物理探査用光ポンピング磁力計

QTFM Gen-2光ポンピング磁力計「QTFM Gen-2」は、低ノイズ及び高精度で磁場測定ができる高性能の磁気センサです。小型で低消費電力で、ドローンなどの測量にも使用できます。QTFM Gen-2 はセットアップが簡単で、使いやすく、信頼性が高いです。

高感度

小型

ポータブル

幅広い使用温度PC 接続で簡単操作、UARTの接続用途▲

磁気異常検出

▲鉱物とエネルギー探査▲

ドローン・無人探査機等

仕様

技術仕様（暫定版）
感度スカラー< 3 pT/ √ Hz ベクトル : < 0.1 nT/ √ Hz
（オプションで追加可能）

データレート1000 サンプル / 秒 ( 最大 )バンド幅500 Hz

デッドゾーン

軸方向のみ、地磁気に対して±7º 未満の円錐形（典型的には 5º 未満）

方位誤差<3 nT 非補償型

ダイナミック範囲

1000 nT から 150,000 nT

動作温度-15℃～ 55℃

寸法

36×17.8×11.6 mm（センサーヘッド）、91×20×14.4 mm（エレクトロニクス部）

新しい点は？
G2 は、弊社の G1 センサー（2017 年）を大幅にアップグレードした製品です。G1 もすでに最もコンパクトで高感度な市販のスカラー磁力計でしたが、今回の G2 はさらに進化を遂げています。
新型 G2 は、厳しい地球物理学的用途に対より堅牢に応するため、大幅に堅牢化されて頑丈になりました。

スルーレートの制限がなし

G2 はアンロックなしの磁場環境で、任意に変化するノイズや速度に耐えることができます。
G1 が平面的なデッドゾーンが大きかった

デッドゾーンはほぼなしのに対し、G2 は軸方向のデッドゾーンはごくわずか（+/- ７度円錐）です。このため、
G2 はどの緯度でも方位を気にすることな重量15 g（センサーヘッド＋電子回路）く使用することができます。

電源

5V ～ 10V 入力、合計 2W（センサー＋電子機器）、起動時 3W

G2 では、磁場は 500Hz でサンプリング

出力

UART、USB

最大勾配磁場

300 nT/cm校正なし

型式

パルスレーザー励起ルビジウム
自由誘導減衰法されます。この高速サンプリングと内部デ帯域幅の拡大ジタルフィルターにより、センサープラットフォーム（UAV/UUAV）やその他のノイズ源から誘発されるエイリアシングアーチファクトを回避することができます。
複数のセンサーを簡単に連結すること

グラジオ
メーターモードが で き、 非 常 に 高 い 同 相 ノ イ ズ 除 去 比（CMRR）を持つ合成グラジオメーターを形成することができます。

特長

多くの高性能磁気異常検出アプリケーション（MAD）では、内部および外部の「方▲オプション追加：組み込み、安定、位誤差」を取り除くために、外付けのベク低ノイズ３軸ベクトル出力（合成※）

トル磁力計が必要です。G2 は、センサー▲

三軸ベクトルアタッチメント

フラットな分光特性（周波数に依存した特性のロールオフなし）▲

トル磁力計になります。G2 は、世界初の（ローパス、ハイパス、ノッチ）を内蔵

スカラー＋ベクトルのハイブリッド型原子▲磁力計として、優れた性能を発揮します。

複数のセンサーを高精度に同期させてグラジオメトリーを行うことが可能▲▲

スルーレートの制限なし

取り付けることで、純粋なスカラー磁力計からスカラー + ３軸のハイブリッドベクカスタマイズ可能なデジタルフィルター

デッドゾーンはほぼなし

ヘッド上に小さな 3 軸アタッチメントをG2 は、強力な ARM マイクロコントロー

高機能エレクトロニクス

ラーと Xilinx FPGA を備えた高機能エレクトロニクスコントローラーを搭載しており、多くの新機能と設備を提供します。

（極めて磁気ノイズの多い環境にも対応可能）▲

高分解能周波数カウンターを内蔵

不測の事態で G2 が壊れた場合（UAV を修理性

※１ベクトル出力は、インターリーブされた測定サイクルでバイアスフィールドを適用することにより、スカラー測定から合成的に導出（計算）される。

落とすなど）、迅速かつ穏当な価格で G2を修理いたします。

1物理探査用光ポンピング磁力計

用途

地球物理学

古井戸・
古い油田調査鉱物探査

考古学

古い油田や古井戸は、道路建設、区画整理などの開発業者にとって、環境、安全の観点から調査の必要があります。一方でこの調査自体にはいくつかの課題があります。
【安全性】リスクを最小限にしてフィールドの調査をする必要があります【費用対効果】広大な敷地から効率的に対象を見つける必要があります【データ】既存のデータ（地図等）との統合が必要です
これらの条件を満たす技術として、光ポンピング磁力計が有効な可能性があります。すでにドローンに掲載して古井戸、古い油田などの調査に使用されております。

不発弾検知

不発弾検知とは、地中に埋まった不発弾を磁気センサなどを用いて探査することです。第二次世界大戦中の大規模な空襲によって日本には多くの爆弾が投下されましたが、その内の一部は不発弾としていまだに処理されず残っています。
不発弾の多くは地中に埋まっているため、どこにあるかを人の目で見つけることは極めて困難です。か
つては金属探知機を用いた不発弾検知が行われていましたが、検出範囲が狭くて地中深くにある不発弾を検出できないという課題があり、今では主に地表近くに設置される地雷の検出に用いられています。
現在の不発弾検知の主流は、磁気センサを搭載した検査装置を用いる方法です。多くの爆弾の外装は鉄や鋼などの強磁性体で作られており、それらが発する磁気を検出することで大きさや位置、深度を測定しています。不発弾検知においては、触発事故を防ぐために高精度な検出ができなければなりません。高精度な磁気センサの開発や検査装置の改良によって、日々性能の向上が図られています。

2しくみ

QTFM Gen-2 の構造
QTFM Gen-2 は、自由誘導減衰（FID）と呼ばれる光学検出方

光学系説明図式に基づく、ルビジウム光ポンピング磁力計（OPM）です。その基礎となる物理と動作について、以下に説明します。
［図右］は、磁力計センサーヘッドの光学的な説明図です。まず、795 nm の VCSEL レーザーからの光を 1/4 波長板で円偏光にします。次に、円偏光された光は、透明なルビジウムの蒸気セルをレーザー通過します。蒸気セルを通過した光は、光検出器で捕捉されます。

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Rb 蒸気セルルビジウムの蒸気圧を上げるため、蒸気セルは電気的に約 80℃

光ダイオード

Bpに加熱され、レーザー波長をルビジウムの D1 光学遷移に電子的

λ/4 波長板にロックします。
センサーの動作は、1 ms（サイクルタイム）ごとに繰り返される分極コイル

地磁気2 つのフェーズに分かれています。最初の 500 us は、蒸気セルを包む一組のヘルムホルツコイルを使って、光ビームと平行な強自由誘導減衰型（FID）磁力計の説明図

い偏光磁場（Bp）を作り出します。光ビームと縦方向の偏光磁場の組み合わせにより、ルビジウム原子はスピン偏極（偏光磁場と一直線に並ぶ）されます。次に、偏光電場を１us 以下で急速にオフにします。偏光場がオフになると、測定フェーズに入ります。

偏磁場を急激にオフにすると、ルビジウム原子は地磁気に対して光ダイオード出力歳差運動（振動）します。ルビジウムの歳差運動の周波数は、バックグラウンド磁場に正比例します。ルビジウム原子の歳差運動は、蒸気セルを通過する光を変調させるため、オシロスコープに接続した増幅フォトダイオード出力などでリアルタイムに観察できます［図左］。QTFM Gen-2（M）では、この歳差運動は約 500 us続き、このサイクルの測定段階となります。
測定段階では、フォトダイオードからの生の電気出力が増幅され、偏光相
Bp = on

測定相
Bp = off

内蔵の高性能周波数カウンターに送られます。周波数カウンターはルビジウムの歳差運動を測定し、バックグラウンド磁場と歳差運動の周波数が 6.998 nT/Hz という一定の関係にあることから、バックグラウンド磁場の正確な値を推測することができます。例

フォトダイオードの出力を時間の関数として表示

えば、歳差運動周波数が 350 kHz と判明した場合、バックグラウンド磁場は 50014.289 nT と決定されます。１ms サイクルで、１回の磁場測定が行われます。
歳差運動の周波数はバックグラウンド磁場の大きさ（√（Bx2 +By2 +Bz2）にのみ依存し、個々の磁場ベクトル成分（Bx, By, Bz）には依存しません。このため、QTFM-Gen 2（M）はスカラー磁力計、つまり「全磁場」磁力計であり、QZFM やフラックスゲー
トのようなベクトル磁力計ではありません。
3物理探査用光ポンピング磁力計

デッドゾーンについて

QTFM Gen-2 のデッドゾーン

デッドゾーン円錐

気磁

地QTFM Gen-2 は、センサーヘッドの黒い矢印で示されたセンサー軸が、地磁気の方向に 7° の錐の中に入ると、非動作領域または「不感帯」に入ります。
この間に収集されたデータは無効とみなされ、自動的にそのようなセンサー軸フラグが立てられます。しかし、センサーヘッドの向きがデッドゾーンから離れると、すぐにセンサーは再び使用可能になります。
QTFM Gen-2 のデッドゾーンは、軸方向のデッドゾーンが 1 つだけという、業界最小の製品です。

地磁気デッドゾーン
非動作領域

地磁気デッドゾーンの外

センサー軸

センサー軸

理想：センサー軸 ⊥ 地磁気

デッドゾーンを生まないために赤道から離れた地域で推奨されるセンサーヘッドの向き

赤道付近の地域で推奨される
センサーヘッドの向き
ヨー

ヨー

ロール

地磁気ベクトル

スロットル

ロール

ピッチ

スロットル

ピッチ

センサー軸
地磁気ベクトル

地表

地表

赤道から離れた地域（米国、欧州など）では、地磁気は地面に対赤道付近では、地磁気は地面とほぼ平行です。そのため、360°してほぼ垂直になります。そのため、360° 左右方向の機動性を左右方向の機動性を確保するには、センサーの軸が地面と垂直に確保するために、センサーヘッドをセンサー軸と地面が平行にななるようにセンサーヘッドを取り付けることを推奨します。

るように取り付けることを推奨します。
4ベクターモード

QTFM ベクトルモードの運用
QTFM Gen-2 でベクトル場測定を出力するには、アドオンの 3 軸コイルアタッチメントが必要です。コイルアタッチメントをセンサーヘッドの上をスライドさせ、フレキシブル・リボンケーブルで電子機器コントローラに接続します。
QTFM は本来、全磁場磁力計であるため、B0 しか測定できません。
しかし、QTFM G2 にコイルを装着することで、あらかじめ決められた Bx、By、Bz のオフセット磁場を順次印加できます。バイア
スコイルを ON/OFF したときの B0 の変化を測定し、バックグラウンド磁場のベクトル成分を数学的に算出します。
QTFM Gen-2 はパルスモードで動作し、1 ms ごとに繰り返されるサイクルの中で 1 回の磁場測定が行われます。スカラーモード
では、各サイクルで全磁場（B0= √ (Bx2+By2+Bz2)）の測定が行われます。ベクトル・スカラーハイブリッドモードでは、下図のように全磁場とベクトル成分の測定が交互サイクルで行われます。

QTFM G2 3 軸ベクトル用コイルアタッチメント

1ms

サイクル数
測定

時間

サイクル 1、3、5、... では、センサーは B0 を測定します。サイクル 2 と 4 では、Bx コイルが作動し、そこから Bx 磁場成分の 1利点つの測定値が得られます。同様に、By 成分はサイクル 6 と 8 から、▲Bz 成分はサイクル 10 と 12 から導かれます。ハイブリッド・ス

フラックスゲートと比較して、QTFM ベクトル出力は非常に安定しており、顕著な長期ドリフトや温度係数

カラーベクトルモードでは、B0 の最大データレートは 2 ms/ サはありません。
▲

高感度▲

ンプル、Bx、By、Bz は 12 ms/ サンプルです。

B0, Bx, By, Bz が単一のデバイスで同じ検知領域から測定できます。

制限▲

10μT ～ 200μT の地磁気での動作用に設計されています。

▲

センサーヘッドがデッドゾーンに近づくと感度が落ちます。

5

物理探査用光ポンピング磁力計

スタンダードボード

QTFM Gen-2 標準通信基板
49.3mm

9.6mm

14.6mm

商品の説明
全ての QTFM Gen-2 センサーには、標準通信ボード（SCB）が付属しています。この SCB は、USB ポートを使用して QTFM Gen-2 を PCに接続するための橋渡し役です。現場で使用する前に、SCB を付けてセンサーをテストすることをお勧めします。標準通信ボードには以下のものが装備されています。
❶ USB-UART ブリッジは、センサー電子回路（ECU）から PC に仮想 COM ポートを介して生の UART 信号を送信します❷ USB からの +5V を ECU が必要とする +10V に昇圧するスイッチングレギュレータを搭載しています❸ スーパーキャパシタによる USB 電圧のクリーンアップと安定化❹ 同期入出力、MDP（マグ・データ・パルス）、生 UART にアクセス可能

電子回路図

パルス

出力入力

ルス（センサーへ）
ルス（PC へ）Extl + 10V/GND

Tx Rx

SCB を接続❶15 ピン FPC コネクタ：センサー電子回路（ECU）からのフレックスケー❺ Sync in（UMCC コネクタ、入力）：2 つ以上の QTFM Gen-2 センサーを同期させるための 1 kHz、3.3V の矩形波を受け入れます。

ブルを SCB の 15 ピン FPC コネクタに接続します。

❻マグ・データ・パルス（MDP）：3.3V 出力パルス。MDP は、センサー❷USB ケーブル / 型式 A からマイクロ -B：片方を SCB に、もう片方をPC に接続します。

が自動起動を完了するまでローレベルを維持します。MDP の立ち上が❸SCB に は UART ブ リ ッ ジ が あ り、 プ ラ グ イ ン す る と PC 上 に 仮 想りエッジは、ジッターフリーのタイムスタンプ磁力計データに使用すCOM ポートが作成されます。作成された新しい仮想 COM ポートは、ることができます（印刷される各データサンプルに対して 1 パルス）。

デバイスマネージャで確認することができます。

❼ Extl +10V/GND：SBC に搭載されている +5 から +10V へのスイッチ❹シンクアウト（UMCC コネクタ、出力）：1 kHz、3.3V の矩形波。立ングレギュレータの代わりに、これらのピンを使用して外部 +10V 電ち下がりエッジが磁界測定開始時刻を示します。マスターセンサーか源でセンサーに電源を供給することができます。緑色で囲った R48 をらのシンクアウトをスレーブセンサーのシンクインに接続すると、マ必ず外してください。

スターセンサーとスレーブセンサーが完全に同期し、同じ瞬間に磁界測定を行うことができます。

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物理探査用光ポンピング磁力計

アドバンスボード（オプション）高機能通信基板a

高機能通信基板（ACB）は、UAV や UUV を含む様々なモバイルプラットフォームに QTFM センサーを容易に組み込むために作られました。ACB は軽量設計で、すぐに使える機能を備えているため、データロギングとフュージョンを迅速に行うための実用的なソリューションを提供します。最新の ACB バージョン（ACB2.0）は、QTFM Gen-1 および Gen-2 センサー（A および B のバリアント）の両方に対応します。

主な特長b
ACB 2.0 は、内蔵データロガー、1PPS の GPS 受信機、ワイヤ10.5cmレス Bluetooth 接続、簡単にアクセスできる外部電源の入力を備えています。軽量（～ 23g）、コンパクト（1.85cm x 1.2cm x1.85cm10.8cm）、低消費電力（～ 1.5W）です。
▲

USB ケーブルで PC にデータを転送可能▲

タイムスタンプの MDP（Mag Data Pulse）と 1-PPS にアクセス可能▲

外部バッテリー / 電源（+3.3 ～ +5.5V）への接続が容易▲

USB 給電の外部バッテリーをホットスワップしてホールドオー

cdバーが可能▲センサーアレイ用シンクイン / アウト▲

CSV ファイル形式（標準、地理空間、フラット構成のいずれか）を開く

高機能通信基板 2.0：(a) ACB2、ロガー付き (b) Bluetooth 受信機、(c) GPSモジュール (d) ACB2、Bluetooth と GPS 付き

ファイルの保存同梱物▲

ファイルの保存は、ボタンを押すか、Bluetooth で電話機と無線

Teensy 4.1 ベ ー ス の 内 蔵 デ ー タ ロ ガ ー（GPS とムされています。
）

CSV フォーマットで保存されます。また、保存したファイルのインポート、ファイル形式の変換、見出しエラーの修正などができデータ保存用 32GB SD カード
GPS モジュール▲たファイルは USB 経由でダウンロードでき、オープンソースの▲

QTFM のデータを記録するようにあらかじめプログラ▲

コマンドを送信することで実行され非常に簡単です。一度保存しBluetooth アダプター（PC、Android、iPhone 対応）

るフリーソフトのツールもご用意しています。

株 式 会 社 ナ ノ シ ード

03 - 5953 - 8810

info@nanoxeed.co.jp〒182- 0026 東京都調布市小島町 1-35-3
受付時間 / 10 : 00 〜 18 : 00（土日祝日を除く）

レジダンスオノ 501

https://nanoxeed.co.jp/