JP2005083868A - Magnetic measuring device - Google Patents
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Abstract
【課題】フラックスゲート型磁気検出素子を用いた磁気測定装置においてダイナミックレンジと直線性と分解能とを向上させる。
【解決手段】磁心11及び励磁用コイル12及び検出用コイル13を備えたフラックスゲート型磁気検出素子10と、励磁用コイル12に交流電流を通電する励磁部50と、検出用コイル13に誘起される信号を処理して磁気検出信号Vpを出力する磁気検出部30と、磁気検出信号Vpを積分し第1の積分信号Vi1を出力する第1の積分器41と、第1の積分信号Vi1を積分し第2の積分信号Vi2を出力する第2の積分器42と、第1〜第2の積分信号を加算して加算信号Vdを出力する加算器21と、加算信号Vdに基づく帰還信号Ibを検出用コイル13側へ帰還する帰還回路26とを具備する。
【効果】フラックスゲート型磁気検出素子を用いて、心磁気のような微弱な磁気を測定可能となる。
【選択図】図1Dynamic range, linearity, and resolution are improved in a magnetic measurement apparatus using a fluxgate type magnetic detection element.
A flux gate type magnetic detection element 10 having a magnetic core 11, an excitation coil 12, and a detection coil 13, an excitation unit 50 for supplying an alternating current to the excitation coil 12, and a detection coil 13 are induced. A magnetic detection unit 30 that processes a signal to output a magnetic detection signal Vp, a first integrator 41 that integrates the magnetic detection signal Vp and outputs a first integration signal Vi1, and a first integration signal Vi1. A second integrator 42 that integrates and outputs a second integrated signal Vi2, an adder 21 that adds the first to second integrated signals and outputs an added signal Vd, and a feedback signal Ib based on the added signal Vd And a feedback circuit 26 for returning the signal to the detection coil 13 side.
[Effect] It is possible to measure weak magnetism such as cardiac magnetism by using a fluxgate type magnetic detecting element.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、磁気測定装置に関し、さらに詳しくは、フラックスゲート型磁気検出素子を用いた磁気測定装置においてダイナミックレンジと直線性と分解能とを向上できる磁気測定装置に関する。 The present invention relates to a magnetic measurement apparatus, and more particularly, to a magnetic measurement apparatus that can improve dynamic range, linearity, and resolution in a magnetic measurement apparatus using a fluxgate magnetic detection element.
従来、フラックスゲート型磁気検出素子を用いた磁気測定装置が知られている(例えば、特許文献1参照。)。
他方、本願出願人は、磁気に対して非線形の検出特性を有する非線形磁気検出手段の出力信号を多段の積分器で積分し、各段の積分器の出力信号を加算して帰還信号を作り、帰還信号を非線形磁気検出手段側へ帰還する磁気測定装置を提案している(特許文献2参照。)。
On the other hand, the applicant of the present application integrates the output signal of the non-linear magnetic detection means having non-linear detection characteristics with respect to magnetism by a multi-stage integrator, and adds the output signals of the integrators of each stage to create a feedback signal, A magnetic measuring device that returns a feedback signal to the non-linear magnetic detection means side has been proposed (see Patent Document 2).
従来のフラックスゲート型磁気検出素子を用いた磁気測定装置のダイナミックレンジは例えば1nT/√{Hz}〜1mT/√{Hz}であり、直線性は狭く、分解能は例えば1nT/√{Hz}であり、地磁気程度の磁気は測定可能であるが、心磁気のような微弱な磁気を測定することは困難であった。
そこで、本発明の目的は、フラックスゲート型磁気検出素子を用いた磁気測定装置においてダイナミックレンジと直線性と分解能とを向上し、心磁気のような微弱な磁気を測定可能とした磁気測定装置を提供することにある。
The dynamic range of a magnetic measuring device using a conventional fluxgate type magnetic sensing element is, for example, 1 nT / √ {Hz} to 1 mT / √ {Hz}, the linearity is narrow, and the resolution is, for example, 1 nT / √ {Hz}. Yes, it was possible to measure the magnetism of the geomagnetism, but it was difficult to measure weak magnetism such as cardiac magnetism.
Accordingly, an object of the present invention is to provide a magnetic measuring apparatus that improves the dynamic range, linearity, and resolution in a magnetic measuring apparatus using a fluxgate type magnetic sensing element, and can measure weak magnetism such as cardiac magnetism. It is to provide.
第1の観点では、本発明は、磁心及び励磁用コイル及び検出用コイルを備えたフラックスゲート型磁気検出素子と、前記励磁用コイルに交流電流を通電する励磁部と、前記検出用コイルに誘起される信号を処理して磁気検出信号を出力する磁気検出部と、前記磁気検出信号を積分し第1の積分信号を出力する第1の積分器と、1段前の積分信号を積分し第n(=2〜N,N≧2)の積分信号を出力する第nの積分器と、前記第1〜第Nの積分信号を加算して加算信号を出力する加算器と、前記加算信号に基づく帰還信号を前記検出用コイル側へ帰還する帰還部とを具備したことを特徴とする磁気測定装置を提供する。
上記第1の観点による磁気測定装置では、広帯域をN個の帯域に分割したときの各帯域の信号成分の抽出をN段の各積分器に分担させることで、ダイナミックレンジと直線性と分解能とを向上できる。例えば、ダイナミックレンジは1pT/√{Hz}〜1mT/√{Hz}、直線性は従来の10倍以上、分解能は1pT/√{Hz}に向上できる。従って、心磁気のような微弱な磁気でも測定可能となる。
In a first aspect, the present invention relates to a flux gate type magnetic detection element including a magnetic core, an excitation coil, and a detection coil, an excitation unit that supplies an alternating current to the excitation coil, and induction in the detection coil. A magnetic detection unit that processes the processed signal and outputs a magnetic detection signal; a first integrator that integrates the magnetic detection signal and outputs a first integration signal; an nth integrator that outputs n (= 2 to N, N ≧ 2) integration signals, an adder that adds the first to Nth integration signals and outputs an addition signal, and the addition signal There is provided a magnetic measuring device comprising a feedback section for returning a feedback signal based on the feedback signal to the detection coil side.
In the magnetic measurement apparatus according to the first aspect, the dynamic range, linearity, resolution, and resolution are obtained by sharing the extraction of the signal components of each band when the wide band is divided into N bands into N stages of integrators. Can be improved. For example, the dynamic range can be improved to 1 pT / √ {Hz} to 1 mT / √ {Hz}, the linearity can be improved 10 times or more, and the resolution can be improved to 1 pT / √ {Hz}. Therefore, it is possible to measure even weak magnetism such as cardiac magnetism.
第2の観点では、本発明は、上記構成の磁気測定装置において、N=2またはN=3であることを特徴とする磁気測定装置を提供する。
上記第2の観点による磁気測定装置では、広帯域を2個または3個の帯域に分割したときの各帯域の信号成分の抽出を2段または3段の各積分器に分担させることで、ダイナミックレンジと直線性と分解能とを向上できる。例えば、ダイナミックレンジは1pT/√{Hz}〜1mT/√{Hz}、直線性は従来の10倍以上、分解能は1pT/√{Hz}に向上できる。従って、心磁気のような微弱な磁気でも測定可能となる。
In a second aspect, the present invention provides a magnetic measurement apparatus having the above configuration, wherein N = 2 or N = 3.
In the magnetic measurement apparatus according to the second aspect, the dynamic range is obtained by sharing the extraction of the signal components of each band when the wide band is divided into two or three bands with each of the two-stage or three-stage integrators. And linearity and resolution can be improved. For example, the dynamic range can be improved to 1 pT / √ {Hz} to 1 mT / √ {Hz}, the linearity can be improved 10 times or more, and the resolution can be improved to 1 pT / √ {Hz}. Therefore, it is possible to measure even weak magnetism such as cardiac magnetism.
第3の観点では、本発明は、上記構成の磁気測定装置において、前記第1〜第Nの積分器と前記加算器の間に、前記第1〜第Nの積分信号を減衰/増幅するための第1〜第Nの積分信号調整器を設けたことを特徴とする磁気測定装置を提供する。
上記第3の観点による磁気測定装置では、広帯域をN個の帯域に分割したときの各帯域の信号成分を減衰または増幅することで、所望する帯域の信号成分を強調し、所望しない帯域の信号成分を抑制することが出来る。
In a third aspect, the present invention provides the magnetic measurement apparatus having the above configuration, in which the first to Nth integral signals are attenuated / amplified between the first to Nth integrators and the adder. There is provided a magnetic measurement apparatus provided with the first to Nth integral signal conditioners.
In the magnetic measurement apparatus according to the third aspect, the signal component of each band is emphasized by attenuating or amplifying the signal component of each band when the wide band is divided into N bands, and the signal of the undesired band Ingredients can be suppressed.
第4の観点では、本発明は、上記構成の磁気測定装置において、前記帰還信号を前記検出用コイル側へ帰還する帰還量を調整するための帰還量調整器を設けたことを特徴とする磁気測定装置を提供する。
上記第4の観点による磁気測定装置では、帰還量を調整することで、感度を調整することが出来る。
In a fourth aspect, the present invention provides a magnetism measuring apparatus having the above-described configuration, further comprising a feedback amount adjuster for adjusting a feedback amount for returning the feedback signal to the detection coil side. Provide a measuring device.
In the magnetic measurement apparatus according to the fourth aspect, the sensitivity can be adjusted by adjusting the feedback amount.
本発明の磁気測定装置によれば、フラックスゲート型磁気検出素子を用いた磁気測定装置においてダイナミックレンジと直線性と分解能とを向上でき、心磁気のような微弱な磁気を測定可能となる。 According to the magnetic measurement apparatus of the present invention, the dynamic range, linearity, and resolution can be improved in the magnetic measurement apparatus using the fluxgate type magnetic detection element, and weak magnetism such as cardiac magnetism can be measured.
以下、図に示す実施例により本発明をさらに詳細に説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the embodiments shown in the drawings. Note that the present invention is not limited thereby.
図1は、実施例1にかかる磁気測定装置100を示す構成図である。
この磁気測定装置100は、磁心11及び励磁用コイル12及び検出用コイル13を備えたフラックスゲート型磁気検出素子10と、励磁用コイル12に交流電流を通電する励磁部50と、検出用コイル13に誘起される検出信号Isに帰還信号Ibを重畳する帰還回路26と、帰還信号Ibを重畳した検出信号Isを処理して磁気検出信号Vpを出力する磁気検出部30と、磁気検出信号Vpを積分し第1の積分信号Vi1を出力する第1の積分器41と、第1の積分信号Vi1を積分し第2の積分信号Vi2を出力する第2の積分器42と、第1〜第Nの積分信号Vi1〜Vi2を減衰/増幅する第1〜第Nの積分信号調整器201〜202と、積分信号調整器201〜202を経た第1〜第2の積分信号Vi1’〜Vi2’を加算して加算信号Vdを出力する加算器21と、感度を調整するべく加算信号Vdを減衰/増幅する帰還量調整器22と、帰還量調整器22を経た加算信号Vd’にバイアス信号Vaを加えて帰還信号Ibを出力するバイアス調整器23とを具備している。
FIG. 1 is a configuration diagram illustrating a magnetic measurement apparatus 100 according to the first embodiment.
The magnetic measurement apparatus 100 includes a flux gate type magnetic detection element 10 including a magnetic core 11, an excitation coil 12, and a detection coil 13, an
フラックスゲート型磁気検出素子10は、例えばパーマロイまたはセンダストなどの軟磁気特性(保持力が小さく、透磁率が大きい。)を有する材料を環状に成形した磁心11に励磁用コイル12および検出用コイル13を設けた構造であるが、棒状の磁心に励磁用コイルと検出用コイルとを付設した構造でもよい。 The fluxgate type magnetic sensing element 10 includes an excitation coil 12 and a detection coil 13 formed on a magnetic core 11 formed in an annular shape from a material having soft magnetic properties (low coercive force and high magnetic permeability) such as permalloy or sendust. However, a structure in which an excitation coil and a detection coil are attached to a rod-shaped magnetic core may be used.
励磁部50は、周波数f0(例えばf0=2kHz)の矩形波を発振する発振器51と、発振器51が発振した矩形波を分周し周波数f0/2の交流電流を励磁用コイル12に通電するコイル駆動回路52とを含んでいる。
The
磁気検出部30は、フラックスゲート型磁気検出素子10の励磁移相から移相をずらせた同期信号を出力する移相器31と、帰還信号Ibを重畳した検出信号Isを増幅する前置増幅器32と、遮断周波数fc1(>f0/2)で励磁信号成分を遮断するためのハイパスフィルタ33と、ハイパスフィルタ33からの出力信号を同期信号で位相検波する位相検波器34と、遮断周波数fc2(≪f0)で所望帯域の信号成分を取り出すローパスフィルタ35とを含んでいる。
The
第1の積分器41は、磁気検出信号Vpを時定数τ1で積分し、第1の積分信号Vi1を出力する。
第2の積分器42は、第1の積分信号Vi1を時定数τ2(>τ1)で積分し、第2の積分信号Vi2を出力する。
The first integrator 41 integrates the magnetic detection signal Vp with a time constant τ1, and outputs a first integration signal Vi1.
The second integrator 42 integrates the first integration signal Vi1 with a time constant τ2 (> τ1), and outputs a second integration signal Vi2.
バイアス信号Vaは、測定対象の磁気が0のとき加算信号Vdが0になるように(つまり、ノイズ磁気の直流成分を打ち消すように)調整しておく。 The bias signal Va is adjusted so that the addition signal Vd becomes 0 when the magnetism to be measured is 0 (that is, the DC component of noise magnetism is canceled).
実施例1の磁気測定装置100によれば、フラックスゲート型磁気検出素子10を用いているが、広帯域の信号成分を2つの積分器41,42で分担するので、ダイナミックレンジと直線性と分解能とを向上でき、従来は困難であった心磁気のような微弱な磁気を測定することが可能となる。 According to the magnetic measurement apparatus 100 of the first embodiment, the fluxgate type magnetic detection element 10 is used. However, since the broadband signal component is shared by the two integrators 41 and 42, the dynamic range, linearity, resolution, It is possible to measure weak magnetism such as cardiac magnetism, which has been difficult in the past.
図2は、実施例2にかかる磁気測定装置200を示す構成図である。
この磁気測定装置200は、実施例1に係る磁気測定装置100の第2の積分器42の後段に第3の積分器43を加えると共に、第3の積分器43が出力する第3の積分信号Vi3を減衰/増幅する第3の積分信号調整器203を加え、第1〜第3の積分信号調整器201〜203を経た第1〜第3の積分信号Vi1’〜Vi3’を加算器21で加算するように構成されている。
FIG. 2 is a configuration diagram illustrating a
In the
第3の積分器43の時定数τ3は、τ1<τ2<τ3の関係を満たす。 The time constant τ3 of the third integrator 43 satisfies the relationship τ1 <τ2 <τ3.
実施例2の磁気測定装置200によれば、フラックスゲート型磁気検出素子10を用いているが、広帯域の信号成分を3つの積分器41,42,43で分担するので、ダイナミックレンジと直線性と分解能とをさらに向上でき、従来は困難であった心磁気のような微弱な磁気を測定することが可能となる。
According to the
4つ以上の積分器を多段接続してもよい。
なお、積分器の時定数は、1段前の積分器の時定数より大きくする。
Four or more integrators may be connected in multiple stages.
Note that the time constant of the integrator is made larger than the time constant of the integrator one stage before.
フラックスゲート型磁気検出素子を用いて、心磁気のような微弱な磁気を測定することが可能となる。 It is possible to measure weak magnetism such as cardiac magnetism using a fluxgate type magnetic sensing element.
10 フラックスゲート型磁気検出素子
11 磁心
12 励磁用コイル
13 検出用コイル
21 加算器
22 帰還量調整器
23 バイアス調整器
26 帰還回路
30 磁気検出部
31 移相器
32 前置増幅器
33 ハイパスフィルタ
34 位相検波器
35 ローパスフィルタ
41 第1の積分器
42 第2の積分器
43 第3の積分器
50 励磁部
51 発振器
52 コイル駆動回路
100,200 磁気測定装置
201 第1の積分信号調整器
202 第2の積分信号調整器
203 第3の積分信号調整器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Flux gate type magnetic detection element 11 Magnetic core 12 Excitation coil 13
Claims (4)
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