(57)【要約】【課題】磁場偏差の測定精度を向上させる。【解決手段】磁場を検出する磁気検出部１０と、磁気検出部１０の位置を移動させる移動部２０と、移動部２０によって移動された複数の位置において磁気検出部１０が検出した複数の磁場に基づいて磁場偏差を算出する算出部４０と、を備える。上記の磁気検出部１０は、例えば、それぞれ異なる３方向の検出軸を有する複数の磁気センサを有する。また、上記の移動部２０は、所定の回転軸を中心に回転することで、当該回転軸を公転軸として磁気検出部１０を公転させ、算出部は、公転軸と磁気検出部１０との距離を半径とする円周上の複数の位置において磁気検出部１０が検出した複数の磁場に基づいて磁場偏差を算出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁場を検出する磁気検出部と、
前記磁気検出部の位置を移動させる移動部と、
前記移動部によって移動された複数の位置において前記磁気検出部が検出した複数の磁場に基づいて磁場偏差を算出する算出部と、
を備える磁場偏差測定器。
【請求項２】
前記磁気検出部は、それぞれ異なる３方向の検出軸を有する複数の磁気センサを有する、
請求項１に記載の磁場偏差測定器。
【請求項３】
前記移動部は、所定の回転軸を中心に回転することで、前記回転軸を公転軸として前記磁気検出部を公転させ、
前記算出部は、前記公転軸と前記磁気検出部との距離を半径とする円周上の複数の位置において前記磁気検出部が検出した前記複数の磁場に基づいて前記磁場偏差を算出する、
請求項１又は２に記載の磁場偏差測定器。
【請求項４】
前記磁気検出部は、検出軸の方向を維持しながら前記公転軸を中心に公転する、
請求項３に記載の磁場偏差測定器。
【請求項５】
前記算出部は、複数回の公転回転において同一の位置で測定された前記複数の磁場データを加算した値に基づいて、前記磁場偏差を算出する、
請求項３又は４に記載の磁場偏差測定器。
【請求項６】
前記算出部は、前記複数の磁場から、公転周期に対応する周波数成分を抽出した抽出磁場に基づいて、前記磁場偏差を算出する、
請求項３から５のいずれか１項に記載の磁場偏差測定器。
【請求項７】
前記算出部は、前記磁気検出部の角度の変動量に基づいて、前記磁場偏差を算出する、
請求項３から６のいずれか１項に記載の磁場偏差測定器。
【請求項８】
複数の前記磁気検出部を備え、
前記算出部は、前記複数の磁気検出部のそれぞれが前記複数の位置において検出した前記複数の磁場に基づいて算出した複数の前記磁場偏差を平均した平均磁場偏差を算出する、
請求項１から７のいずれか１項に記載の磁場偏差測定器。
【請求項９】
前記磁気検出部を冷却する液体窒素を保持する液体窒素保持部材を有し、当該液体窒素保持部材に前記磁気検出部を収容する収容部をさらに備える、
請求項１から８のいずれか１項に記載の磁場偏差測定器。
【請求項１０】
磁気検出部により磁場を検出する磁気検出工程と、
前記磁気検出部の位置を移動させる移動工程と、
前記移動工程により移動された複数の位置において検出された複数の磁場に基づいて磁場偏差を算出する算出工程と、
を備える磁場偏差測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁場偏差測定器及び磁場偏差測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属鉱床の探査には、電磁探査を初めとしてさまざまな手法が用いられている。電磁探査は、地中に磁場や電流を印加して、その応答を測定することで地下構造を推定する手法である。例えば、地表に設置したループコイルにパルス電流を流し、地中から発生する２次磁場を計測するTEM（Transient Electro-Magnetic Method）法、及び金属鉱床の残留磁化や地磁気による誘導磁化により生ずる磁気信号を測定する磁気探査などがある。磁場を計測する探査では、誘導コイル、セシウム磁力計、フラックスゲート磁力計などが用いられている。
【０００３】
近年、超電導量子干渉素子（ＳＱＵＩＤ：Superconducting Quantum Interference Device）のようなより高感度な磁気センサを用いて磁場を測定する方法が実用化されつつある（例えば、特許文献１、２を参照）。高感度な磁気センサで磁場を測定することにより、従来よりも精度良く、あるいは、より深い金属鉱床を探査したり、非破壊検査をしたりすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２５７９３３号公報
【特許文献２】特開２００９−０７９９３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、金属鉱床を探査する場合、地磁気の時間変化の影響を除去しなければ高精度の探査をできない。地磁気の時間変化の影響を除去するためには、複数の異なる位置における複数の磁場の差分である磁場偏差を用いることが有効である。ここで、磁場偏差は、所定の距離（例えば１ｍ）だけ離れた複数の位置における磁場の差分である。磁場偏差における信号レベルは、磁場を測定する位置間の距離に応じて増大するので、測定感度を高めるには、磁場を測定する位置間の距離を大きくすることが有効である。
【０００６】
ところが、地磁気のような直流磁場の偏差を高精度に測定できる磁気センサの一種である薄膜グラジオメータは、１５ｍｍ四方程度の大きさしかない。したがって、単一の磁気センサを用いる場合、磁場を測定する位置間の距離を大きくすることが困難であった。他方、複数の磁気センサで磁場を測定して磁場偏差を算出すると、それぞれの磁気センサのオフセット値の差の影響で誤差が生じるので、磁場偏差の絶対値を求めることが困難であるという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、磁場偏差の測定精度を向上させることができる磁場偏差測定器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の態様における磁場偏差測定器は、磁場を検出する磁気検出部と、磁気検出部の位置を移動させる移動部と、移動部によって移動された複数の位置において上記の磁気検出部が検出した複数の磁場に基づいて磁場偏差を算出する算出部と、を備える。
【０００９】
上記の磁気検出部は、例えば、それぞれ異なる３方向の検出軸を有する複数の磁気センサを有する。また、上記の移動部は、所定の回転軸を中心に回転することで、回転軸を公転軸として磁気検出部を公転させ、算出部は、公転軸と磁気検出部との距離を半径とする円周上の複数の位置において磁気検出部が検出した複数の磁場に基づいて磁場偏差を算出する。上記の磁気検出部は、検出軸の方向を維持しながら、上記の公転軸を中心に公転してもよい。
【００１０】
上記の算出部は、複数回の公転回転において同一の位置で測定された複数の磁場データを加算した値に基づいて、磁場偏差を算出してもよい。また、上記の算出部は、複数の磁場から、公転周期に対応する周波数成分を抽出した抽出磁場に基づいて、磁場偏差を算出してもよい。また、上記の算出部は、磁気検出部の角度の変動量に基づいて、磁場偏差を算出してもよい。
【００１１】
上記の磁場偏差測定器は、複数の磁気検出部を備え、算出部は、複数の磁気検出部のそれぞれが複数の位置において検出した複数の磁場に基づいて算出した複数の磁場偏差を平均した平均磁場偏差を算出してもよい。
【００１２】
また、上記の磁場偏差測定器は、磁気検出部を冷却する液体窒素を保持する液体窒素保持部材を有し、当該液体窒素保持部材に磁気検出部を収容する収容部を備えてもよい。
【００１３】
本発明の第２の態様における磁場偏差測定方法は、磁気検出部により磁場を検出する磁気検出工程と、磁気検出部の位置を移動させる移動工程と、移動工程により移動された複数の位置において検出された複数の磁場に基づいて磁場偏差を算出する算出工程と、を備える。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、磁場偏差の測定精度を向上させることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１の実施形態の磁場偏差測定器の構成を示す図である。
【図２】磁気センサがｘｙ平面上で位置を変化させる様子の一例を示す図である。
【図３】第２の実施形態に係る磁場偏差測定器の構成を示す図である。
【図４】複数の磁気センサがｘｙ平面上で位置を変化させる様子の一例を示す図である。
【図５】磁気センサが複数の位置で検出した複数の磁場の差分値が、時刻ｔの経過に伴って変化する様子を示す図である。
【図６】第３の実施形態に係る磁場偏差測定器の構成を示す図である。
【図７】第３の実施形態に係る複数の磁気センサがｘｙ平面上で位置を変化させる様子の一例を示す図である。
【図８】第３の実施形態に係る磁場偏差測定器が測定可能な磁場偏差の成分を示す図である。
【図９】磁場偏差測定器の試作機の構成を示す図である。
【図１０】回転機構の動作原理を示す図である。
【図１１】図９に示した磁場偏差測定器を用いた実験構成を示す図である。
【図１２Ａ】磁気センサによって検出された磁場の信号波形を示す図である。
【図１２Ｂ】磁気センサによって検出された磁場の信号波形を示す図である。
【図１３Ａ】図１２Ａに示した磁場信号波形から、磁石が置かれていない状態の磁場信号波形を除去した波形を示す図である。
【図１３Ｂ】図１２Ｂに示した磁場信号波形から、磁石が置かれていない状態の磁場信号波形を除去した波形を示す図である。
【図１３Ｃ】図１３ＡにおけるＨ＝−７．５ｍ、−１０．０ｍ、−１５．０ｍの波形を縦軸方向に拡大した図である。
【図１３Ｄ】図１３ＢにおけるＨ＝−７．５ｍ、−１０．０ｍ、−１５．０ｍの波形を縦軸方向に拡大した図である。
【図１４】図１３Ａに示した磁場信号波形と図１３Ｂに示した磁場信号波形との差分の波形を示す図である。
【図１５】複数の磁気センサを用いて磁場偏差を測定することによる雑音除去効果を示す図である。
【図１６Ａ】磁気検出部が固定されている収容部の角度の変動を、デジタル水準器を使用して測定した結果を示す図である。
【図１６Ｂ】磁気検出部が固定されている収容部の角度の変動を、デジタル水準器を使用して測定した結果を示す図である。
【図１７】正弦曲線を合成して求めた磁気センサの角度変動を示す図である。
【図１８】測定した角度変動から求めた磁場変動と実測された磁場の変動を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
＜第１の実施形態＞
図１は、第１の実施形態の磁場偏差測定器１の構成を示す図である。磁場偏差測定器１は、磁気検出部１０と、移動部２０と、信号処理部３０と、算出部４０とを備える。
【００１７】
磁気検出部１０は、例えば、磁場の大きさ及び方向を検出するＳＱＵＩＤ磁気センサである。磁気検出部１０は、超電導状態における磁束の量子化を利用することで、微弱な磁場を検出することができる。本明細書における「磁場」は、磁場の強さを表しており、テスラ［Ｔ］を単位とする。本明細書において、磁場を示すデータを「磁場データ」という。磁気検出部１０は、移動部２０の制御により位置を変化させ、複数の異なる位置で磁場を検出する。磁気検出部１０は、検出した磁場の値を含む磁場情報信号を、信号処理部３０に対して出力する。
【００１８】
磁気検出部１０は、磁気検出部１０を冷却するための液体窒素が充填された収容部１２に収容されている。収容部１２には液体窒素が充填されており、磁気検出部１０は、当該液体窒素によって冷却され、超電導状態に保たれている。収容部１２には、例えば、磁気検出部１０の形状に合わせて成形され、液体窒素を吸収して保持する液体窒素保持部材が設けられており、当該液体窒素保持部材に磁気検出部１０が収容されている。液体窒素保持部材は、例えば、複数のガラス繊維が結合して構成される繊維集合体又は多数の気泡を有するメラミンフォームのような部材である。磁気検出部１０が、液体窒素を保持する液体窒素保持部材に収容されていることにより、磁気検出部１０の移動に伴う液体窒素の動揺を防止できるので、磁気検出部１０の振動が抑制され、測定精度を高めることができる。
【００１９】
移動部２０は、磁気検出部１０の位置を移動させる。移動部２０は、モーター２１０と、回転機構２２０と、位置センサ２３０とを有している。移動部２０は、モーター２１０の回転により所定の回転軸を中心に回転することで、当該回転軸を公転軸として磁気検出部１０を公転させる。具体的には、モーター２１０の回転に伴って回転機構２２０を構成する複数のギアが回転し、回転機構２２０に接続された収容部１２の位置を、移動部２０の公転軸を中心とする円周方向に移動させることにより、磁気検出部１０の位置を移動させる。
【００２０】
位置センサ２３０は、移動部２０の円周方向の位置を検出する。位置センサ２３０は、例えば、レーザ光反射方式のセンサである。位置センサ２３０は、移動部２０が回転している間にレーザ光を出力し、磁場偏差測定器１の筐体に設けられている反射板の前を通過したタイミングで反射光を検出することで、移動部２０の円周方向における位置を検出する。位置センサ２３０は、東西南北の各方位を示す方位タイミングと、回転の１周期の基準を示す同期タイミングとを含む位置情報信号を、後述する光センサ３１０に対して赤外光で出力する。
【００２１】
信号処理部３０は、磁気検出部１０から受信した磁場情報信号及び位置センサ２３０から受信した位置情報信号をデジタル信号に変換する処理をする。信号処理部３０は、光センサ３１０、ＦＬＬ制御回路３２０、ローパスフィルタ３３０及びＡＤコンバータ３４０を有する。光センサ３１０は、位置センサ２３０が出力した位置情報信号を含む赤外光を受信し、赤外光を電気信号に変換してＡＤコンバータ３４０に入力する。
【００２２】
ＦＬＬ制御回路３２０は、磁気検出部１０を安定して動作させるためのＦＬＬ（Flux Locked Loop）制御回路である。ＦＬＬ制御回路３２０は、磁気検出部１０から受信した磁場情報信号を、ローパスフィルタ３３０を介してＡＤコンバータ３４０に入力する。
【００２３】
ＡＤコンバータ３４０は、ＦＬＬ制御回路３２０及びローパスフィルタ３３０を介して受信した磁場情報信号と、光センサ３１０を介して受信した位置情報信号とをデジタル信号に変換して、デジタル信号に変換された磁場情報と位置情報とを生成する。ＡＤコンバータ３４０は、磁場情報と位置情報とを算出部４０に対して出力する。
【００２４】
算出部４０は、移動部２０によって移動された複数の位置において磁気検出部１０が検出した複数の磁場に基づいて磁場偏差を算出する。具体的には、算出部４０は、公転軸と磁気検出部１０との距離を半径とする円周上の複数の位置において磁気検出部１０が検出した複数の磁場に基づいて磁場偏差を算出する。より具体的には、算出部４０は、磁気検出部１０が磁場を検出した複数の位置の間の距離Δｄと、複数の位置のそれぞれで検出された複数の磁場の差分値ΔＢとを算出し、当該差分値ΔＢを距離Δｄで除算することにより、磁場偏差をΔＢ／Δｄとして算出する。
【００２５】
図２は、磁気検出部１０がｘｙ平面上で位置を変化させる様子の一例を示す図である。図２におけるＥ、Ｎ、Ｗ、Ｓは、それぞれ東、北、西、南の方位を示す。磁気検出部１０は、モーター２１０の回転動作により、公転軸ｃを中心とする円周上で位置を変化させる。
【００２６】
例えば、位置Ｅと位置Ｗとの間のｘ方向の距離がΔｘであり、磁気検出部１０が時刻ｔ１に位置Ｅにおいて検出した磁場がＢｅ（ｔ１）であり、磁気検出部１０が時刻ｔ２に位置Ｗにおいて検出した磁場がＢｗ（ｔ２）であるとする。ここで、Ｂｅ（ｔ１）及びＢｗ（ｔ２）は、ｘｙ平面に直交するｚ方向の磁場である。この場合、算出部４０は、磁場偏差のｘ方向成分を、ΔＢ／Δｘ＝［Ｂｅ（ｔ１）−Ｂｗ（ｔ２）］／Δｘとして算出する。
【００２７】
同様に、位置Ｎと位置Ｓとの間のｙ方向の距離がΔｙであり、磁気検出部１０が時刻ｔ１に位置Ｎにおいて検出した磁場がＢｎ（ｔ１）であり、磁気検出部１０が時刻ｔ２に位置Ｓにおいて検出した磁場がＢｓ（ｔ２）であるとする。この場合、算出部４０は、磁場偏差のｙ方向成分を、ΔＢ／Δｙ＝［Ｂｎ（ｔ１）−Ｂｓ（ｔ２）］／Δｙとして算出する。
【００２８】
［第１の実施形態における効果］
以上のとおり、本実施形態に係る磁場偏差測定器１は、移動部２０によって移動された複数の位置において単一の磁気検出部１０が検出した複数の磁場に基づいて磁場偏差を算出する。磁気検出部１０が複数の位置において検出するＢｅ（ｔ１）及びＢｗ（ｔ２）のような複数の磁場は、磁気検出部１０が有する、ある一定値のオフセットを含んでいる。本実施例では、単一の磁気検出部１０により検出された磁場なので、磁場偏差を求めるときに磁気検出部１０のオフセットは相殺され、算出部４０は、オフセットの影響がない磁場偏差の絶対値を算出することができる。また、本実施形態に係る磁場偏差測定器１においては、複数の磁気センサを用いて複数の位置で磁場を検出した場合に生じる磁気センサの感度のアンバランスにより生じる誤差も生じない。したがって、本実施形態に係る磁場偏差測定器１によれば、磁場偏差の測定精度を向上させることができるという効果を奏する。
【００２９】
また、算出部４０は、磁気検出部１０が公転している間に複数の位置において検出した複数の磁場に基づいて、複数の磁場偏差を算出する。したがって、本実施形態に係る磁場偏差測定器１によれば、複数の方向の磁場偏差を容易に測定することができるという効果を奏する。
【００３０】
このように、本実施形態に係る磁場偏差測定器１によれば、磁気検出部１０のオフセットの影響を受けることなく、高い感度で磁場偏差を測定できるので、鉱床探査に適用されると、ボーリングターゲットを選定するために磁性鉱物に富む鉱体の位置を直接検出することが可能になる。
【００３１】
＜第２の実施形態＞
図３は、第２の実施形態に係る磁場偏差測定器１の構成を示す図である。第２の実施形態に係る磁場偏差測定器１は、複数の収容部１２（収容部１２−１及び収容部１２−２）に収容された複数の磁気検出部１０（磁気検出部１０−１及び磁気検出部１０−２）を備える。図４は、複数の磁気検出部１０がｘｙ平面上で位置を変化させる様子の一例を示す図である。本実施形態に係る算出部４０は、複数の磁気検出部１０のそれぞれが複数の位置において検出した複数の磁場に基づいて磁場偏差を算出する。
【００３２】
磁気検出部１０−１及び磁気検出部１０−２は、ｘｙ平面上の公転軸ｃを中心とする円周上において１８０度の角度差がある位置、すなわち、互いに対向する位置に設けられている。算出部４０は、磁気検出部１０−１及び磁気検出部１０−２のそれぞれが複数の位置において検出した複数の磁場の差分値と、複数の位置間の距離とに基づいて、複数の磁場偏差を算出する。算出部４０は、複数の磁気検出部の感度差の補正も行う。
【００３３】
例えば、算出部４０は、磁気検出部１０−１及び磁気検出部１０−２が、それぞれ位置Ｅ及び位置Ｗにおいて時刻ｔ１に検出した磁場に基づいて、第１の磁場偏差を、ΔＢ１／Δｘ＝［Ｂｅ１（ｔ１）−Ｂｗ２（ｔ１）］／Δｘとして算出する。また、算出部４０は、磁気検出部１０−１及び磁気検出部１０−２が、それぞれ位置Ｗ及び位置Ｅにおいて時刻ｔ２に検出した磁場に基づいて、第２の磁場偏差を、ΔＢ２／Δｘ＝［Ｂｅ２（ｔ２）−Ｂｗ１（ｔ２）］／Δｘとして算出する。
【００３４】
算出部４０は、複数の磁気検出部１０のそれぞれが複数の位置において検出した複数の磁場に基づいて算出した複数の磁場偏差を平均した平均磁場偏差を算出する。具体的には、算出部４０は、第１の磁場偏差と第２の磁場偏差との平均値を、（ΔＢ１＋ΔＢ２）／２Δｘ＝［Ｂｅ１（ｔ１）−Ｂｗ２（ｔ１）＋Ｂｅ２（ｔ２）−Ｂｗ１（ｔ２）］／２Δｘと算出する。
【００３５】
ここで、磁気検出部１０−１のオフセット値をＯＳ１、磁気検出部１０−２のオフセット値をＯＳ２とすると、ΔＢ１／Δｘ＝［Ｂｅ１（ｔ１）＋ＯＳ１−Ｂｗ２（ｔ１）−ＯＳ２］／Δｘ、ΔＢ２／Δｘ＝［Ｂｅ２（ｔ２）＋ＯＳ２−Ｂｗ１（ｔ２）−ＯＳ１］／Δｘとなる。この場合、第１の磁場偏差と第２の磁場偏差との平均値は、（ΔＢ１＋ΔＢ２）／２Δｘ＝［Ｂｅ１（ｔ１）−Ｂｗ２（ｔ１）＋Ｂｅ２（ｔ２）−Ｂｗ１（ｔ２）］／２Δｘとなるので、算出部４０が、平均磁場偏差を算出することにより、複数の磁気検出部１０のオフセットの差分の影響を除去することができる。
【００３６】
また、算出部４０が、上記のように複数の磁気検出部１０を用いて平均磁場偏差を算出することにより、磁気嵐のような外部磁場の時間変動による影響も除去することができる。時刻ｔ１における外部磁場をＢｘ（ｔ１）、時刻ｔ２における外部磁場をＢｘ（ｔ２）とすると、第１の磁場偏差は、ΔＢ１／Δｘ＝［Ｂｅ１（ｔ１）＋Ｂｘ（ｔ１）−Ｂｗ２（ｔ１）−Ｂｘ（ｔ１）］／Δｘ＝［Ｂｅ１（ｔ１）−Ｂｗ２（ｔ１）］／Δｘとなる。また、第２の磁場偏差は、ΔＢ２／Δｘ＝［Ｂｅ２（ｔ２）＋Ｂｘ（ｔ２）−Ｂｗ１（ｔ２）−Ｂｘ（ｔ２）］／Δｘ＝［Ｂｅ２（ｔ２）−Ｂｗ１（ｔ２）］／Δｘとなる。したがって、算出部４０は、外部磁場の影響が除去された磁場偏差を算出することができる。
【００３７】
図５は、磁気検出部１０が複数の位置で検出した複数の磁場の差分値が、時刻ｔの経過に伴って変化する様子を示す図である。磁気検出部１０は、公転軸ｃを中心にして公転しながら所定の時間間隔で磁場を検出する。磁気検出部１０が時刻ｔで検出した磁場を、時刻ｔを横軸、磁場偏差を縦軸とする座標平面上にプロットすることにより、図５に示すように、公転周期に同期して変化する正弦波状の波形を得ることができる。
【００３８】
算出部４０は、複数の公転周期において測定された複数の位置における複数の磁場データを加算した値に基づいて、磁場偏差を算出することにより、電源雑音や地磁気のドリフトのような外部磁場の変動によってランダムに生じる環境雑音成分を除去することができる。具体的には、算出部４０は、磁気検出部１０が同一の位置で検出した複数の磁場に基づいて算出された複数の磁場偏差を加算して平均値を算出することで、ランダムに生じる周波数成分が相殺されるので、環境雑音成分を除去できる。
【００３９】
なお、算出部４０は、複数の磁気検出部１０のそれぞれが、同一の位置で複数回にわたって検出した複数の磁場を加算して平均値を算出し、複数の磁場の平均値の差分値を求めることで、環境雑音成分が除去された磁場偏差を算出してもよい。
【００４０】
また、算出部４０は、複数の公転周期において測定された複数の位置における複数の磁場から、公転周期に対応する周波数成分を抽出した抽出磁場に基づいて、磁場偏差を算出することもできる。具体的には、算出部４０は、図５に示した磁場偏差を示す波形が正弦波に近い波形であることを利用して、磁場偏差を示す波形から、公転周期の逆数により算出される周波数の信号成分を抽出することにより、磁場偏差に含まれる環境雑音成分を除去することができる。
【００４１】
なお、算出部４０は、複数の磁気検出部１０のそれぞれが検出した磁場の波形から公転周期に対応する周波数成分を抽出することにより磁場に含まれる環境雑音成分を除去した後に、複数の磁気検出部１０が検出したそれぞれの磁場の差分値を求めることで、環境雑音成分が除去された磁場偏差を算出してもよい。
【００４２】
さらに、算出部４０は、複数の磁気検出部１０のそれぞれのｘ方向及びｙ方向の位置の変動（本明細書では、「角度変動」という）の量に基づいて、磁場偏差を算出してもよい。すなわち、算出部４０は、磁気検出部１０が公転している間の磁気検出部１０の角度変動により生じるバックグラウンド信号に相当する量を補正して磁場偏差を算出することにより、測定された磁場偏差の精度を向上させることができる。
【００４３】
［第２の実施形態における効果］
以上のとおり、第２の実施形態に係る磁場偏差測定器１によれば、算出部４０が、複数の磁気検出部１０のそれぞれが複数の位置において検出した複数の磁場に基づいて算出した複数の磁場偏差を平均した平均磁場偏差を算出するので、電源雑音や外部磁場の影響を抑制することができる。
【００４４】
また、算出部４０は、複数の公転周期において測定された複数の位置における複数の磁場を加算した値に基づいて、磁場偏差を算出する。また、算出部４０は、複数の公転周期において測定された複数の位置における複数の磁場から、複数の公転周期に対応する周波数成分を抽出した抽出磁場に基づいて、磁場偏差を算出することもできる。算出部４０が、このような処理をすることで、電源雑音や地磁気のドリフトのような外部磁場の変動によってランダムに生じる環境雑音の影響が緩和され、より高い精度の磁場偏差を算出することができるという効果を奏する。
【００４５】
＜第３の実施形態＞
図６は、第３の実施形態に係る磁場偏差測定器１の構成を示す図である。第３の実施形態に係る磁場偏差測定器１は、それぞれ異なる３方向の検出軸を有する複数の磁気センサを備えている点で、上記の実施形態に係る磁場偏差測定器１と異なる。すなわち、磁気検出部１０は、収容部１２−１及び収容部１２−２のそれぞれに、ｘ方向の磁場（Ｂｘ）を検出する磁気検出部１０−１ｘ及び磁気検出部１０−２ｘ、ｙ方向の磁場（Ｂｙ）を検出する磁気検出部１０−１ｙ及び磁気検出部１０−２ｙ、並びに、ｚ方向の磁場（Ｂｚ）を検出する磁気検出部１０−１ｚ及び磁気検出部１０−２ｚを有する。
【００４６】
信号処理部３０−１においては、ＦＬＬ制御回路３２０、ローパスフィルタ３３０及びＡＤコンバータ３４０が、磁気検出部１０−１ｘ、磁気検出部１０−１ｙ及び磁気検出部１０−１ｚのそれぞれが出力した磁場情報信号を処理するための複数の回路を有している。
同様に、信号処理部３０−２においても、ＦＬＬ制御回路３２０、ローパスフィルタ３３０及びＡＤコンバータ３４０が、磁気検出部１０−２ｘ、磁気検出部１０−２ｙ及び磁気検出部１０−２ｚのそれぞれが出力した磁場情報信号を処理するための複数の回路を有している。
【００４７】
図７は、第３の実施形態に係る複数の磁気検出部１０がｘｙ平面上で位置を変化させる様子の一例を示す図である。磁気検出部１０−１及び磁気検出部１０−２は、検出軸の方向を維持しながら公転軸を中心に公転する。具体的には、磁気検出部１０−１ｘ及び磁気検出部１０−２ｘは、公転軸ｃを中心とする円周上を公転しながら、磁気検出部１０−１ｘ及び磁気検出部１０−２ｘのそれぞれのｚ方向の中心軸を中心にして自転することにより、ｘ方向及びｙ方向の検出軸の方向が変化しないように位置を変化させる。
【００４８】
より具体的には、磁気検出部１０−１ｘ及び磁気検出部１０−２ｘは、位置Ｅ、位置Ｎ、位置Ｗ及び位置Ｓの順に、公転軸ｃを中心とする円周上を公転しながら移動する間、常に、位置Ｅの向きを向いている。同様に、磁気検出部１０−１ｙ及び磁気検出部１０−２ｙは、公転軸ｃを中心とする円周上を公転しながら移動する間、常に、位置Ｎの向きを向いている。磁気検出部１０−１ｚ及び磁気検出部１０−２ｚは、公転軸ｃを中心とする円周上を公転しながら移動する間、常に、ｘｙ平面に直交する向きを向いている。
【００４９】
このように、磁気検出部１０−１及び磁気検出部１０−２が、検出軸の方向を維持しながら公転することにより、ｘ方向に移動した場合のｘ方向、ｙ方向、ｚ方向の磁場偏差、及びｙ方向に移動した場合のｘ方向、ｙ方向、ｚ方向の磁場偏差の６つの成分を同時に得ることができる。
【００５０】
図８は、第３の実施形態に係る磁場偏差測定器１が測定可能な磁場偏差テンソルの成分を示す図である。本実施形態に係る磁場偏差測定器１は、図８における点線で囲まれた磁場偏差の６成分を同時に測定することができる。磁場偏差テンソルの残りの３成分（dBx/dz、dBy/dz、dBz/dz）は、測定可能な６成分から算出することができる。このように、本実施形態に係る磁場偏差測定器１によれば、従来よりも多くの磁場偏差成分を得ることができる。
【００５１】
＜実施例１＞
［試作機の構成］
図９は、磁場偏差測定器１の試作機の構成を示す図である。図９において、図１に示した構成部分には、図１に示した符号と同じ符号を付している。以下、図１に示されていなかった構成部分を中心に、磁場偏差測定器１の試作機の構成について説明する。
【００５２】
筐体１００は、図１に示した磁気検出部１０、移動部２０及び信号処理部３０を収容する。筐体１００として、円筒形のアクリルを使用している。
モーター２１０として、超音波モーターを使用している。超音波モーターは非磁性モーターなので、ＤＣモーターに比べて磁場への影響が小さく、磁場偏差の測定精度を高めることができる。
【００５３】
ギア２２１−１、ギア２２１−２、ギア２２１−３、ギア２２１−４及びギア２２１−５は、同一の歯数を有するギアであり、回転機構２２０を構成する。すなわち、回転機構２２０は、ギア比が１：１のギアを３枚（両側で合計５枚）組み合わせて構成されている。ギア２２１−１、ギア２２１−２、ギア２２１−３、ギア２２１−４及びギア２２１−５の動作については後述する。
【００５４】
電源部２４０は、モーター２１０を駆動するための電力と位置センサ制御回路２３１を駆動するための電力とを供給する。反射板２５０は、位置センサ２３０が出力するレーザ光を反射することにより、位置センサ２３０を起動させるタイミングを提供する。位置センサ２３０の信号は、位置センサ制御回路２３１に接続された発光部２３２から光信号で光センサ３１０に伝えられる。公転ステージ２６０は、収容部１２−１及び収容部１２−２を載置し、モーター２１０の回転により、収容部１２−１及び収容部１２−２に公転をさせる。ベアリング２７０は、公転ステージ２６０を支える車輪であり、公転ステージ２６０の外周付近に８個設けられている。
【００５５】
電池３５０は、図１に示したＦＬＬ制御回路３２０、ローパスフィルタ３３０及びＡＤコンバータ３４０を動作させるための電力を供給する。光センサ３１０は発光部２３２から光信号で位置情報を受け取る。
無線通信部３６０は、図１に示したＡＤコンバータ３４０から出力される信号を無線でコンピュータ４００に送信する。ＡＤコンバータ３４０から出力される磁場情報及び位置情報は、例えば無線ＬＡＮのプロトコルに変換され、電波によりコンピュータ４００に送信される。本実施例において、無線通信部３６０は、磁気検出部１０が検出した磁場を逐次コンピュータ４００に送信したが、電波が磁場に影響を与える場合は、磁気検出部１０が磁場を検出していないタイミングに同期して電波を送信してもよい。
【００５６】
コンピュータ４００は、メモリに記憶されたプログラムを実行することにより、算出部４０として機能する。すなわち、コンピュータ４００は、無線通信部３６０を介して無線で受信した磁場情報と位置情報とに基づいて磁場偏差を算出する。
【００５７】
位置情報には、公転ステージ２６０の公転周期に同期した同期タイミング信号が含まれており、コンピュータ４００は、同期タイミングを基準にして磁場情報を切り出して処理する。具体的には、コンピュータ４００は、新しい同期タイミングが現れたら、一つ前の同期タイミングを中心とした磁場情報を切り出して、複数の磁気検出部１０により検出された磁場情報の差分処理をしたり、平均化処理をしたりする。
【００５８】
図１０は、ギア２２１−１、ギア２２１−２、ギア２２１−３、ギア２２１−４及びギア２２１−５の動作原理を示す図である。モーターの回転軸に固定されたギア２２１−１は、静止している筐体１００に固定されている。モーター２１０の回転により公転ステージ２６０とともにギア２２１−２〜５が回転する。ギア２２１−１が固定されているため、ギア２２１−２は公転軸の回転方向と同じ方向に回転するが、ギア２２１−３は公転軸の回転方向と逆方向に回転する。同様に、ギア２２１−４を介してギア２２１−５が公転軸の回転方向と逆方向に回転する。収容部１２−１は、ギア２２１−３に固定されており、ギア２２１−３の中心軸を回転軸として公転軸の回転方向と逆方向に自転しながら、ギア２２１−１の公転軸を中心に公転する。
【００５９】
同様に、収容部１２−２は、ギア２２１−５に固定されており、ギア２２１−５の中心軸を回転軸として自転しながら、ギア２２１−１の公転軸を中心に公転する。ギア２２１−１、ギア２２１−２、ギア２２１−３、ギア２２１−４及びギア２２１−５は、同一の歯数を有するギアなので、図１０に示す構成により、磁気検出部１０は、磁場の検出方向を一定の方向に維持しながら公転することができる。なお、本実施例ではギアを使用したが、例えばタイミングベルトなどを使用して同様の機構を実現することも可能である。
【００６０】
［実験の方法と結果］
図１１は、図９に示した磁場偏差測定器１を用いた実験構成を示す図である。磁場偏差測定器１の近傍にネオジウム磁石を置いた状態で磁気検出部１０−１及び磁気検出部１０−２を公転させながら、磁気検出部１０−１及び磁気検出部１０−２に磁場を検出させた。磁気検出部１０−１及び磁気検出部１０−２は、公転軸から±０．１５ｍの位置に設けた。
【００６１】
磁場偏差測定器１から５ｍ離れた線上で磁石の位置を変化させ、それぞれの位置に磁石を置いた状態で磁場を検出させた。磁石の位置を、磁場偏差測定器１の正面の位置と、正面の位置から＋Ｈ方向に１０．０ｍ、７．５ｍ、５．０ｍ、２．５ｍ離れた位置と、−Ｈ方向に１５．０ｍ、１０．０ｍ、７．５ｍ、５．０ｍ、２．５ｍ離れた位置とにおいて、磁気検出部１０−１及び磁気検出部１０−２によって磁場を測定した。また、磁石を置かない状態でも磁場を測定した。
【００６２】
図１２Ａは、磁気検出部１０−１によって検出された磁場の信号波形を示す図である。図１２Ｂは、磁気検出部１０−２によって検出された磁場の信号波形を示す図である。それぞれの磁石の位置において測定された磁場信号波形は、比較しやすいように、縦軸方向にシフトさせてプロットされている。図１２Ａ及び図１２Ｂにおいて、横軸は、磁気検出部１０−１及び磁気検出部１０−２が公転する際の、基準方向に対する磁気検出部１０−１と磁気検出部１０−２とを結ぶ方向の角度（以下、公転角）を示しており、０°は、図１１に示したように、磁気検出部１０−２が北方向にある状態に対応する。公転軸は反時計方向に公転し、公転角９０°は、磁気検出部１０−２が西方向にある状態に対応する。縦軸は磁場（ｎＴ）を示す。
【００６３】
図１２Ａ及び図１２Ｂによれば、磁気検出部１０−１及び磁気検出部１０−２の公転に伴って、磁気検出部１０−１及び磁気検出部１０−２が検出する磁場が正弦波状に変化することがわかる。また、磁気検出部１０−１及び磁気検出部１０−２と磁石との距離によって、検出される磁場が変化することもわかる。
【００６４】
Ｈ＝０ｍの場合、０°と１８０°付近にピークを持つ約４００ｎＴの信号が得られている。磁石を＋Ｈ方向（東方向）に移動させると、ピークの位置は、公転角が正の方向（反時計回りに対応）に移動している。磁石を−Ｈ方向に移動させると、ピークの位置は、公転角が負の方向（時計回りに対応）に移動している。すなわち、ピークの位置は、磁石の移動方向に移動していることがわかる。
【００６５】
なお、磁石が置かれていない状態において、磁気検出部１０−１で検出される磁場の波形と磁気検出部１０−２で検出される磁場の波形が異なっている。この違いは、回転機構２２０の誤差や収容部１２−１及び収容部１２−２の形状ばらつき等に起因するものであると考えられる。
【００６６】
図１３Ａ及び図１３Ｂは、図１２Ａ及び図１２Ｂに示した磁場信号波形から、磁石が置かれていない状態で検出されていた磁場を示す磁場信号波形（以下、バックグラウンド信号）を除去した波形を示す図である。図１３Ｃ及び図１３Ｄは、図１３Ａ及び図１３ＢにおけるＨ＝−７．５ｍ、−１０．０ｍ、−１５．０ｍの波形を縦軸方向に拡大した図である。バックグラウンド信号を除去することにより、磁石と磁気検出部１０−１及び磁気検出部１０−２の距離とが大きい位置において、数ｎＴ程度の微弱な磁場偏差を検出できることがわかる。
【００６７】
図１４は、図１３Ａに示した磁場信号波形と図１３Ｂに示した磁場信号波形との差分の波形を示す図である。図１３に示す差分波形は、振幅が図１２Ａ及び図１２Ｂの波形の約２倍になっており、差分波形を用いることによりＳＮ比が２倍に改善されることがわかる。
【００６８】
図１５は、複数の磁気検出部１０を用いて磁場偏差を測定することによる雑音除去効果を示す図である。図１５には、磁気検出部１０−１により検出された磁場を示す第１磁場信号波形、磁気検出部１０−２により検出された磁場を示す第２磁場信号波形、及び第１磁場信号波形と第２磁場信号波形との差分波形が示されている。図１５（ｂ）は、図１５（ａ）の□で囲まれた領域を拡大した図である。
【００６９】
図１５（ａ）の波形に観測される振動している雑音の周波数は約６Ｈｚであり、収容部１２の自転に伴う磁気検出部１０の振動により生じた雑音であると考えられる。この振動雑音は、磁気検出部１０−１及び磁気検出部１０−２のそれぞれに個別に生じるので、差分波形においても除去されていない。
これに対して、拡大図である図１５（ｂ）の波形に観測される振動雑音の周波数は約６０Ｈｚであり、商用電源からの磁気雑音であると考えられる。送電線などから発生する商用電源の磁気雑音は、磁気検出部１０−１及び磁気検出部１０−２に同期して検出されるので、差分波形において除去されている。このように、複数の磁気検出部１０を用いて磁場を測定することにより、雑音の影響を低減することができることを確認できた。商用電源からの磁気雑音に限らず、磁気嵐などグローバルな磁気雑音や鉄道や自動車からの磁気雑音など複数の磁気検出部１０に同期して検出される磁気雑音に対しては、本実施例の結果と同様に除去できると考えられる。
【００７０】
＜実施例２＞
本実施例では、回転させた際の磁気センサの角度の変動を測定し、バックグラウンド信号を補正する方法について述べる。
図１６は、磁気検出部１０−１が固定されている収容部の角度の変動を、デジタル水準器を使用して測定した結果を示す図である。図１６Ａは、ｘ方向の角度変動を測定した結果を示し、図１６Ｂは、ｙ方向の角度変動を測定した結果を示す。図１６の曲線は、測定点から最小二乗法でもとめた正弦曲線である。図１７は、得られた正弦曲線を合成して求めた磁気センサの角度変動を示す図である。地磁気の垂直成分が３５μＴ、面内成分が３０μＴと仮定して、磁気センサの角度変動により生じる磁場変動を計算した。
【００７１】
図１８は、測定した角度変動から求めた磁場変動と実測された磁場の変動を示す図である。実測データには磁気センサの振動による振動ノイズが混入している。磁気センサの角度変動から求められた磁場変動の振幅と位相は実測データと良く対応していることがわかる。したがって、磁気センサの角度の変動を測定することで、磁気センサの角度変動により生じるバックグラウンド信号を補正できることがわかる。
【００７２】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。そのような変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００７３】
例えば、上記の実施形態においては、磁気検出部１０を円周方向に移動させたが、他の方向に移動させてもよい。例えば、リニアモータを用いて、直線方向に磁気検出部１０を移動させ、磁気検出部１０に、直線上の複数の位置において磁場を検出してもよい。
また、磁気検出部１０として、ＳＱＵＩＤ磁気センサ以外のセンサを用いてもよい。
【符号の説明】
【００７４】
１・・・磁場偏差測定器、１０・・・磁気検出部、１２・・・収容部、２０・・・移動部、３０・・・信号処理部、４０・・・算出部、１００・・・磁気検出部、２１０・・・モーター、２２０・・・回転機構、２３０・・・位置センサ、２４０・・・電源部、２５０・・・反射板、２６０・・・公転ステージ、２７０・・・ベアリング、３１０・・・光センサ、３２０・・・ＦＬＬ制御回路、３３０・・・ローパスフィルタ、３４０・・・コンバータ、３５０・・・電池、３６０・・・無線通信部、４００・・・コンピュータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図５】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１３Ｄ】
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【図１４】
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【図１５】
2014238275.tif 000021
【図１６Ａ】
2014238275.tif 000022
【図１６Ｂ】
2014238275.tif 000023
【図１７】
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【図１８】
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