JP4680572B2 - Magnetic field measuring method and magnetic field measuring system - Google Patents
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Description
本発明は、電子機器の内部または外部等に発生する磁界の強度を高分解能で測定する磁界測定方法及び磁界測定システムに関する。 The present invention relates to a magnetic field measurement method and a magnetic field measurement system for measuring the intensity of a magnetic field generated inside or outside an electronic device with high resolution.
電子機器等において、電磁輻射の発生原因となる電流の位置や、電磁的な相互干渉による誤動作等の原因となる部位を特定するためには、電子機器近傍の磁界分布を2次元的または3次元的に測定する必要がある。これまで本願出願人は、特許文献1、特許文献2に記載されるような磁界プローブ及び電磁波発生源探査装置を提案してきた。このうち、前者は磁界検出用コイル(ループアンテナ)の構造に関するものであり、後者は3次元的に磁界分布を測定し電磁波の発生源を探査する装置に関するものである。
In order to identify the location of the current that causes electromagnetic radiation in electronic devices and the parts that cause malfunctions due to electromagnetic mutual interference, the magnetic field distribution in the vicinity of the electronic device can be two-dimensional or three-dimensional. Measurement is required. Until now, the applicant of the present application has proposed a magnetic field probe and an electromagnetic wave source search device as described in
一般に、電子機器近傍の磁界を測定するには、ループアンテナを用いてこれを電子機器近傍に配置した時の誘起電圧から、その位置での磁界強度を求めることができる。磁界強度の空間分布を測定するには、ループアンテナの位置を電子機器近傍で走査することによってその空間分布を求めることができる。この時測定される磁界強度の空間分解能は、ループアンテナのサイズによって決定される。また磁界発生源である部位の特定確度は、ループアンテナと電子機器(発生源)との距離に依存する。 In general, in order to measure a magnetic field in the vicinity of an electronic device, the magnetic field strength at that position can be obtained from an induced voltage when the loop antenna is used and disposed near the electronic device. In order to measure the spatial distribution of the magnetic field strength, the spatial distribution can be obtained by scanning the position of the loop antenna in the vicinity of the electronic device. The spatial resolution of the magnetic field strength measured at this time is determined by the size of the loop antenna. Moreover, the specific accuracy of the part that is the magnetic field generation source depends on the distance between the loop antenna and the electronic device (generation source).
測定対象(電子機器)から発生する磁界強度を空間的に高分解能に測定し、その発生源である部位を高精度に特定するためには、測定に用いる磁界センサ(ループアンテナ)を微小化し、測定対象へ接近させねばならない。そのため、測定対象に合わせて要求される分解能に応じたサイズのループアンテナを作製する必要がある。例えば、LSIの配線パターンに流れる電流が発生する磁界を各配線毎に識別するためには、数μmサイズのループアンテナが必要となる。 In order to measure the magnetic field intensity generated from the measurement target (electronic device) with high spatial resolution and to specify the source site with high accuracy, the magnetic field sensor (loop antenna) used for measurement is miniaturized, Must be close to the measurement object. Therefore, it is necessary to manufacture a loop antenna having a size corresponding to the resolution required for the measurement target. For example, in order to identify the magnetic field generated by the current flowing in the LSI wiring pattern for each wiring, a loop antenna having a size of several μm is required.
一般にループアンテナは、PCB(Printed Circuit Board)上に半導体プロセスを用いて作製される。しかし、上記した数μmサイズの微小ループアンテナを作製することは容易ではない。また、このような微小アンテナから測定系への信号伝送する際、高周波数域で信号劣化のない新たな接続実装技術が必要となる。 Generally, a loop antenna is manufactured on a PCB (Printed Circuit Board) using a semiconductor process. However, it is not easy to manufacture the above-described micro loop antenna having a size of several μm. In addition, when signals are transmitted from such a small antenna to the measurement system, a new connection mounting technique that does not cause signal deterioration in a high frequency range is required.
本発明の目的は、磁界センサのサイズを微小化せずに、磁界センサのサイズよりも小さい空間分解能にて磁界を測定する磁界測定方法及び測定システムを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a magnetic field measurement method and a measurement system for measuring a magnetic field with a spatial resolution smaller than the size of the magnetic field sensor without reducing the size of the magnetic field sensor.
本発明は、検出幅Lの磁界センサを用いる磁界測定方法であって、磁界センサを検出幅の方向に走査し、検出幅Lより小さい間隔s毎に磁界強度を測定し、間隔s毎に測定された磁界強度値について加減算を含む演算処理することにより、走査方向に沿って間隔sの検出幅にて磁界強度を求めるものである。 The present invention is a magnetic field measurement method using a magnetic field sensor with a detection width L, which scans the magnetic field sensor in the direction of the detection width, measures the magnetic field strength at intervals s smaller than the detection width L, and measures at intervals s. By performing arithmetic processing including addition and subtraction on the magnetic field strength value thus obtained, the magnetic field strength is obtained with a detection width of the interval s along the scanning direction.
また本発明は、検出幅Lの磁界センサを用いる磁界測定方法であって、磁界センサを検出幅の方向に、検出幅Lより小さい間隔sにて複数個配置し、各磁界センサ毎に磁界強度を測定し、測定された各磁界センサ毎の磁界強度値について加減算を含む演算処理することにより、配置方向に沿って間隔sの検出幅にて磁界強度を求めるものである。 The present invention also relates to a magnetic field measuring method using a magnetic field sensor having a detection width L, wherein a plurality of magnetic field sensors are arranged in the direction of the detection width at intervals s smaller than the detection width L, and the magnetic field intensity for each magnetic field sensor. , And a calculation process including addition and subtraction is performed on the measured magnetic field strength value for each magnetic field sensor, thereby obtaining the magnetic field strength with a detection width of the interval s along the arrangement direction.
また本発明は、検出領域形状の一部が異なる第1の磁界センサ及び第2の磁界センサを用いる磁界測定方法であって、第1の磁界センサにて所望位置の磁界強度を測定し、第2の磁界センサにて同位置における磁界強度を測定し、測定した各磁界強度値の差分を演算し、第1及び第2の磁界センサの検出領域形状の異なる部分の領域における磁界強度を求めるものである。 The present invention is also a magnetic field measurement method using a first magnetic field sensor and a second magnetic field sensor having different detection area shapes, wherein the magnetic field intensity at a desired position is measured by the first magnetic field sensor, The magnetic field strength at the same position is measured by the two magnetic field sensors, the difference between the measured magnetic field strength values is calculated, and the magnetic field strengths in the areas of the portions where the detection area shapes of the first and second magnetic field sensors are different are obtained. It is.
また本発明は、検出幅Lの磁界センサを用いる磁界測定システムであって、磁界センサを該検出幅の方向に該検出幅Lより小さい間隔sで走査する制御部と、間隔s毎に磁界センサの検出信号から磁界強度を測定する測定部と、測定部で測定された間隔s毎の磁界強度値について加減算を含む演算処理する演算部とを備え、走査方向に沿って間隔sの検出幅にて磁界強度を求める構成とする。 The present invention is also a magnetic field measurement system using a magnetic field sensor with a detection width L, a control unit that scans the magnetic field sensor in the direction of the detection width at an interval s smaller than the detection width L, and a magnetic field sensor for each interval s. A measurement unit for measuring the magnetic field intensity from the detection signal of the first and a calculation unit for performing calculation processing including addition and subtraction on the magnetic field strength value for each interval s measured by the measurement unit, and having a detection width of the interval s along the scanning direction. To obtain the magnetic field strength.
また本発明は、検出幅Lの磁界センサを用いる磁界測定システムであって、磁界センサを、検出幅の方向に、検出幅Lより小さい間隔sにて複数個配置した磁界センサアレイと、磁界センサアレイから間隔s毎に磁界強度を測定する測定部と、測定部で測定された間隔s毎の磁界強度値について加減算を含む演算処理する演算部とを備え、配置方向に沿って間隔sの検出幅にて磁界強度を求める構成とする。 The present invention is also a magnetic field measurement system using a magnetic field sensor having a detection width L, and a magnetic field sensor array in which a plurality of magnetic field sensors are arranged at intervals smaller than the detection width L in the direction of the detection width, and a magnetic field sensor. A measurement unit that measures the magnetic field strength for each interval s from the array, and a calculation unit that performs arithmetic processing including addition and subtraction on the magnetic field strength value for each interval s measured by the measurement unit, and detects the interval s along the arrangement direction. The magnetic field strength is obtained by the width.
ここに磁界センサとしては、ループアンテナを用いて、その形状を矩形形状とするのが好ましい。 Here, as a magnetic field sensor, it is preferable to use a loop antenna and to make the shape into a rectangular shape.
また上記間隔sを可変とし、所望の分解能に応じて間隔sを設定する。 The interval s is variable, and the interval s is set according to the desired resolution.
本発明によれば、磁界センサのサイズを微小化することなく、磁界センサのサイズよりも小さい空間分解能にて磁界を測定することができる。 According to the present invention, a magnetic field can be measured with a spatial resolution smaller than the size of the magnetic field sensor without reducing the size of the magnetic field sensor.
以下、本発明の実施の形態を図を用いて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明による磁界測定方法の一実施例を示す模式図である。11は、電子機器の筐体やLSI電子部品などの測定対象で、その内部(または表面)に流れる電流20が磁界発生源となる。磁界センサ12は、一例として矩形形状のループコイルからなるループアンテナの場合を示し、ループのサイズ(検出幅)をLとする。ループコイルは簡単のために1ターンとするが、複数ターンとして感度を向上させることができる。測定対象11から発生される磁界21により、磁界センサ12のループコイルには磁界強度に比例した磁束22が鎖交する。磁界センサ12は、鎖交磁束の時間変化に比例した誘起電圧23を検出する。そして検出された電圧Vから、ループコイルに鎖交する磁束密度B、すなわちループ幅L内の磁界を求めることができる。
FIG. 1 is a schematic view showing an embodiment of a magnetic field measuring method according to the present invention.
本実施例では、磁界センサ(ループアンテナ)12を、そのループ幅方向に沿って(図では左から右方向へ)走査する。そして、走査間隔がループ幅Lの半分、すなわちL/2毎に誘起電圧Vを測定する。測定対象11の所望範囲にわたり測定が完了したら、各測定値Vを用いた演算を行う。この演算式については以下に述べる。演算の結果、走査間隔L/2毎の磁束密度B(または磁界)を求めることができる。つまり、本実施例によれば、検出幅Lのループアンテナを用いて、検出幅L/2の空間分解能で磁界分布を測定することができる。
In this embodiment, the magnetic field sensor (loop antenna) 12 is scanned along the loop width direction (from left to right in the figure). Then, the induced voltage V is measured at a scanning interval half of the loop width L, that is, every L / 2. When the measurement is completed over the desired range of the
次に演算式について説明する。ループアンテナ12のループ幅をL、走査間隔をL/2、走査間隔L/2毎の磁束密度をそれぞれB1,B2・・・とする。ループ面積Soとすると、1回の走査毎にずれる面積はS=So/2となる。各測定位置におけるループアンテナの誘起電圧をV1,V2・・・とすると、ループ内に鎖交する磁束密度Bに対応してV1=ωS(B1+B2),V2=ωS(B2+B3)・・・と表される。ここでωは角周波数である。そして(1)式のように、各測定電圧値V1,V2・・・の加減算処理を行う。 Next, an arithmetic expression will be described. The loop width of the loop antenna 12 is L, the scanning interval is L / 2, and the magnetic flux density for each scanning interval L / 2 is B1, B2,. Assuming that the loop area is So, the area displaced for each scanning is S = So / 2. If the induced voltage of the loop antenna at each measurement position is V1, V2,..., V1 = ωS (B1 + B2), V2 = ωS (B2 + B3), corresponding to the magnetic flux density B interlinked in the loop. It is expressed as ... Here, ω is an angular frequency. Then, as shown in equation (1), addition / subtraction processing of each measured voltage value V1, V2,.
まず電圧V1とV2の差分を計算することでB1成分を残し、B2成分を消去する。その際にB3成分が残るが、V3を加算することで消去する。さらに残ったB4成分はV4を減算することで消去する。以下これを繰り返し、最終的にはB1成分とBn+1成分とが残る。 First, the difference between the voltages V1 and V2 is calculated to leave the B1 component and delete the B2 component. At that time, the B3 component remains, but it is deleted by adding V3. Furthermore, the remaining B4 component is deleted by subtracting V4. This is repeated thereafter, and finally the B1 component and the Bn + 1 component remain.
ここで、最後の成分Bn+1については、ループ内の磁束密度が一様(Bn≒Bn+1)であると近似し、Bn+1=Vn/2ωSとすると、
V1-V2+V3・・+(Vn-1)-(Vn)=B1ωS-Vn/2
またS=So/2とおいて、測定開始点における磁束密度B1は、次の演算で求まる。
B1=(2/ωSo){V1-V2+V3・・+(Vn-1)-(Vn/2)}・・・(2)
同様に、演算の開始位置をV2、V3とずらすことにより、他の位置における磁束密度は、
B2=(2/ωSo){V2-V3+V4・・-(Vn-1)+(Vn/2)}・・・(3)
B3=(2/ωSo){V3-V4+V5・・+(Vn-1)-(Vn/2)}・・・(4)
実際にはこの近似に起因して誤差が発生するが、ループアンテナ12の走査距離を測定対象11に比べて十分大きく取り、近傍に強い電流が存在しない位置において(2)〜(4)式の近似を行うことで誤差は十分抑えることができる。
Here, for the last component Bn + 1, it is approximated that the magnetic flux density in the loop is uniform (Bn≈Bn + 1), and if Bn + 1 = Vn / 2ωS,
V1-V2 + V3 ・ ・ + (Vn-1)-(Vn) = B1ωS-Vn / 2
Further, when S = So / 2, the magnetic flux density B1 at the measurement start point is obtained by the following calculation.
B1 = (2 / ωSo) {V1-V2 + V3 ・ ・ + (Vn-1)-(Vn / 2)} (2)
Similarly, by shifting the calculation start position from V2 and V3, the magnetic flux density at other positions is
B2 = (2 / ωSo) {V2-V3 + V4 ・ ・-(Vn-1) + (Vn / 2)} (3)
B3 = (2 / ωSo) {V3-V4 + V5 ・ ・ + (Vn-1)-(Vn / 2)} (4)
In practice, an error occurs due to this approximation, but the scanning distance of the loop antenna 12 is sufficiently larger than that of the
このような演算方法により、走査方向寸法(検出幅)がLのループアンテナを用いて走査間隔L/2で測定することで、走査方向寸法がL/2のループアンテナと等価な分解能をもつ測定結果を得ることができる。 By such a calculation method, measurement with a scanning interval L / 2 using a loop antenna having a scanning direction dimension (detection width) L, and having a resolution equivalent to that of a loop antenna having a scanning direction dimension L / 2. The result can be obtained.
図2は、本発明による磁界測定システムの一実施例を示すブロック構成図である。測定方法は、上記図1で説明した方法に基づく。測定対象11から発生される磁界(磁束)を、ループアンテナなどの磁界センサ12で検出する。制御装置13は、検出幅Lの磁界センサ12を機械的にL/2間隔で走査し、測定位置を制御する。フィルタ又はアンプ14は、磁界センサ12の検出信号から所望の周波数成分を抽出し、また所望の信号レベルに増幅する。フィルタは、バンドパスフィルタでなくともよく、可変ハイパスフィルタや可変ローパスフィルタを組み合わせることで、測定周波数を任意に設定できる。測定器15はフィルタ又はアンプ14からの信号を取り込み、各位置での誘起電圧(磁界強度)を取得する。コンピュータ16は、測定器15からの測定データをもとに上記式(1)〜(4)に述べた演算処理を行い、走査間隔L/2の分解能で各位置での磁界強度を求める。この演算を実行するためのプログラム及びCPU、演算結果を記憶するメモリを備える。表示装置17は、コンピュータ16の演算結果をもとに磁界分布をグラフィック表示する。
FIG. 2 is a block diagram showing an embodiment of the magnetic field measurement system according to the present invention. The measurement method is based on the method described in FIG. A magnetic field (magnetic flux) generated from the
ここで、磁界センサ12は、測定対象11から距離r≦λ/(2π)(λは測定磁界の波長)を満たすように配置するのが好ましい。一方、測定対象11近傍の空間的磁界分布を擾乱させないために、フィルタ又はアンプ14を含む測定装置15は磁界センサ12から距離を隔てて設置する必要がある。
Here, the magnetic field sensor 12 is preferably arranged so as to satisfy the distance r ≦ λ / (2π) (λ is the wavelength of the measurement magnetic field) from the
本実施例の磁界測定システムによれば、検出幅Lのループアンテナを用いて、検出幅L/2の空間分解能で磁界を測定することができる。またユーザは、表示装置17により、測定対象内で磁界発生源となる部位を判断することができる。 According to the magnetic field measurement system of the present embodiment, a magnetic field can be measured with a spatial resolution of a detection width L / 2 using a loop antenna having a detection width L. In addition, the user can determine a site that is a magnetic field generation source in the measurement target by using the display device 17.
なお本実施例1では、測定対象11の表面(すなわち電流の流れる方向)に沿って磁界を測定する場合を説明した。図3は、測定対象11の表面に垂直な(高さ)方向に沿って測定する場合を示す。この場合、磁界センサ102を垂直方向に間隔L/2で走査し、各位置での誘起電圧23を上記(1)〜(4)式と同様に演算をすることで、高さ方向に検出幅L/2の空間分解能で磁界を測定することができる。
In the first embodiment, the case where the magnetic field is measured along the surface of the measurement object 11 (that is, the current flowing direction) has been described. FIG. 3 shows a case where measurement is performed along a (height) direction perpendicular to the surface of the
次に、本発明の他の実施例として、ループアンテナのループ幅Lに対し、走査間隔をL/3とした場合について述べる。測定原理は実施例1の場合と共通であるが、演算式が異なる。走査間隔L/3毎の磁束密度をそれぞれB1,B2・・・とする。ループ面積Soとすると、走査間隔毎にずれる面積はS=So/3となる。各測定位置におけるループアンテナの誘起電圧をV1,V2・・・とすると、ループ内を鎖交する磁束密度Bに対応してV1=ωS(B1+B2+B3),V2=ωS(B2+B3+B4)・・・と表される。そして、(5)式のように、各測定電圧値V1,V2・・・の加減算処理を行う。 Next, as another embodiment of the present invention, a case where the scanning interval is set to L / 3 with respect to the loop width L of the loop antenna will be described. The measurement principle is the same as that in the first embodiment, but the calculation formula is different. Let the magnetic flux densities at each scanning interval L / 3 be B1, B2,. Assuming that the loop area is So, the area displaced at every scanning interval is S = So / 3. If the induced voltage of the loop antenna at each measurement position is V1, V2,..., V1 = ωS (B1 + B2 + B3) and V2 = ωS (B2 + B3) corresponding to the magnetic flux density B interlinking the loop. + B4) ... Then, addition / subtraction processing of each measured voltage value V1, V2,.
まず電圧V1とV2の差分を計算することでB1成分を残し、B2,B3成分を消去する。その際にB4成分が残るが、V4を加算することで消去する。さらに残ったB5,B6成分はV5を減算することで消去する。以下これを繰り返し、最終的にはB1成分とBn+1成分とが残る。この演算では、測定される誘起電圧の中で、3の倍数位置の値V3,V6・・・は使用しない。 First, the difference between the voltages V1 and V2 is calculated to leave the B1 component and delete the B2 and B3 components. At that time, the B4 component remains, but it is deleted by adding V4. The remaining B5 and B6 components are deleted by subtracting V5. This is repeated thereafter, and finally the B1 component and the Bn + 1 component remain. In this calculation, values V3, V6... At multiples of 3 are not used in the measured induced voltage.
ここで、最後の成分Bn+1については、ループ内の磁束密度が一様(Bn≒Bn+1)であると近似し、Bn+1=Vn/3ωSとすると、
V1-V2+V4-V5・・+(Vn-2)-(Vn-1)=B1ωS-(Vn-1)/3
また、S=So/3とおいて、測定開始点における磁束密度B1は、次の演算で求まる。
B1=(3/ωSo){V1-V2+V4-V5・・+(Vn-2)-(2/3)(Vn-1)}・・・(6)
同様に、演算の開始位置をV2、V3とずらすことにより、他の位置における磁束密度は、
B2=(3/ωSo){V2-V3+V5-V6・・-(Vn-2)+(2/3)(Vn-1)}・・・(7)
B3=(3/ωSo){V3-V4+V6-V7・・+(Vn-2)-(2/3)(Vn-1)}・・・(8)
と求めることができる。
Here, for the last component Bn + 1, it is approximated that the magnetic flux density in the loop is uniform (Bn≈Bn + 1), and if Bn + 1 = Vn / 3ωS,
V1-V2 + V4-V5 ・ ・ + (Vn-2)-(Vn-1) = B1ωS- (Vn-1) / 3
Further, when S = So / 3, the magnetic flux density B1 at the measurement start point is obtained by the following calculation.
B1 = (3 / ωSo) {V1-V2 + V4-V5 ・ ・ + (Vn-2)-(2/3) (Vn-1)} (6)
Similarly, by shifting the calculation start position from V2 and V3, the magnetic flux density at other positions is
B2 = (3 / ωSo) {V2-V3 + V5-V6 ・ ・-(Vn-2) + (2/3) (Vn-1)} (7)
B3 = (3 / ωSo) {V3-V4 + V6-V7 ・ ・ + (Vn-2)-(2/3) (Vn-1)} (8)
It can be asked.
このような演算方法により、走査方向寸法(検出幅)がLのループアンテナを用いて走査間隔L/3で測定することで、走査方向寸法がL/3のループアンテナと等価な分解能をもつ測定結果を得ることができる。 By such a calculation method, a measurement having a resolution equivalent to that of a loop antenna having a scanning direction dimension of L / 3 is performed by using a loop antenna having a scanning direction dimension (detection width) of L at a scanning interval L / 3. The result can be obtained.
さらに、図4は、本発明の他の実施例として、ループアンテナのループ幅Lに対し、走査間隔をLより小さいs(ただしs=L/整数)とした一般の場合について述べる。走査間隔s毎の磁束密度をそれぞれB1,B2・・・とする。ループ面積Soとすると、走査間隔毎に描く面積はS=So(s/L)となる。各測定位置におけるループアンテナの誘起電圧をV1,V2・・・とすると、ループ内を鎖交する磁束密度Bに対応して、V1=ωS(B1+B2+…+BL/s),V2=ωS(B2+B3+…+BL/s+1)・・・と表される。そして(9)式に示すように、各測定電圧値V1,V2・・・の加減算処理を行う。図5は、この演算を模式的に示したものである。 FIG. 4 shows a general case where the scanning interval is set to s smaller than L (where s = L / integer) with respect to the loop width L of the loop antenna as another embodiment of the present invention. Let the magnetic flux densities at each scanning interval s be B1, B2,. Assuming that the loop area is So, the area drawn at every scanning interval is S = So (s / L). When the induced voltage of the loop antenna at each measurement position is V1, V2,..., V1 = ωS (B1 + B2 + ... + BL / s), V2 = ωS corresponding to the magnetic flux density B interlinking the loop. (B2 + B3 + ... + BL / s + 1). Then, as shown in the equation (9), addition / subtraction processing of each measured voltage value V1, V2,. FIG. 5 schematically shows this calculation.
まずV1とV2の差分を計算することでB1成分を残し、B2,B3・・,BL/s成分を消去する。その際にBL/s+1成分が残るが、VL/s+1を加算することで消去する。さらに残ったBL/s+2,BL/s+3・・・成分はVL/s+2を減算することで消去する。以下これを繰り返し、最終的にはB1成分とBn+1成分とが残る。この演算では、測定される誘起電圧の中で、V3からVL/sまでの範囲及びその繰り返しの測定値は計算に用いない。言い換えれば、先頭位置での測定値とこれに間隔sで隣接する位置での測定値との差分と、先頭位置からループ幅Lの整数倍だけ離れた各位置での測定値とこれらに間隔sで隣接する各位置での測定値とのそれぞれの差分を求め、これらの各差分を加算するものである。 First, by calculating the difference between V1 and V2, the B1 component is left and the B2, B3,..., BL / s components are deleted. At that time, the BL / s + 1 component remains, but is erased by adding VL / s + 1. Furthermore, the remaining BL / s + 2, BL / s + 3... Component is deleted by subtracting VL / s + 2. This is repeated thereafter, and finally the B1 component and the Bn + 1 component remain. In this calculation, the range from V3 to VL / s and the repeated measurement values are not used in the calculation of the induced voltage measured. In other words, the difference between the measurement value at the head position and the measurement value at the position adjacent to this at the interval s, the measurement value at each position separated from the head position by an integral multiple of the loop width L, and the interval s The difference between the measured values at the positions adjacent to each other is obtained, and these differences are added.
ここで、最後の成分Bn+1については、ループ内の磁束密度が一様(Bn≒Bn+1)であると近似し、Bn+1=(Vn-L/s+2)(s/L)/ωSとすると、
V1-V2+・+(VL/s+1)-(VL/s+2)+・+(Vn-L/s+1)-(Vn-L/s+2)=B1ωS-(Vn-L/s+2)(s/L)
また、S=So(s/L)とおいて、測定開始点における磁束密度B1は、次の演算で求まる。
B1={(L/s)/(ωSo)}{V1-V2+・・+(VL/s+1)-(VL/s+2)+・・+(Vn-L/s+1)
-(1-s/L)(Vn-L/s+2)}・・・(10)
同様に、演算の開始位置をV2、V3とずらすことにより、他の位置における磁束密度は、
B2={(L/s)/(ωSo)}{V2-V3+・・+(VL/s+2)-(VL/s+3)+・・+(Vn-L/s+1)
-(1-s/L)(Vn-L/s+2)}・・・(11)
B3={(L/s)/(ωSo)}{V3-V4+・・+(VL/s+3)-(VL/s+4)+・・+(Vn-L/s+1)
-(1-s/L)(Vn-L/s+2)}・・・(12)
と求めることができる。
Here, for the last component Bn + 1, it is approximated that the magnetic flux density in the loop is uniform (Bn≈Bn + 1), and Bn + 1 = (Vn−L / s + 2) (s / L ) / ωS
V1-V2 + ・ + (VL / s + 1)-(VL / s + 2) + ・ + (Vn-L / s + 1)-(Vn-L / s + 2) = B1ωS- (Vn-L / s + 2) (s / L)
Further, when S = So (s / L), the magnetic flux density B1 at the measurement start point is obtained by the following calculation.
B1 = {(L / s) / (ωSo)} {V1-V2 + ・ ・ + (VL / s + 1)-(VL / s + 2) + ・ ・ + (Vn-L / s + 1)
-(1-s / L) (Vn-L / s + 2)} (10)
Similarly, by shifting the calculation start position from V2 and V3, the magnetic flux density at other positions is
B2 = {(L / s) / (ωSo)} {V2-V3 + ・ ・ + (VL / s + 2)-(VL / s + 3) + ・ ・ + (Vn-L / s + 1)
-(1-s / L) (Vn-L / s + 2)} (11)
B3 = {(L / s) / (ωSo)} {V3-V4 + ・ ・ + (VL / s + 3)-(VL / s + 4) + ・ ・ + (Vn-L / s + 1)
-(1-s / L) (Vn-L / s + 2)} (12)
It can be asked.
このような演算方法により、走査方向寸法(検出幅)がLのループアンテナを用いて走査間隔sで測定することで、走査方向寸法がsのループアンテナと等価な分解能をもつ測定結果を得ることができる。すなわち、分解能はループアンテナの寸法Lには依存しない。 By such a calculation method, a measurement result having a resolution equivalent to that of a loop antenna having a scanning direction dimension s is obtained by measuring at a scanning interval s using a loop antenna having a scanning direction dimension (detection width) L. Can do. That is, the resolution does not depend on the dimension L of the loop antenna.
さらに本実施例において、走査間隔sを可変とし、測定対象に応じて適宜選択することができる。その際、測定時の分解能はsを小さくすることによって向上するが、半面、演算出力(差分V1-V2)は微弱とならざるを得ない。よって、測定の目的に応じて両者のバランスを考慮し、測定間隔sを設定すればよい。その際測定間隔sは、制御装置13にて任意に設定することができる。あるいは、測定間隔はsより小さな間隔で(ほぼ連続的に)データを取得しておき、演算に用いるデータを間隔sでサンプリングするようにしても良い。 Furthermore, in the present embodiment, the scanning interval s can be made variable and can be appropriately selected according to the measurement object. At that time, the resolution at the time of measurement is improved by reducing s, but the calculation output (difference V1-V2) must be weak. Therefore, the measurement interval s may be set in consideration of the balance between the two according to the purpose of measurement. At this time, the measurement interval s can be arbitrarily set by the control device 13. Alternatively, data may be acquired at an interval smaller than s (substantially continuously) and the data used for calculation may be sampled at the interval s.
そして、磁界センサにて直接測定された磁界強度データと、これを複数通りの間隔sでサンプリングし演算処理して求めた磁界強度分布とを、コンピュータ16のメモリに記憶しておく。ユーザはこの中から、所望の分解能にて演算処理した磁界強度分布を選択し、表示装置17に表示させることができる。 Then, the magnetic field strength data directly measured by the magnetic field sensor and the magnetic field strength distribution obtained by sampling and calculating the data at plural intervals s are stored in the memory of the computer 16. The user can select a magnetic field intensity distribution that has been calculated and processed with a desired resolution, and display it on the display device 17.
次に、本発明の測定方法による効果を、具体的に数値解析により検証した結果を述べる。 Next, the results of verifying the effect of the measurement method of the present invention by numerical analysis will be described.
図6は、測定対象として設定した電流分布を示す。測定範囲は0〜60mmとし、最も密な箇所(A)では、約1mmの周期で電流値を変化させている。電流周波数は10GHzとした。図7は、図6で与えた電流が、表面から5mm離れた位置に発生する磁界強度分布の計算結果を示す。 FIG. 6 shows a current distribution set as a measurement target. The measurement range is 0 to 60 mm, and the current value is changed at a period of about 1 mm in the densest part (A). The current frequency was 10 GHz. FIG. 7 shows a calculation result of a magnetic field strength distribution in which the current given in FIG. 6 is generated at a position 5 mm away from the surface.
図8は、磁界センサにより測定される磁界強度(あるいは誘起電圧)を示す。縦軸は、磁界センサの感度の差を排除し、強度分布を相対比較するために対数目盛で表示した。
(1)は与えた磁界強度分布で、図7の分布をそのまま示す。
(2)は、ループサイズ0.25mmのループアンテナを用いて、電流位置から5mm離れた位置で、電流方向と平行に走査したときに得られる誘起電圧を、計算で求めた結果を示す。この結果から、0.25mmサイズのループアンテナを用いれば、(1)の磁界強度分布に良く追従した誘起電圧が得られ、(1)の程度の分布に対しては十分な分解能で測定できることが分かる。
(3)は、ループサイズ5mmのループアンテナを用いて、電流位置から5mm離れた位置で走査したときに得られる誘起電圧を、計算により求めた結果を示す。このとき、ループ内の磁界強度は電流から遠ざかるにつれて減衰するが、計算では、電流からの距離に依らずループ内で一様であると仮定した。この結果から、5mmサイズのループアンテナでは、(1)の磁界強度分布には追従できず、分解能が不十分であることが分かる。
(4)は、上記(3)のデータ(ループサイズL=5mm)を用いて、本発明の演算処理(実施例3)を適用し、検出幅s=0.25mmで高分解能化を図った例を示す。走査間隔0.25mm毎の計算結果をプロットしている。その結果、(2)に示した0.25mmサイズのループアンテナを用いた場合とほぼ同様の傾向の分布を得ることができる。これより、本発明の測定方法により磁界測定の分解能が向上できることが検証される。
FIG. 8 shows the magnetic field strength (or induced voltage) measured by the magnetic field sensor. The vertical axis is displayed on a logarithmic scale to eliminate the difference in sensitivity of the magnetic field sensor and to compare the intensity distributions relative to each other.
(1) is a given magnetic field strength distribution, and the distribution of FIG. 7 is shown as it is.
(2) shows a result obtained by calculation of an induced voltage obtained by scanning in parallel with the current direction at a position 5 mm away from the current position using a loop antenna having a loop size of 0.25 mm. From this result, if a loop antenna having a size of 0.25 mm is used, an induced voltage that closely follows the magnetic field strength distribution of (1) can be obtained, and the distribution of the degree of (1) can be measured with sufficient resolution. I understand.
(3) shows the result of calculating the induced voltage obtained by scanning at a position 5 mm away from the current position using a loop antenna with a loop size of 5 mm. At this time, the magnetic field strength in the loop attenuates as the distance from the current increases, but the calculation assumes that the magnetic field strength is uniform in the loop regardless of the distance from the current. From this result, it can be seen that the loop antenna having a size of 5 mm cannot follow the magnetic field intensity distribution of (1) and has insufficient resolution.
(4) uses the data of (3) (loop size L = 5 mm) and applies the arithmetic processing (Example 3) of the present invention to achieve high resolution with a detection width s = 0.25 mm. An example is shown. The calculation results for each scanning interval of 0.25 mm are plotted. As a result, it is possible to obtain a distribution having a tendency similar to that in the case of using the 0.25 mm loop antenna shown in (2). From this, it is verified that the resolution of magnetic field measurement can be improved by the measurement method of the present invention.
なお詳細に比較すれば、(2)の分布に比べて、(4)の本発明を適用した結果は誤差を含んでいる。その原因は、測定端部位置55〜60mmの磁界強度分布が一様であるという近似を用いたからである。よって、走査範囲をさらに拡大し、その端部位置での磁界強度が無視できる程度に十分小さくすれば、精度をさらに向上できる。 When compared in detail, the result of applying the present invention of (4) includes an error compared to the distribution of (2). The reason is that the approximation that the magnetic field intensity distribution at the measurement end position 55 to 60 mm is uniform is used. Therefore, if the scanning range is further expanded and the magnetic field intensity at the end position is made sufficiently small to be negligible, the accuracy can be further improved.
図9は、本発明による磁界測定システムの他の実施例を示すブロック構成図である。前記図2の実施例においては、1つの磁界センサ(ループアンテナ)を、測定対象11近傍を走査させて磁界を測定するものであった。これに対し本実施例では、磁界センサ12を測定対象11に沿ってアレイ状に複数個配置し、磁界センサアレイとした。各磁界センサは、そのループ幅Lよりも小さな間隔s(L/整数)で配置する。測定器15は、各磁界センサにて並列に検出される信号から各位置の誘起電圧(磁界強度)を測定する。コンピュータ16は、測定器15からの測定データをもとに、間隔sにおける前記演算式(9)〜(12)に従い、各位置での磁界強度を求める。
FIG. 9 is a block diagram showing another embodiment of the magnetic field measurement system according to the present invention. In the embodiment shown in FIG. 2, one magnetic field sensor (loop antenna) scans the vicinity of the
本実施例の磁界測定システムによれば、検出幅Lのループアンテナを用いて、検出幅sの空間分解能で磁界を測定することができる。本実施例では、各磁界センサの出力を並列処理するので、測定対象11の磁界強度が時間的に変動するような非定常状態の測定に対して有効である。
According to the magnetic field measurement system of the present embodiment, the magnetic field can be measured with the spatial resolution of the detection width s using the loop antenna having the detection width L. In this embodiment, since the outputs of the magnetic field sensors are processed in parallel, it is effective for measurement in an unsteady state in which the magnetic field strength of the
図10と図11は、本発明による磁界測定方法の他の実施例を示す図である。本実施例では、ループアンテナのループ形状の一部が異なる2種類の磁界センサ12(種類1と種類2)を用いる。図ではループ内の領域ΔSだけ異なる。そして、測定対象に対し同じ位置におけるそれぞれの磁界センサの誘起電圧V1とV2を測定し、その差分(V1-V2=ωΔSB)を演算して、領域ΔSにおける磁界強度を求める。これによれば、ループ全体のサイズSoよりも遥かに小さな領域ΔSを検出領域とする測定が可能となり、空間分解能を向上させることができる。この方法は、単一の磁界センサを微小化して分解能を上げる従来の方法に比較し、磁界センサを作成する上で寸法精度を確保しやすい。
10 and 11 are diagrams showing another embodiment of the magnetic field measuring method according to the present invention. In this embodiment, two types of magnetic field sensors 12 (
また、2種類の磁界センサ12(種類1と種類2)を別々に用意するのではなく、共通の1つの磁界センサを用いて、そのループの一部を可逆的に変形させてもよい。例えば、電気的アクチュエータによりΔSだけ微小変形させることができる。これによれば、測定時の2種類の磁界センサの位置合わせ作業が不要となり、位置合わせ精度に起因する誤差が発生しない。
Moreover, instead of preparing two types of magnetic field sensors 12 (
さらに図11のように、2種類の磁界センサ12を走査することで、各位置における磁界強度B1,B2・・・を分解能ΔSにて測定することができる。その際の走査間隔(測定間隔)を上記領域ΔSよりも小さくすれば、前記実施例1〜3の測定原理に基づき、走査間隔に応じて空間分解能をさらに向上させることができる。 Further, as shown in FIG. 11, by scanning two types of magnetic field sensors 12, magnetic field strengths B1, B2,... At each position can be measured with a resolution ΔS. If the scanning interval (measurement interval) at that time is made smaller than the region ΔS, the spatial resolution can be further improved according to the scanning interval based on the measurement principle of the first to third embodiments.
さらに、上記各実施例で測定した磁界強度分布Hとともに、測定対象11の作る電界強度分布Eを測定し、それらの外積(13)式を演算することで、電磁波エネルギー強度を示すポインティングベクトルの空間分布を算出できる。この結果を、表示装置17にて表示することも可能である。これにより、電子機器等の電磁波輻射の評価を行うことができる。
Further, the magnetic field intensity distribution H measured in each of the above embodiments and the electric field intensity distribution E created by the
上記各実施例では、磁界センサ12として矩形のループアンテナを用いた場合について示したが、本発明はこれに限定されない。これ以外に、例えば円形のループアンテナでも適用可能である。円形ループアンテナの場合、ループ走査時の間隔s内において磁界強度が均一であれば、矩形ループと同等の精度にて測定可能である。 In each of the above embodiments, a case where a rectangular loop antenna is used as the magnetic field sensor 12 has been described, but the present invention is not limited to this. Other than this, for example, a circular loop antenna can also be applied. In the case of a circular loop antenna, if the magnetic field strength is uniform within the interval s during loop scanning, measurement can be performed with the same accuracy as a rectangular loop.
さらには、磁界センサとしてループアンテナ以外のセンサも可能である。空間中のある一定領域(面積)に発生した磁界強度や磁束量を検出できる磁界センサであれば、本発明を適用できる。例えば、ホール素子や磁気抵抗(MR)素子が有効である。これらの素子は、磁界(または磁束)感応型であるため、ループアンテナでは不可能な直流成分(磁界方向も判別可能)、低周波成分の測定が可能となり、測定対象分野が拡大する。 Furthermore, a sensor other than the loop antenna can be used as the magnetic field sensor. The present invention can be applied to any magnetic field sensor that can detect the magnetic field strength and the amount of magnetic flux generated in a certain region (area) in the space. For example, a Hall element or a magnetoresistive (MR) element is effective. Since these elements are magnetic field (or magnetic flux) sensitive, it is possible to measure DC components (the magnetic field direction can also be determined) and low frequency components that are impossible with a loop antenna, and the field of measurement is expanded.
11…測定対象、12…磁界センサ、13…制御装置、14…フィルタ又はアンプ、15…測定器、16…コンピュータ、17…表示装置、20…電流、21…磁界、22…磁束、23…誘起電圧。
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記磁界センサを前記検出幅の方向に走査し、
前記検出幅Lより小さい間隔s毎に磁界強度を測定し、
所望位置において測定された磁界強度値とこれに前記間隔sで隣接する位置での磁界強度値との差分に基づき、演算範囲の末端位置において前記検出幅L内の磁界強度が一様であるとして前記所望位置における磁界強度を求める演算処理をし、
走査方向に沿って前記間隔sの検出幅にて磁界強度を求めることを特徴とする磁界測定方法。 A magnetic field measurement method using a magnetic field sensor with a detection width L,
Scanning the magnetic field sensor in the direction of the detection width;
Measuring the magnetic field strength at intervals s smaller than the detection width L;
Based on the difference between the magnetic field strength value measured at the desired position and the magnetic field strength value at a position adjacent to the magnetic field strength value at the interval s, the magnetic field strength within the detection width L is uniform at the end position of the calculation range. A calculation process for obtaining the magnetic field strength at the desired position;
A magnetic field measuring method, wherein a magnetic field strength is obtained with a detection width of the interval s along a scanning direction.
前記演算処理では、所望位置において測定された磁界強度値とこれに前記間隔sで隣接する位置での磁界強度値との差分と、前記所望位置から前記検出幅Lの整数倍だけ離れた各位置における磁界強度値とこれらに前記間隔sで隣接する各位置での磁界強度値とのそれぞれの差分を求め、これらの各差分を加算して、前記所望位置における磁界強度を求めることを特徴とする磁界測定方法。 The magnetic field measurement method according to claim 1,
In the calculation process, the difference between the magnetic field strength value measured at a desired position and the magnetic field strength value at a position adjacent to the magnetic field strength value at the interval s, and each position separated from the desired position by an integral multiple of the detection width L Difference between the magnetic field strength value at the position and the magnetic field strength value at each position adjacent to each other at the interval s is obtained, and these magnetic differences are added to obtain the magnetic field strength at the desired position. Magnetic field measurement method.
前記磁界センサとしてループアンテナを用いることを特徴とする磁界測定方法。 The magnetic field measurement method according to claim 1 or 2,
A magnetic field measuring method using a loop antenna as the magnetic field sensor.
前記ループアンテナは矩形形状とすることを特徴とする磁界測定方法。 The magnetic field measurement method according to claim 3.
The magnetic field measurement method, wherein the loop antenna has a rectangular shape.
前記磁界センサによる測定間隔sを可変とし、所望の分解能に応じて設定することを特徴とする磁界測定方法。A magnetic field measurement method, wherein the measurement interval s by the magnetic field sensor is variable and is set according to a desired resolution.
前記磁界センサを前記検出幅の方向に前記検出幅Lより小さい間隔sで走査する制御部と、A controller that scans the magnetic field sensor in the direction of the detection width at an interval s smaller than the detection width L;
前記間隔s毎に前記磁界センサの検出信号から磁界強度を測定する測定部と、A measuring unit that measures the magnetic field intensity from the detection signal of the magnetic field sensor at each interval s;
前記測定部により所望位置において測定された磁界強度値とこれに前記間隔sで隣接する位置での磁界強度値との差分に基づいて、演算範囲の末端位置において前記検出幅L内の磁界強度が一様であるとして前記所望位置における磁界強度を求める演算部とを備え、Based on the difference between the magnetic field strength value measured at the desired position by the measurement unit and the magnetic field strength value at a position adjacent to the magnetic field strength value at the interval s, the magnetic field strength within the detection width L is obtained at the end position of the calculation range. A calculation unit for obtaining the magnetic field strength at the desired position as being uniform,
走査方向に沿って前記間隔sの検出幅にて磁界強度を求めることを特徴とする磁界測定システム。A magnetic field measurement system, wherein a magnetic field intensity is obtained with a detection width of the interval s along a scanning direction.
前記演算部では、前記測定部の所望位置において測定された磁界強度値とこれに前記間隔sで隣接する位置での磁界強度値との差分と、前記所望位置から前記検出幅Lの整数倍だけ離れた各位置における磁界強度値とこれらに前記間隔sで隣接する各位置での磁界強度値とのそれぞれの差分を求め、これらの各差分を加算して、前記所望位置における磁界強度を求めることを特徴とする磁界測定システム。In the calculation unit, the difference between the magnetic field strength value measured at the desired position of the measurement unit and the magnetic field strength value at a position adjacent to the magnetic field strength value at the interval s, and an integral multiple of the detection width L from the desired position. Finding the difference between the magnetic field strength value at each distant position and the magnetic field strength value at each position adjacent to it at the interval s, and adding these differences to obtain the magnetic field strength at the desired position. Magnetic field measurement system characterized by
前記磁界センサとしてループアンテナを用いることを特徴とする磁界測定システム。A magnetic field measurement system using a loop antenna as the magnetic field sensor.
前記制御部は、所望の分解能に応じて前記磁界センサの走査間隔sを設定することを特徴とする磁界測定システム。The said control part sets the scanning space | interval s of the said magnetic field sensor according to desired resolution, The magnetic field measuring system characterized by the above-mentioned.
前記測定部には、前記磁界センサの検出信号から所望の周波数成分の磁界強度を抽出するフィルタを設けたことを特徴とする磁界測定システム。The magnetic field measurement system, wherein the measurement unit is provided with a filter that extracts a magnetic field intensity of a desired frequency component from a detection signal of the magnetic field sensor.
前記演算部により求めた各位置での磁界強度を表示する表示部を備えたことを特徴とする磁界測定システム。A magnetic field measurement system comprising a display unit for displaying the magnetic field strength at each position obtained by the calculation unit.
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