JP6042693B2 - Pointing vector measuring device - Google Patents

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Description

本発明は、ポインティングベクトルを計測するポインティングベクトル計測装置に関する。   The present invention relates to a pointing vector measuring apparatus that measures a pointing vector.

電子機器において電磁的な相互干渉による誤作動等の原因となる部位(ノイズ源)を特定したり、アンテナの指向性や電磁エネルギーの伝搬経路を特定したりする場合、電磁エネルギーの流れを示すポインティングベクトルを計測することが有効である。   Pointing that indicates the flow of electromagnetic energy when specifying a part (noise source) that causes malfunction due to electromagnetic mutual interference in an electronic device, or specifying the directivity of an antenna or the propagation path of electromagnetic energy It is effective to measure vectors.

このポインティングベクトルは、磁界の強度・位相を表す磁界ベクトルと、電界の強度・位相を表す電界ベクトルの外積で求められるベクトルである。このためポインティングベクトルを計測する場合、一般的には、磁界及び電界を個別に計測し、その計測結果を演算処理することが行われている。   This pointing vector is a vector obtained by the outer product of a magnetic field vector representing the strength / phase of the magnetic field and an electric field vector representing the strength / phase of the electric field. For this reason, when measuring a pointing vector, generally, a magnetic field and an electric field are individually measured, and the measurement result is processed.

なお、磁界計測用のプローブ(センサ)としては、例えば、シールデッドループコイル等が用いられ、また、電界計測用のプローブとしては、例えば、モノポールアンテナ等が用いられている。   For example, a shielded loop coil or the like is used as a probe (sensor) for magnetic field measurement, and a monopole antenna or the like is used as a probe for electric field measurement.

ところで、電界計測用のプローブは、サイズを小さくすることが困難であったり、磁界計測プローブと比較して、広い周波数帯域を確保することが困難であったり、更には、その存在が被測定電磁界を攪乱してしまうため、精度のよい計測が困難であったりすることが知られている。   By the way, it is difficult to reduce the size of a probe for electric field measurement, or it is difficult to ensure a wide frequency band as compared with a magnetic field measurement probe. It is known that accurate measurement is difficult because the field is disturbed.

これに対して、電界を直接計測するのではなく、測定対象の表面電位の電位分布を求め、その電位分布から電界成分を推定し、その電界の推定結果と、磁界計測プローブでの計測結果からポインティングベクトルを計算する手法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。   On the other hand, instead of directly measuring the electric field, the potential distribution of the surface potential of the measurement target is obtained, the electric field component is estimated from the potential distribution, and the electric field estimation result and the magnetic field measurement probe measurement result are used. A method for calculating a pointing vector has been proposed (see, for example, Patent Document 1).

特許4635544号公報Japanese Patent No. 4635544

しかし、特許文献1に記載された従来手法では、計測によって得られる表面電位分布から任意の空間の電界ベクトルを求める際に使用する電界成分推定の手順が複雑であるという問題や、磁界計測用と電位計測用とで2種類のプローブ(センサ)を使用する必要があるという問題があった。更に、従来手法では、測定対象(表面電位の計測対象)となる物体が存在しない空間では適用することができないという問題もあった。   However, with the conventional method described in Patent Document 1, there is a problem that the procedure of estimating the electric field component used when obtaining the electric field vector of an arbitrary space from the surface potential distribution obtained by measurement is complicated, There is a problem that it is necessary to use two types of probes (sensors) for potential measurement. Furthermore, the conventional method has a problem that it cannot be applied in a space where there is no object to be measured (surface potential measurement target).

本発明は、上記問題点を解決するために、簡易な構成でポインティングベクトルを精度よく計測するポインティングベクトル計測装置を提供することを目的とする。   In order to solve the above-described problems, an object of the present invention is to provide a pointing vector measuring apparatus that measures a pointing vector with a simple configuration with high accuracy.

本発明のポインティングベクトル計測装置では、ポインティングベクトルの計測対象となる地点を計測ポイントとして、計測ポイント周辺の磁界を検出する検出部が次のように構成されている。   In the pointing vector measurement apparatus of the present invention, a detection unit that detects a magnetic field around a measurement point is configured as follows using a point as a measurement target of the pointing vector as a measurement point.

即ち、ポインティングベクトルの計測ポイントを通り互いに直交する三つの軸をX軸,Y軸,Z軸として、計測ポイントを挟んでY軸上で対向する2地点及びZ軸上で対向する2地点のそれぞれ(合計4地点)に配置され、X軸方向の磁界を検出する磁界センサであるX軸センサと、計測ポイントを挟んでZ軸上で対向する2地点及びX軸上で対向する2地点のそれぞれ(合計4地点)に配置され、Y軸方向の磁界を検出する磁界センサであるY軸センサと、計測ポイントを挟んでX軸上で対向する2地点及びY軸上で対向する2地点のそれぞれ(合計4地点)に配置され、Z軸方向の磁界を検出する磁界センサであるZ軸センサを備えている。   That is, three axes that pass through the measurement point of the pointing vector and are orthogonal to each other are defined as an X-axis, a Y-axis, and a Z-axis, respectively, two points facing each other on the Y axis and two points facing each other on the Z axis across the measurement point. An X-axis sensor, which is a magnetic field sensor for detecting a magnetic field in the X-axis direction, and two points facing each other on the Z-axis and two points facing each other on the X-axis across the measurement point A Y-axis sensor that is a magnetic field sensor that detects a magnetic field in the Y-axis direction and is disposed at (a total of four points), two points facing each other on the X-axis across two measurement points, and two points facing each other on the Y-axis A Z-axis sensor that is a magnetic field sensor that is disposed at (a total of four points) and detects a magnetic field in the Z-axis direction is provided.

そして、磁界成分算出手段は、計測ポイントにおける各軸方向の磁界成分として、4個あるX軸センサの検出結果からX軸方向の成分を、4個あるY軸センサの検出結果からY軸方向の成分を、4個あるZ軸センサの検出結果からZ軸方向の成分を求める。   Then, the magnetic field component calculation means calculates the X-axis direction component from the detection result of the four X-axis sensors as the magnetic field component in each axis direction at the measurement point, and the Y-axis direction component from the detection result of the four Y-axis sensors. A component in the Z-axis direction is obtained from the detection results of the four Z-axis sensors.

この場合、同じ軸方向を検出する4個のセンサの検出結果を全て使用してもよいし、同一軸上に配置された2個のセンサの検出結果だけを使用してもよい。また、算出方法としては、単純に平均した値を使用すればよいが、計測ポイントから各センサまでの距離が互いに異なっている場合は、その距離に応じて加重平均した値を使用してもよい。   In this case, all the detection results of four sensors that detect the same axial direction may be used, or only the detection results of two sensors arranged on the same axis may be used. As a calculation method, a simple average value may be used, but when the distance from the measurement point to each sensor is different from each other, a weighted average value may be used according to the distance. .

また、電界成分算出手段は、計測ポイントにおける各軸方向の電界成分として、Y軸センサ及びZ軸センサの検出結果からX軸方向の成分を、Z軸センサ及びX軸センサの検出結果からY軸方向の成分を、X軸センサ及びY軸センサの検出結果からZ軸方向の成分を、マクスウェル方程式から導出される磁界と電界の関係を利用して求める。   In addition, the electric field component calculation means calculates the X-axis direction component from the detection results of the Y-axis sensor and the Z-axis sensor as the electric field component in each axis direction at the measurement point, and the Y-axis from the detection results of the Z-axis sensor and the X-axis sensor. The component in the direction is obtained from the detection result of the X-axis sensor and the Y-axis sensor, and the component in the Z-axis direction is obtained using the relationship between the magnetic field and the electric field derived from the Maxwell equation.

即ち、マクスウェル方程式によれば、電界,磁界をサイン波で記述することができ、かつ電流源がない(即ち、電流密度がゼロである)空間では、磁界の強度及び位相を表す磁界ベクトルHと電界の強度及び位相を表す電界ベクトルEとは(1)に示す関係を有し、その左辺は、(2)式で表すことができる。   That is, according to the Maxwell equation, an electric field and a magnetic field can be described by a sine wave, and in a space where there is no current source (that is, the current density is zero), a magnetic field vector H representing the strength and phase of the magnetic field The electric field vector E representing the intensity and phase of the electric field has the relationship shown in (1), and the left side can be expressed by the equation (2).

従って、X軸方向の磁界成分HxをY軸方向及びZ軸方向に偏微分した値と、X軸方向の磁界成分HyをZ軸方向及びX軸方向に偏微分した値と、Z軸方向の磁界成分HzをX軸方向及びY軸方向に偏微分した値が得られれば磁界の計測結果から電界を推定することができる。   Therefore, a value obtained by partial differentiation of the magnetic field component Hx in the X axis direction in the Y axis direction and the Z axis direction, a value obtained by partial differentiation of the magnetic field component Hy in the X axis direction in the Z axis direction and the X axis direction, If a value obtained by partial differentiation of the magnetic field component Hz in the X-axis direction and the Y-axis direction is obtained, the electric field can be estimated from the measurement result of the magnetic field.

例えば、X軸方向の磁界成分HxをY軸方向に偏微分した値は、Y軸に配置されたX軸センサからの検出結果、及び計測ポイントからX軸センサまでの距離を用いて求めることができ、その他の偏微分値も同様であるため、検出部を構成する12個の磁界センサの検出結果から計測ポイントにおける各軸方向の電界成分を求めることができる。   For example, the value obtained by partial differentiation of the magnetic field component Hx in the X-axis direction in the Y-axis direction can be obtained using the detection result from the X-axis sensor arranged on the Y-axis and the distance from the measurement point to the X-axis sensor. Since the other partial differential values are the same, the electric field components in the respective axial directions at the measurement point can be obtained from the detection results of the twelve magnetic field sensors constituting the detection unit.

そして、ポインティングベクトル算出手段が、磁界成分算出手段での算出結果である磁界ベクトルと電界成分算出手段での算出結果である電界ベクトルの外積を求めることで、計測ポイントにおけるポインティングベクトルを求める。   Then, the pointing vector calculation means obtains the pointing vector at the measurement point by obtaining the outer product of the magnetic field vector that is the calculation result of the magnetic field component calculation means and the electric field vector that is the calculation result of the electric field component calculation means.

このように本発明のポインティングベクトル計測装置によれば、電界センサや電位センサを使用することなく、磁界センサによる計測結果だけを使用してポインティングベクトルを求めており、電界センサによって被測定電磁界が攪乱されることがないため、精度のよい計測結果を得ることができ、しかも、電位センサの検出結果から電界を推定する処理と比較して簡易な処理で電界を求めることができ、装置の処理負荷を軽減することができる。   As described above, according to the pointing vector measuring apparatus of the present invention, the pointing vector is obtained using only the measurement result of the magnetic field sensor without using the electric field sensor or the potential sensor, and the measured electromagnetic field is generated by the electric field sensor. Since it is not disturbed, it is possible to obtain a highly accurate measurement result, and furthermore, the electric field can be obtained by a simple process compared to the process of estimating the electric field from the detection result of the potential sensor. The load can be reduced.

ポインティングベクトル計測装置の全体構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the whole structure of a pointing vector measuring device. 検出部の構成及び計測ポイントと磁界センサの位置関係を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of a detection part, and the positional relationship of a measurement point and a magnetic field sensor. 制御部が実行する計測処理の内容を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the content of the measurement process which a control part performs. 測定結果を例示するグラフである。It is a graph which illustrates a measurement result.

以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
<全体構成>
本発明が適用されたポインティングベクトル計測装置1は、図1に示すように、複数の磁界センサによって構成された検出部2と、検出部2を移動可能に保持し、検出部2の3次元空間内での位置を制御するステージ3と、ステージ3と一体に設けられ、検出部2に対して信号を入出力するためのセンサI/F部4と、検出部2から出力される検出信号をセンサI/F部4を介して取得して、取得した検出信号の信号処理を実行する計測部5と、ステージ3や計測部5の動作を制御する共に、計測部5で実行された信号処理の結果に基づいてポインティングベクトルを求める計測処理を実行する制御部6を備えている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
<Overall configuration>
As shown in FIG. 1, a pointing vector measuring apparatus 1 to which the present invention is applied includes a detection unit 2 constituted by a plurality of magnetic field sensors, and a detection unit 2 movably held. A stage 3 for controlling the position inside the sensor, a sensor I / F unit 4 for inputting / outputting signals to / from the detection unit 2, and a detection signal output from the detection unit 2. The measurement unit 5 that is acquired via the sensor I / F unit 4 and executes signal processing of the acquired detection signal, and the signal processing that is executed by the measurement unit 5 while controlling the operation of the stage 3 and the measurement unit 5 The control part 6 which performs the measurement process which calculates | requires a pointing vector based on the result of is provided.

<検出部>
検出部2は、図2に示すように、立方体に形成された誘電体からなる保持部20と、保持部20が有する6個の平面の中心付近に固定された6個のセンサ対21〜26によって構成されている。保持部20を構成する誘電体としては、例えば、発泡スチロールを用いることができる。但し、これに限るものではなく、大気とほぼ等しい誘電率を有する物体であればよい。
<Detector>
As shown in FIG. 2, the detection unit 2 includes a holding unit 20 made of a dielectric formed in a cube, and six sensor pairs 21 to 26 fixed in the vicinity of the centers of the six planes of the holding unit 20. It is constituted by. As the dielectric constituting the holding unit 20, for example, polystyrene foam can be used. However, the present invention is not limited to this, and any object having a dielectric constant substantially equal to the atmosphere may be used.

センサ対21〜26は、それぞれ互いに直交する二つの方向の磁界を検出するように組み合わされた一対の磁界センサからなる。磁界センサは、例えば、シールデッドループコイルからなる。なお、図2では、センサ対21〜26を直交する二つの円板で表現しているが、これらは実際の形状を表すものではなく、円板の面と直交する方向の磁界を検出することを表している。   Each of the sensor pairs 21 to 26 includes a pair of magnetic field sensors combined so as to detect magnetic fields in two directions orthogonal to each other. A magnetic field sensor consists of a shielded loop coil, for example. In FIG. 2, the sensor pairs 21 to 26 are represented by two disks that are orthogonal to each other, but these do not represent the actual shape, but detect a magnetic field in a direction orthogonal to the surface of the disk. Represents.

以下では、保持部20の形状である立方体の中心を、ポインティングベクトルの測定対象となる地点(「計測ポイント」という)Pとし、計測ポイントPを通り、かつ、それぞれが立方体の各外面の中心を貫通する互いに直交した3軸をX軸,Y軸,Z軸と呼ぶものとする。   In the following, the center of the cube that is the shape of the holding unit 20 is defined as a point P to be measured by the pointing vector (referred to as “measurement point”) P, and passes through the measurement point P, and the center of each outer surface of the cube. The three axes that are orthogonal to each other are called the X axis, the Y axis, and the Z axis.

そして、センサ対21,22は、計測ポイントPを挟んでX軸上で対向し、かつ計測ポイントPからの距離がΔx/2となる位置に配置されるように保持部20に固定されている。そして、センサ対21,22を構成する各一対の磁界センサは、それぞれ一方がY軸方向の磁界成分を検出し(以下、Y軸センサ21Y,22Yという)、他方がZ軸方向の磁界成分を検出する(以下、Z軸センサ21Z,22Zという)向きに設定されている。   The sensor pairs 21 and 22 are fixed to the holding unit 20 so as to face each other on the X axis across the measurement point P and be disposed at a position where the distance from the measurement point P is Δx / 2. . Each of the pair of magnetic field sensors constituting the sensor pairs 21 and 22 detects one magnetic field component in the Y-axis direction (hereinafter referred to as Y-axis sensors 21Y and 22Y), and the other detects the magnetic field component in the Z-axis direction. The direction of detection (hereinafter referred to as Z-axis sensors 21Z and 22Z) is set.

また、センサ対23,24は、計測ポイントPを挟んでY軸上で対向し、かつ計測ポイントPからの距離がΔy/2となる位置に配置されるように保持部20に固定されている。そして、センサ対23,24を構成する各一対の磁界センサは、それぞれ一方がZ軸方向の磁界成分を検出し(以下、Z軸センサ23Z,24Zという)、他方がX軸方向の磁界成分を検出する(以下、X軸センサ23X,24Xという)向きに設定されている。   The sensor pairs 23 and 24 are fixed to the holding unit 20 so as to face each other on the Y axis with the measurement point P interposed therebetween and to be disposed at a position where the distance from the measurement point P is Δy / 2. . One of the pair of magnetic field sensors constituting the sensor pair 23, 24 detects a magnetic field component in the Z-axis direction (hereinafter referred to as Z-axis sensors 23Z, 24Z), and the other detects a magnetic field component in the X-axis direction. The direction of detection (hereinafter referred to as X-axis sensors 23X and 24X) is set.

また、センサ対25,26は、計測ポイントPを挟んでZ軸上で対向し、かつ計測ポイントPからの距離がΔz/2となる位置に配置されるように保持部20に固定されている。そして、センサ対25,26を構成する各一対の磁界センサは、それぞれ一方がX軸方向の磁界成分を検出し(以下、X軸センサ25X,26Xという)、他方がY軸方向の磁界成分を検出する(以下、Y軸センサ25Y,26Yという)向きに設定されている。   The sensor pairs 25 and 26 are fixed to the holding unit 20 so as to face each other on the Z axis with the measurement point P interposed therebetween and to be disposed at a position where the distance from the measurement point P is Δz / 2. . Each of the pair of magnetic field sensors constituting the sensor pair 25 and 26 detects one of the magnetic field components in the X-axis direction (hereinafter referred to as X-axis sensors 25X and 26X), and the other detects the magnetic field component in the Y-axis direction. The direction of detection (hereinafter referred to as Y-axis sensors 25Y and 26Y) is set.

つまり、計測ポイントPの座標が(i,j,k)で表されるとすると、センサ対21の座標は(i+Δx/2,j,k)、センサ対22の座標は(i−Δx/2,j,k)、センサ対23の座標は(i,j+Δy/2,k)、センサ対24の座標は(i,j−Δy/2,k)、センサ対25の座標は(i,j,k+Δz/2)、センサ対26の座標は(i,j,k−Δz/2)となる。   That is, if the coordinates of the measurement point P are represented by (i, j, k), the coordinates of the sensor pair 21 are (i + Δx / 2, j, k), and the coordinates of the sensor pair 22 are (i−Δx / 2). , J, k), the coordinates of the sensor pair 23 are (i, j + Δy / 2, k), the coordinates of the sensor pair 24 are (i, j−Δy / 2, k), and the coordinates of the sensor pair 25 are (i, j , K + Δz / 2), and the coordinates of the sensor pair 26 are (i, j, k−Δz / 2).

但し、本実施形態では、計測ポイントPと各センサ対21〜26の距離を規定するΔx,Δy,Δzは、全て同じ大きさであり、また、計測対象となる電磁波の波長をλとして、λ/20程度に設定されている(Δx=Δy=Δz≒λ/20)。例えば、計測対象が300MHz帯の電磁波である場合は、Δx,Δy,Δz(即ち、保持部20の1辺の長さ)は5cm程度となる。   However, in this embodiment, Δx, Δy, Δz that define the distance between the measurement point P and each of the sensor pairs 21 to 26 are all the same size, and the wavelength of the electromagnetic wave to be measured is λ. / 20 or so (Δx = Δy = Δz≈λ / 20). For example, when the measurement target is an electromagnetic wave in the 300 MHz band, Δx, Δy, Δz (that is, the length of one side of the holding unit 20) is about 5 cm.

<センサI/F部>
センサI/F部4は、制御部6からの指令に従って、検出信号の取得対象となる磁界センサを切り替えるスイッチ、スイッチを介して取得した検出信号を増幅する増幅器等で構成されている。なお、スイッチは、センサ対21〜26のいずれか一つを選択し、選択したセンサ対を構成する二つの磁界センサから同時に検出信号を取得するように構成されている。
<Sensor I / F part>
The sensor I / F unit 4 includes a switch that switches a magnetic field sensor that is a detection signal acquisition target according to a command from the control unit 6, an amplifier that amplifies the detection signal acquired through the switch, and the like. Note that the switch is configured to select any one of the sensor pairs 21 to 26 and simultaneously acquire detection signals from the two magnetic field sensors constituting the selected sensor pair.

<計測部>
計測部5は、センサI/F部4のスイッチによって選択された磁界センサから出力される検出信号を順次周波数解析する周知のスペクトルアナライザからなる。なお、計測部5は、2チャンネルを有しており、センサI/F部4から供給される二つの検出信号を並列に処理するように構成されている。
<Measurement unit>
The measurement unit 5 includes a known spectrum analyzer that sequentially analyzes the frequency of detection signals output from the magnetic field sensor selected by the switch of the sensor I / F unit 4. The measurement unit 5 has two channels and is configured to process two detection signals supplied from the sensor I / F unit 4 in parallel.

<制御部>
制御部6は、CPU,ROM,RAMを中心に構成された周知のマイクロコンピュータからなり、ステージ3を駆動すると共に、計測部5を作動させてポインティングベクトルの計測を行う計測処理を実行する。
<Control unit>
The control unit 6 includes a known microcomputer mainly composed of a CPU, a ROM, and a RAM. The control unit 6 drives the stage 3 and activates the measurement unit 5 to execute a measurement process of measuring a pointing vector.

<<計測処理>>
計測処理の内容を図3に示すフローチャートに沿って説明する。
本処理は、図示しない操作部を介して、指令が入力されると起動する。
<< Measurement process >>
The contents of the measurement process will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
This process starts when a command is input via an operation unit (not shown).

本処理が起動すると、まず、ステージ3によって検出部2を移動させることが可能な3次元空間の範囲内に予め設定された複数の検出ポイントから一つを選択し(S110)、その選択した検出ポイントと検出部2の計測ポイントPとが一致するように、ステージを駆動して検出部2を移動させる(S120)。   When this process is started, first, one of a plurality of detection points set in advance within the range of the three-dimensional space in which the detection unit 2 can be moved by the stage 3 is selected (S110), and the selected detection is performed. The stage is driven to move the detection unit 2 so that the point and the measurement point P of the detection unit 2 coincide (S120).

次に、検出部2を構成するセンサ対21〜26の一つを選択して、その選択したセンサ対を構成する一対の磁界センサから検出信号が得られるようにセンサI/F部4を設定し(S130)、その状態で、計測部5を作動させ、計測部5から検出信号を信号処理した結果、即ち、選択されたセンサ対で計測された2方向の磁界成分を取得する(S140)。   Next, one of the sensor pairs 21 to 26 constituting the detection unit 2 is selected, and the sensor I / F unit 4 is set so that a detection signal is obtained from the pair of magnetic field sensors constituting the selected sensor pair. In this state, the measurement unit 5 is operated, and the result of signal processing of the detection signal from the measurement unit 5, that is, the two-direction magnetic field component measured by the selected sensor pair is acquired (S140). .

その後、全てのセンサ対についてS140の処理が実行されたか否かを判断し(S150)、計測が実行されていないセンサ対があれば、S130に戻る。一方、全てのセンサ対についてS140の処理が実行されていれば、各センサ対21〜26から得られた磁界成分の計測結果に基づいて計測ポイントでの磁界の強度及び位相を表す磁界ベクトルHの算出(S160)及び計測ポイントでの電界の強度及び位相を表す電界ベクトルEの算出(S170)を行い、更にこれら磁界ベクトルH及び電界ベクトルEを用いてポインティングベクトルSの算出(S180)を行う。   Thereafter, it is determined whether or not the process of S140 has been executed for all sensor pairs (S150). If there is a sensor pair for which measurement has not been executed, the process returns to S130. On the other hand, if the processing of S140 is executed for all the sensor pairs, the magnetic field vector H representing the strength and phase of the magnetic field at the measurement point based on the measurement results of the magnetic field components obtained from the sensor pairs 21 to 26. Calculation (S160) and calculation of an electric field vector E representing the intensity and phase of the electric field at the measurement point (S170) are performed, and further, a pointing vector S is calculated (S180) using these magnetic field vector H and electric field vector E.

なお、磁界ベクトルHの算出は、X軸方向の磁界成分Hxについては、(3)式に示すように、X軸センサ23X,24X,25X,26Xでの計測結果の平均値を、Y軸方向の磁界成分Hyについては、(4)式に示すように、Y軸センサ21Y,22Y,25Y,26Yでの計測結果の平均値を、Z軸方向の磁界成分Hzについては、(5)式に示すように、Z軸センサ21Z,22Z,23Z,24Zでの計測結果の平均値を求めることによって行う。   The magnetic field vector H is calculated for the magnetic field component Hx in the X-axis direction by calculating the average value of the measurement results obtained by the X-axis sensors 23X, 24X, 25X, and 26X in the Y-axis direction as shown in the equation (3). As shown in the equation (4), the average value of the measurement results obtained by the Y-axis sensors 21Y, 22Y, 25Y, and 26Y is used, and the magnetic field component Hz in the Z-axis direction is expressed by the equation (5). As shown, the measurement is performed by obtaining an average value of the measurement results obtained by the Z-axis sensors 21Z, 22Z, 23Z, and 24Z.

ここでは、4個の平均を求めているが、同じ軸上に配置された二つのセンサの平均値を求めるようにしてもよい。例えば、X軸方向の磁界成分Hxについては、Y軸上に位置するX軸センサ23X,24Xでの計測結果の平均値((3)式の右辺第1項及び第2項の平均値)、又はZ軸上に位置するX軸センサ25X,26Xでの計測結果の平均値((3)式の右辺第3項及び第4項の平均値)を用いてもよい。   Here, although the average of four is calculated | required, you may make it obtain | require the average value of two sensors arrange | positioned on the same axis | shaft. For example, for the magnetic field component Hx in the X-axis direction, the average value of the measurement results of the X-axis sensors 23X and 24X located on the Y-axis (the average value of the first term and the second term on the right side of equation (3)), Or you may use the average value (average value of the 3rd term and the 4th term of the right side of a formula (3)) of the measurement result in X-axis sensors 25X and 26X located on a Z-axis.

一方、電界ベクトルEの算出は、X軸方向の電界成分Exについては(6)式、Y軸方向の電界成分Eyについては(7)式、Z軸方向の電界成分Ezについては(8)式の関係を用いて行う。   On the other hand, the electric field vector E is calculated for the electric field component Ex in the X-axis direction by Equation (6), for the electric field component Ey in the Y-axis direction by Equation (7), and for the electric field component Ez in the Z-axis direction by Equation (8). This is done using the relationship.

そして、ポインティングベクトルSの算出は、(9)式に示すように、磁界ベクトルHと電界ベクトルEの外積を求めることで行う。具体的には、ポインティングベクトルSの各軸方向の成分Sx,Sy,Szを(10)〜(12)式を用いて算出する。但し、「*」は共役複素数を表す記号である。   The pointing vector S is calculated by obtaining the outer product of the magnetic field vector H and the electric field vector E as shown in the equation (9). Specifically, the components Sx, Sy, and Sz of the pointing vector S in each axial direction are calculated using equations (10) to (12). However, “*” is a symbol representing a conjugate complex number.

ポインティングベクトルSの算出が終了すると、全ての検出ポイントについてS120〜S180の処理を実行済みであるか否かを判断し(S190)、未処理の検出ポイントがあればS110に戻り、全ての検出ポイントについて処理を実行済みであれば、計測結果を出力して(S200)、本処理を終了する。   When the calculation of the pointing vector S is completed, it is determined whether or not the processing of S120 to S180 has been executed for all detection points (S190). If there is an unprocessed detection point, the process returns to S110, and all detection points are detected. If the process has been executed, the measurement result is output (S200), and this process ends.

計測結果の出力は、例えば、単にデータを所定のメモリ等に書き込むようにしてもよいし、例えば、図4に示すように、検出ポイント毎にポインティングベクトルの大きさと向きを線の長さと傾きによって表した画面を、図示しない表示装置にて表示するようにしてもよい。但し、図4におけるX軸,Y軸,Z軸は、図2で定義したものとは異なり、ステージ3によって検出部2を移動させることができる領域の位置を決定するための座標系である。   For example, the measurement result may be output by simply writing the data in a predetermined memory or the like. For example, as shown in FIG. 4, the size and direction of the pointing vector for each detection point is determined by the length and inclination of the line. The displayed screen may be displayed on a display device (not shown). However, the X-axis, Y-axis, and Z-axis in FIG. 4 are different from those defined in FIG. 2 and are coordinate systems for determining the position of the region where the detection unit 2 can be moved by the stage 3.

<効果>
以上説明したように、ポインティングベクトル計測装置1では、電界センサや電位センサを使用することなく、磁界センサによる計測結果だけを使用してポインティングベクトルを求めている。
<Effect>
As described above, the pointing vector measuring apparatus 1 obtains the pointing vector using only the measurement result of the magnetic field sensor without using the electric field sensor or the potential sensor.

従って、ポインティングベクトル計測装置1によれば、電界センサによって被測定電磁界が攪乱されることがないため、精度のよい計測結果を得ることができ、しかも、電位センサの検出結果から電界を推定する処理と比較して簡易な処理で磁界の計測結果から電界を求めることができるため、装置の処理負荷を軽減することができる。   Therefore, according to the pointing vector measuring device 1, since the measured electromagnetic field is not disturbed by the electric field sensor, an accurate measurement result can be obtained, and the electric field is estimated from the detection result of the potential sensor. Since the electric field can be obtained from the measurement result of the magnetic field with a simple process compared to the process, the processing load of the apparatus can be reduced.

<他の実施形態>
以上本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、様々な態様にて実施することが可能である。
<Other embodiments>
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be implemented in various modes without departing from the gist of the present invention.

例えば、上記実施形態では、検出部2を構成する保持部20として、立方体に形成されたものを用いているが、球体や直方体等であってもよい。
上記実施形態では、計測ポイントPからセンサ対21〜26までの距離を全て等距離としているが、それぞれ異なっていてもよい。この場合、各軸方向の磁界成分を求める際に、単純平均値を用いるのではなく、距離に応じて重み付けした加重平均値を用いればよい。
For example, in the above-described embodiment, the cube 20 is used as the holding unit 20 constituting the detection unit 2, but may be a sphere or a rectangular parallelepiped.
In the above embodiment, the distances from the measurement point P to the sensor pairs 21 to 26 are all equal, but they may be different from each other. In this case, when calculating the magnetic field component in each axial direction, a weighted average value weighted according to the distance may be used instead of using a simple average value.

上記実施形態では、計測部5において検出信号を処理するチャンネルが二つである場合について説明したが、チャンネル数は1個でも3個以上でもよい。特に、計測部5が、検出部2を構成する磁界センサの数と同数のチャンネルを有している場合、センサI/F部4のスイッチは必要ないため省略してもよい。   In the above embodiment, the case where the measurement unit 5 has two channels for processing the detection signal has been described, but the number of channels may be one or three or more. In particular, when the measurement unit 5 has the same number of channels as the number of magnetic field sensors constituting the detection unit 2, the switch of the sensor I / F unit 4 is not necessary and may be omitted.

上記実施形態では計測部5としてスペクトルアナライザを使用しているが、周知のネットワークアナライザ等を使用して構成してもよい。   In the above embodiment, a spectrum analyzer is used as the measurement unit 5, but a known network analyzer or the like may be used.

1…ポインティングベクトル計測装置 2…検出部 3…ステージ 4…センサI/F部 5…計測部 6…制御部 20…保持部 21〜26…センサ対 23X,24X,25X,26X…X軸センサ 21Y,22Y,25Y,26Y…Y軸センサ 21Z,22Z,23Z,24Z…Z軸センサ   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Pointing vector measuring device 2 ... Detection part 3 ... Stage 4 ... Sensor I / F part 5 ... Measurement part 6 ... Control part 20 ... Holding part 21-26 ... Sensor pair 23X, 24X, 25X, 26X ... X-axis sensor 21Y , 22Y, 25Y, 26Y ... Y-axis sensor 21Z, 22Z, 23Z, 24Z ... Z-axis sensor

Claims (4)

ポインティングベクトルの計測対象となる地点である計測ポイントを通り互いに直交する三つの軸をX軸,Y軸,Z軸として、前記計測ポイントを挟んで前記Y軸上で対向する2地点及び前記Z軸上で対向する2地点のそれぞれに、前記X軸方向の磁界を検出する磁界センサであるX軸センサ(23X,24X,25X,26X)を、前記計測ポイントを挟んで前記Z軸上で対向する2地点及び前記X軸上で対向する2地点のそれぞれに、前記Y軸方向の磁界を検出する磁界センサであるY軸センサ(21Y,22Y,25Y,26Y)を、前記計測ポイントを挟んで前記X軸上で対向する2地点及び前記Y軸上で対向する2地点のそれぞれに、前記Z軸方向の磁界を検出する磁界センサであるZ軸センサ(21Z,22Z,23Z,24Z)を配置することで構成された検出部(2)と、
前記計測ポイントにおける各軸方向の磁界成分について、前記X軸センサの検出結果からX軸方向の成分を、前記Y軸センサの検出結果からY軸方向の成分を、前記Z軸センサの検出結果からZ軸方向の成分を求める磁界成分算出手段(5,S160)と、
前記計測ポイントにおける各軸方向の電界成分について、前記Y軸センサ及び前記Z軸センサの検出結果からX軸方向の成分を、前記Z軸センサ及び前記X軸センサの検出結果からY軸方向の成分を、前記X軸センサ及び前記Y軸センサの検出結果からZ軸方向の成分を、マクスウェル方程式から導出される磁界と電界の関係を利用して求める電界成分算出手段(5,S170)と、
前記磁界成分算出手段での算出結果である磁界ベクトルと前記電界成分算出手段での算出結果である電界ベクトルの外積を求めることで、前記計測ポイントにおけるポインティングベクトルを求めるポインティングベクトル算出手段(5,S180)と、
を備え
前記検出部は、立方体に形成した誘電体からなる保持部(20)を備え、
前記計測ポイントを挟んで前記磁界センサが配置される同じ軸上の2地点は、前記計測ポイントまでの距離が等しくなるように、前記磁界センサは、前記保持部が有する各平面の中心にそれぞれ保持されていることを特徴とするポインティングベクトル計測装置。
Three axes that pass through a measurement point that is a measurement target of a pointing vector and that are orthogonal to each other are defined as an X axis, a Y axis, and a Z axis, and two points that are opposed to each other on the Y axis across the measurement point and the Z axis An X-axis sensor (23X, 24X, 25X, 26X) that is a magnetic field sensor for detecting a magnetic field in the X-axis direction is opposed to each of the two points facing each other on the Z-axis with the measurement point interposed therebetween. A Y-axis sensor (21Y, 22Y, 25Y, 26Y), which is a magnetic field sensor for detecting a magnetic field in the Y-axis direction, is placed on each of two points and two points facing each other on the X-axis with the measurement point in between. Z-axis sensors (21Z, 22Z, 23Z, 24Z) that are magnetic field sensors for detecting the magnetic field in the Z-axis direction at two points facing each other on the X-axis and two points facing each other on the Y-axis. Detecting portion configured by arranging and (2),
Regarding the magnetic field component in each axial direction at the measurement point, the X-axis direction component from the detection result of the X-axis sensor, the Y-axis direction component from the detection result of the Y-axis sensor, and the detection result of the Z-axis sensor Magnetic field component calculation means (5, S160) for obtaining a component in the Z-axis direction;
Regarding the electric field component in each axial direction at the measurement point, the component in the X axis direction from the detection results of the Y axis sensor and the Z axis sensor, and the component in the Y axis direction from the detection results of the Z axis sensor and the X axis sensor. An electric field component calculating means (5, S170) for obtaining a component in the Z-axis direction from the detection results of the X-axis sensor and the Y-axis sensor using the relationship between the magnetic field and the electric field derived from the Maxwell equation;
Pointing vector calculation means (5, S180) for obtaining a pointing vector at the measurement point by obtaining an outer product of a magnetic field vector as a calculation result in the magnetic field component calculation means and an electric field vector as a calculation result in the electric field component calculation means. )When,
Equipped with a,
The detection unit includes a holding unit (20) made of a dielectric formed in a cube,
The magnetic field sensor is held at the center of each plane of the holding unit so that the two points on the same axis where the magnetic field sensor is placed across the measurement point have the same distance to the measurement point. Poynting vector measuring apparatus characterized by being.
前記検出部を移動可能に保持し、前記検出部の3次元空間内での位置を制御する位置制御手段(3)を備えることを特徴とする請求項1に記載のポインティングベクトル計測装置。 The pointing vector measuring device according to claim 1 , further comprising position control means (3) for holding the detection unit movably and controlling a position of the detection unit in a three-dimensional space. 前記磁界成分算出手段は、
着目する軸方向の磁界成分を検出する前記磁界センサでの検出結果の平均値を、前記計測ポイントにおける前記着目軸方向の磁界成分とすることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のポインティングベクトル計測装置。
The magnetic field component calculating means includes
The average value of the detection result of the magnetic field sensor that detects a magnetic field component of interest to the axial direction, according to claim 1 or claim 2, characterized in that said focusing axis direction of the magnetic field component in the measurement point Pointing vector measuring device.
前記電界成分算出手段は、
前記X軸,Y軸,Z軸のうち一つの軸方向を着目軸方向、該着目軸方向に対して直交する二つの軸方向を第1直交方向及び第2直交方向として、前記第1直交方向及び前記第2直交方向の磁界成分を検出する磁界センサでの検出結果に基づき、前記第1直交方向の磁界成分に対する第2直交方向の偏微分値、及び前記第2直交方向の磁界成分に対する前記第1直交方向の偏微分値を求め、両偏微分値の差を、前記計測ポイントにおける前記着目軸方向の電界成分とすることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載のポインティングベクトル計測装置。
The electric field component calculation means includes
The first orthogonal direction, with one of the X, Y, and Z axes as the target axis direction, and two axial directions orthogonal to the target axis direction as the first orthogonal direction and the second orthogonal direction And a partial differential value in the second orthogonal direction with respect to the magnetic field component in the first orthogonal direction, and the magnetic field component in the second orthogonal direction based on the detection result of the magnetic field sensor that detects the magnetic field component in the second orthogonal direction. obtains a partial differential value of the first orthogonal direction, the difference between the partial differential value, in any one of claims 1 to 3, characterized in that said focusing axis direction of the electric field component in the measurement point The pointing vector measuring device described.
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