JPH0493781A - 三次元積分磁束計 - 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】 ［産業上の利用分野］ 非電離放射線というカテゴリで統括される電波や磁界の
生物に与える影響について研究が進められている。本発
明は特に磁界に関して、磁界の方向に関係なく磁界強度
を測定し、磁界強度の積分値を測定する三次元積分磁束
計に関する。

［従来の技術］ 一般的に、強磁性体から発せられる磁束の測定にはフラ
ックスゲート（飽和鉄芯型）と称される磁束計が使用さ
れてきた。しかし、測定環境における瞬間的な磁束を計
測するだけのものであった。

［背景］ 磁界は地磁気あるいは永久磁石や電磁石を用いた各種電
気装置などによって身の回りにあまねく存在している。

しかし、これらは通常磁界の強さが極めて小さいか、ま
たは磁界が一部の空間に局在しており、環境および人体
に及ぼす影響は少なかった。

しかるに最近、科学技術の発達により強い磁界に直接人
体がさらされる機会が増えてきた。これらの磁界の発生
源としては、希土類磁石などの強力な磁石、あるいは超
電導磁石である。この磁気力を利用した車両輸送システ
ム、角磁気共鳴吸収測定装置などの機器分析装置、核磁
気共鳴吸収を利用し人間の頭部の細胞などの状態を輪切
りにして観測することのできるＮＭＲ−ＣＴ、あるいは
ＬＨＤ等大型核融合実験装置などがあり、使用磁界は１
〜５Ｔ（テスラ）にも及び、その周辺での漏れ磁界も無
視できないほど大きい値となっている。

磁気が環境あるいは人体に与える影響についてはまだ詳
細には究明されていない。しかし、非常に強い磁界は環
境あるいは人体に悪影響を及ぼすであろうとする報告や
、適度の磁界を浴びるのは健康によいという報告がある
。例えば、英国放射線防護委員会の助言として、 静磁場：２．ＳＴを越えないこと。

時間変化磁場：　変化時間１０ｍｓ以上の場合は２０　
Ｔ／Ｓ−ｒｍｓを越えないこと。

変化時間Ｉ　Ｑｍｓ未満の場合は （ｄＢ／ｄ　ｔ）”　　ｔ＜４゜ 高周波：全身での吸収率を０．４−・ｋｇ−ｌ以下。

作業者の被爆：　長期−全身０．０２Ｔ、手腕０、　２
Ｔ。

１５分以内−全身０．２Ｔ、手 腕２Ｔ。

とし、また米国食品医薬品局（ＦＤＡ）の指針として、 静磁場：　身体の全部または一部の被爆は２丁を越えな
い。

時間変化磁場：　身体の全部または一部の被爆は３　Ｔ
　／　ｓを越えない。

高周波の電磁場：　比吸収率は平均で０．４Ｗ／ｋｇ、
局所で２Ｗ　／　ｋ　ｇを越えない。

作業者の被爆（米国エネルギー省の暫定試案）：８時間
労働日−全身０．０１Ｔ、手０．ＩＴ１時間以下の暴露
：全身０．ＩＴ、手ｌＴ１０分以下の暴露：全身０．５
Ｔ、手２Ｔとしている。

かかる現状においては例えば人体に強い磁界を浴びるの
はなるべく避け、比較的弱い磁界であっても長時間磁界
にさらされるのは避けるというのが賢明と言わざるを得
ない。しかしかかる注意をしても種々の強さの磁界に種
々の条件でさらされる機会は多く、延べで、どれ程の磁
界にさらされたかを知ることは重要であり、特に磁界環
境で仕事に従事する人にとっては是非とも必要なことで
ある。ところが、磁界の強さに応じて磁気にさらされた
時間の積算を行う簡便な装置は、いまだ開発されていな
い。

したがって、本発明の目的は、簡便な積分磁束計を提供
することにある。

［発明が解決しようとする課題］ 従来のように、フラックスゲートと称される磁束計では
、瞬間的な磁束しか測定できないため、長期間の総磁束
が測定できないという課題があり、更に、総磁束を測定
しようとした場合には、連続的な測定を行わなければな
らないため、測定電流が大きくなり省電力化を実現でき
ないという課題があった。

［問題を解決するための手段］ 上記課題を解決するために、この発明は三次元に配置さ
れた検出素子を用いて被爆した磁束量の積分値を計数す
る携帯型の磁束計において、測定周期のタイミングを決
めるタイミング発生手段と三次元に配置された検出素子
とそれぞれの検出出力を増幅する増幅手段の動作を制御
する動作制御手段を有する構成とし、かつ測定周期ごと
に測定する測定点を、直線近似する事により、消費電流
の低減化を図り、かつ測定後の演算誤差を少なくするよ
うにした。

［作用］ 上記のように構成された被爆した磁束量の積分値を計数
する携帯型の磁束計においては、測定周期ごとに三次元
に配置した検出素子を時分割駆動して消費電流の低減化
を図ることにより、組み込まれた電池での動作時間の長
寿命化が成されることになる。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を、図面に基すいて説明する。

第１図は、本発明の実施例を示すブロック図である。Ｘ
軸検出手段１はＸ軸方向の磁束を検出する、Ｘ軸増幅手
段２は前記Ｘ軸検出手段１の信号を増幅する。Ｘ軸検出
手段３はＹ軸方向の磁束を検出する。Ｙ軸増幅手段４は
前記Ｘ軸検出手段３の信号を増幅する。Ｘ軸検出手段５
はｚ軸の磁束を検出する。Ｚ軸増幅手段６は前記Ｘ軸検
出手段５の信号を増幅する、動作制御手段７はタイミン
グ発生手段１２の信号から、前記Ｘ軸検出手段１、Ｘ軸
検出手段３及びＺ＠検出手段５と前記Ｘ軸増幅手段２、
Ｙ軸増幅手段４、及びＺ軸増幅手段６を制御する。マル
チプレクサ８は前記動作制御手段７の制御信号１８によ
り、前記３つの増幅手段２．４．６の出力信号を選択す
る。Ａ／Ｄ変換手段９は前記動作制御手段７の制御信号
２２により、前記マルチプレクサ８から出力された、前
記３つの増幅手段２．４．６のアナログ信号を、デジタ
ル値に変換する。

第２図に前記動作制御手段７の出力する制御信号１８．
１９．２０．２１．２２のタイムチャートを示している
。

前記動作制御手段７の出力する制御信号は、発振回路１
０の出力信号を分周回路１１で分周し、分周回路１１の
出力信号から測定周期のタイミングを生成するタイミン
グ発生手段１２の出力信号と、前記分周回路１１の出力
信号とから生成される。

演算手段１３は、前記Ａ／Ｄ変換手段９のデジタル信号
を磁界強度に変換し、ｘ、ｙ、ｚ軸の磁界強度成分から
実際の磁界強度を演算する。

第３図に磁界強度を３軸（Ｘ、　Ｙ、　　Ｚ）に分解し
た図を示している。第３図により磁界強度（磁束密度）
Ｂは、 Ｂ＝（（Ｂｘ”＋Ｂｙ”＋Ｂｚ”）（１式）％式％ 更に前記演算手段１３は、前記１式で演算された磁界強
度Ｂ１と、ある測定周期の時間後に測定されたデータか
ら、前記演算手段１３により演算された磁界強度Ｂ２と
、測定周期の時間で囲まれた積分値の演算を行い積算値
記憶手段１４の内容に加算して再度格納する。

第４図に積算方法の１例を示す、前記積算値記憶手段１
４には、磁束量であるＢｈが格納されていて、磁束量Ｂ
ｈは、 Ｂｈ−Σ［（（Ｂｎ＋Ｂｎ＋１　）ｘｈｌ　／２］（２
式） ２式において Ｂｈ　　＝磁束量 Ｂｎ　　−ある測定点における磁界強度Ｂｎ＋１＝Ｂｎ
からある測定時間後の磁界強度ｈ　　＝測定時間 である。

前記積算値記憶手段１４の内容、及び前記分周回路１１
の出力信号を計数し、計測開始からの全計測時間を計数
する時間計数手段１５の内容を。

表示制御手段１６を介して表示装置１７に表示する。

第５図に検出手段、及び増幅手段の本発明における一回
路実施例を示す、前記検出手段１は、磁気検出素子２３
と電流制御用抵抗Ｒ１とトランジスタＴｒｉが直列に接
続されて構成される。前記磁気検出素子２３の２本の出
力端子は、増幅用の抵抗Ｒ２，Ｒ３を介してアンプ２４
に入力する。

前記アンプ２４の＋側入力端子は、抵抗Ｒ４を介して接
地され、−個入力端子は抵抗Ｒ５を介して負帰還される
。この回路構成により、２本の入力電圧の差をとり増幅
する差動増幅回路となる。出力電圧ＶＯｕｔは、 Ｖｏｕｔ＝Ｒ５（Ｖｉｎｌ−Ｖｉｎ２）／Ｒ４（３式） で表され、Ｒ５／Ｒ４が増幅率となる。トランジスタＴ
ｒ２は、前記アンプ２４の電源端子と接地の間に接続さ
れる。前記トランジスタＴｒ１．Ｔｒ２のゲート端子は
、前記動作制御手段７の出力する前記制御信号１９によ
り制御され、測定時前記制御信号１９は”Ｈ”を出力し
、ＯＮ状態として前記Ｘ軸検出手段１と前記Ｘ軸増幅手
段２を動作状態とする。また、前記制御信号１９の出力
を”Ｌ”とする事により非動作状態として、動作電流を
カットする。前記Ｘ軸検出手段３、前記Ｙ軸増幅手段４
、前記Ｘ軸検出手段５、前記Ｚ軸増幅手段６も同様の構
成である。

次に、第６図に示すマイクロコンピュータにより制御さ
れる本発明の１実施例のブロック図に付いて説明する。

第６図に示したように、論理演算処理回路２７を中心に
プログラムメモリ　（ＲＯＭ）２８．データメモリ（Ｒ
ＡＭ）２９などでマイクロコンピュータが構成される。

前記論理演算処理回路２７は、ＡＬＵ、演算用レジスタ
、インストラクションデコーダ等で構成され、周辺回路
はデータバス及びアドレスバス３２．３３で接続される
。

前記ＲＯＭ２８は、処理手順をインストラクションに置
き換えたソフトウェアを格納するプログラムメモリであ
る。

前記ＲＡＭ２９は、データメモリであり、各種情報の一
時的格納に用いられる。

システムクロック発生回路２５は、前記発振回路１０の
出力を受けて、前記論理演算処理回路２７の動作に必要
なシステムクロックを生成する。

割込制御回路２６は、前記発振回路１０の出力を分周す
る前記分周回路１１の出力を受けて、前記論理演算処理
回路２７の動作開始の起動信号を生成するとともに割り
込みの内容は、前記データバス３２を介して読みとられ
る。

前記分周回路１１の出力信号から測定周期のタイミング
を生成するタイミング発生手段１２の出力信号と前記分
周回路１１の出力信号とから生成され、前記動作制御手
段７において、前記分周回路１１の出力信号とから検出
手段３０及び増刷手段３１０制御信号を生成する。前記
検出手段３０は、第１図における前記各ｘ、　ｙ、　　
Ｘ軸検出手段１．３．５をまとめて総称したものであり
、同様に前記増幅手段３１は、第１図における前記各Ｘ
Ｙ、　　Ｚ軸増幅手段２．４．６をまとめて総称したも
のである。前記増幅手段３１の出力は、前記マルチプレ
クサ８で選択され、前記Ａ／Ｄ変換手段９でデジタル信
号に変換され前記データバス３２を介して前記論理演算
処理回路２７に読み込まれる。前記表示制御手段１６は
、前記データバス３２を介して供給される情報を、前記
表示装置１７に供給する。

第６図のマイクロコンピュータにより制御される場合の
動作手順を第７図の本発明の動作手順を示すフローチャ
ートに従って説明する。

前記割込制御回路２６から前記論理演算処理回路２７に
対して、割り込みが発生すると処理７１において前記動
作制御手段７に対してＸ軸の駆動を選択すると、第１図
における前記制御信号１９を出力し前記Ｘ軸検出手段１
、前記Ｘ軸増幅手段２が駆動する。前記マルチプレクサ
８は前記Ｘ軸増幅手段２の出力信号を選択する。処理７
２で前記増幅手段の動作が安定するまでの一定時間のＷ
ＡＩＴを行い、処理３２において前記Ａ／Ｄ変換手段９
を動作させ、前記データバス３２を介して変換されたデ
ータを前記論理演算処理回路に読み込み、いったん前記
ＲＡＭ２Ｂに格納する。処理７４において前記動作制御
手段７に対してＹ軸の駆動を選択すると、第１回におけ
る前記制御信号２０を出力し前記Ｙ軸検出手段３、前記
Ｙ増幅副手段４が駆動する。前記マルチプレクサ８は前
記Ｙ軸増幅手段４の出力信号を選択する。処理７５で前
記増幅手段の動作が安定するまでの一定時間のＷＡＴＴ
を行い、処理７６において前記Ａ／Ｄ変換手段９を動作
させ、前記データバス３２を介して変換されたデータを
前記論理演算処理回路２７に読み込み、いったん前記Ｒ
ＡＭ２Ｂに格納する。処理７７において前記動作制御手
段７に対してＺ軸の駆動を選択すると、第１図における
前記制御信号２１を出力し前記Ｘ軸検出手段５、前記Ｚ
軸増副手段６が駆動する。前記マルチプレクサ８は前記
Ｚ軸増副手段６の出力信号を選択する。

処理７８で前記増刷手段の動作が安定するまでの一定時
間のＷＡＩＴを行い、処理７９において前記Ａ／Ｄ変換
手段９を動作させ、前記データバス３２を介して変換さ
れたデータを前記論理演算処理回路２７に読み込み、い
ったん前記ＲＡＭ２８に格納する。処理８０において、
前記ｘ、ｙ、ｚ軸方向のおけるデジタル信号化されたデ
ータを磁界強度に変換し、（（Ｂｘ２＋Ｂｙｚ　＋Ｂｚ
ｚ　）の演算を行う。処理８１において、処理８ｏで演
算された磁界強度Ｂｎと前回測定したＢｎ−１と測定周
期の時間の積分値である、＋　（Ｂｎ−１＋Ｂｎ）Ｘｈ
ｌ　／２　　の演算を行う。処理８２において、前記処
理８１で演算された結果を前記積算値記憶手段１４に加
算し、再び格納する。処理８３において前記時間計数手
段１５に測定周期の時間を加算して、再び格納し、処理
８４において前記表示装置１７に対する表示の処理を行
って、処理８５のＨＡＬＴ状態に戻る。

［発明の効果］ 本発明は、以上説明したように被爆した磁束量の積分値
を計数する携帯型の磁束計において、測定周期のタイミ
ングを決めるタイミング発生手段と三次元に配置された
検出手段とそれぞれの検出出力を増幅する増幅手段の動
作を制御する動作制御手段を有する構成を用いる事によ
り、消費電流の低減化が図れ、組み込まれた電池での動
作時間の長寿命化が成され、かつ磁界強度の変化量に対
する演算誤差を少なくできるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例を示すブロック図、第２図は
動作制御手段７の出力する制御信号のタイムチャート、
第３図は、磁界強度を３軸（Ｘ。 Ｙ、　　Ｚ軸）に分解した図、第４図は、積算方法の１
例を示す図、第５図は検出手段、増幅手段の本発明にお
ける１回路実施例、第６図はマイクロコンピュータによ
り制御される本発明の実施例を示すプソロク図、第７図
は本発明の動作手順を示すフローチャートである。 １−Ｘ軸検出手段　　　　２　Ｘ軸増幅手段３−Ｙ軸検
出手段　　　４−　Ｙ軸増幅手段Ｚ軸検出手段　　　６
　　Ｚ軸増幅手段動作制御手段　　　８　マルチプレク
サＡ／Ｄ変換手段 発振回路　　　　１１−分周回路 タイミング発生手段 演算手段　　　　１４　積算値記憶手段時間計数手段 表示制御手段　　１７−表示装置 １９．２０．２１．２２−制御信号 検出素子　　　　２４　アンプ システムクロック発生回路 割り込み制御回路 論理演算処理回路 ＲＯＭ　　　　　　２９−ＲＡＭ 検出手段　　　　３１　増幅手段 データバス　　　３３−アドレスバス 以上 出願人　セイコー電子工業株式会社 代理人　弁理士　林　　敬　之　助 遵飄閉す倍営泥乞多軸（刈Ｙ乙寺由））つ訴頓漬メ（７
′）ガ禾の−ｉＪ妃が千面 第４已 蔵出（予゛肩ジ、〉旨中りギヒＲΣの不治ち日月１こ丁
う１′）゛る一回２尺途１図 第５圀 第 （、：）肥

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）磁界強度の積分値を測定する三次元積分磁束計に
   おいて、 （ａ）Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向の三次元に配置された３個
   の磁気検出素子と、 （ｂ）前記３個の磁気検出素子それぞれの検出信号を増
   幅する３個の増幅手段と、 （ｃ）前記磁気検出素子と前記増幅手段の動作を制御す
   る動作制御手段と、 （ｄ）前記動作制御手段の制御信号に応じて、前記３個
   の増幅手段の出力信号を選択するマルチプレクサと、 （ｅ）前記マルチプレクサの出力するアナログ信号をデ
   ジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換手段と、（ｆ）測定周
   期を発生するタイミング発生手段（ｇ）前記３軸方向の
   デジタル信号から第１の磁界強度のベクトル計算し、前
   記タイミング発生手段の測定間隔である時間後に前記３
   軸方向のデジタル信号から第２の磁界強度のベクトル計
   算し、前記タイミング発生手段の測定間隔である時間と
   、第１、第２の磁束強度で囲まれた積分値を演算する演
   算手段と、 （ｈ）前記時間と磁束強度の積分値の総和を記憶する積
   算値記憶手段と、 （ｉ）前記積算値記憶手段の内容を表示する表示装置と
   から成ることを特徴とする三次元積算磁束計。
2. （２）前記磁気検出素子がホール素子である請求項１記
   載の三次元積算磁束計。
3. （３）前記磁気検出素子が磁気抵抗素子である請求項１
   記載の三次元積算磁束計。
4. （４）前記動作制御手段が前記３個の検出素子とそれぞ
   れに対応する増幅手段とを時分割駆動することを特徴と
   する請求項１記載の三次元積算磁束計。
5. （５）前記動作制御手段が、非測定時、前記３個の検出
   素子とそれぞれに対応する増幅手段とを電流遮断する請
   求項１記載の三次元積算磁束計。