JP2011222761A - Helmholtz coil type magnetic field generator using shielded loop - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、一定電磁界強度領域の体積が大きく、主に長波から短波帯領域での、また、小型化によってはさらに高い周波数帯での各種装置の校正や被試験体への均一磁界照射に用いることができ、給電線からの漏れ電磁界がない磁界発生装置で、特にシールデッドループを用いたヘルムホルツコイル型磁界発生装置に関している。 This invention has a large volume in a constant electromagnetic field strength region, mainly in the long wave to short wave band region, and depending on miniaturization, it is used for calibration of various devices and irradiation of a uniform magnetic field to a device under test. The present invention relates to a magnetic field generator that can be used and has no leakage electromagnetic field from a feeder line, and more particularly to a Helmholtz coil type magnetic field generator using a shielded loop.
一般に磁界測定器の校正は、標準磁界中での測定値を用いて行われる。このため一定電磁界強度領域の体積が大きく、しかも理論値と一致した強度の磁界を発生できる磁界発生装置が求められている。その例として、直流から100kHzの周波帯においては、ヘルムホルツコイルが知られている。ヘルムホルツコイルは、同じ直径の2つのコイルで構成しコイル間の間隔を半径に等しくなる様に配置したものである。通常、ヘルムホルツコイルのコイル部は、導線を巻いたものであり、後に説明する様に、導線を流れる電流値を測定することで2つのコイル間の空間に発生する磁界強度を決定できる。 In general, calibration of a magnetic field measuring device is performed using a measurement value in a standard magnetic field. For this reason, there is a need for a magnetic field generator that can generate a magnetic field having a large volume in a constant electromagnetic field strength region and a strength that matches the theoretical value. As an example, Helmholtz coils are known in the frequency band from direct current to 100 kHz. The Helmholtz coil is composed of two coils having the same diameter and is arranged so that the distance between the coils is equal to the radius. Usually, the coil portion of the Helmholtz coil is a wire wound, and as will be described later, the magnetic field strength generated in the space between the two coils can be determined by measuring the current value flowing through the wire.
しかしながら、周波数が高くなると、インピーダンスが大きくなり、導線に電流を流すことは困難になる。また、高周波電流を導線で作られたコイルに流すと、その電流は正確に測定できない。本発明は、この様な問題を解決するものであり、従来のヘルムホルツコイルよりも、より高い周波数の磁界を正確に発生させることができるものである。 However, as the frequency increases, the impedance increases and it becomes difficult to pass a current through the conductor. In addition, when a high-frequency current is passed through a coil made of a conductive wire, the current cannot be measured accurately. The present invention solves such a problem, and can accurately generate a magnetic field having a higher frequency than a conventional Helmholtz coil.
特許文献1(特開2006−184264号公報)に記載されている様に、ヘルムホルツコイルは、直流から100kHz程度の周波数までの範囲で磁界発生装置に使用されている。これは、図8に示す様に、導線で巻かれた直径2aの2つのコイルをコイルが作る平面が平行になる様に配置した構造からなる。2つのコイル間の距離をd=a、Nをコイルの巻き数、Iをコイルを流れる電流値とするとき、コイル間の中心(基準点)に発生する磁界Hzは次式で与えられる。 As described in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2006-184264), Helmholtz coils are used in magnetic field generators in a range from DC to a frequency of about 100 kHz. As shown in FIG. 8, this consists of a structure in which two coils of diameter 2a wound with a conducting wire are arranged so that the planes that the coils make are parallel. When the distance between the two coils is d = a, N is the number of turns of the coil, and I is the current value flowing through the coil, the magnetic field Hz generated at the center (reference point) between the coils is given by the following equation.
ヘルムホルツコイルは、2つのコイル間の基準点を含む平面Sに一様な磁界強度分布を作ることができ、その強度は数1を使って簡単に得られ、また、基準点には電界が発生しないという特長がある。
The Helmholtz coil can create a uniform magnetic field strength distribution in the plane S including the reference point between the two coils, and its strength can be easily obtained by using
しかしながら、ヘルムホルツコイルは、周波数が高くなるにつれて、コイルのインピーダンスのリアクタンス成分が大きくなるため電流が流れにくくなる。その様なインピーダンスの大きな負荷に対して大電流を流すためには、電圧を高くせざるを得ず、その結果、巨大な電源装置が必要となるという問題がある。 However, in the Helmholtz coil, as the frequency increases, the reactance component of the coil impedance increases, so that it becomes difficult for current to flow. In order to flow a large current to such a load with a large impedance, there is a problem that a voltage must be increased, and as a result, a huge power supply device is required.
また、コイルは導線で巻かれているため、周波数が高くなると分布定数回路としての取り扱いが難しくなり、床面と導線の間でいわゆるコモンモード電流が流れる等、電流計では電流が正確に測定できず、発生している磁界強度を数1を使って正確に求めることができなくなるという問題がある。
In addition, since the coil is wound with a conducting wire, handling as a distributed constant circuit becomes difficult when the frequency is high, and so-called common mode current flows between the floor and the conducting wire. In other words, there is a problem that the generated magnetic field strength cannot be accurately obtained using
上記の様に、ヘルムホルツコイルは、周波数が高くなるにつれて、コイルのインピーダンスのリアクタンス成分が大きくなるため電流が流れにくくなる。その様なインピーダンスの大きな負荷に対して大電流を流すためには、電圧を高くせざるを得ず、その結果、巨大な電源装置が必要となるという問題がある。 As described above, in the Helmholtz coil, as the frequency increases, the reactance component of the coil impedance increases, so that the current does not easily flow. In order to flow a large current to such a load with a large impedance, there is a problem that a voltage must be increased, and as a result, a huge power supply device is required.
また、コイルは導線で巻かれているため、周波数が高くなると分布定数回路としての取り扱いが難しくなり、床面と導線の間でいわゆるコモンモード電流が流れる等、電流計では電流が正確に測定できず、発生している磁界強度を数1を使って正確に求めることができなくなるという問題がある。
In addition, since the coil is wound with a conducting wire, handling as a distributed constant circuit becomes difficult when the frequency is high, and so-called common mode current flows between the floor and the conducting wire. In other words, there is a problem that the generated magnetic field strength cannot be accurately obtained using
上記のヘルムホルツコイルに高周波電流を流す場合には、平衡給電となるが、給電ケーブルの特にコイルとの接続部分で電磁界が漏れやすい。そこで、同軸ケーブルを用いることで漏れ電磁界をなくすことができるが、よく知られているように、同軸ケーブルを用いた給電は非平衡給電であって、バラン(平衡−非平衡変換器)を用いて平衡給電に変換する必要がある。バランは、一般に、シールドを完全にするため金属ケースに収められており、ヘルムホルツコイルの極近くに設置されるため、バランによって電磁界が乱されることがある。このため、バランを用いる必要が無い構成が求められている。 When a high-frequency current is passed through the Helmholtz coil, balanced power feeding is performed. However, an electromagnetic field is likely to leak at the connection portion of the power feeding cable, particularly with the coil. Therefore, the leakage electromagnetic field can be eliminated by using the coaxial cable, but as is well known, the power supply using the coaxial cable is a non-balanced power supply, and a balun (balanced-unbalanced converter) is used. It is necessary to convert to balanced power supply. The balun is generally housed in a metal case to complete the shield and is placed very close to the Helmholtz coil, so that the electromagnetic field may be disturbed by the balun. For this reason, the structure which does not need to use a balun is calculated | required.
本発明のヘルムホルツコイル型磁界発生装置は、同径の2つの円形シールデッドループをヘルムホルツコイルの構成と同じに配置したコイル部と、上記コイル部に給電する給電系と、上記給電部から上記コイルに給電するための同軸線路と、を備えるものである。 The Helmholtz coil type magnetic field generator according to the present invention includes a coil portion in which two circular sealed dead loops having the same diameter are arranged in the same manner as the configuration of the Helmholtz coil, a power feeding system that feeds power to the coil portion, and the coil from the power feeding portion to the coil A coaxial line for supplying power to the power source.
また、上記シールデッドループの同軸線路部分と上記同軸線路のシールド部分と中心導体部分は、それぞれ電気的に連続したものである。これは、シールデッドループを用いることで可能となり、給電線路や給電部分からのコモンモード電流や漏れ電磁界を抑制することができる。 The coaxial line portion of the shielded loop, the shield portion of the coaxial line, and the central conductor portion are each electrically continuous. This is possible by using a shielded loop, and it is possible to suppress common mode current and leakage electromagnetic fields from the feed line and the feed portion.
シールデッドループの巻き数の半分は同軸線路のシールド部分であり、残りの半分は中心導体部分に接続された導体部分である。従って、シールデッドループは給電部分を通る直線について対称でないので、これを用いることで、配置に選択肢が生じる。選択肢の1つとして、上記2つの円形シールデッドループについて、その中心の磁界方向に並進対称性を有する配置とすることができる。 Half of the number of turns of the sealed dead loop is a shield part of the coaxial line, and the other half is a conductor part connected to the central conductor part. Therefore, since the shielded loop is not symmetric with respect to the straight line passing through the feeding portion, using this provides a choice in arrangement. As an option, the two circular sealed dead loops may be arranged to have translational symmetry in the magnetic field direction at the center.
この場合には、上記2つの円形シールデッドループに給電する分配器は、互いに同相の交流電流を給電するものである。この場合の分配器は構造が簡単なパワースプリッターを用いることができる。 In this case, the distributor that feeds the two circular shielded loops feeds alternating currents of the same phase. In this case, a power splitter having a simple structure can be used as the distributor.
上記の配置の他に、上記2つの円形シールデッドループについて、上記2つの円形シールデッドループのうちの1つを、コネクタ部と給電部を結ぶ線を中心に半回転することでその中心の磁界方向に並進対称性を有する配置とすることができる。つまり、それぞれのシールド部分と中心導体部分とが向き合う配置とすることができる。 In addition to the above arrangement, for the two circular sealed dead loops, one of the two circular sealed dead loops is rotated halfway around the line connecting the connector portion and the power feeding portion, thereby the magnetic field at the center. It can be set as the arrangement which has translational symmetry in a direction. That is, each shield part and the center conductor part can be arranged to face each other.
この場合には、上記2つの円形シールデッドループに給電する分配器は、互いに逆相の交流電流を給電するものである。この場合の分配器は、構造が簡単な180°ハイブリッド回路を用いることができる。これによって、漏れ磁場あるいは漏れ電流やコモンモード電流による磁場の一部を相殺することができる様になる。 In this case, the distributor that supplies power to the two circular shielded loops supplies alternating currents of opposite phases. The distributor in this case can use a 180 ° hybrid circuit with a simple structure. As a result, a part of the magnetic field due to the leakage magnetic field or the leakage current or common mode current can be canceled.
上記コイル部への給電電力を測定するに当たって、特に大電力の給電を行う場合には、単方向性結合器または双方向性結合器を通じて上記コイル部に給電し、上記の単方向性結合器または双方向性結合器で上記コイル部への給電の一部を取り出してその電力を測定するものである。また、特に双方向性結合器の場合には、さらに、上記シールデッドループからの反射信号を出力することができるので、必要に応じて反射電力強度を測定することが可能である。得られた電力からシールデッドループに流れる電流を決定することが可能であり、発生する磁界の強度を知ることができる。一般に、シールデッドループに流れる上記電流を決定するためには、
1)配線上に直列に電流計を挿入する、
2)配線上に直列に抵抗(抵抗値が既知)を挿入して、抵抗の両端に発生する電圧を測定して求める、
3)配線をくるむ様に電流プローブ(カレントプローブ)をかませて、電流を測定する、
などの方法を採用することができる。この場合は、電流計を挿入した位置を流れる電流と、ループコイルを流れる電流の大きさは等しい場合である。しかし、周波数が高くなるに従って、これらの電流値が乖離してしまうことが知られている。また、
4)ループコイルに熱電対を挿入する、
という方法があるが、周波数が高くなるに従って、熱電対の測定値への影響が無視できなくなる。
In measuring the power supplied to the coil unit, particularly when supplying a large amount of power, the coil unit is fed through a unidirectional coupler or a bidirectional coupler, and the unidirectional coupler or A part of the power supply to the coil part is taken out by a bidirectional coupler and the electric power is measured. Further, particularly in the case of a bidirectional coupler, a reflected signal from the shielded loop can be further output, so that the reflected power intensity can be measured as necessary. The current flowing through the shielded loop can be determined from the obtained electric power, and the strength of the generated magnetic field can be known. In general, to determine the current flowing through the shielded loop,
1) Insert an ammeter in series on the wiring.
2) Insert a resistor (resistance value is known) in series on the wiring, and measure and determine the voltage generated at both ends of the resistor.
3) Measure the current by covering the wiring with a current probe (current probe).
Such a method can be adopted. In this case, the current flowing through the position where the ammeter is inserted is equal to the current flowing through the loop coil. However, it is known that these current values deviate as the frequency increases. Also,
4) Insert a thermocouple into the loop coil,
However, as the frequency increases, the influence on the thermocouple measurement cannot be ignored.
また、測定した上記給電電力と予め測定したSパラメータを用いて算出した磁界強度を表示する表示手段を備えるものである。この方法であれば、方向性結合器を流れる電流値と、ループコイルを流れる電流値は違っても問題ない。また、ループコイルから離れた場所で測定が可能であり、発生磁界の分布を乱すことが無く、より高周波への対応が可能である。 In addition, a display means for displaying the magnetic field intensity calculated using the measured power supply power and the previously measured S parameter is provided. With this method, there is no problem even if the current value flowing through the directional coupler differs from the current value flowing through the loop coil. Further, the measurement can be performed at a location away from the loop coil, and the distribution of the generated magnetic field is not disturbed, and it is possible to cope with higher frequencies.
給電ケーブルや、給電端からの電磁界の漏れを少なくして、電流値からの計算値と一致した強度の磁界を発生できる磁界発生装置を実現することができる。 It is possible to realize a magnetic field generator that can generate a magnetic field having a strength that matches the calculated value from the current value by reducing leakage of the electromagnetic field from the power supply cable and the power supply end.
以下に、この発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の説明においては、同じ機能あるいは類似の機能を備える装置に、特別な理由がない場合には、同じ符号を用いるものとする。 Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In the following description, devices having the same function or similar functions are denoted by the same reference numerals unless there is a special reason.
本発明による、シールデッドループを用いたヘルムホルツコイル型磁界発生装置例を図1に示す。これは、同径の2つの円形シールデッドループ1、2をヘルムホルツコイルの構成と同じに配置したコイル部100と、上記コイル部に給電する給電系200と、上記給電部から上記コイルに給電するための同軸線路3、4と、を備えるものである。
FIG. 1 shows an example of a Helmholtz coil type magnetic field generator using a shielded loop according to the present invention. This is because a coil part 100 in which two circular sealed
この例は、高周波領域で高出力な一様磁界の発生を可能にするために同軸線路を用いたもので、標準磁界発生装置として使用することができる。特徴としては、まず、ヘルムホルツコイルと類似の構造にすることにより、一様な平面磁界を発生させることを可能にした。また、ヘルムホルツコイルを構成する2つのコイル1、2は、それぞれシールデッドループアンテナとして知られているシールデッドループ構造をもつものとし、前記2つのコイルへの給電は給電系200から行うが、電流を2等分する分配器5を用いて同軸線路3、4で行った。これによって、高周波まで対応することができる。
This example uses a coaxial line to enable generation of a high-power uniform magnetic field in a high-frequency region, and can be used as a standard magnetic field generator. As a feature, first, by making a structure similar to the Helmholtz coil, it was possible to generate a uniform plane magnetic field. The two
シールデッドループ1または2の詳細を図2に示す。図2(a)は、巻数1の2つのシールデッドループの一方(半径a)のみを示すものである。コネクタ12と同軸線路部分11との接続は、コネクタ12と同軸線路部分11のシールド同士や芯線同士はそれぞれ電気的に連続している。同軸線路部分11と導線部分10との接続は給電部13で行う。この給電部13では、同軸線路部分11の芯線と導線部分10が接続され、この芯線がシールドの径で延長されたものに等しい。また、導線部分10は、コネクタのシールドと接続されて、ループが完了する。同軸線路部分11と導線部分10との長さは、等しいものとする。また、同軸線路部分11のシールドと導線部分10の直径は同じものとする。もし、長さや直径が異なる導体を用いる場合には、外部に誘電体の鞘をつける等して同軸線路部分11のシールドと導線部10にそれぞれ流れる電流の大きさ及び位相変化量を等しくすることが望ましい。
Details of the sealed
このシールデッドループ1または2は、同軸線路を用いて給電する。コネクタ12から入力した電力は天頂の給電部13にて給電され、電流Iが同軸線路部分11の外皮と導線の表面を流れる構造となっており、いわゆるシールデッドループアンテナの場合と同様である。図2(b)に示す様に多回巻きの場合には、同軸線路部分11の巻き数と導線部分10の巻き数を同じとしている。図2(b)では、半径が定まらない巻き方であるが、整然と巻いた構造とするのが望ましい。
The shielded
図1において、信号発生器8から出力した電力は、増幅器7で所望の電力に増幅され、方向性結合器6のポート1に入る。方向性(または双方向性)結合器6では、一部の信号がポート2に取り付けられた電力計9に入るが、ほとんどの電力が分配器5に到達する。分配器5では電力が2等分され、ポート3、ポート4から出力する。出力した電力はコイルに入り給電部に到達する。到達した電力によってコイルに電流が流れ磁界が発生する。
In FIG. 1, the power output from the
上記の様に、シールデッドループ構造のループコイル1または2は多回巻きでもよい。巻き数をN(1以上の整数)とすれば、同電流での発生磁界強度は1回巻きのN倍になる(図2)。ただし、同軸線路部分と導体部分それぞれの巻数は同じとし、また、絶縁体被覆を設けるなどして短絡しない様にする必要がある。また、同じ磁界を発生させるための電流量は1/N倍で済むことは明らかである。
As described above, the
電流測定については、図3に示す様にシールデッドループの給電部に熱電対を取り付けて直接測定することも可能であるが、高周波領域では熱電対が正しく動作せず、また、大電流を流すと壊れてしまう。そこで、高周波領域でしかも高出力で磁界を発生させる場合には、図1にある様に、方向性(または双方向性)結合器6と電力計9を用いて間接的に電流を測定する様にする。方向性(または双方向性)結合器6としては、給電電力を出力する単方向性結合器または給電電力と反射波電力をそれぞれ出力できる双方向性結合器を用いる。これによって、大電流を流すことが可能になり、強磁界を発生させることが可能となった。
As shown in FIG. 3, it is possible to measure the current directly by attaching a thermocouple to the feeding part of the shielded loop, but the thermocouple does not operate correctly in the high frequency region, and a large current flows. It will break. Therefore, when a magnetic field is generated in a high frequency region and at a high output, the current is indirectly measured using a directional (or bidirectional)
図9に本発明に用いることができるシールデッドループのその他の例を示す。
図9(a)は、同軸線路部分を左右対称に配置したもので、給電部では、同軸線路構造のシールド部が取り除かれた構造となっている。この2つの同軸線路部分への給電は、同軸線路で給電される180度ハイブリッドを通して行う。この180度ハイブリッドと図9(a)のシールデッドループ間は、同軸線路で接続する。この接続用の同軸線路は、上記180度ハイブリッドがコイルの中心での磁界に対する影響が充分抑制される程度に充分な距離を設けることが望ましい。
また、図9(b)では、同軸線路部分と導線部分との接点が給電点となるが、左右対称にこの給電点を2つ配置したものである。180度ハイブリッドとの接続は、その同軸線路部分の中間点において同軸線路と180度ハイブリッドを通じて行う。この場合も、接続用の同軸線路は、上記180度ハイブリッドがコイルの中心での磁界に対する影響が充分抑制される程度に充分な距離を設けることが望ましい。
また、図9(c)は、図9(a)の構成から180度ハイブリッドを取り除けるようにしたものであり、2つの同軸線路部分の一方の給電点でない一端を無反射端で終端する。
FIG. 9 shows another example of a shielded loop that can be used in the present invention.
FIG. 9A shows a structure in which the coaxial line portions are arranged symmetrically, and the feeding portion has a structure in which the shield portion of the coaxial line structure is removed. The two coaxial line portions are fed through a 180-degree hybrid fed by the coaxial line. The 180-degree hybrid is connected to the shielded loop of FIG. 9A by a coaxial line. The coaxial line for connection is desirably provided with a sufficient distance so that the 180-degree hybrid sufficiently suppresses the influence on the magnetic field at the center of the coil.
In FIG. 9B, the contact point between the coaxial line portion and the conductive wire portion serves as a feeding point, but two feeding points are arranged symmetrically. The 180-degree hybrid is connected through the coaxial line and the 180-degree hybrid at the midpoint of the coaxial line portion. Also in this case, it is desirable that the coaxial line for connection is provided with a sufficient distance so that the 180-degree hybrid sufficiently suppresses the influence on the magnetic field at the center of the coil.
FIG. 9C shows a configuration in which the 180-degree hybrid can be removed from the configuration of FIG. 9A, and one end that is not one feeding point of the two coaxial line portions is terminated with a non-reflective end.
図1の構成において、電流値から基準点における発生磁界を求めるには、次の数2を用いる。
In the configuration of FIG. 1, the following
ここで、S31、S21は、それぞれポート1からポート3、ポート1からポート2への透過Sパラメータ、Γ3はシールデッドループの反射係数、Z0は同軸線路の特性インピーダンス、PMはポート2に接続された電力計で測定される電力である。電力計の代わりにスペクトラムアナライザ等を用いて測定を行ってもよい。周波数を連続的に変化させても強度が既知の磁界を発生させることが可能となる。
Here, S 31, S 21, the
図1が理想的なシステムの場合、電力計で測定された電力PMに対し、数2で与えられた強度の磁界が発生するが、実際には、各ポートで反射が起こったり、方向性結合器の内部で損失が生じたりといった不完全性が存在する。いま、上記システムを、ポート1からポート4までの4ポート回路と考える。このシステムは各ポートに同軸コネクタがあるので、ベクトルネットワークアラナイザなどの測定器を用いてSパラメータを測定することが可能である。またコイルも、ポート3ないしポート4に接続するためのコネクタが付いているので、反射係数を測定することが可能である。これら測定によって得られたSパラメータを用いると、現実のシステムにおける上記数2は、次の数3の様になる。
In the case of an ideal system shown in FIG. 1, a magnetic field having the intensity given by
ただし、次の略記を用いた。
(1)分配器として180°ハイブリッド回路を用いた場合
ここで、分配器として、180°ハイブリッド回路を使った場合を考える。この場合は、図4(b)に示す様に、2つの円形シールデッドループ1、2は、該円形シールデッドループのコネクタ部12と給電部13を結ぶ線Aを中心に半回転することで、その中心の磁界方向に並進対称性を有する配置である。バランスに問題ないハイブリッド回路を用いたとき、Sパラメータは、次の様に表すことができる。
(1) When a 180 ° hybrid circuit is used as a distributor Here, a case where a 180 ° hybrid circuit is used as a distributor is considered. In this case, as shown in FIG. 4B, the two circular sealed
ここで、ハイブリッド回路のポート3、ポート4の反射が等しく(つまり、S33=S44)、コイルの反射係数が等しい(つまり、Γ3=Γ4)とすると、次の様に近似できる。
Here, assuming that the reflections at the
およそ、A≒1、D≒0.1、Γ2=0.01であるとすると、最終的には、次の様になる。ここで用いるSパラメータは予め測定した値である。 Approximately, A ≒ 1, D ≒ 0.1 , When a gamma 2 = 0.01, in the end, becomes as follows. The S parameter used here is a value measured in advance.
結局、数11、数12を使うことによって、ポート2に接続された電力計で測定した値から、電流値が推定され、また基準点における磁界強度が決定できる。この決定は、図には示していないが、PC(パーソナルコンピュータ)で行い、合わせて、その決定した磁界強度値を、上記PCの表示画面に表示する。
Eventually, by using
(2)分配器としてパワースプリッターを用いた場合
分配器として、パワースプリッターを用いた場合を考える。この場合は、図4(a)に示す様に、2つの円形シールデッドループ1、2は、並進対称性を有する配置である。この場合には、以下の関係が成り立つ。
ここで、およそ、A≒1、D≒0.1、Γ2=0.01であるとすると、最終的には、次の様になる。ここで用いるSパラメータは予め測定した値である。 Here, assuming that A≈1, D≈0.1, and Γ 2 = 0.01, the following is finally obtained. The S parameter used here is a value measured in advance.
ただし、Mは不確かさの要因で以下に表す値である。
結局、数18、数19を使うことによって、ポート2に接続された電力計で測定した値から、電流が推定され、基準点における磁界強度が決定できる。この決定についても、図には示していないが、PC(パーソナルコンピュータ)で行い、合わせて、その決定した磁界強度値を、上記PCの表示画面に表示する。
Eventually, by using the equations (18) and (19), the current is estimated from the value measured by the wattmeter connected to the
数値シミュレーションによって、得られた結果を使って具体的な説明を行う。
図5は、直径42cmのシールデッドループ単体と本発明による磁界発生装置が作る磁界の分布を示している。図5(a)はシールデッドループ単体の場合で、ループが作る平面から10.5cm離れた場所に作る磁界の分布である。図5(b)は本発明による磁界発生装置が2つのシールデッドループ間から10.5cmずつ離れた中心の面に作る磁界の分布である。強度が強い場所から弱い場所に向けて、黒−灰と変化している。図5(a)の場合には、中心軸(Z軸)上の磁界がその周辺の磁界よりも弱いことが分かる。図5(b)の場合にはその傾向は見られない。また、図中に示した矢印は、磁界の方向を示している。図7(b)の場合には、Z軸方向の磁界しか存在しないが、図5(a)ではシールデッドループの半径方向にも磁界が生じており、その結果、Z軸から傾いた方向に磁界が向いていることが分かる。図6に、中心からの距離に対する磁界強度分布のグラフを示す。また、図7に、中心からの距離に対する磁界の方向とZ軸が作る角度のグラフを示す。この図から、Z軸から離れるにつれて、磁界はZ軸方向以外の方向成分を有することが分かる。
A specific explanation will be given using the results obtained by numerical simulation.
FIG. 5 shows the distribution of the magnetic field generated by the sealed dead loop having a diameter of 42 cm and the magnetic field generator according to the present invention. FIG. 5A shows the distribution of the magnetic field created at a location 10.5 cm away from the plane created by the loop in the case of a shielded loop alone. FIG. 5 (b) shows the distribution of the magnetic field produced on the central plane separated by 10.5 cm from the two sealed dead loops by the magnetic field generator according to the present invention. It changes from black to ash from a strong place to a weak place. In the case of FIG. 5A, it can be seen that the magnetic field on the central axis (Z-axis) is weaker than the surrounding magnetic field. In the case of FIG. 5B, the tendency is not seen. Moreover, the arrow shown in the figure has shown the direction of the magnetic field. In the case of FIG. 7B, there is only a magnetic field in the Z-axis direction, but in FIG. 5A, a magnetic field is also generated in the radial direction of the shielded loop, and as a result, in a direction inclined from the Z-axis. It can be seen that the magnetic field is suitable. FIG. 6 shows a graph of the magnetic field strength distribution with respect to the distance from the center. FIG. 7 shows a graph of the direction of the magnetic field and the angle formed by the Z axis with respect to the distance from the center. From this figure, it can be seen that the magnetic field has a directional component other than the Z-axis direction as the distance from the Z-axis increases.
従来、比較的高周波の磁界をシングルシールデッドループを用いて発生させているが、図6や図7に示したように、磁界はz方向成分以外にも、同径方向(ループの半径方向)成分を持つ。これに対して、本発明では、上記のように磁界がz方向成分以外に発生しないという利点がある。 Conventionally, a relatively high frequency magnetic field is generated using a single sealed dead loop. However, as shown in FIGS. 6 and 7, the magnetic field has the same radial direction (radial direction of the loop) in addition to the z-direction component. With ingredients. On the other hand, the present invention has an advantage that the magnetic field is not generated except for the z-direction component as described above.
また、本発明のシールデッドループを用いたヘルムホルツコイル型磁界発生装置による磁界では、磁界が一定の領域の体積を大きく取れることは、図6および図7から分かる。このため、比較的大体積の試料全体を一定の磁界環境に置くことが容易にできる。この特性をもつため、たとえば、3次元磁界センサーなどの校正に本発明を適用することで、従来の場合に比べて正確な校正ができる様になる。 Further, it can be seen from FIGS. 6 and 7 that the magnetic field generated by the Helmholtz coil type magnetic field generator using the shielded loop of the present invention can increase the volume of the region where the magnetic field is constant. For this reason, it is possible to easily place the entire sample having a relatively large volume in a constant magnetic field environment. Because of this characteristic, for example, by applying the present invention to calibration of a three-dimensional magnetic field sensor or the like, it becomes possible to perform calibration more accurately than in the conventional case.
本発明は、比較的高周波数の領域で理論値どおりの磁界を発生させることが可能な標準磁界発生装置として利用することができる。この様な標準磁界発生装置は、比較的高周波数の磁界に対する生物への電磁界の影響や携帯電話をはじめとする通信機器への影響を調べる際に必要である。また、磁界測定用のプローブの校正には、既知の強度を持った磁界を発生できる標準磁界発生装置が必須となるが、本発明は比較的高周波数の領域でも適用できるため、これによって種々の周波数帯域において校正することができる。 The present invention can be used as a standard magnetic field generator capable of generating a magnetic field as a theoretical value in a relatively high frequency region. Such a standard magnetic field generator is necessary when investigating the influence of electromagnetic fields on living organisms on relatively high frequency magnetic fields and the influence on communication devices such as mobile phones. In addition, a standard magnetic field generator capable of generating a magnetic field having a known intensity is indispensable for calibrating a probe for measuring a magnetic field. Calibration can be performed in the frequency band.
1、2 シールデッドループ
3、4 同軸線路
5 分配器
6 方向性(または双方向性)結合器
7 増幅器
8 信号発生器
9 電力計
10 導線部分
11 同軸線路部分
12 コネクタ
13 給電部
100 コイル部
200 給電系
DESCRIPTION OF
Claims (8)
上記コイル部に給電する給電系と、
上記給電部から上記コイルに給電するための同軸型給電線と、
を備えることを特徴とするシールデッドループを用いたヘルムホルツコイル型磁界発生装置。 A coil portion in which two circular sealed dead loops having the same diameter are arranged in the same manner as the Helmholtz coil;
A power feeding system for feeding power to the coil section;
A coaxial feeder for feeding the coil from the feeder,
A Helmholtz coil type magnetic field generator using a sealed dead loop.
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