（数１）を用いて補正した値を示す。図８では縦軸が磁場値、横軸が正規化した第２の磁場遮蔽装置の中心軸から第２の磁場遮蔽装置の筒壁までの距離を示し、０から１までの値をとる。縦軸の磁場値は極性があるが、図８では磁場値の大きさを比較しやすくするため絶対値を表示している。図８中、◇シンボルで示す線が第２の磁場遮蔽装置３がない場合の磁場シミュレーション値２９、＊シンボルで示す線が第２の磁場遮蔽装置３がある場合のシミュレーション磁場値３０、○シンボルで示す線が（数１）により補正したシミュレーション磁場値３１である。図９に図８の数値シミュレーションを行った、第２の磁場遮蔽装置３、センサー５、磁場発生コイル３２の配置を示した断面図を示す。シミュレーションの条件は第２の磁場遮蔽装置３の比透磁率を４００００、第２の磁場遮蔽装置３の円筒半径を２００ｍｍ、第２の磁場遮蔽装置３の円筒の厚みを１ｍｍ、第２の磁場遮蔽装置３の円筒の長さを４００ｍｍ、第２の磁気遮蔽装置３の計測面側端部を示す補助線８からセンサー５の計測面を示す補助線９までの距離を１５ｍｍ、磁場発生コイル３２の直径を１０ｍｍ、磁場発生コイル３２の巻き数を１回、磁場発生コイル３２のコイル面３３と第２の磁気遮蔽装置３の計測面側端部を示す補助線８との距離を５５ｍｍ、磁場発生コイル３２のコイル軸は第２の磁場遮蔽装置３の円筒軸と同じく配置し、磁場発生コイル３２に流す電流値を１ｎＡとした。上記条件での（数１）の係数α、βはそれぞれ、α＝１．０５、β＝１１。その結果、図８に示すように第２の磁場遮蔽装置３がある場合、第２の遮蔽装置の中心軸を示す補助線１８から第２の磁気遮蔽装置の筒壁を示す補助線２０までの距離ｄｒを１として正規化した時の第２の遮蔽装置の中心軸を示す補助線１８からセンサー５の計測点を示す補助線２０までの距離ｄｓが０．３以下までは第２の磁場遮蔽装置３がない場合の磁場シミュレーション値２９と第２の磁場遮蔽装置３がある場合のシミュレーション磁場値３０との差が少ないが、ｄｓが０．３を超えると差が生じ始め、第２の磁気遮蔽装置の筒壁を示す補助線２０（つまり、ｄｓが１）に近づくにつれて差が大きくなる。一方、（数１）により補正したシミュレーション磁場値３はｄｓが０．９以下の範囲で第２の磁場遮蔽装置３がない場合の磁場シミュレーション値２９と一致している。従って、（数１）による補正式を使用する場合、センサー５はｄｓが０から０．９の範囲内に配置される。

図１０に第２の磁気遮蔽装置２１が四角柱状であり、生体磁気、主に、心臓から発生する磁場を計測する場合の実施例の斜視図を示す。第１の磁気遮蔽装置１は単数または複数の径の異なる両端開放の円筒から構成される。実施例２では第１の円筒１＿１と第２の円筒１＿２から構成される。第１の磁気遮蔽装置１を構成する各円筒の配置は各円筒の中心軸が同軸で重なるように配置する。図１０では第１の磁気遮蔽装置１を構成する円筒数は２つの場合の例を図示しているが、構成としては各円筒の厚み、長さ、円筒径によって磁気遮蔽率が決まるので、必要とする遮蔽率により円筒数は異なる。一般的な構成としては、第１の磁気遮蔽装置１を構成する円筒数は１から３の場合が適当である。第１の磁気遮蔽装置１を構成する円筒は高透磁率材料であるニッケルと鉄を主成分とするパーマロイ、ミューメタルより構成され、比透磁率は４００００から２０００００程度となる。第１の磁気遮蔽装置１を構成する各円筒の厚みは０．５ｍｍから３ｍｍで、円筒径は０．５ｍから２ｍ、円筒の長さは１ｍから２ｍ程度となる。

第２の磁気遮蔽装置２１の筒形状は、４面からなり、筒軸に垂直となる断面は４角形となる形状場合の構成図を示す。図１０では第２の磁場遮蔽装置の断面が４角形の場合を示しているが、第２の磁場遮蔽装置２１の断面形状は４角形だけに限らず、多角形で形成される筒により実現可能である。磁気遮蔽効果は実施例１と同様であり、第２の磁気遮蔽装置２１内部の磁場分布のゆがみ補正方法も実施例１と同様に行うことが可能である。第２の磁気遮蔽装置２１の形状は、磁気センサー５を遮蔽するような形状であれば磁気遮蔽効果が得られるが、ゆがみ補正の演算のしやすさを考慮すると、磁気センサー５と平行な筒状であり、筒の断面が円または正多角形であることが望ましい。

図１１に補正領域を複数に分けて、それぞれの領域において補正式を距離の多項式に近似して補正を行う場合方法を示す。図では3つに分けている。演算装置３５で行う数値補正において、第２の磁場遮蔽装置３の半径ｄｒを正規化し、半径ｄｒを１とする。ｄｒは３つの領域に分けられ、第２の磁場遮蔽装置３の中心軸から筒壁の順にｄｒ_１、ｄｒ_２、ｄｒ_３とする。各領域内の補正磁場は第２の磁場遮蔽装置３の中心軸から筒壁の順にＢｚ_１、Ｂｚ_２、Ｂｚ_３とする。第２の磁場遮蔽装置３の中心軸１８からセンサー５までの距離をｄｓとする。センサー５で計測した磁場の値をＢｚ’とする。

このときの補正磁場Ｂｚを領域ｄｒ_１では補正式（数２）、領域ｄｒ_２では補正式（数３）、領域ｄｒ_３では補正式（数４）とし計算する。図７にセンサー５の位置、第２の磁場遮蔽装置３の半径ｄｒ、第２の磁場遮蔽装置３の中心軸１８からセンサー５までの距離をｄｓを示す。

Ｂｚ_１=Ｂｚ’×（α_１×ｄｓ^２＋β_１×ｄｓ＋γ_１）
…（数２）

Ｂｚ_２=Ｂｚ’×（α_２×ｄｓ^２＋β_２×ｄｓ＋γ_２）
…（数３）

Ｂｚ_３=Ｂｚ’×（α_３×ｄｓ^２＋β_３×ｄｓ＋γ_３）
…（数４）
（数２）（数３）（数４）において、それぞれα_１、β_１、γ_１、α_２、β_２、γ_２、α_３、β_３、γ_３は第２の磁場遮蔽装置３の大きさ、磁性体の比透磁率、磁性体の厚さ、第２の磁気遮蔽装置３の計測対象側の開口端から、センサー計測面までの距離ｄｈなどによって決まる値で、その決定には数値シミュレーションや実際に作製した第２の磁場遮蔽装置３の外部磁場に対する内部磁場分布を計測することにより決定する。シミュレーション及び実測方法は第２の磁気遮蔽装置の中心軸中央に、直径１０から５０ｍｍ程度の磁場発生コイル３２を第２の磁気遮蔽装置３の計測面端部から１０から１００ｍｍ程度離した距離に配置して、第２の磁気遮蔽装置３内部の磁場分布を計算もしくは計測する。前記計算もしくは計測した結果と、第２の磁気遮蔽装置３がない場合の磁場分布の計算もしくは計測した値を用い（数２）（数３）（数４）におけるα_１、β_１、γ_１、α_２、β_２、γ_２、α_３、β_３、γ_３を決定する。実施例３ではｄｒの領域を３つに分けているが、いくつに分けても同様に補正することが可能である。一般的には２から４が適当である。さらに補正式はセンサー５で計測した磁場の値をＢｚ’にｄｓの２次関数を掛け合せて補正しているが、多次関数でも可能である。一般的には２から３次関数が適当である。補正領域を複数に領域分けすることの利点としては補正近似の精度が向上する。

演算装置３５で行う数値補正において、（数１）及び（数２）（数３）（数４）における係数α、β及び、α_１、β_１、γ_１、α_２、β_２、γ_２、α_３、β_３、γ_３を決定するための数値シミュレーションや実際に作製した第２の磁場遮蔽装置３の外部磁場に対する内部磁場分布を計測する方法として、第２の磁気遮蔽装置外部に、第２の磁気遮蔽装置３の直径及び長さより大きな直径を持つヘルムホルツコイルを用い、第２の磁気遮蔽装置３に軸に平行な一様磁場を加え、第２の磁気遮蔽装置内の磁場分布を計算もしくは計測を行う。

本発明の実施例１の磁場計測装置の構成を示す斜視図。 本発明の実施例１の磁場計測装置の構成を示す断面図。 実際に作成した円筒型磁気遮蔽装置の環境磁気雑音の測定結果。 磁場遮蔽装置内部の磁場値を数値シミュレーションした結果。 センサー駆動回路３４及び演算装置３５を含めた磁場計測装置の構成を示す斜視図。 第２の磁場遮蔽装置が計測磁場をゆがめること示した模式図。 第２の磁場遮蔽装置及びセンサーの配置を示した図。 第２の磁場遮蔽装置の磁場シミュレーション結果。 数値シミュレーションを行った配置を示した図。 本発明の実施例２の磁場計測装置の構成を示す斜視図。 本発明の実施例３の補正領域を複数に分けたときの磁場遮蔽装置及びセンサーの配置を示した図。

符号の説明

１・・・第１の磁気遮蔽装置、１＿１・・・第１の円筒、１＿２・・・第２の円筒、３・・・第２の磁気遮蔽装置、４・・・デュワー、５・・・センサー、６・・・ガントリー、７・・・ベッド、８・・・第２の磁気遮蔽装置３の計測面側端部を示す補助線、９・・・センサー５の計測面を示す補助線、１０＿１・・・紙面表から裏へ流れる信号源電流１０＿１、１０＿２・・・紙面裏から表へ流れる信号源電流、１１・・・第２の磁気遮蔽装置がない場合の磁力線図、１２・・・第２の磁気遮蔽装置がある場合の磁力線図、１３・・・第２の磁気遮蔽装置がない場合のセンサー計測点での計測磁場ベクトル、１４・・・第２の磁気遮蔽装置がある場合のセンサー計測点での磁場ベクトル、１５・・・第２の磁気遮蔽装置がない場合のセンサー計測点での計測磁場ベクトル、１６・・・第２の磁気遮蔽装置がある場合のセンサー計測点での計測磁場ベクトル、１７・・・センサー計測点、１８・・・第２の遮蔽装置の中心軸を示す補助線、１９・・・センサー５の計測点を示す補助線、２０・・・第２の磁気遮蔽装置の筒壁を示す補助線、２１・・・実施例２における第２の磁気遮蔽装置、２２・・・第２の磁気遮蔽装置がない場合の環境磁気雑音スペクトル、２３・・・第２の磁気遮蔽装置を設置した場合の環境磁気雑音スペクトル、２４・・・第１の磁場遮蔽装置１の長さが２ｍ、第２の磁気遮蔽装置３がない場合の磁場値線、２５・・・第１の磁気遮蔽装置１の長さが１．６ｍ、第２の磁気遮蔽装置３がない場合の磁場値線、２６・・・第１の磁気遮蔽装置１の長さが１．６ｍ、第２の磁気遮蔽装置３がある場合の磁場値線、２７・・・第２の磁場遮蔽装置３がない場合の垂直磁気成分１５の大きさを示す補助線、２８・・・第２の磁場遮蔽装置３がある場合の垂直磁気成分１６の大きさを示す補助線、２９・・・第２の磁場遮蔽装置３がない場合の磁場シミュレーション値、３０・・・第２の磁場遮蔽装置３がある場合のシミュレーション磁場値、３１・・・（数１）により補正したシミュレーション磁場値、３２・・・磁場発生コイル、３３・・・磁場発生コイル３２のコイル面、３４・・・センサー駆動回路、３５・・・演算装置。

Claims (10)

1. 両端が開放の筒型に形成された第１の磁気遮蔽装置と、
   磁場検出方向が前記第１の磁気遮蔽装置の筒軸方向と略直交するよう配置され、前記第１の磁気遮蔽装置内に配置された単数もしくは複数の磁気センサーと、
   両端もしくは、計測対象物に近いほうの1方向が開放の筒型に形成され、筒軸方向が前記磁場検出方向と略平行で、前記第１の磁気遮蔽装置内に配置され、筒内部に前記磁気センサーが配置される第２の磁気遮蔽装置と、
   前記第２の磁気遮蔽装置により歪められた前記磁気センサーにより得られた信号を補正する演算手段とを有することを特徴とする磁場計測装置。
2. 両端が開放の円筒型に形成され、前記円筒の長さが前記円筒直径の２倍よりも短い第１の磁気遮蔽装置と、
   磁場検出方向が前記第１の磁気遮蔽装置の筒軸方向と略直交するよう配置され、前記第１の磁気遮蔽装置内に配置された単数もしくは複数の磁気センサーと、
   両端もしくは、計測対象物に近いほうの1方向が開放の筒型に形成され、筒軸方向が前記磁場検出方向と略平行で、前記第１の磁気遮蔽装置内に配置され、筒内部に前記磁気センサーが配置される第２の磁気遮蔽装置と、
   前記第２の磁気遮蔽装置により歪められた前記磁気センサーにより得られた信号を補正する演算手段とを有することを特徴とする磁場計測装置。
3. 前記第２の磁気遮蔽装置は断面が円もしくは正多角形の筒型形状であることを特徴とする請求項１または２記載の磁場計測装置。
4. 前記演算手段は前記磁気センサーにより得られた信号に、前記磁気センサーの位置により決まる関数を掛け合わせることにより補正を行うことを特徴とする請求項１記載の磁場計測装置。
5. 前記演算手段は、前記第２の磁気遮蔽装置内の領域毎に異なる補正演算を施すことを特徴とする請求項１記載の磁場計測装置。
6. 前記磁気センサーは、前記磁気センサーの開口端の位置が前記第２の磁気遮蔽装置の開口端から前記第２の遮蔽装置の内側に向かって１０ｍｍ〜５０ｍｍの位置となるような位置に配置されることを特徴とする請求項１または２記載の磁場計測装置。
7. 前記第２の磁気遮蔽装置の中心軸の位置を０、筒壁の位置を１として正規化したとき、
   前記磁気センサーは、０から０．９の範囲内に配置されることを特徴とする請求項１または２記載の磁場計測装置。
8. 前記第１、第２の磁気遮蔽装置は、高透磁率材料からなることを特徴とする請求項１または２記載の磁場計測装置。
9. 前記高透磁率材料はパーマロイおよびミューメタルであることを特徴とする請求項８記載の磁場計測装置。
10. 前記第１の磁気遮蔽装置は円筒型であり、前記円筒の長さが前記円筒直径の２倍よりも短いことを特徴とする請求項１記載の磁場計測装置。

Images