JPH0711561B2 - 磁界暴露量計 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は磁界暴露計の改良に関す
る。更に詳述すると、本発明は互いに直交する３軸方向
成分の磁界の磁界強度、即ち磁束密度を測定するととも
に、その磁界が発生する総暴露量を測定する磁界暴露量
計に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近、社会環境問題が大きく取り上げら
れその改善が望まれているが、使用量が日々増大してい
る電気に基因する電磁波の問題についても例外ではな
い。現代社会においては電気の使用形態は非常に複雑で
あることから、商用周波数（５０〜６０Ｈｚ）の電磁波
のみならず、より高い周波数の電磁波も空間に放射され
ている。更に近年ではパソコンやＩＣなどが多用されて
いる電子情報機器に対するこれら電磁波の影響に加え
て、送配電線及び家電機器等によって発生する商用周波
数磁界の生物、特に人間に対する健康への影響が世界的
に関心を呼んでいる。

【０００３】この磁界の生物に対する影響を評価するた
めには、単に生物が受ける瞬時の磁界強度だけでは無
く、その磁界に暴露されている時間との積の積分値いわ
ゆる総暴露量を把持することが不可欠である。また、電
子機器等の磁界による誤動作等の影響を評価するために
は、磁界が商用電源から発生したものか、それ以外の電
源や機器から発生したものかを区別する必要がある。

【０００４】そこで、従来にあっては磁束計を使用し、
これを商用周波磁界や広帯域周波磁界を発生していると
推定される電力施設や電気、電子機器等の近くに配置し
て、磁界の大きさや方向を測定することによって対応し
ている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
磁束密度計は単に磁界強度を位相、時空間でポイント的
に測定する機能しかなく、生物が暴露を受けた時間経過
及び総暴露量を測定することはできなかった。また、従
来の磁束密度計は、磁束の有無やその大きさを測定する
ものであって、発生磁界の周波数を測定できるものでは
ないため、磁界の存在は検出できてもそれが磁界が商用
電源から発生したものか、それ以外の電源や機器から発
生したものかを区別する機能はなかった。即ち、従来の
磁束密度計では磁界の特定ができなかった。

【０００６】本発明は、ある磁界に暴露されている時間
との積の積分値いわゆる総暴露量が測定できるととも
に、商用周波数磁界とそれ以外の周波数磁界とを区別し
て測定できる磁界暴露量計を提供することを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
め、本発明の磁界暴露量計は、互いに直交する３軸方向
成分の磁界を感知する少なくとも３つのセンサと、該セ
ンサによって感知された前記磁界の所望する帯域の磁界
周波のみを通過させるフィルタと、前記磁界の磁界強度
と該磁界が発生する総暴露量を測定する測定部とによっ
て構成されている。

【０００８】

【作用】したがって、磁界が各センサと鎖交すると、こ
の磁界の強度及び変化に比例した電気信号がＸ，Ｙ，Ｚ
軸に対応した夫々のセンサに発生する。そして、それら
信号を経過時間とともに測定して時間との積の積分値と
して算出することによって、生物に影響をおよぼす総暴
露量として得ることができる。また、各センサによって
感知された磁界のうち、測定部に通過させる磁界周波を
フィルタで選択することによって、例えば所望する通過
帯域の磁界を商用周波磁界とすることで他の周波数磁界
と区別することができる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の構成を図面に示す実施例に基
づいて詳細に説明する。

【００１０】図１に本発明の磁界暴露量計の一実施例を
示す。この磁界暴露量計は、互いに直交する３軸方向成
分の磁界を感知して電気信号に変換する少なくとも３つ
のセンサ１ａ，１ｂ，１ｃと、各センサ１ａ，１ｂ，１
ｃによって感知された磁界のうち所望する帯域の磁界周
波のみを通過させるフィルタ４ａ，４ｂ，４ｃと、測定
磁界の磁界強度とこの磁界が発生する総暴露量を測定す
る測定部２０とによって構成されている。

【００１１】３軸方向のセンサ１ａ，１ｂ，１ｃは、こ
れらセンサ１ａ，１ｂ，１ｃに対応して設けられたプロ
グラマブルゲインアンプ（以下ＰＧＡと略称する）２
ａ，２ｂ，２ｃと、所定のゲインを有する増幅器３ａ，
３ｂ，３ｃとを介して各バンドパスフィルタ（以下ＢＰ
Ｆと略称する）４ａ，４ｂ，４ｃに接続されている。各
バンドパスフィルタ４ａ，４ｂ，４ｃを通過した所定周
波磁界の電気信号は測定部２０に夫々入力される。

【００１２】測定部２０は、本実施例の場合、実効値計
算集積回路（以下ＲＭＳと略称する）５ａ，５ｂ，５ｃ
と、信号の選択切換を行なうマルチプレクサ（以下第一
ＭＰＸと略称する）６と、各センサ１ａ，１ｂ，１ｃに
対応して設けられたサンプルホールド回路（以下Ｓ／Ｈ
回路と略称する）７ａ，７ｂ，７ｃと、マルチプレクサ
（以下第二ＭＰＸと略称する）８と、アナログディジタ
ル変換器（以下Ａ／Ｄ変換器と略称する）９と、中央処
理部（以下ＣＰＵと略称する）１２と、スタティックラ
ム（以下ＳＲＡＭと略称する）１３と、リードオンリー
メモリー（以下ＲＯＭと略称する）１４と、時計集積回
路（以下ＣＴＣと略称する）１５及び入出力インターフ
ェース（以下ＰＩＯと略称する）１０とから構成されて
おり、システムバス１１を介してＰＩＯ１０やＣＰＵ１
２等が接続されている。また、本実施例の磁界暴露量計
は携帯型とするため、電源として乾電池等の二次電池が
採用されるとともに、外部装置とのコミュニケーション
を行なうための伝送部１６と、各種状態の設定を行なう
設定部１８とを有している。尚、センサ１ａ，１ｂ，１
ｃ及び電源部１７も含め、測定器は、函体内側に貼着さ
れたアルミ薄膜により電界シールド（静電シールド）さ
れ、機器の誤動作が防がれている。

【００１３】センサ１ａ，１ｂ，１ｃは３軸成分の夫々
の軸方向に対応して設けられており、例えばセンサ１ａ
がＸ軸、センサ１ｂがＹ軸、センサ１ｃがＺ軸に対応す
る構成となっている。センサ１ａ，１ｂ，１ｃとしては
本実施例の場合、主な測定対象を商用周波数としたので
地磁気の影響を受けにくい空芯の誘導コイルが使用され
ている。更に、センサコイル１ａ，１ｂ，１ｃは図２に
示すように、低いレベルの磁束密度を測定するのに効果
的にするため、その内側の空芯部分に測定部２０などが
収容され、コイル表面積を稼ぐように工夫されている。
このコイル形のセンサにあって、コイル１ａ，１ｂ，１
ｃに直交する磁界による誘導電圧は次式によって与えら
れる。

【００１４】Ｖ＝−ｊω・Ｎ・Ｓ・Ｂ 但し、Ｖ＝誘導電圧、Ｓ＝コイルの断面積、Ｎ＝巻数、
ω＝角周波数（２πｆ）、Ｂ＝磁束密度である。

【００１５】本実施例では一般的な生活空間の磁束密度
を測定するため、コイルは０．１ｍＧ程度の微弱磁界か
ら５０Ｇまでの範囲を感知できるように構成されてい
る。この空芯コイル１ａ，１ｂ，１ｃにおいて、微弱磁
界を測定するためには巻数を多くするか、コイルの断面
積を大きくする必要がある。しかしながら、巻数を多く
すると抵抗、浮游容量が大きくなり、出力、電圧が周波
数に比例しなくなり、断面積を大きくすると携帯しずら
くなる。また、１軸の測定では測定時にコイルの向きを
変えて出力電圧の最大値を求める必要が生じ、単にコイ
ルを携帯して測定する場合、自動的に磁束密度と方向を
精度よく測定することは困難である。この問題を解決す
るため、本実施例では、図２に示すように、直交する３
軸の空芯コイル１ａ，１ｂ，１ｃは電子回路基板の外側
にモールドして設置される。即ち、コイルモジュールが
形成されているのである。尚、コイル１ａ，１ｂ，１ｃ
の断面積は異なるが、出力電圧は各コイル１ａ，１ｂ，
１ｃにおいて約０．６ｍＶ／１Ｇである。コイルモジュ
ールにはスタート／ストップスイッチ２２と電源スイッ
チ２３が設けられるとともに、電源用の乾電池が内蔵し
得る構成とされている。そして測定部本体とは図２に示
すように、コネクタ２４を介してケーブルによって接続
される。なお、センサ１ａ，１ｂ，１ｃは空芯コイルに
限定するものではなく、ホール素子、フラックスゲート
型、ジョセフソン素子等も使用可能である。

【００１６】ＰＧＡ２ａ，２ｂ，２ｃはセンサ１ａ，１
ｂ，１ｃより入力された電気信号を増幅する機能を有す
るものであり、その利得はＣＰＵ１２によって自動設定
される。即ち、ＰＧＡ２ａ，２ｂ，２ｃはＰＩＯ１０、
システムバス１１を介してＣＰＵ１２と接続されてお
り、センサ１ａ，１ｂ，１ｃからの信号電圧の大きさに
応じて利得が自動設定される。増幅器３ａ，３ｂ，３ｃ
はＰＧＡ２ａ，２ｂ，２ｃの出力電圧を固定利得だけ増
幅するものである。換言すればＰＧＡ２ａ，２ｂ，２ｃ
の利得は、この増幅器３ａ，３ｂ，３ｃからの出力電圧
をＣＰＵ１２にて受けた後決定される構成である。

【００１７】ＢＰＦ４ａ，４ｂ，４ｃは図３に示す特性
のように商用周波数付近特に４５Ｈｚ〜６５Ｈｚ近傍の
みを通過させる機能を有するものである。このＢＰＦ４
ａ，４ｂ，４ｃの周波数特性に、コイル１ａ，１ｂ，１
ｃのインダクタンスによる周波数特性を加えたものが出
力電圧の総合周波数特性となる。

【００１８】ＲＭＳ５ａ，５ｂ，５ｃは入力された電気
信号の実効値を算出する機能を有するもので、正弦波磁
界（この場合、５０Ｈｚ、６０Ｈｚの商用周波磁界）の
真の値を算出することができる。

【００１９】第一ＭＰＸ６は入力信号の切換えを行なう
もので、ＣＰＵ１２によってその切換え制御が行なわ
れ、各軸に対応して設けられたＳ／Ｈ回路７ａ，７ｂ，
７ｃへの入力信号の切換えを行なう。

【００２０】Ｓ／Ｈ回路７ａ，７ｂ，７ｃは所定の時間
の間、入力信号をホールドする機能を有するものであ
り、ホールド及びリセットはＣＰＵ１２により制御され
る。本実施例の場合のＳ／Ｈ回路７ａ，７ｂ，７ｃのホ
ールド時間とはＡ／Ｄ変換器９のデータ変換時間であ
り、この変換時間中にＡ／Ｄ変換器９への出力を一定に
保持する。

【００２１】第二ＭＰＸ８はＡ／Ｄ変換器９への入力信
号の切換えを行なうもので、ＣＰＵ１２からの制御信号
によって所望するセンサ１ａ，１ｂ，１ｃの信号を選択
する。

【００２２】ＰＩＯ１０はペリフェラルインターフェー
スで、システムバス１１を介してＣＰＵ１２と接続され
ており、ＣＰＵ１２からの制御信号を受けて前述の各部
の制御を行なう。

【００２３】ＳＲＡＭ１３はＡ／Ｄ変換器９からの各デ
ータ及び各種処理データの一次記憶を行なう。

【００２４】ＲＯＭ１４は全てのプログラムが記憶され
ており、このプログラムによってＣＰＵ１２が作動し
て、所定の制御及び処理を行なう。ＣＴＣ１５は時計Ｉ
Ｃであり時刻を作る機能を有するものである。また、本
実施例では各部のパーソナルコンピュータ２１とのコミ
ュニケーションを可能とするため、伝送部１６が設けら
れており、システムバスを介してＣＰＵ１２と接続され
ている。この伝送部１６の伝送方式は本実施例の場合、
ＲＳ２３２Ｃが採用されているが、必ずしもこの伝送方
式に限定するものではなくＲＳ４２２ＩＥＥＥ等の所望
する方式を選定できることは言うまでもない。そして、
センサ１ａ，１ｂ，１ｃを介して入力された磁界データ
はその他時刻等の諸データと共に伝送部１６を介してコ
ンピュータ２１に伝送され、このコンピュータにてデー
タ解析が行なわれる。

【００２５】尚、本実施例ではデータ解析をコンピュー
タにて行なうものについてのみ説明したが、ＲＯＭ１４
のプログラムにデータ解析ルーチンを組み込んでおけば
コンピュータ２１は必ずしも必要なものではない。この
場合には表示機能を付加することによってデータ内容を
確認することが出来る。また、本実施例では各種データ
を伝送部１６を介して伝送する方式であるがフロッピデ
ィスクを内蔵すればフロッピによるデータの受け渡しが
可能となる。

【００２６】以下、本実施例を使用して総磁界暴露量及
び磁界強度を測定する場合の動作を図４のフローチャー
トに基づいて説明する。なお、信号の流れについては各
センサ１ａ，１ｂ，１ｃに対して同一であることから、
Ｚ軸センサ１ｃについて主に説明する。

【００２７】先ず、コイルモジュールを測定しようとす
る場所に搬送する（ステップ１００）とともに、このコ
イルモジュールの電源スイッチ２３をオンとする（ステ
ップ１０１）。そして、スタート／ストップスイッチ２
２をスタート側に切換える（ステップ１０２）。する
と、センサ１ｃにて磁束密度に比例した電圧信号が形成
され、ＰＧＡ２ｃにこの信号が送出される（ステップ１
０３）。このＰＧＡ２ｃの利得はＣＰＵ１２によって自
動設定されており、ＰＧＡ２ｃにてこの電圧信号が設定
された利得分だけ増幅され（ステップ１０４）、次段の
増幅器３ｃへと出力される。電圧信号はこの増幅器３ｃ
にて予め固定されている利得分だけ増幅される（ステッ
プ１０５）。そしてＢＰＦ４ｃを所定の帯域の周波数成
分のみが通過して（ステップ１０６）、後段のＲＭＳ５
ｃに送出される。本実施例の場合のＢＰＦの通過帯域は
商用周波数磁界となっているため、５０Ｈｚ、及び６０
Ｈｚ付近の周波数磁界に対応する電気信号のみがＲＭＳ
５ｃへと送出される（ステップ１０６）。ＲＭＳ４ｃは
入力された電気信号の実効値を算出する（ステップ１０
７）。この時、第一ＭＰＸ６及び第二ＭＰＸ８はＣＰＵ
１２の制御信号によって、Ｚ軸のセンサ１ｃのチャンネ
ルが選択されており（ステップ１０８及び１０９）、実
効値に変換された信号がＳ／Ｈ回路７ｃに所定時間ホー
ルドされるとともに（ステップ１１０）、Ａ／Ｄ変換器
９にてアナログデジタル変換される（ステップ１１
１）。因みに、本実施例のＡ／Ｄ変換器９の変化時間は
２５μｓでその分解能は１２ｂｉｔである。そしてこの
変換されたデジタルデータがＣＰＵ１２及びＳＲＡＭ１
３に伝送される（ステップ１１７）。ＣＰＵ１２は以上
説明したデータの読み取り動作をＸ軸センサ１ａ，Ｙ軸
センサ１ｂについても同様に実施する（ステップ１１
３，１１４，１１５及び１１６）。即ち、第一ＭＰＸ６
及び第二ＭＰＸ８のチャンネルを順次切換えて他のセン
サ１ａ、１ｂからの信号を処理する。ＣＰＵ１２はＡ／
Ｄ変換器９からのデータとＰＧＡ２ａ，２ｂ，２ｃの利
得から磁束密度、即ち、磁界強度を算出する。そしてま
た、ＣＰＵ１２は瞬時波形を各軸１００μｓ間隔に５周
期にわたりサンプリングして（ステップ１１２）、ゼロ
クロス点によりＺ軸に対するＸ軸（ステップ１１３及び
１１４）、Ｙ軸（ステップ１１５及び１１６）の平均位
相差、即ち時間差を算出する。加えて、ＣＰＵ１２は周
波数演算を行なう（ステップ１１９）。これはＺ軸の瞬
時波形を１００μｓ間隔にて２５周期にわたりサンプリ
ングし、ゼロクロス点から平均周期すなわち１波長の平
均時間を算出する。この磁束密度、平均位相差及び１波
長の平均時間を処理することによって磁界に暴露されて
いる時間との積の積分値、即ち、総暴露量を算出するこ
とができる。

【００２８】因みに、上述のステップで測定した総暴露
量経過の実測データの一例を図５に示す。この測定は、
１９９１年１０月２０日に東京郊外から電車・地下鉄を
乗り継いで日本橋に至る間の、車両内における被暴露量
及び日本橋の某デパート内における磁界被暴露量を実測
したものである。尚、本実施例では、この総暴露量の算
出をパーソナルコンピュータ２１にて行なう構成として
いるが、ＣＰＵ１２を介して演算処理できることは言う
までもない。

【００２９】

【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
の磁界暴露量計は、互いに直交する３軸方向成分の磁界
を感知する少なくとも３つのセンサと、該センサによっ
て感知された前記磁界の所望する帯域の磁界周波のみを
通過させるフィルタと、前記磁界の磁界強度と該磁界が
発生する総暴露量を測定する測定部とを有しているの
で、商用周波数帯域での磁束密度の実効値と総暴露量を
自動的に測定でき、生物が受ける磁界の暴露経過を詳細
に把握できる。また、本発明の磁界暴露量計は周波数も
同時に測定する構成であるため、その磁界が商用電源に
よるものか、電気・電子機器（電気鉄道も含む）等から
のものかを推定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の磁界暴露量計の一実施例を示す概略ブ
ロック図である。

【図２】上記実施例に使用されるコイルモジュールの概
観図である。

【図３】本実施例のバンドパスフィルタの特性を示すグ
ラフである。

【図４】本発明の測定部を構成する中央演算処理部の動
作の一例を示すフローチャート図である。

【図５】本発明の磁界暴露量計によって実測データの一
つを示す磁界暴露経過図である。

【符号の説明】

１ａ，１ｂ，１ｃ センサ ４ａ，４ｂ，４ｃ バンドパスフィルタ ９ アナログ／デジタル変換器 １２ ＣＰＵ １４ ＲＯＭ ２０ 測定部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 互いに直交する３軸方向成分の磁界を感
   知する少なくとも３つのセンサと、該センサによって感
   知された前記磁界の所望する帯域の磁界周波のみを通過
   させるフィルタと、前記磁界の磁界強度と該磁界が発生
   する総暴露量を測定する測定部とを有することを特徴と
   する磁界暴露量計。