JPH04140680A - ベクトル磁束測定方法およびその装置 - Google Patents

ベクトル磁束測定方法およびその装置

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JPH04140680A
JPH04140680A JP2262014A JP26201490A JPH04140680A JP H04140680 A JPH04140680 A JP H04140680A JP 2262014 A JP2262014 A JP 2262014A JP 26201490 A JP26201490 A JP 26201490A JP H04140680 A JPH04140680 A JP H04140680A
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vector
vector magnetic
magnetometer
curved surface
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賀戸 久
Tomoaki Ueda
智章 上田
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    • G01R33/02Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/0206Three-component magnetometers
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S505/00Superconductor technology: apparatus, material, process
    • Y10S505/825Apparatus per se, device per se, or process of making or operating same
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    • Y10S505/846Magnetometer using superconductive quantum interference device, i.e. squid

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  • Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)
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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】 〈産業上の利用分野〉 この発明はベクトル磁束測定方法およびその装置に関し
、さらに詳細にいえば、基体の互に直交する3面にそれ
ぞれ、S Q、U I D (Superconduc
ting Quantum Interf’erenc
e Device 、超伝導量子千弗素子)を用いたS
QUID磁束計のピックアップ・コイルを設けてなるベ
クトル磁束計を予め定められた相対位置関係で配置して
、各ビ・ンクアソブ・コイルにより検出される磁束に基
づいてベクトル磁場の測定を行なう方法およびその装置
に関する。
〈従来の技術、および発明が解決しようとする課題〉 従来から非常に高感度の磁束検出を行なうことができる
という特質に着目して、種々の分野でSQUIDが応用
されている。そして、生体磁場の?1111定を行なう
場合等には、複数個のSQUID磁束計を用いて所定の
面内における複数箇所の磁束を測定し、これら測定値に
基づいて直線補間、スプライン補間等を行なって該当す
る面内の全ての点の磁束を算出するようにしている。
また、単に磁束強度だけでなく、磁束の向きをも考慮す
る必要かある場合には、第6図(A)に示スように、マ
ウント用ブロック(61)の互に直交する3面(61a
) (61b) (61c)にSQUID磁束計のピッ
クアップ・コイル(62a) (62b) ([12c
)を設けてなるベクトル磁束計を用いて上記複数箇所の
ベクトル磁束を測定し、得られた複数のベクトル磁束に
基づく補間演算を行なう。したかつて、上記各箇所のベ
クトル磁束か正確に得られていれば、補間演算を行なう
ことにより該当する面内の全ての点のベクトル磁束を算
出できる。
しかし、上記ベクトル磁束計により得られるベクトル磁
束はかなりの誤差を含んでいるので、算出されたベクト
ル磁束には必然的にかなりの誤差か含まれてしまうとい
う不都合がある。誤差か生じる理由を詳細に説明すると
、上記ベクトル磁束計は、マウント用ブロック(61)
の尖端部(61,6)を被測定箇所に最も近接させた状
態で使用されるのであり、得られるベクトル磁束の各成
分は磁束計中心としての尖端部(61d)において測定
されたものと仮定している。しかし、実際には、第6図
(B)に示すように、磁束計中心(Bid)と各ピック
アップ・コイル(62a) (82b) (82c)の
中心とはそれぞれ約1 cm程度離れているのであるか
ら、互に異なる測定点においてベクトル磁束の各方向成
分を測定することになり、磁束計中心(Bid)におけ
る真のベクトル磁束を測定することはできない。
また、−船釣に磁場を多点で測定する場合には、複数個
のベクトル磁束計を2.5〜4c+n間隔で配置するの
であるから、ベクトル磁束計の配置間隔に対する磁束計
中心(Old)とピックアップ・コイルの中心との距離
の割合かかなり大きくなり、この点からもベクトル磁束
の測定誤差が生じてしまう。特に、生体磁場の計測を行
なう場合には比較的大きな空間磁場勾配を持つことがあ
り、このような場合には、磁束計中心(Bid)と各ピ
ックアップ・コイルの中心との距離に起因して実際に測
定された各方向成分と真の方向成分との誤差が著しく大
きくなってしまう。
このような不都合を解消させるためにピックアップやコ
イルの直径を小さくし、ピックアップ・コイル同士の間
隔を小さくすることか考えられるか、ピックアップやコ
イルの直径を小さくすると必然的に感度が低下し、S/
N比か劣化してしまうという新たな不都合を生じてしま
う。
〈発明の目的〉 この発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、
ベクトル磁束計が本来有している測定誤差を大幅に低減
して正確なベクトル磁束を測定できるようにしたベクト
ル磁束測定方法およびその装置を提供することを目的と
している。
く課題を解決するための手段〉 上記の目的を達成するための、この発明のベクトル磁束
測定方法は、ベクトル磁束計を構成する各SQUID磁
束計により得られたベクトル磁束の同じ方向成分を曲面
補間し、ベクトル磁束の各方向成分の補間領域同士のオ
ーバーラツプ領域について、ベクトル磁束の各方向成分
の曲面補間値に基づいて所望の点のベクトル磁束を得る
方法である。
上記の目的を達成するための、この発明のベクトル磁束
測定装置は、ベクトル磁束計を構成する各SQUID磁
束計により得られたベクトル磁束をベクトル磁束の各方
向成分として格納するベクトル磁束格納手段と、ベクト
ル磁束格納手段からベクトル磁束の同じ方向成分を読み
出して曲面補間する曲面補間手段と、各ベクトル磁束計
の3つのピックアップ・コイルの相対位置関係およびベ
クトル磁束の各方向成分の曲面補間結果に基づいて、各
ベクトル磁束方向成分の補間領域同士のオバーラップ領
域について、所望の点のベクトル磁束を得るベクトル磁
束算出手段とを含んでいる。
〈作用〉 以上のベクトル磁束測定方法であれば、基体の互に直交
する3面にそれぞれSQUID磁束計のピックアップ・
コイルを設けてなるベクトル磁束計を予め定められた相
対位置関係で配置し、各ベクトル磁束計により得られる
ベクトル磁束に基づぃて所定範囲のベクトル磁束を計測
する場合に、各SQUID磁束計により得られたベクト
ル磁束の同じ2方向酸分を曲面補間することにより所定
範囲内のベクトル磁束の各方向成分を得る。そして、得
られた各方向成分に基づいて所望の点における各方向成
分を抽出し、抽出された各方向成分に基づいて、ピック
アップ・コイル間の間隔か0になったのと等価なベクト
ル磁束を得ることができる。
したがって、各ベクトル磁束計により得られる各方向成
分かピックアップ・コイル同士の間隔たけ離れた箇所で
測定された各方向成分になり、−れら方向成分に基づい
て得られるベクトル磁束が必然的に誤差を含んでいるに
も拘らず、各方向成分を曲面補間し、曲面補間結果に基
づいて、1F的にピックアップ・コイル同士の間隔か0
になった状態における各方向成分を得ることかでき、誤
差を大幅に低減したベクトル磁束を得ることかできる。
以上の構成のベクトル磁束測定装置であれば、基体の互
に直交する3面にそれぞれSQUID磁束計のピックア
ップ・コイルを設けてなるベクトル磁束計を予め定めら
れた相対位置関係で配置し、各ベクトル磁束計により得
られるベクトル磁束に基づいて所定範囲のベクトル磁束
を計測する場合に、各SQUID磁束計により得られた
ベクトル磁束をベクトル磁束の各方向成分としてベクト
ル磁束格納手段に格納し、ベクトル磁束格納手段からベ
クトル磁束の同じ方向成分を読み出して曲面補間手段に
より曲面補間することにより所定範囲内のベクトル磁束
の各方向成分を得る。そして、各ベクトル磁束計の3つ
のピックアップ・コイルの相対位置関係およびベクトル
磁束の各方向成分の曲面補間結果に基づいて、ピックア
ップ・コイル間の間隔が0になったのと等価なベクトル
磁束を得ることができる。
したがって、各ベクトル磁束計により得られる各方向成
分かピックアップ・コイル同士の間隔だけ離れた箇所で
測定された各方向成分になり、これら方向成分に基づい
て得られるベクトル磁束が必然的に誤差を含んでいるに
も拘らず、各方向成分を曲面補間し、3つのピックアッ
プ・コイルの相対位置関係および曲面補間結果に基つい
て、仮想的にピックアップ・コイル同士の間隔が0にな
った状態における各方向成分を得ることかでき、誤差を
大幅に低減したベクトル磁束を得ることができる。
〈実施例〉 以下、実施例を示す添付図面によって詳細に説明する。
第6図はベクトル磁束計の構成の一例を示す図であり、
基体としてのマウント用ブロック(61〉の互に直交す
る3つの面(61,a) (81b) (81c)にS
QUID磁束計のピックアップ・コイル(62a) (
62b)(62c)を設けている。そして、マウント用
ブロック(6])を支持する支持部材(63)の上部側
所定位置に超伝導トランス(64)を設けている。
上記マウント用ブロック(61)は、第6図(B)に破
線で示す立方体を所望の頂点と隣合う3つの頂点で規定
される平面で切断し、さらに上記3つの頂点を含む所定
範囲を切除することにより得られるものであり、上記所
望の頂点を共有する3つの而(61a) (61b) 
(61e)が互に直交している。そして、上記所望の頂
点側からみた場合に120°回転対称である(第6図(
C)参照)。上記ピックアップ・コイル(62a) (
82b) (62c)はdc−SQUI D (65)
と一体形成されたものであり(第6図(D)参照)、上
記面<61a) (61b)(61c)の、上記頂点に
近接する箇所に貼り付けられている。そして、上記所望
の頂点か磁束計中心(61d)に設定される。また、上
記各d c −S Q U I D (65)からの出
力信号は図示しない磁束ロック・ループ(以下、FLL
と略称する)に供給され、各FLLから対応するピック
アップ・コイルにより検出された磁束に比例する磁束検
出信号が出力される。
第7図は上記ベクトル磁束計の配置を概略的に示す図で
あり、20X20cmの領域を5×5の格子に区分し、
各格子点上にベクトル磁束計を配置している。
第1図はこの発明のベクトル磁束測定方法の一実施例を
示すフローチャートであり、ステップ■において、各格
子点における各SQUID磁束計(対応するピックアッ
プ・コイル、dc−SQUID、磁束ロック・ループを
含む概念として使用される)から出力される時系列デー
タ(各方向成分毎の時系列データ)を取り込んで保持し
、ステップ■において時系列データの取り込みを終了す
べきことか指示されるまでステップ■の処理を反復する
。ステップ■において時系列データの取り込みを終了す
べきことが指示された場合には、ステップ■において、
保持されている時系列データの中から同一事象(同一時
刻)で生じた各格子点における時系列データを読み出し
、ステップ■において各ピックアップ・コイル同士のず
れ量を得、ステップ■において、得られたずれ量を考慮
しながら、読み出された時系列データに基づいて各方向
成分毎に直線補間、スプライン補間、最小二乗法、空間
フィルタ等の曲面補間演算を施し、ステップ■において
、各方向成分毎の曲面補間演算結果に基づいて、各方向
成分毎の補間演算領域がオーバーラツプする領域(第2
図中斜線が施された領域参照)の全ての点のベクトル磁
束を得、ステップ■において未処理の時系列データが存
在しているか否かを判別し、未処理の時系列データが存
在していれば、ステップ■において次の事象または時刻
を選択し、再びステップ■の処理を行なう。
逆に、未処理の時系列データが存在していないと判別さ
れた場合にはステップ■においてベクトル磁束計の各S
QUID磁束計により定まる座標系(第3図(A)参照
)を被測定対象物に基づいて定まる座標系(第3図(B
)参照)に変換し、ステップ[株]において、被測定対
象物に基づいて定まる座標系に変換された値に基づいて
ベクトル磁束を3次元的に表示し、そのまま一連の処理
を終了する。
以上の説明から明らかなように、各ベクトル磁束計の各
SQUID磁束計により得られる各方向成分は空間的に
異なる箇所における磁束であるが、各方向成分毎に曲面
補間を施して該当する領域内の全ての点における各方向
成分を得ることができるので、同一箇所における各方向
成分に基づいて正確なベクトル磁束を得ることができる
そして、6×6個のベクトル磁束計を用いて従来方法に
よりベクトル磁束を測定し、3次元的に表示した結果か
第4図(A)(B)に示すとおりである場合に、この発
明の方法によりベクトル磁束を測定して3次元的に表示
することにより、それぞれ第4図CC”)(D)に示す
ベクトル磁束分布か得られた。即ち、ベクトル磁束計の
各ピックアップ・コイルの相対位置に基づく所定範囲だ
け狭くなった領域の内部におけるきめ細かいベクトル磁
束分布が得られた。
尚、上記曲面補間としては、最小二乗法または空間フィ
ルタを用いることが好ましく、ベクトル磁束の測定精度
を最も高めることができる。但し、生体磁場のような微
弱磁場の測定を行なう場合には、ノイズの影響を最も効
果的に除去できる最小二乗法が好ましい。
〈実施例2〉 第5図はこの発明のベクトル磁束測定装置の一実施例を
示すブロック図であり、各ベクトル磁束計から順次出力
される時系列データを保持する時系列データ保持部(1
)と、時系列データ保持部(1)から、同一事象(同一
時刻)で生じた時系列データを切り出す時系列データ切
り出し部C)と、ベクトル磁束計の各ピックアップ・コ
イル同士のずれ量を得て保持するずれ量保持部(3)と
、ずれ量保持部(3)から供給されるずれ量を考慮して
、時系列データ切り出し部(2)により切り出された時
系列データをベクトル磁束の各方向成分毎に曲面補間す
る曲面補間部(4)と、曲面補間により得られた補間値
を保持する方向成分保持部(5)と、方向成分保持部(
5)に保持されている各方向成分に対して被測定対象物
に基づいて定まる座標系への変換処理を行なう座標変換
部(6)と、座標変換が施された各方向成分から所望の
点における各方向成分を選択してベクトル磁束を得るベ
クトル磁束算出部(7)と、算出されたベクトル磁束を
3次元的に表示する表示部(8)とを有している。
上記構成のベクトル磁束測定装置であれば、先ず、各ベ
クトル磁束計の各SQUID磁束計により得られる時系
列データを時系列データ保持部(1)に保持する。そし
て、時系列データ切り出し部(2)により、同一事象(
同一時刻)で生じた時系列データを切り出し、すれ量保
持部(3)に保持されているずれ量を考慮して上記切り
出された時系列データに基づいて曲面補間部(4)によ
り上記方向成分毎の補間演算を行なって方向成分保持部
(5)に補間値を保持する。その後、方向成分保持部(
5)に保持されている各方向成分に対して座標変換部(
6)により、被測定対象物に基づいて定まる座標系への
変換処理を行ない、ベクトル磁束算出部(7)により、
座標変換が施された各方向成分から所望の点における各
方向成分を選択してベクトル磁束を得、得られたベクト
ル磁束を表示部(8)により3次元的に表示する。
したがって、各ベクトル磁束計の各SQUID磁束計に
より得られる各方向成分は空間的に異なる箇所における
磁束であるか、各方向成分毎に曲面補間を施して該当す
る領域内の全ての点における各方向成分を得ることがで
きるので、同一箇所における各方向成分に基づいて正確
なベクトル磁束を得ることができる。
第8図はベクトル磁束測定装置を心磁図計測装置に適用
した具体例を示す概略図であり、繊維強化プラスチック
などからなるデユワ(11)にベクトル磁束計を収容し
ているとともに、液体ヘリウムを封入している。そして
、ベクトル磁束計(12)の各SQUID磁束計と接続
される磁束ロック・ループ回路(1,3a) (1,3
b) (13c)からの出力信号をA/Dコンバータ(
14)によりディジタル信号に変換して第5図の構成の
ベクトル磁束測定装置に供給している。
尚、デユワ(11)に収容されたベクトル磁束計(12
)は、例えば、6×6の格子点上に位置するように配置
されている。
したがって、ベクトル磁束計(12)の配置位置に基づ
いて定まる領域内におけるベクトル磁束を正確に、かつ
きめ細かく測定でき、測定結果に基づいて心臓の状態を
正確に把握できる。
尚、この発明は上記の実施例に限定されるものではなく
、例えば、−旦全ての時系列データを保持した後に曲面
補間を施す代わりに、ベクトル磁束計から測定データを
取り込む毎に曲面補間を施してリアルタイムに正確なベ
クトル磁束を得、3次元的に表示することが可能である
ほか、この発明の要旨を変更しない範囲内において種々
の設計変更を施すことが可能である。
〈発明の効果〉 以上のように第1の発明は、各ベクトル磁束計により得
られる各方向成分かピックアップ・コイル同士の間隔た
け離れた箇所で測定された各方向成分になり、これら方
向成分に基づいて得られるベクトル磁束が必然的に誤差
を含んでいるにも拘らず、各方向成分を曲面補間し、曲
面補間結果に基づいて、仮想的にピックアップ・コイル
同士の間隔が0になった状態における各方向成分を得る
ことができ、誤差を大幅に低減したベクトル磁束を得る
ことができるという特有の効果を奏する。
第2の発明も、各ベクトル磁束計により得られる各方向
成分がピックアップ・コイル同士の間隔たけ離れた箇所
で測定された各方向成分になり、これら方向成分に基づ
いて得られるベクトル磁隣か必然的に誤差を含んでいる
にも拘らず、各方向成分を曲面補間し、曲面補間結果に
基づいて、伍想的にピックアップ・コイル同士の間隔が
0になった状態における各方向成分を得ることができ、
誤差を大幅に低減したベクトル磁束を得ること力“でき
るという特有の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明のベクトル磁束測定方法の一実施例を
示すフローチャート、 第2図は各方向成分毎の補間演算領域の関係を示す概略
図、 第3図1−x S Q U I D磁束計により定まる
座標系と被i01定対象物に基づいて定まる座標系とを
示す概略図、 第4図はベクトル磁束測定結果の表示例を示す概略図、 第5図はこの発明のベクトル磁束測定装置の一実施例を
示すブロック図、 第6図はベクトル磁束計の構成の一例を示す図、第7図
はベクトル磁束計の配置を概略的に示す図、 第8図はベクトル磁束測定装置を心磁図計測装置に適用
した具体例を示す概略図。 (1)・・・時系列データ保持部、(4)・・・曲面補
間部、(7)・・・ベクトル磁束算出部、(12)・・
・ベクトル磁束計、(61)・・・マウント用ブロック
、 (61a)(Glb)(61c)  −・・ 面、(8
2a)(82b)(82c)−ピックアップ・コイル特
許出願人  工 業 技 術 院 長特許出願人  ダ
イキン工業株式会社 代 理 人

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、基体(61)の互に直交する3つの面(61a)(
    61b)(61c)にそれぞれSQUID磁束計のピッ
    クアップ、コイル(62a)(62b)(62c)を設
    けてなるベクトル磁束計(12)を予め定められた相対
    位置関係で配置し、各ベクトル磁束計(12)により得
    られるベクトル磁束に基づいて所定範囲のベクトル磁束
    を計測する場合において、各SQUID磁束計により得
    られたベクトル磁束の同じ方向成分を曲面補間し、ベク
    トル磁束の各方向成分の補間領域同士のオーバーラップ
    領域について、ベクトル磁束の各方向成分の曲面補間値
    に基づいて所望の点のベクトル磁束を得ることを特徴と
    するベクトル磁束測定方法。 2、基体(61)の互に直交する3つの面(61a)(
    61b)(61c)にそれぞれSQUID磁束計のピッ
    クアップ・コイル(62a)(62b)(62c)を設
    けてなるベクトル磁束計(12)を予め定められた相対
    位置関係で配置し、各ベクトル磁束計(12)により得
    られるベクトル磁束に基づいて所定範囲のベクトル磁束
    を計測する装置において、各SQUID磁束計により得
    られたベクトル磁束をベクトル磁束の各方向成分として
    格納するベクトル磁束格納手段(1)と、ベクトル磁束
    格納手段(1)からベクトル磁束の同じ方向成分を読み
    出して曲面補間する曲面補間手段(4)と、各ベクトル
    磁束計の3つのピックアップ・コイルの相対位置関係お
    よびベクトル磁束の各方向成分の曲面補間結果に基づい
    て、各ベクトル磁束方向成分の補間領域同士のオーバー
    ラップ領域について、所望の点のベクトル磁束を得るベ
    クトル磁束算出手段(7)とを含むことを特徴とするベ
    クトル磁束測定装置。
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