(57)【要約】【課題】  高速サンプリングが不要であるため、回路構成が小規模でよく、また、消費電流も少なくて済む実効値演算手段を備えた磁界測定装置を提供する。【解決手段】  被測定磁界の磁束密度に比例した電圧を出力する磁界センサ（例えばコイル）１１と、磁界センサ１１の出力電圧をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器１４と、そのデジタルデータに基づいて被測定磁界の所定パラメータの実効値を演算する演算制御手段１５とを含む磁界測定装置において、Ａ／Ｄ変換器１４の前段に、磁界センサ１１の出力電圧を実効値換算電圧に変換するＲＭＳ／ＤＣコンバータ１３を備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定磁界の磁束密度に比例した電圧を出力する磁界センサと、上記磁界センサの出力電圧をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器と、上記デジタルデータに基づいて上記被測定磁界の所定パラメータの実効値を演算する演算制御手段とを含む磁界測定装置において、
上記Ａ／Ｄ変換器の前段に、上記磁界センサの出力電圧を実効値換算電圧に変換するＲＭＳ／ＤＣコンバータを備えることを特徴とする磁界測定装置。
【請求項２】
上記ＲＭＳ／ＤＣコンバータに固有の積分時間Ｔｂが、上記実効値の演算に必要な積分時間Ｔａよりも短い場合において、上記演算制御手段は、上記積分時間Ｔａに達するまで、上記ＲＭＳ／ＤＣコンバータから出力される上記実効値換算電圧のデジタルデータを取り込み、その後に実効値を算出することを特徴とする請求項１に記載の磁界測定装置。
【請求項３】
上記磁界センサにはＸ軸コイル，Ｙ軸コイル，Ｚ軸コイルの３つのコイルが含まれ、その各々の測定系に上記ＲＭＳ／ＤＣコンバータを備え、上記各コイルの出力電圧が上記ＲＭＳ／ＤＣコンバータにより実効値換算電圧に変換されるとともに、上記Ａ／Ｄ変換器によりデジタルデータに変換され、上記演算制御手段は、上記各コイルのデジタルデータの２乗平均の平方根により、上記被測定磁界の合成実効値を算出することを特徴とする請求項１または２に記載の磁界測定装置。
【請求項４】
上記被測定磁界の所定パラメータが、磁束密度および／または評価フィルタを経た曝露量であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の磁界測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、送電系や家電機器などから放射される磁界を測定する磁界測定装置に関し、さらに詳しく言えば、検出された磁束密度や曝露量などの実効値を演算する実効値演算手段に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
送電線やトランス、それに人体が日常的に接する電子レンジ，パソコンのディスプレイなどの家電機器からも、きわめて広い周波数帯域の磁界（電磁界）が不特定方向に放射されており、近年、これら磁界の人体に対する悪影響が懸念されている。
【０００３】
そこで、国際非電離放射線防護委員会（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ  ｏｎ  Ｎｏｎ−Ｉｏｎｉｚｉｎｇ  Ｒａｄｉａｔｉｏｎ  Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ；略称ＩＣＮＩＲＰ）から、１９９８年４月に「時間変化する電界，磁界及び電磁界による曝露を制限するためのガイドライン（３００ＧＨｚまで）」が示され、このガイドラインには、職業的曝露と公衆の曝露の各曝露モードについての参考レベルが記載されている。
【０００４】
なお、低周波領域の磁界の参考レベルは、周波数により限度値が大きく変わるため、電気機器が発生する磁界周波数が広帯域の場合、測定値をそのまま参考レベルと照合することができない。そのため、参考レベルと照合ができるようにするため、周波数に対する重み付け関数により、測定磁界を例えば５０Ｈｚもしくは６０Ｈｚなどの基準周波数に正規化する方法を標準の評価方法として規定し、これを時間領域評価（Ｔｉｍｅ  ｄｏｍａｉｎ  ｅｖａｌｕｔｉｏｎ）と呼んでいる。
【０００５】
また、スエーデンの雇用者連盟所有のＴＣＯ  Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔが管轄するオフィス機器の安全性や人間工学（エルゴノミクス），電磁界放射，省エネルギー，環境に関する国際的な総合規格であるＴＣＯ（最新版ＴＣＯ  ’０３ＦＰＤ）のＡ４エミッション；Ａ４．３の交流磁界測定には、モニタ画面に対する要求事項として、
（低域）：５Ｈｚ〜２ｋＨｚ；正面３０／５０ｃｍ，≦２００ｎＴ
（高域）：２ｋＨｚ〜４００ｋＨｚ；正面３０ｃｍ及び周囲５０ｃｍ，≦２５ｎＴ
と規定されている（単位はテスラで、１テスラ（Ｔ）＝１０４ガウス（Ｇ））。
【０００６】
このうち、上記ＩＣＮＩＲＰのガイドラインに示されている参考レベル（以下、ＩＣＮＩＲＰの参考レベルという。）に基づいて、被測定磁界の曝露量を測定する曝露量測定装置が特許文献１に記載されている。
【０００７】
ＩＣＮＩＲＰの参考レベルでは、一例として、周波数１０Ｈｚ以上，４００ｋＨｚ以下の周波数帯域について、磁束密度Ｂ（曝露量）が低周波数域および高周波数域では周波数に反比例して低くなり、その中間周波数域では周波数にかかわらずほぼ一定となるように規定されている。
【０００８】
そのため、特許文献１に記載の曝露量測定装置では、ＩＣＮＩＲＰの参考レベルの逆数からなる評価フィルタを用いる。すなわち、磁界検出手段で検出したＸ軸成分，Ｙ軸成分，Ｚ軸成分の磁界強度に比例した振幅の検出信号を上記評価フィルタにとおすことにより、磁界の周波数にかかわらずほぼ一定振幅の出力信号を得、この出力信号をＡ／Ｄ変換したデジタルデータにより曝露量を算出するようにしている。
【０００９】
【特許文献１】特開２００１−２３５４９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、磁界は時間により変化するため、磁界測定においては、通常、測定値を実効値で表示し、また、実効値で所定の閾値と比較するようにしている。ちなみに、ＩＣＮＩＲＰの参考レベルの値は実効値で規定されている。
【００１１】
そのため、従来では、Ｘ軸成分，Ｙ軸成分，Ｚ軸成分の各々について高速サンプリングして瞬時値を得、それら瞬時値のサンプリングデータから各軸成分の実効値を求め、さらに各軸成分の実効値から合成実効値を求めるようにしている。
【００１２】
例えば、Ｘ軸成分の瞬時値をＸｎ１，Ｘｎ２，…ＸｎＮとすると、その実効値ＸｎＲＭＳは次式（１）により求められる。
【数１】
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【００１３】
同様にして求められるＹ軸成分およびＺ軸成分の各実効値をＹｎＲＭＳ，ＺｎＲＭＳとすると、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の合成実効値Ｒ（ｔ）ＲＭＳは次式（２）により求められる。
【数２】
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【００１４】
しかしながら、この実効値演算には、例えば１ＭＨｚ程度の高速サンプリングが必要とされ、また、瞬時値Ｘｎ，Ｙｎ，Ｚｎを得る際に３軸（Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸）のサンプリングの同時性が重要とされる。したがって、回路構成が大規模になり、また、消費電流も大きい。磁界測定装置の多くは、可搬式で電源を電池に求めているため、消費電流が大きいことは好ましくない。
【００１５】
したがって、本発明の課題は、高速サンプリングが不要であるため、回路構成が小規模でよく、また、消費電流も少なくて済む実効値演算手段を備えた磁界測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、被測定磁界の磁束密度に比例した電圧を出力する磁界センサと、上記磁界センサの出力電圧をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器と、上記デジタルデータに基づいて上記被測定磁界の所定パラメータの実効値を演算する演算制御手段とを含む磁界測定装置において、上記Ａ／Ｄ変換器の前段に、上記磁界センサの出力電圧を実効値換算電圧に変換するＲＭＳ／ＤＣコンバータを備えることを特徴としている。
【００１７】
請求項２に記載の発明は、上記請求項１において、上記ＲＭＳ／ＤＣコンバータに固有の積分時間Ｔｂが、上記実効値の演算に必要な積分時間Ｔａよりも短い場合において、上記演算制御手段は、上記積分時間Ｔａに達するまで、上記ＲＭＳ／ＤＣコンバータから出力される上記実効値換算電圧のデジタルデータを取り込み、その後に実効値を算出することを特徴としている。
【００１８】
請求項３に記載の発明は、上記請求項１または２において、上記磁界センサにはＸ軸コイル，Ｙ軸コイル，Ｚ軸コイルの３つのコイルが含まれ、その各々の測定系に上記ＲＭＳ／ＤＣコンバータが含まれ、上記各コイルの出力電圧が上記ＲＭＳ／ＤＣコンバータにより実効値換算電圧に変換されるとともに、上記Ａ／Ｄ変換器によりデジタルデータに変換され、上記演算制御手段は、上記各コイルのデジタルデータの２乗平均の平方根により、上記被測定磁界の合成実効値を算出することを特徴としている。
【００１９】
請求項４に記載の発明は、上記請求項１ないし３のいずれか１項において、上記被測定磁界の所定パラメータが、磁束密度および／または評価フィルタを経た曝露量であることを特徴としている。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１に記載の発明によれば、磁界センサの出力電圧がＲＭＳ／ＤＣコンバータにより実効値換算電圧に変換されるため、サンプリング回数が上記従来例に比べて１／Ｎで済むことになる。このように、高速サンプリングが不要であるため、回路構成は小規模となり、また、消費電流も少なくなる。
【００２１】
ＲＭＳ／ＤＣコンバータは固有の積分時間（積分区間）Ｔｂを有する。その積分時間Ｔｂが実効値の演算に必要な積分時間Ｔａ（通常は１秒間）よりも短い場合、演算制御手段は、積分時間Ｔａに達するまでＲＭＳ／ＤＣコンバータから出力される実効値換算電圧のデジタルデータを取り込み、その後に実効値を算出するようにした請求項２に記載の発明によれば、ＲＭＳ／ＤＣコンバータ固有の積分時間Ｔｂを定数倍で任意に設定することができる。したがって、ＲＭＳ／ＤＣコンバータを支障なく実効値演算に適用することができる。
【００２２】
磁界センサにはＸ軸コイル，Ｙ軸コイル，Ｚ軸コイルの３つのコイルが含まれ、その各々の測定系にＲＭＳ／ＤＣコンバータを備え、各コイルの出力電圧がＲＭＳ／ＤＣコンバータにより実効値換算電圧に変換されるとともに、Ａ／Ｄ変換器によりデジタルデータに変換され、演算制御手段は、各コイルのデジタルデータの２乗平均の平方根により、被測定磁界の合成実効値を算出する請求項３に記載の発明によれば、大量のデータを処理することなく、被測定磁界の合成実効値を求めることができる。
【００２３】
また、請求項４に記載の発明によれば、被測定磁界の所定パラメータが磁束密度および／または評価フィルタを経た曝露量であることにより、ＴＣＯ規格による磁束密度測定およびＩＣＮＩＲＰのガイドラインに沿った曝露量測定を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
次に、図１および図２により、本発明の実施形態について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。図１は本発明による磁界測定装置の回路構成を模式的に示すブロック図，図２は実効値演算のステップを示すフローチャートである。
【００２５】
図１に示すように、この磁界測定装置１０は、磁界センサとして磁界検出用のコイル１１を備える。この例では、コイル１１には、Ｘ軸コイル１１ｘ，Ｙ軸コイル１１ｙ，Ｚ軸コイル１１ｚの３つのコイルが含まれる。これら３つのコイル１１ｘ，１１ｙ，１１ｚは、図示しない球形状のセンサ筐体内に、好ましくは中心点を共有して相互に直交する平面内に配置される。以下の説明において、特に軸が問われない場合には単にコイル１１という。なお、コイルに代えてホール素子などの磁電変換素子が用いられてもよい。
【００２６】
Ｘ，Ｙ，Ｚの各軸の測定系ごとに、積分器１２ｘ，１２ｙ，１２ｚ（特に軸が問われない場合には単に積分器１２という），ＲＭＳ／ＤＣコンバータ１３ｘ，１３ｙ，１３ｚ（特に軸が問われない場合には単にＲＭＳ／ＤＣコンバータ１３という）およびＡ／Ｄ変換器１４ｘ，１４ｙ，１４ｚ（特に軸が問われない場合には単にＡ／Ｄ変換器１４という）を備え、コイル１１の出力電圧は、積分器１２，ＲＭＳ／ＤＣコンバータ１３およびＡ／Ｄ変換器１４を介して例えばマイクロコンピュータからなる演算制御手段１５に与えられる。
【００２７】
ここで、コイル１１の出力電圧Ｖ１は、
Ｖ１＝ｋ・Ｂ・Ｎ・ｆ（ｋは定数，Ｂは磁束密度，Ｎは巻数，ｆは周波数）
によって表され、ピークの磁束密度Ｂが一定の場合であっても、周波数ｆに比例して大きくなるという微分特性を有する。
【００２８】
積分器（ＣＲ積分器）２１は、コイル１１の出力電圧Ｖ１を平坦化するために用いられる。すなわち、積分器２１の出力電圧Ｖ２は、
Ｖ２＝１／ＣＲ∫Ｖ１ｄｔ（ＣＲは積分定数）
で表され、周波数とともに出力が低下するため、コイル１１の出力電圧Ｖ１は積分器２１の周波数効果により平坦化され、磁束密度に比例した電圧が得られる。
【００２９】
ＲＭＳ／ＤＣコンバータ（Ｒｏｏｔ  Ｍｅａｎ  Ｓｑｕａｒｅｄ  ｖａｌｕｅ  ｔｏ  Ｄｉｒｅｃｔ  Ｃｕｒｒｅｎｔ  ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）１３は、積分器２１の出力電圧Ｖ２を２乗して、その平均値をとり、さらに平方根をとった値に等しい実効値換算電圧を出力する。
【００３０】
Ｘ軸を例にして、そのＲＭＳ／ＤＣコンバータ１３ｘから出力される実効値換算電圧を説明する。時刻ｔでの瞬時値をＸ（ｔ），実効値（実効値換算電圧）をＸ（ｔ）ＲＭＳとすると、実効値Ｘ（ｔ）ＲＭＳは次式（３）で示される（なお、ＴｂはＲＭＳ／ＤＣコンバータ固有の積分時間（積分区間）で、ｎはサンプリング回数の変数である）。
【数３】
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【００３１】
Ｙ軸，Ｚ軸についても、同様にしてＲＭＳ／ＤＣコンバータ１３ｙ，１３ｚから実効値Ｙ（ｔ）ＲＭＳ，Ｚ（ｔ）ＲＭＳが出力され、これらの各実効値Ｘ（ｔ）ＲＭＳ，Ｙ（ｔ）ＲＭＳ，Ｚ（ｔ）ＲＭＳがそれぞれＡ／Ｄ変換器１４ｘ，１４ｙ，１４ｚにてデジタルデータに変換され演算制御手段１５に与えられる。
【００３２】
演算制御手段１５は、各実効値Ｘ（ｔ）ＲＭＳ，Ｙ（ｔ）ＲＭＳ，Ｚ（ｔ）ＲＭＳ（デジタル値）により、√｛（Ｘ（ｔ）ＲＭＳ）２＋（Ｙ（ｔ）ＲＭＳ）２＋（Ｚ（ｔ）ＲＭＳ）２｝なる演算を行って合成実効値Ｒ（ｔ）ＲＭＳを算出する。そして、図示しない操作部からの表示指示にしたがって、合成実効値Ｒ（ｔ）ＲＭＳ，各実効値Ｘ（ｔ）ＲＭＳ，Ｙ（ｔ）ＲＭＳ，Ｚ（ｔ）ＲＭＳなどを表示部１６に表示する。
【００３３】
このように、本発明によれば、コイル１１から出力される測定電圧をＲＭＳ／ＤＣコンバータ１３にて実効値に換算しているため、上記従来例のように高速サンプリングが不要であり、そのサンプリング回数は上記従来例に比べて１／Ｎ回で済む。したがって、回路構成が小規模でよく、また、消費電流も少なくすることができる。さらには、演算制御手段１５は、合成実効値Ｒ（ｔ）ＲＭＳのみを算出すればよく、計算回数も少なくなる。
【００３４】
なお、例えば積分器１２とＲＭＳ／ＤＣコンバータ１３との間に、ＩＣＮＩＲＰの参考レベルの逆数からなる時間領域評価法による評価フィルタを入れることにより、ＩＣＮＩＲＰのガイドラインに沿った曝露量測定を行うことができる。
【００３５】
また、例えば積分器１２とＲＭＳ／ＤＣコンバータ１３との間に、ハイパスフィルタとローパスフィルタを並列的に入れることにより、ＴＣＯ磁束密度測定で規定されている５Ｈｚ〜２ｋＨｚ帯の低域測定と、２ｋＨｚ〜４００ｋＨｚ帯の高域測定とを行うことができる。
【００３６】
ところで、磁界測定で実効値を算出する場合、通常、その積分時間（Ｔａとする）は１秒間とされているが、ＲＭＳ／ＤＣコンバータ１３は固有の積分時間（積分区間）を有し、その積分時間Ｔｂは任意に変えることができない。
【００３７】
一般的に、ＲＭＳ／ＤＣコンバータ１３の積分時間Ｔｂは、実効値の算出に要する積分時間Ｔａよりも短い。そこで、本発明では、次のようにしてＲＭＳ／ＤＣコンバータ１３の積分時間Ｔｂを定数倍で任意に設定できるようにしている。
【００３８】
Ｘ軸の測定系を例にして説明する。まず、ＲＭＳ／ＤＣコンバータ１３に入力される時刻ｔにおける瞬時値をＸ（ｔ），ＲＭＳ／ＤＣコンバータ１３にて変換された実効値をＸｎＲＭＳとする。また、実際にサンプリングを行う回数をＮ，その変数をｎ（ただし、１≦ｎ≦Ｎ）とすると、実効値をＸｎＲＭＳは次式（４）で表される。
【数４】
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【００３９】
式（４）の平方根を開くと、式（４）を次式（５）に変換することができる。
【数５】
2006343175.tif 000007
【００４０】
式（５）の積分方程式は、｛ＸｎＲＭＳ｝２を１〜Ｎまで順次加算していくことを意味しているため、式（５）を次式（６）に書き直すことができる。
【数６】
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【００４１】
次に、式（６）の両辺に１／Ｎ・Ｔｂを乗じると、次式（７）が得られる。
【数７】
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【００４２】
これにより、［ｔ−ＮＴｂ］の区間での実効値Ｘ（ｔ）ＲＭＳは、次式（８）で表される。
【数８】
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【００４３】
式（８）からわかるように、ＲＭＳ／ＤＣコンバータ１３の実際の積分時間はＮ×Ｔｂとなり、Ｎ倍長くなる。一例として、ＲＭＳ／ＤＣコンバータ１３の１回あたりのサンプリング時間が２．５ｍＳであるとすると、そのサンプリング回数（Ｎ）を４００回とすることにより、実効値の算出に要する積分時間の１Ｓとすることができる。
【００４４】
Ｙ軸，Ｚ軸についても同様であり、瞬時値ごとの合成実効値ＲｎＲＭＳは次式（９）により求められ、積分時間（Ｎ×Ｔｂ）にわたる合成実効値Ｒ（ｔ）ＲＭＳは次式（１０）により求められる。
【数９】
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【数１０】
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【００４５】
実際の実効値演算は、演算制御手段１５により行われ、その演算処理の概略的なフローチャートを図２に示す。これについて簡単に説明を加えると、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の３軸について、ＲＭＳ／ＤＣコンバータ１３にて実効値に換算され、Ａ／Ｄ変換器１４にてＡ／Ｄ変換されたデータを２乗し、その２乗値を実効値の算出に要する積分時間（例えば１Ｓ）に達するまで加算して２乗和を得る。しかるのち、その２乗和から各軸（Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸）の実効値を算出し、さらに各軸の実効値から合成実効値を求める。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明による磁界測定装置の回路構成を模式的に示すブロック図。
【図２】本発明での実効値演算のステップを示すフローチャート。
【符号の説明】
【００４７】
１１（１１ｘ，１１ｙ，１１ｚ）  コイル
１２（１２ｘ，１２ｙ，１２ｚ）  積分器
１３（１３ｘ，１３ｙ，１３ｚ）  ＲＭＳ／ＤＣコンバータ
１４（１４ｘ，１４ｙ，１４ｚ）  Ａ／Ｄ変換器
１５  演算制御手段
１６  表示器
【図１】
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【図２】
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