JPH02212788A - 磁場測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔目次〕 概要 産業上の利用分野 従来の技術　（第１２．１３．１４図）発明が解決しよ
うとする課題 課題を解決するだめの手段　（第１図）作用　（第２．
３．４図） 実施例（第５．６，７，８，９，１０．１１図）発明の
効果 （概要） 一様磁場、又は一様勾配磁場等の雑音磁場を除去して磁
場の検出を行うように形成された微分形磁場検出コイル
と、検出した磁場の測定を行う磁場測定器とを有する磁
場測定装置に関し、一様磁場を容易、かつ確実に除去で
きるとともに、磁場検出コイルに高精度を要求されない
信頼性ある磁場測定装置を提供することを目的とし、 少なくとも何れか１個のコイルに対して磁束か錯交する
ように設定した少なくとも３個の補正用磁場検出コイル
と、当該補正用検出コイルで検出した磁場の測定を行う
少なくとも３台の磁場測定器と、少なくとも、全ては一
平面に平行でない３方向を含む、相異なる方向の一様磁
場に対する前記磁場測定器の感度特性に基づいて定めた
所定の重み係数を成分とする重みベクトルと前記磁場測
定器により測定された各磁場を成分とする測定ベクｌ〜
ルとの内積に基づいて雑音磁場を除去ず乙雑音除去部と
を有する構成である。

〔産業上の利用分野〕

本発明は微小磁場を測定する際に、被測定磁場と共に混
入して計測される外部雑音磁場成分を除去する磁場測定
装置に係り、特に一様な磁場、または一様勾配磁場等の
雑音磁場を除去するために、微分形ピックアップ・コイ
ルを用いた磁場測定器により測定された磁場及び、補正
用とックアッフ・コイルを用いた磁場測定器により測定
された磁場に基づいて、雑音磁場を被測定磁場から除去
して磁場または磁束の測定を行う磁場測定装置に関する
。

近年、生体などから発する微小磁場の測定にスクイド（
Ｓ　Ｑ　Ｕ　Ｉ　Ｄ　；　ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉ
ｎｇ　ｑｕａ＋山１１１１ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｄ
ｅｖｉｃｅ超伝導州子干渉計）を利用した高感度の磁場
測定器が利用されている。

その際、極く微小な磁場を測定するため外部磁場の影響
が問題になっている。外部磁場雑音の主な発生源となっ
ているものに地磁気や電車、エレベータ、コンピュータ
その他の電気機器などがあるが、これらの発生源はピッ
クアップ・コイルと被測定磁場源の間の距離に較べ被測
定磁場源から非常に離れた位置にある。このため外部磁
場雑音は被測定磁場源の近くでは場所によってその大き
さと方向が殆ど変わらない一様磁場あるいは場所に対す
るこれらの変化率が一定な一様勾配磁場と見做すことが
できる。

このことを利用して、外部磁場雑音成分を除去するため
に、ピックアップ・コイルとして１次微分形コイルや２
次微分形コイルなどの微分形コイルが用いられている。

しかし、前記ピックアップ・コイルの製作誤差の点から
一様磁場による雑音成分を充分には除去しきれてないと
いう問題を残している。

〔従来の技術〕

従来、外部一様磁場による雑音を除去するために微分形
磁場検出コイル（以下「微分形ピックアップ・コイル」
という）として、第１２図（ａ）に示すような１次微分
ピックアッフ・コイル１０が、さらに一様勾配磁場によ
る雑音を除去するために、第１２図（ｂ）に示すような
２次微分形ピックアッフ・コイル１００が用いられてい
る。この他、図示していないか、３次微分形ピックアッ
プ・コイルなど種々の微分形ピックアップコイルが用い
られている。

ピックアップ・コイル１０と高感度磁気センサであるス
クイド４１ａに磁気結合するインプラ１〜・コイル４１
ｂとは超伝導材でてきており超伝導ループを構成してい
る。磁場Ｈがピックアップ・コイル１０に入力するとピ
ックアップ・コイルに錯交する磁束Φ２を打ち消す方向
にΦ２に比例した電流■がピックアップ・コイル１０と
インプラ１〜・コイル４１ｂに流れ、インプラ１〜・コ
イル４１ｂから磁束Φ五がスクイド４１ａに錯交する。

Φ、はスクイド４１ａで検出され、その出力は磁場測定
回路４１ｃで処理されて錯交磁束に応した信号Ｖ。か出
力される。信号Ｖ。は電流変換回路４１ｄで■。に比例
した電流に変換され、スクイド４１ａに磁気結合したフ
ィードバック・コイル４１ｅに流入され、インプット・
コイル４１ｂからスクイド４１ａに入力する磁束Φ、を
打ち消ず方向に磁束がフィードバックされ、ヌルメソッ
ドで磁束Φ、従、って磁場Ｈが計測され、磁場測定回路
４１ｃの出力端には磁場Ｈに比例した信号が出力される
ようになっている。

第１２図（ａ）あるいは第１２図（ｂ）で破線て囲まれ
た部分は磁場測定器４１に相当する。

ここで、説明の簡単のため一時微分形コイルを例にして
、微分形コイルの一様磁場に対する等価コイルについて
説明する。

第１２図（ａ）に示すように一時微分形コイルを構成す
る２個のコイルの面積およびそれらの面の法線方向の単
位ベクトルをそれぞれＡＩ　、ｎｉおよびＡ２　＋ｎ２
とすると、−次微分形コイルに一様磁場百が錯交する磁
束Φは Φ＝　（Ａｌｎｌ−Ｈ）＋　（Ａ２ｎ２−Ｈ）　　　■
となる。ここで括弧内はスカラ積を表す。

ここでスカラ積とは二つのベクｌ〜ルの絶対値の積に、
二つのベクトルのなす角の余弦を乗じたものである。こ
れは二つのベクトルの各直交座標軸」−の三成分同士の
積の和で表わされる。

このΦがゼロになるためには Ａ１ｎｔ＝　　Ａ２ｎ２　　　　　　　　■であればよ
い。即ち２個のコイルの面積が等しく面の法線方向が丁
度逆向きてあればよい。しかし、実際に製作されたもの
には製作誤差が含まれるため、■式か満たされず一様磁
場に対しても一次微分形コイルから出力がでることにな
る。

いま、Ａ２＝　Ａ、＋ΔＡ ｎ２＝　−（ｎ、＋Δｎ） とするとき錯交するとき磁束Φは ■ どなる。■式で下線の部分は一つのベタ１〜ル量を示す
ものであるから、このベクＩ〜ルの大きさをＡ、その法
線方向がｎｅとすると■式は次の如く書ける。

Φ−（Ａｅｎｅ　−）１）　　　　　　　　　　　　■
これは面積がＡｅで、その面の法線方向かｎｅの方向を
向いたコイルに一様磁場が錯交する磁束に等しい。従っ
て一様磁場に対して、−次微分形コイルはそれを構成す
る２個のコイルが■式を満たさない場合には面積かＡｅ
で、その面の法線方向がｎｅの方向を向いたコイルと等
価となり、一様磁場に対して感度を有することになる。

微分形コイルの面積Ａには通常０．１％程度或いはそれ
以上の誤差を有し、また各コイル面間の平行度にも誤差
を含んでいるため、これらの外部磁場による雑音は高々
１０００分の１程度までにしか低減することができない
。

そこで、従来第１３図（ａ）に示すように３個の超伝導
タブ（面積の小さい薄い板）ｉ２Ｘ。

Ｙ、Ｚを」いに直交する３軸方向の磁場の内の１方向の
磁場に対してのみ感度変化を与えるように配置して、こ
れらの超伝導タブの位置を調整して磁場分布を変えるこ
とにより、また、第１３図（ｂ）に示すように互いに面
が直交する補正用のループ１３Ｘ、Ｙ、Ｚを３個設け、
超伝導タブの位置をずらせてその面が超伝導タブで磁気
的に遮蔽される量を調整することにより、この製作誤差
によるコイルのアンバランスの補正を行っていた。

また従来技術として第１４図に示すように３個の補正コ
イルをその面の法線が各々Ｘ、Ｙ、Ｚ方向を向くように
配置して一様磁場に起因する雑音を除去する方法が公開
（特開昭６３−３２３８４号）されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、以上説明した従来の方法のうち、前者の方法
では３個の超伝導タブや３個の補正用のループの各面の
法線方向に合わせて、１軸ずつ外部から一様交流磁場を
加えて磁場測定器の出力か最小になるよう順次調整を行
うのてかなり調整か面倒である欠点があった。また前記
３個の超伝導タフ六゛〕３個の補正のループの各面の法
線方向で互いにｉｌＥ確に直交１ノ′Ｃいる必要が有る
が、やはり製作誤差を含んでいるためにある軸方向の一
様磁場に対し、・で出力かないように調整すると他の軸
方向の・様磁場に対し・出力が増加することなどがあり
、同様な調整を繰り返し゛Ｃ仝■音出力が最小になるよ
う調整を行っているが、それでも一様磁場に起因する雑
音成分の除去が十分には行えないという問題点があった
。

また、従来の方法のうち後者の方法にあっては、各Ｘ、
Ｙ、Ｚ方向毎に雑音磁場の消去を行うため、正確に短時
間で調整な行うには３個の補正コイルの面の法線がグい
に正確に直交していて、か−）可変抵抗の調整の際に外
部から加える一様磁場の方向が、いずれかの法線方向に
正確に一致していることか必要とされるが、コイル面の
方向にも、一様＆、′？：馬の方向にも誤差が含まれ易
く、何度も回し・調整を繰り返してもなかなか一様磁場
に起因するｐｐｌ潜の除去が１−分には行えないという
問題点を右し′でいた。

すなわち、前者の方法では前述の如く外部から一様交流
磁場を加えた状態で、磁場測定装置の出力が最小になる
よう超伝導タブや補正用のループを順次調整を行うので
かなりＪ周整が面Ｉｆヒてあり、後者の方法では前記３
個の超伝導タブや３個の補正用ループの各面の法線方向
は−りいに正確に直交している必要か有るが、やはり製
作誤差を含ん′Ｃいるために調整によって一様磁場に起
因する肩１．音の除去か十分には行えないという問題点
を有し・°ｒいた。

そこで、本発明は微分形ビックアッフ・コイルのアンバ
ランスにより生ずるー・様磁場（こよる全１１音をより
簡単に、より確実に除去できる磁場測定装置を提供する
ことを目的としてなされたものてあ〔課題を解決するだ
めの手段〕 以北の技術的課題を解決するため本発明は第１図に示す
ように、一様磁場、または一様勾配磁場等の雑音磁場を
除去して磁場の検出を行うように形成された少なくとも
１個の微分形磁場検出コイル１０．・・・と、検出した
当該磁場の測定を行う少なくとも１台の磁場測定器２０
．・・・とを有する磁場測定装置において、少なくとも
何れか１個のコイルに対して磁束が錯交するように設定
された少なくとも３個の補正用磁場検出コイル１１゜１
２．１３．・・・と、当該補正用検出コイルで検出した
磁場の測定を行う少なくとも３台の磁場測定器２１，２
２，２３．・・・と、少なくとも、全ては一平面に上行
でない３方向を含む相異なる方向の一様磁場に対する前
記磁場測定器２１，２２゜２３、・・・、２０の感度特
性に基づいて定めた所定の重み係数を成分とする重みベ
クトルと、前記磁場測定器２１，２２，２３．・・・、
２０により測定された各磁場なベクトル成分とする測定
ベクトルどの内債に基づいて雑音磁場を除去する雑音磁
場除去部３とを有するものである。

ここで、「磁場測定器」は必ずしも第１２図の符Ｖ）４
１に示したような超伝導材が使用される場合に限られな
い。

「・・・の感度特性に基づいて定める」とは例えば、一
様磁場に対して、測定装置が測定した一様磁場を除去す
るように定めることであって、例え同種の各磁場測定器
であっても、固有な重み係数が得られることになる。

また、「内積」とは同一・の各ヘタ１〜ル成分間十の積
の和をとることをいい、和には差も含まれている。

さらに「少なくとも３個」とし′でいるが通常は３個あ
れば必要で十分である。

（作用） 今、説明上の簡単のため１個の前記微分形磁場検出用コ
イル１０により検出した磁場を測定する磁場測定器２０
の他に前記補正用検出コイル１１．１２．１３を用いた
３台の磁場測定器２１．２２．２３を有するものとする
。

また、説明上簡単の為にηいに直交するＸ。

ＹおよびＺ軸方向に順次に一様磁場を加え゛Ｃ行き、Ｘ
ｌｌ１ｌｌＩ力向に一様磁場を加えた場合の磁場測定器
２１．磁場測定器２２　、磁場測定器２３および范；楊
測：”Ｊｉ　４１０　ノ出力をソ；ｉ　ソれＶ　ｉ　ｘ
　＋　ｖ２　Ｘ　＋Ｖ３Ｘ、Ｊぢよび■。Ｘどし・、Ｙ
軸方向に一様磁場を加えた場合の磁場測定器２１．磁場
測定器２２．磁場測定器２３によび磁場測定器２０の出
力をそれソｔ’　Ｖ　Ｉ　Ｘ、＋　Ｖ２Ｙ＋　Ｖ３Ｙ＋
およびＶｏｙとし、Ｚ軸方向に一様磁場な加えた場合の
磁場測定器２１．磁場測定器２２　、磁場測定器２３お
よび磁場測定器２０の出力をぞね５ぞれｖＩＺ　＋　ｖ
２Ｚ　＋　Ｖ　３Ｚ　＋および■ｏ２どするとき、前記
雑り′磁場除去部３により内積かどらイユる・＼き重み
ペクト・ルの各成分（＋１１１１１２１１）、ｊｌ。）
は下記式■に示したように定められることになる。

すなわち、前記測定ベクトル（ＶＩＸ、Ｙ、ｚ＋Ｖ　２
　Ｘ、　Ｙ、　Ｚ　＋　Ｖ　：＋ｘ、　Ｙ、　Ｚ　＋　
■ＯＸ、Ｙ、Ｚ　）と前記重みベクＩ〜ル（ｈ□＋１１
２＋Ｆ１３＋１１゜）との内積な取ることにより、各成
分が０となることにより定められる。

すなわち、 ここで、ｈ、　＋ｈ２．ｈ３．ｈ。は正負の値を含む。

いま、一様磁場に対し・錯交する磁束が最大になる磁場
方向をコイル面の法線方向と定義し、前記補正用コイル
１１，１２．１３及び前記微分形検出用コイル１０の各
コイル面の法線方向の単位ベクトルなそれぞれｎｌ＋　
＋１２１１１３　＋及び１１．、とすると、任意の成る
方向にベクトル１１なる一様磁場を加えた場合の前記磁
場測定器の出力は各々 ａｘ（ｎ、＊　Ｈ）　、ａ２（ｆｉ□＊　Ｈ）　、　ａ
３（１）３＋＝　ｉｌ　）　。

およびａ。（ｎ、ｏ−Ｈ）となる。

たたし、ａｌ＋　８２＋およびａｌはそれぞれの補正用
磁場検出コイル１１，１２．１３の面積と磁場測定器２
１，２２．２３の感度特性により定まる定数である。ａ
ｏば微分形磁場検出コイルｌＯか一様磁場に対し錯交す
る磁束が最大になる場合の実行的面積（微分形磁場検出
コイルに製作誤差がない場合はこの面積はゼロとなる。

）と磁場測定器２０の特性により定まる定数である。括
弧内はスカラ耳青を表す。

いまＨの直交３！１ｉｌＩＩ成分をＨ，、ＮＹ、および
Ｈｚとし、軸方向の単位ベクトルＩｌｊおよびｋとする
と上記の各出力は下記のごとく表される。

ここで、前記式■が前記一様磁場の方向や大きざ及び磁
場測定器の特性に関係なく成立するためには、 ｔｌに関係なく ｈＩａ、（１１，・　）ｉ　　）　　十　ｈ２ａ２（１
〕２＊　　Ｈ）　　＋ｈ３ａ３（Ｑ：＋＋　Ｈ）　＋ａ
ｏ（ｌｌｏ＋　Ｈ）＝０■となればよい。即ち （１１ｉａ＋ｎｔｘ　”　ｈｚａ２ｎ２ｘ　”　ｈ３ａ
３ｎ：＋ｘ　”ｈｏａｏｎｏＸ）　Ｈｘ（ｈｌａｌｎｓ
、ｙ　”　１１２ａ２ｎ２ｙ　＋！１：＋ａ３ｎ：ｉｙ
”１ｉｏａｏｎｏいＨｙ　　”　　（ｈｘａｘｎｌｚ　
”　ｈ２ａ２ｎ２ｚ　”　１１３ａ：＋ｎｚｚ→ｔ）ｏ
ａ。

ｎｏｚ）　ｔｌ、　　＝　０　　■ 取、ＨＹおよびＨｚの値に関係無く■式が成立するため
にはＨＸ、ＨアおよびＨ７，の係数がそれぞれ両辺で等
しければよいから、 （ｈｘａｘｎｘｘ　”　ｈ２ａ２ｎ２Ｘ”　１１３ａ：
ｉｎ＋＋ｘ”１ｌｏａｏｎｏＸ）　）ＩＸ　＝０（ｈｌ
ａｌｎｌｙ　＋　ｈ２ａ２ｎ２ｙ　４ｒ　ｔ１３ａ３ｎ
３ｙ”ｈｏ８ｏｎｏｙ）　Ｉ（Ｙ＝０（ｈｘａｘｎｘｚ
　”　ｈ２ａ２ｎ２ｚ　”　ｈ＊ａ３＋１３ｚ”ｌｌｇ
ａＯｎＯＺ）　Ｈｚ　＝０■ となればよい。■式の各項と前述の実測値との間には次
のような関係がある。即ち であるから、 ■式は と書ける。０式の連立方程式から４個の未知数ｈ１．ｈ
２．１１３及びり。を求める。尚、式は３個であるが未
知数４個のうち１つは独立ではなく、実質的には未知数
は３つであり、例えば、 とした場合には−ｈｔ／ｈｏ＝ｂｔ　、−ｈ２／ｈｏ＝
ｂ２．−ｈ：＋／ｈｏ＝ｂ３の３つが実質的な未知数と
なる。

こうして得られた重みベクトル（ｈ、、ｈ□、ｈ３．ｈ
ｏ）または（ｂｔ、ｂ２．ｂ＋３ｊ、）と前記磁場測定
器２１゜２２．２３．２０により測定された磁場との内
積が前記雑音磁場除去部３において、取られることにな
る。

尚、通常は第２，３図に示すように、前記雑音磁場除去
部３として、乗算部４０１，４０２゜４０３を設け、さ
らに当該各乗算部４０１゜４０２．４０３として可変利
得増幅器４１１゜４１２．４１３を使用し、前記微分形
磁場検出コイル１０を用いた前記磁場測定部２０につい
ては乗算部として可変利得増幅器を設けず（ｈｏ＝１と
することに相当する）、重みベク１〜・ルとして（ｈ。

ｈ２．ｈ３．］、　）を使用することに相当する。

尚、重みベクトル成分り。として１１゜＝】以外を使用
した場合には、被測定磁場を求める際に、前記微分形磁
場検出コイル１０で検出され前記磁場測定器２０により
測定された磁場をｈｏで除する必要がある。

ここで、各乗算部の倍率または可変利得増幅器の各利得
として前述した前記重みムク１ヘルの成分から得られた
一ｈｘ／ｈｏ＝ｂ、、　、−ｈ２／ｈｏ＝ｂ２．−ｈ：
ｉ／ｈｏ＝ｂ３を使用することになる。

こうして、前記乗算部４０１，４０２，４０３として用
いた可変利得増幅器４１１，４１２゜４１３の出力を前
記雑音除去部３としての差分増幅器５０で和をとり、前
記微分形磁場検出コイル１０から検出され前記磁場測定
器２０により測定された磁場からの差をとることにより
一様磁場による雑音成分が除去されることになる。

尚、前記補正用磁場検出コイル１１，１２゜１３は前記
微分形磁場検出コイル１０に較べ被測定磁場源からかな
り離れた位置に配置すれば、被測定磁場Ｈ，は前記補正
用磁場検出コイル１１゜１２．１３には較べ極く僅かし
か入力しないので、磁場測定器２０の出力から磁場測定
器２１゜２２．２３の出力を減じても、磁場測定器２０
の被測定磁場による出力成分は殆ど変化することなく前
記雑音除去部３としての差分増幅器５０に出力される。

以上の説明では簡単のために、重みベクトルの成分ｈｔ
＋１１２．ｈ３．ｌｌｏまたはｂｔ、ｂ２．ｂ：＋、１
を求めるために互いに直交する３軸方向の一様磁場を利
用したが、ａ・ずしも加える一様磁場は直交する３軸方
向である必要はない。３方向が異なり、且つ、３方向が
全ては一平面に平行でない３方向の一様磁場であればよ
い。この条件を満たす３方向の一様磁場Ｈ１、Ｈ２およ
びＨ３を順次に加えて行き、Ｈｌなる一様磁場を加えた
場合の磁場測定器２１．磁場測定器２２．磁場測定器２
３および磁場測定器２０の出力をそれぞれ■１Ｘ、■２
Ｘ、■３゜およびＶ。Ｘとし、Ｈ２なる一様磁場を加え
た場合の磁場測定器２１、磁場測定器２２．磁場測定器
２３および磁場測定器２０の出力をそれぞれｖＩ　Ｙ　
＊　ｖ２　Ｙ　＋　■３　ＹおよびＶ。Ｙとし、＋１３
なる一様磁場を加えた場合の磁場測定器２１、磁場測定
器２２、磁場測定器２３および磁場測定器２０の出力を
それぞれＶ　Ｉ　Ｙ　＋　Ｖ　２　Ｙ　＋　Ｖ　３　Ｙ
およびｖ。Ｙとするとき、前記可変利得増幅器４１１，
４１２，４１３の出力が前記■を満足するように前記各
可変利得増幅器の利得を調整することにより差分増幅器
５０の出力端で一様磁場により生ずる雑音成分を除去し
た信号を得るものである。

さらに、第４図に示す場合にも以上と同様であるが、補
正用磁場検出コイル１１，１２．１３・・・により検出
された磁場を測定する磁場測定器２１．２２，２３．・
・・の出力に関して重みヘクｌ〜ルと測定ベクトルとの
内積を取って、一様磁場を測定し、微分形磁場検出コイ
ル１０及び磁場測定器２０に対し２゛で、当該一様磁場
を除去するように働きかける点が異なっている。

（実施例） （ａ）第５図は本発明の第一の実施例である。図中、第
１図で示したものと同一のものは同一記号て示しである
。

本実施例は同図に示すように微分形ピックアップ・コイ
ル（微分形磁場検出コイル）１０と、当該近傍に設けら
れ、何れの方向の一様磁場に対しても、少なくとも１個
のピックアップ・コイルは磁束が錯交するように成る立
体構造物４０の表面に配置された補正用ピックアップ・
コイル（補正用磁場検出コイル）１１，１２．１３と、
各ピックアップ・コイルに錯交した磁束に比例した信号
を増幅する磁場測定器２１、磁場測定器２２、磁場測定
器２３及び磁場測定器２０と、雑音磁場除去部３２とを
有する。

当該雑音磁場除去部３２は該磁場測定器２１、磁場測定
器２２及び磁場測定器２３の出力をそれぞれ増幅する前
記乗算部４０１，４０２゜４０３としての可変利得増幅
器４１１．可変利得増幅器４１２及び可変利得増幅器４
１３と、前記加減部５としての差分増幅器５１とを有す
る。

当該差分増幅器５１は演算増幅器と抵抗で構成されてお
り、加算器５１ａ、加算器５１ｂ及び反転増幅器５１ｃ
を有するものである。

当該差分増幅器５１の出力には磁場測定器２０の出力か
ら可変利得増幅器４１１．４１２４１３の出力が減じら
れた信号が出力される。

以上の構成により一様磁場による雑音成分を除去した信
号を得ることができる。

被測定磁場を測定するのに先立って、可変利得増幅器４
１１，４１２，４１３で利得を決定するために、例えば
第８図に示すような円筒状に巻いたコイルを一様磁場発
生器８として用いる場合について説明する。

一様磁場Ｈの存在する円筒状コイルの中心部に前述した
補正用ピックアップ・コイル１１゜１２．１３を設け、
一様磁場Ｈの方向は円筒状コイルの軸と平行方向にある
ので、コイルの軸方向を変えることにより、交流一様磁
場なＸ、ＹおよびＺ軸の直交３軸方向に順次加え、各方
向に対し磁場測定器２１，２２，２３．２０の交流出力
の最大値■１Ｘ、■１Ｙ、■１□＋　Ｖ２Ｘ＋　ｖ２Ｙ
、　ｖ２□。

■３Ｘ、■３Ｙ、ｖ３□、■ｏＸ、ｖｏＹおよびＶＯＺ
を測定し、前述の０式によって可変利得増幅器４１１゜
４１２．４１３に設定すべき利得値ｂ□、ｂ２およびｂ
３を算出して、各可変利得器の利得をそれぞれこれらの
値に設定することにより、一様磁場による雑音成分が除
去された信号を得ることが可能になる。

（ｂ）第６図は本発明の第二の実施例である。

本実施例では可変利得増幅器以降の演算をディジタル演
算で行うものである。

本実施例では前記雑音磁場除去部３として、乗算部４２
１，４２２，４２３と、加減部５２と、タイミング発生
器６とを設けるとともに、当該各乗算部４２１，４２２
，４２３には任意時刻におけるアナログ信号値を抜き出
して保持することによりＡ／Ｄ変換器の正常な動作を助
けるサンプル・ホールド回路４２１ａ、４２２ａ、４２
３ａ、アナログ・デジタル変換器（以下Ａ／Ｄ変換器と
いう＞４２１ｂ、４２２ｂ、４２３ｂ、乗算器４２１　
ｃ、４２２ｃ、４２３ｃ及びレジスタ４２１ｄ、４２２
ｄ、４２３ｄを有する。

また、前記加減部５２はサンプルホールド回路５２ａ、
Ａ／Ｄ回路５２ｂ及び加算器５２ｃを有する。

本装置は磁場測定器２１，２２，２３．２０の出力はタ
イミングパルス発生器６の信号により、ある時間間隔で
サンプリングが行われ、それぞれＡ／Ｄ変換器４２１ｂ
、Ａ／Ｄ変換器４２２ｂ、Ａ／Ｄ変換器４２３ｂ及びＡ
／Ｄ変換器５２ｂでディジタル信号に変換される。（ａ
）項の第一の実施例と同様にしてｂ２．ｂ、およびｂ３
を求め、この値をそれぞれレジスタ４２１ｄ、４２２ｄ
。

４２３ｄにセラ１−１．ておき、被測定磁場を測定する
際に、Ａ／Ｄ変換器４２１ｂ、Ａ／Ｄ変換器４２２ｂお
よびＡ／Ｄ変換器４２３ｂです、　、ｂ２および１）３
倍し、これらの値をＡ／Ｄ変換器５２ｂの出力から減じ
る演算を加算器５２ｅで行わせることにより、一様磁場
による雑音成分を除去した信じ−をディジタル信号゛Ｃ
得るようにしたものＣある。

（ｅ）第７１メ１は第三の実施例である。

本実施例は微分形ピックアップ・コイル１０と、当該近
傍に設けられ、何れの方向の一様磁場に対しＣも、少な
くとも１個のピックアップ・コイルは磁束か錯交するよ
うに成る立体構造物４０の表面に配苫された補正用ピッ
クアップ・コイル１１．１２．１３と、各ピックアップ
・コイルにｔハ交した磁束に比例した信号を増幅する磁
場測定器２１．磁場測定器２２、磁場測定器２３及び磁
場測定器２０と、雑音磁場除去部３４と、正弦波発生器
７と、一様磁場発生器８とを有する。

当該雑音磁場除去部３４は、サンプルホールド回路３４
１ａ、３４２ａ、３４３ａ、３４０ａと、Ａ、　、、’
　Ｄ変換器３４１ｂ、３４２ｂ、３４３ｂ、３４０ｂと
、演算部３４ｃ（電子計で（９器）と、電子計算機のコ
ン）ヘロール信りを受ＩＪて、当該サンプルホールド回
路３４１ａ、Ａ／Ｄ変換器３４１ｂ及び前記１弦波発生
器７に一タイミシ′ノベルスを送出するタイミングパル
ス発生器６１どを有する。

正弦波発生器７は該夕・イミングパルスを−）ｊ・、１
″に、ｔ”ｉに同期１７．・”Ｃ正弦波を発生し・て、
一様７ｄ；：場発生器８のコイルに正弦波電流を流入さ
せる。一様心１場がＸ軸ノｊ向に加えられている場合に
は正弦波電流が最大近くに達するタイミングで、ＶＩＸ
。

Ｖ２Ｘ　ＩＶ３ＸＩ　ＶＯＸはサンプルホールド回路３
４１ａてホールドか行われ、Ａ　／’　Ｄ変換器３４．
１　ｂてディジタル信号に変換され゛Ｃ，演算ｉ’：１
（３４ｃに取り込よＡする。同様に一様磁場かＹ　Ｗｄ
ｒ方向、Ｚｉｌｉｉ１ツカ向に加えられている場合にそ
れぞＪｌｖｌ、”ｆ　＋Ｖ２Ｙ　。

Ｖ　３Ｙ　、　Ｖ　ｏｙ８よひ＼ｒ　ｔｚ　ＩＶ２Ｚ　
ＩＶＩＩＺ　＋ＶＯＺか演算部３４ｃに取り込まれる。

そし゛（（１−ｊ）式により１）１．１１１２およびｌ
）３を求めこの値をメ干りに記憶させておく。

実際に被測定磁場を測定する際には各磁場測定器２１，
２２，２３．２０の出力は、タイミングパルス発生器６
１からのパルスにより一定の周期でサンプルホールドが
行われ、さらにＡ／Ｄ変換されて、Ａ／Ｄ変換器３４１
ｂ、３４２ｂ。

３４３ｂの出力は順次演算部３４ｃにとりこまれて、予
めメモリに記憶されている１）□、ｂ２および１）３の
値か各々に掛けられて、得られた値の和をＡ／Ｄ変換器
３４０ｂの出力から減する演算を演算部３４ｃに行わせ
る。その結果を順次出力することにより一様磁場による
雑音成分を除去した信号を得るものである。

（ｆ）第９図は本発明の第四の実施例である。

本実施例では前記雑音磁場除去部３０１には可変利得増
幅器４１１，４１２，４１３の他、加減部５３を有する
。

当該加減部５３は加算器５３ｄと、ジョセフソン素子を
有する超伝導リングと磁気的に結合したフィードバック
・コイル５３ａと、当該加算器５３ｄの出力に比例した
電流をフィードバック・コイル５３ａに流す電流変換手
段としてのり全抵抗器５３ｂと、重み係数を求める際に
ｒｑ変低抵抗器５３ｂらフィードバック・コイル５３ａ
に電流が入力しないようにする電流変換手段としＣのス
イッチ５３ｃとを有するとともに、前記（ａ）項で示し
た第一・の実施例で可変利得増幅器４１］。

４１２．４１３の出力を可変抵抗器５３ｂと微分形磁場
検出コイル５３ａに磁場結合するコイル５３ａにより、
微分形磁場検出コイル１０に一様磁場が錯交する磁束を
打ち消すようにフィードバックさせるものである。

調整方法は先ずスイッチ５３ｃを開にしフィー１′：バ
ック・ループを切った状Ｗ；で、（ａ）項の第一・の実
施例と同様な方法です、、ｂ２および１）３を求め、各
可変利得増幅器４１１，４１２，４１３の利１′（Ｉを
この値に設定する。次に磁気測定器２０の出力がなるべ
く最大に近くなる方向の一様磁場を加、宮で、この状態
でスイッチ５３ｃを閉にし、磁気測定器２０の出力がゼ
ロとなるよう可変抵抗器５３ｂを設定ずれはよい。

（呂）第１０図は第五の実施例を示ずものである。

杖実施例ては■音除去部３０２とし・て３台の可脅利１
′ＩＩ増ｉ＋ｉ＋器４１１，４．１２，４１３と、当該
増幅器の出力の和を出力する加算器５４ｃと、該加１″
Ｊ−器５４ｃの出力に珪例した電流をフィートバラ・ν
・コイル５４ａに流す電流変換１段としての可変抵抗器
５４１）と、重み係数を求める際に当該可・：夏ｊ１琢
４１光器５４ｂから〕ノイ〜　１−バック・コイル５４
　ａ　ｉＪ″、電流が入力１．・ないようにする電流変
換手段どし゛このス、イッチ５・ＩＣとを有するととも
に、前記（＋１）項で示した第一の実施例で可変利イ↓
ｊ増幅器４１１．町変利イ（）増幅器４１２　、可変利
得増幅Ｃ４１ｉ　４１３の出力を可変抵抗器５４ｂと当
該磁場測定器２００のジョセフソン素子を有するスクイ
ド（超伝導リング）２００ａに磁場結合するフィー１＝
’ハツク・コイル２００ｂにより、スクイド２００ａに
一様磁場が錯交する磁束を打ち消すようにフィードバッ
クさせるものである。調整方法は先ずスーイッチ５４ｃ
を開にしフィー　ト？＼ツク・ループを切った状態゛ご
、（ａ）項の実施例と同様な方法てす、、＋）２および
ｂ３を求め、名可変利イＭ増幅器４．１１，４．１２，
４１３の利得をこの値に設定する。

次に磁気測定器２００の出力がなるべく最大に近くなる
方向の一様磁場を加えて、この状態でスイッチ５４ｃを
閉に１ノ、磁気測定器２００の出力がゼロとなるよう可
変抵抗器５４１）を設定ずＪ″ｌばよい。

尚、図中符月２００Ｃは磁場測定回路、２００ｄは電流
変換回路である。

（ｈ）第１１図は本発明の第六の実施例である。

複数のｎ個の場所ての磁場を同時に計測するための多チ
ヤンネル磁場測定装置に関するものである。

一組の補正用磁場検出コイル１１，１２゜１３と、当該
コイルにより検出した磁場の測定を行う磁場測定器２１
，２２．２３と、名チャンネル毎に設けられた微分形磁
場検出コイル１０１゜１０２、・・・１０ｎと、当該コ
イルにより検出した磁場の測定を行う磁場測定器２０１
．．２０２゜・・・２Ｏｎと、該磁場測定器２１，２２
．２３の出力を人々増幅４″る第一の可変利得増幅器４
２１．４２２，４２３、第二の可変利得増幅器４２４．
４２５，４２６、・・・、第ｎの可変利得増幅器４２　
（３ｎ−２）、４２　（３ｎ−１）。

４２（３ｎ）と、各チャンネル毎に磁場測定器２０１．
２０２．・・・２Ｏｎの各出力から前記可変利得増幅器
４２１，４２２．　・−４２（３ｎ）により重み係数倍
された前記測定２１，２２．２３の出力の和を減する差
分増幅器４０１，４０２゜・・・、４０ｎを有し、一様
磁場を直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に順次に加えたときの
磁場測定器２１の出力Ｖ　ＩＸ＋　Ｖ　ＩＹ＋　Ｖ　Ｉ
Ｚ＋磁場測定器２２の出力■２Ｘ　＋　ｖ２Ｙ　＋　Ｖ
　２２　＋磁場測定器２３の出力Ｖ　３Ｘ＋　ｖ３．、
　Ｖ３Ｚ＋および各チャンネルの磁場測定器２０１の出
力Ｖ２Ｏ１Ｘ＋　Ｖ２Ｏ１Ｙ　Ｖ２Ｏ１Ｚ〜磁場測定器
２Ｏｎの出力Ｖ２０ｎＸ＋　Ｖ２０ｎＹ　＋Ｖ２０ｎＺ
を測定１ノ、各チャンネルの可変利得増幅器の利得を０
式で求めて、各可変利得増幅器の利得をその値に設定す
ることで、各チャンネルの出力から一様磁場による全１
１音成分を除去するものである。

ｎ番目のチャンネル利得増幅器４２　（３ｎ２）、４２
　（３ｎ−１）、４２　（３ｎ）の各設定すべき利得の
値をそれぞれｌ）ｉ　ｎ　＋　ｌ）２　＋、＋　ｂ３ｎ
とすると、これらの値は＠から求める。

（発明の効果） 以上説明した如く、補正用磁場検出コイルの製作精度は
あまり必要とされないので製作費用が安く、しかも調整
に行き戻りがなく、一つの手順て調整が完了するの゛Ｃ
調整に要する時間か短く、旧つ補正用コイルに製作誤差
がかなり含まれていても問題とならず、補正を正確に行
うことかＣきるので一様磁場による雑音成分の極めて小
さいＳ／Ｎ比の良い信号を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理ソ℃１ツク図、第２図は発明の実
施態様を示すブロック図、第３図は発明の実施態様を示
すブロック図、第４図は発明の実施態様を示すブロック
図、第５図は第一の実施例を示すブロック図、第６図は
第二の実施例を示すブロック図、第７図は第三の実施例
を示すブロック図、第８図は実施例に係る一様磁場発生
器を示す図、第９図は第四の実施例に係るブロック図、
第１０図は第五の実施例に係るブロック図、第１１図は
第六の実施例に係るブロック図、第１２図は従来例に係
るブロック図、第１３図は従来例に係る雑音除去方法を
示ず図及び第１４図は従来例に係る回路図である。 １０．１０１〜Ｉｏｎ・・・微分形磁場検出コイル１１
．１２．１３〜１ｎ・・・補正用磁場検出コイル２１．
２２．２３〜２ｎ、２０−磁場測定器３．３０，３１，
３２．３３・・・雑音磁場除去部４０１．４０２．〜４
０ｎ ４２１．４２２，４２３．・・・乗算部４１１．４１２
，４１３・・・可変利得増幅器５、（５０）、５１，５
２，５３．５４・・・加減部（差分増幅器） ３４１ａ、３４２ａ、３４３ａ、３４０ａ。 ４２１ａ、４２２ａ、４２３ａ、４２０ａ・・・サンサ
ンプルホールド回路 ３４１ｂ、３４２ｂ、３４３ｂ、３４０ｂ。 ４２１ｂ、４２２ｂ、４２３ｂ、４２０ｂ・・・Ａ／Ｄ
変換器 ６．６１・・・タイミングパルス発生器４２１ｃ、４２
２ｃ、４２３ｃ・・・乗算器４２１ｄ、４２２ｄ、４２
３ｄ・・・レジスタ３４ｃ・・・演算部（電子計算機）

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. （１）一様磁場、または一様勾配磁場等の雑音磁場を除
   去して磁場の検出を行うように形成された少なくとも１
   個の微分形磁場検出コイル（１０、・・・）と、検出し
   た当該磁場の測定を行う少なくとも１台の磁場測定器（
   ２０、・・・）とを有する磁場測定装置において、 少なくとも何れか１個のコイルに対して磁束が錯交する
   ように設定された少なくとも３個の補正用磁場検出コイ
   ル（１１、１２、１３、・・・）と、当該補正用検出コ
   イルで検出した磁場の測定を行う少なくとも３台の磁場
   測定器（２１、２２、２３、・・・）と、 少なくとも、全ては一平面に平行でない３方向を含む、
   相異なる方向の一様磁場に対する前記各磁場測定器（２
   １、２２、２３、・・・、２０）の感度特性に基づいて
   定めた所定の重み係数を成分とする重みベクトルと、前
   記磁場測定器（２１、２２、２３、・・・、２０）によ
   り測定された各磁場をベクトル成分とする測定ベクトル
   との内積に基づいて雑音磁場を除去する雑音磁場除去部
   （３）とを有することを特徴とする磁場測定装置。
2. （２）前記雑音磁場除去部（３）として、前記補正用磁
   場検出コイル（１１、１２、１３、・・・）を用いた各
   磁場測定器（２１、２２、２３、・・・）により測定さ
   れた各磁場成分を所定の重み係数倍する乗算部、（４０
   １、４０２、４０３、・・・）と、 当該乗算部（４０１、４０２、４０３、・・・）により
   重み係数倍された各磁場成分の和と前記微分形磁場検出
   コイル（１０）を用いた磁場測定器（２０）により得ら
   れた磁場との差に基づいて一様磁場による雑音磁場成分
   を除去する加減部（５）とを有する雑音磁場除去部（３
   ０）を設けることを特徴とする請求項１記載の磁場測定
   装置。
3. （３）一様磁場、または一様勾配磁場等の雑音磁場を除
   去して磁場の検出を行うように形成された少なくとも１
   個の微分形磁場検出コイル（１０、・・・）と、検出し
   た当該磁場の測定を行う少なくとも１台の磁場測定器（
   ２０、・・・）とを有する磁場測定装置において、 少なくとも何れか１個のコイルに対して磁束が錯交する
   ように設定された少なくとも３個の補正用磁場検出コイ
   ル（１１、１２、１３、・・・）と、 当該補正用検出コイルで検出した磁場の測定を行う少な
   くとも３台の磁場測定器（２１、２２、２３、・・・）
   と、 少なくとも、全ては一平面に平行でない３方向を含む、
   相異なる方向の一様磁場に対する前記磁場測定器（２１
   、２２、２３、・・・）の感度特性に基づいて定めた所
   定の重み係数を成分とする重みベクトルと、前記磁場測
   定器（２１、２２、２３、・・・）により測定された各
   磁場をベクトル成分とする測定ベクトルとの内積に基づ
   いて、前記磁場検出コイル（１０、・・・）及び検出し
   た当該磁場の測定を行う磁場測定器 （２０、・・・）に対して雑音磁場の除去を行う雑音磁
   場除去部（３００）とを有することを特徴とする磁場測
   定装置。
4. （４）前記各乗算部（４０１、４０２、４０３、・・・
   ）として、前記磁場測定器の各出力を、前記所定の重み
   で増幅する可変利得増幅器（４１１、４１２、４１３、
   ・・・）を有するとともに、前記加減部（５）として差
   分増幅器（５０）を有する雑音磁場除去部（３１）を設
   けることを特徴とする請求項２記載の磁場測定装置。
5. （５）３個の前記補正用磁場検出コイル（１１、１２、
   １３）が検出した磁場を測定する３台の磁場測定器（２
   １、２２、２３）と、 前記雑音磁場除去部（３）として、乗算部（４２１、４
   ２２、４２３）、加減部（５２）及びタイミング発生器
   （６）を有する雑音磁場除去部（３３）とを設けるとと
   もに、 当該乗算部（４２１、４２２、４２３）には各々前記当
   該補正用磁場検出コイルを用いた前記各磁場測定器（２
   １、２２、２３）の出力のサンプルホールドを行うサン
   プルホールド回路（４２１ａ、４２２ａ、４２３ａ）、
   当該回路の出力のアナログ・デジタル変換を行うＡ／Ｄ
   変換器（４２１ｂ、４２２ｂ、４２３ｂ）、前記所定の
   重み係数を保持するレジスタ（４２１ｄ、４２２ｄ、４
   ２３ｄ）及び当該重み係数と前記Ａ／Ｄ変換器の出力と
   を乗算する乗算器（４２１ｃ、４２２ｃ、４２３ｃ）を
   有し、 前記加減部（５２）には前記磁場測定器（２０）の出力
   のサンプルホールドを行うサンプルホールド回路（５２
   ａ）、当該出力のアナログ・デジタル変換を行うＡ／Ｄ
   変換器（５２ｂ）及び当該Ａ／Ｄ変換器の出力から前記
   乗算器の和を引く加算器（５２ｃ）を有することを特徴
   とする請求項１記載の磁場測定装置。
6. （６）３個の前記補正用磁場検出コイル（１１、１２、
   １３）が検出した磁場を測定する３台の磁場測定器（２
   １、２２、２３）と、前記雑音磁場除去部（３）として
   、前記各磁場測定器（２１、２２、２３）の各出力のサ
   ンプルホールドを行うサンプルホールド回路（３４１ａ
   、３４２ａ、３４３ａ、３４０ａ）と、当該各回路の出
   力のアナログ・デジタル変換を行うＡ／Ｄ変換器（３４
   １ｂ、３４２ｂ、３４３ｂ、３４０ｂ）と、当該Ａ／Ｄ
   変換器と前記サンプルホールド回路との作動タイミング
   を与えるタイミングパルス発生回路（６１）と、 当該Ａ／Ｄ変換器の出力を取り込み、予め記憶しておい
   た前記所定の重み係数を用い所定の演算を行う演算部（
   ３４ｃ）とを有する雑音磁場除去部（３４）を設けるこ
   とを特徴とする請求項１記載の磁場測定装置。
7. （７）３個の補正用磁場検出コイル（１１、１２、１３
   ）が検出した磁場を測定する３台の磁場測定器（２１、
   ２２、２３）と、微分形磁場検出コイル（１０）を用い
   た磁場測定器（２０）と、前記３台の磁場測定器（２１
   、２２、２３）の各出力を増幅する３台の可変利得増幅
   器（４１１、４１２、４１３）とを設けるとともに、前
   記雑音除去部（３００）として、当該３台の可変利得増
   幅器の出力の和をとる加算器（５３ｄ）、微分形磁場検
   出コイルに磁気的に結合したフィードバック・コイル（
   ５３ａ）、該加算器の出力に比例した電流をフィードバ
   ック・コイルに流す電流変換手段（５３ｂ）および、重
   み係数を求める際に電流変換手段からフィードバック・
   コイルに電流が入力しないようにする電流遮断手段（５
   ３ｃ）を有する雑音除去部（３０１）を設けることを特
   徴とする請求項３記載の磁場測定装置。
8. （８）３個の補正用磁場検出コイル（１１、１２、１３
   ）により検出した磁場を測定する３台の磁場測定器（２
   １、２２、２３）と、微分形磁場検出コイル（１０）を
   用いた磁場測定器（２０）と、前記雑音除去部（３００
   ）として、当該補正用磁場検出コイルを用いた磁場測定
   器（２１、２２、２３）の出力を増幅する３台の可変利
   得増幅器（４１１、４１２、４１３）、３台の可変利得
   増幅器（４１１、４１２、４１３）の出力の和を出力す
   る加算器（５４ｃ）、前記加算器の出力に比例した電流
   をフィードバック・コイルに流す電流変換手段（５４ｂ
   ）、及び重み係数を求める際に電流変換手段からフィー
   ドバック・コイルに電流が入力しないようにする電流遮
   断手段（５４ｃ）を有する雑音磁場除去部（３０２）を
   設けることを特徴とする請求項３記載の磁場測定装置。
9. （９）補正用磁場検出コイルにより検出した磁場を測定
   するｎ台（ｎは３より大）の磁場測定器（２１、２２、
   ２３、・・・　２ｎ）と、微分形磁場検出コイル（２０
   ）により検出した磁場を測定する磁場測定器を設け、任
   意方向の一様磁場に対して、補正用磁場検出コイルの少
   なくとも何れか１個のコイルに対して磁束が錯交するよ
   うに、各補正用磁場検出コイル相互間で面の向きが設定
   されており、 少なくとも、全ては一平面に平行でない３方向を含む相
   異なるｎ方向の一様磁場に対する各磁場測定器の感度特
   性から補正用磁場検出コイルを用いたｎ台の磁場測定器
   の各々の出力に付与すべき重み係数を求め、補正用磁場
   検出コイルを用いたｎ台の磁場測定器の出力に各々前記
   重み係数を乗算した値の和を、微分形磁場検出コイルを
   用いた磁場測定器の出力から減ずることにより、一様磁
   場による雑音成分を除去することを特徴とする磁場測定
   装置。
10. （１０）ｎ（３以上）個の補正用磁場検出コイルを用い
    た磁場測定器と、微分形磁場検出コイルを用いた磁場測
    定器とを設け、任意方向の一様磁場に対して、補正用磁
    場検出コイルの少なくとも何れか１個のコイルに対して
    当該一様磁場が錯交するように、各補正用磁場検出コイ
    ル相互間で当該コイル面の法線方向が設定されており、
    相異なるｍ（ｎ以上の数）方向の一様磁場に対する一回
    だけの各磁場測定器の感度特性測定結果またはｊ（２以
    上の数）回の各磁場測定器の感度特性測定結果を利用し
    て補正用磁場検出コイルを用いたｎ台の磁場測定器の各
    々の出力に付与すべき重み係数を求め、補正用磁場検出
    コイルを用いたｎ台の磁場測定器の出力にそれぞれ求め
    た前記重み係数を掛けた値の和を、微分形磁場検出コイ
    ルを用いた磁場測定器の出力から減ずることにより、一
    様磁場による雑音成分を除去することを特徴とする磁場
    測定装置。