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JP7525846B2 - Flux transformer design support method, flux transformer design support device, flux transformer design support program, and sensor module - Google Patents
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JP7525846B2 - Flux transformer design support method, flux transformer design support device, flux transformer design support program, and sensor module - Google Patents

Flux transformer design support method, flux transformer design support device, flux transformer design support program, and sensor module Download PDF

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Description

本発明は、フラックストランスフォーマー設計支援方法、フラックストランスフォーマー設計支援装置、フラックストランスフォーマー設計支援プログラム、およびセンサーモジュールに関するものである。 The present invention relates to a flux transformer design support method, a flux transformer design support device, a flux transformer design support program, and a sensor module.

ある磁気センサー製造方法では、超伝導量子干渉計 (SQUID:Superconducting Quantum Interference Device)用の磁束トランス(フラックストランスフォーマー)のインプットコイル(2次側コイル)の巻数を、有効磁束捕獲面積が85%以上になるように選択している(例えば特許文献1参照)。 In one magnetic sensor manufacturing method, the number of turns of the input coil (secondary coil) of a flux transformer for a superconducting quantum interference device (SQUID) is selected so that the effective flux capture area is 85% or more (see, for example, Patent Document 1).

他方、ある磁場測定装置は、窒素と格子欠陥(NVC:Nitrogen Vacancy Center)を有するダイヤモンド構造などといったセンシング部材の電子スピン共鳴を利用した光検出磁気共鳴(ODMR:Optically Detected Magnetic Resonance)で磁気計測を行っている(例えば特許文献2参照)。 On the other hand, one magnetic field measuring device performs magnetic measurements using optically detected magnetic resonance (ODMR), which utilizes the electron spin resonance of a sensing material such as a diamond structure containing nitrogen and lattice defects (NVC: Nitrogen Vacancy Center) (see, for example, Patent Document 2).

特開平8-75834号公報Japanese Patent Application Publication No. 8-75834 特開2020-8298号公報JP 2020-8298 A

一般的に、測定対象の磁場の周波数が低い場合、フラックストランスフォーマーの磁場伝送効率は低くなる。そのため、NVCなどといったカラーセンターを利用したセンシング部材を使用した低周波数磁場測定に使用するフラックストランスフォーマーを簡単に設計することは困難である。例えば、実験などで、コイル巻数などを変化させて実測することで、良好な伝送効率となるフラックストランスフォーマーの構成を探すことになり、多くの手間と長い時間がかかってしまう。 In general, when the frequency of the magnetic field to be measured is low, the magnetic field transmission efficiency of the flux transformer is low. For this reason, it is difficult to easily design a flux transformer for use in low-frequency magnetic field measurement using a sensing component that uses a color center such as NVC. For example, in experiments, it is necessary to search for a flux transformer configuration that provides good transmission efficiency by changing the number of coil turns and taking actual measurements, which takes a lot of time and effort.

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、カラーセンターを利用したセンシング部材用のフラックストランスフォーマーの効率的な設計を実行可能にするフラックストランスフォーマー設計支援方法、フラックストランスフォーマー設計支援装置、フラックストランスフォーマー設計支援プログラム、およびセンサーモジュールを得ることを目的とする。 The present invention has been made in consideration of the above problems, and aims to provide a flux transformer design support method, a flux transformer design support device, a flux transformer design support program, and a sensor module that enable efficient design of flux transformers for sensing components that use color centers.

本発明に係るフラックストランスフォーマー設計支援方法は、カラーセンターを利用したセンシング部材用のフラックストランスフォーマーの設計を支援するフラックストランスフォーマー設計支援方法であって、フラックストランスフォーマーの設計パラメーターの値を指定するパラメーター値指定ステップと、所定の計算式に従って、その設計パラメーターの値に対応する伝送効率を計算する伝送効率計算ステップとを備える。そして、その伝送効率計算ステップにおいて、(a)フラックストランスフォーマーの1次側コイルの巻回ごとのコイル径を個別的に考慮した1次側コイルの起電力、および(b)フラックストランスフォーマーの2次側コイルの巻回層ごとのコイル径を個別的に考慮した2次側コイルの誘起磁場に基づいて、伝送効率を計算する。 The flux transformer design support method according to the present invention is a flux transformer design support method that supports the design of a flux transformer for a sensing member that uses a color center, and includes a parameter value designation step of designing the values of design parameters of the flux transformer, and a transmission efficiency calculation step of calculating the transmission efficiency corresponding to the design parameter values according to a predetermined calculation formula. In the transmission efficiency calculation step, the transmission efficiency is calculated based on (a) the electromotive force of the primary coil, which takes into account the coil diameter for each turn of the primary coil of the flux transformer, and (b) the induced magnetic field of the secondary coil, which takes into account the coil diameter for each winding layer of the secondary coil of the flux transformer.

本発明に係るフラックストランスフォーマー設計支援装置は、上述のフラックストランスフォーマー設計支援方法を実行する。 The flux transformer design support device according to the present invention executes the above-mentioned flux transformer design support method.

本発明に係るフラックストランスフォーマープログラムは、コンピューターに、上述のフラックストランスフォーマー設計支援方法を実行させる。 The flux transformer program of the present invention causes a computer to execute the above-mentioned flux transformer design support method.

本発明に係るセンサーモジュールは、センシング部材と、所定の測定位置で被測定磁場を感受し、その測定位置で感受した被測定磁場に対応する印加磁場をセンシング部材に印加する、上記フラックストランスフォーマー設計支援方法、上記フラックストランスフォーマー設計支援装置、および上記フラックストランスフォーマープログラムのいずれかを使用して得られたフラックストランスフォーマーと、そのセンシング部材から、印加磁場に対応する物理的事象を検出する検出装置と、検出装置により検出された物理的事象の検出値を特定する測定制御部と、その検出値に基づいて測定位置での被測定磁場を演算する演算部とを備える。 The sensor module according to the present invention comprises a sensing member, a flux transformer obtained using any one of the above-mentioned flux transformer design support method, the above-mentioned flux transformer design support device, and the above-mentioned flux transformer program, which senses a measured magnetic field at a predetermined measurement position and applies to the sensing member an applied magnetic field corresponding to the measured magnetic field sensed at the measurement position, a detection device which detects a physical event corresponding to the applied magnetic field from the sensing member, a measurement control unit which specifies a detection value of the physical event detected by the detection device, and a calculation unit which calculates the measured magnetic field at the measurement position based on the detection value.

本発明によれば、カラーセンターを利用したセンシング部材用のフラックストランスフォーマーの効率的な設計を実行可能にするフラックストランスフォーマー設計支援方法、フラックストランスフォーマー設計支援装置、フラックストランスフォーマー設計支援プログラム、およびセンサーモジュールが得られる。 The present invention provides a flux transformer design support method, a flux transformer design support device, a flux transformer design support program, and a sensor module that enable efficient design of a flux transformer for a sensing component that utilizes a color center.

図1は、本発明の実施の形態1にフラックストランスフォーマー設計支援装置の構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a flux transformer design support device according to a first embodiment of the present invention. 図2は、図1に示すフラックストランスフォーマー設計支援装置における設計対象としてのフラックストランスフォーマーについて説明するブロック図である。FIG. 2 is a block diagram for explaining a flux transformer as a design target in the flux transformer design support device shown in FIG. 図3は、図2における1次側コイル111または2次側コイル112の構成について説明する断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining the configuration of the primary coil 111 or the secondary coil 112 in FIG. 図4は、図1における伝送効率評価部22で使用される計算式を説明する図である(1/5)。FIG. 4 is a diagram (1/5) for explaining the calculation formula used in the transmission efficiency evaluation unit 22 in FIG. 図5は、図1における伝送効率評価部22で使用される計算式を説明する図である(2/5)。FIG. 5 is a diagram (2/5) for explaining the calculation formula used in the transmission efficiency evaluation unit 22 in FIG. 図6は、図1における伝送効率評価部22で使用される計算式を説明する図である(3/5)。FIG. 6 is a diagram (3/5) for explaining the calculation formula used in the transmission efficiency evaluation unit 22 in FIG. 図7は、図1における伝送効率評価部22で使用される計算式を説明する図である(4/5)。FIG. 7 is a diagram (4/5) for explaining the calculation formula used in the transmission efficiency evaluation unit 22 in FIG. 図8は、図1における伝送効率評価部22で使用される計算式を説明する図である(5/5)。FIG. 8 is a diagram (5/5) for explaining the calculation formula used in the transmission efficiency evaluation unit 22 in FIG. 図9は、図1に示すフラックストランスフォーマー設計支援装置の動作について説明するフローチャートである。FIG. 9 is a flowchart illustrating the operation of the flux transformer design support device shown in FIG. 図10は、伝送効率BRの計算結果の例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing an example of a calculation result of the transmission efficiency BR. 図11は、図10に示す伝送効率BRの計算に使用したパラメーター値を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing parameter values used in the calculation of the transmission efficiency BR shown in FIG. 図12は、伝送効率BRの計算結果の別の例を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing another example of the calculation result of the transmission efficiency BR. 図13は、図12に示す伝送効率BRの計算に使用したパラメーター値を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing parameter values used in the calculation of the transmission efficiency BR shown in FIG. 図14は、伝送効率BRの周波数特性を説明する図である。FIG. 14 is a diagram illustrating the frequency characteristics of the transmission efficiency BR. 図15は、図14に示す伝送効率BRの計算に使用したパラメーター値を示す図である。FIG. 15 is a diagram showing parameter values used in the calculation of the transmission efficiency BR shown in FIG. 図16は、本発明の実施の形態2に係るセンサーモジュールの構成を示すブロック図である。FIG. 16 is a block diagram showing a configuration of a sensor module according to the second embodiment of the present invention.

以下、図に基づいて本発明の実施の形態を説明する。 The following describes an embodiment of the present invention with reference to the drawings.

実施の形態1. Embodiment 1.

図1は、本発明の実施の形態1にフラックストランスフォーマー設計支援装置の構成を示すブロック図である。図1に示すフラックストランスフォーマー設計支援装置は、NVCなどのカラーセンターを利用したセンシング部材用のフラックストランスフォーマーの設計を支援する装置である。 Figure 1 is a block diagram showing the configuration of a flux transformer design support device according to a first embodiment of the present invention. The flux transformer design support device shown in Figure 1 is a device that supports the design of a flux transformer for a sensing component that uses a color center such as NVC.

図2は、図1に示すフラックストランスフォーマー設計支援装置における設計対象としてのフラックストランスフォーマーについて説明するブロック図である。 Figure 2 is a block diagram that explains the flux transformer that is the design target in the flux transformer design support device shown in Figure 1.

図2に示すように、フラックストランスフォーマー101は、測定対象102の交流磁場をセンシング装置103に伝送 (伝達)するものであって、1次側コイル111、2次側コイル112、および導電部113を備える。また、設計対象のフラックストランスフォーマー101は、カラーセンターを利用したセンシング部材用のフラックストランスフォーマーであり、常温で使用されるものである。 As shown in FIG. 2, the flux transformer 101 transmits (transmits) the AC magnetic field of the measurement target 102 to the sensing device 103, and includes a primary coil 111, a secondary coil 112, and a conductive part 113. The flux transformer 101 to be designed is a flux transformer for a sensing member that uses a color center, and is used at room temperature.

1次側コイル111は、測定対象102の交流磁場を検出し、検出した交流磁場に対応する電圧を誘起するコイルである。この実施の形態では、1次側コイル111は、棒状(例えば円柱状)の磁性体コアを備える円筒状の有限長ソレノイドコイルである。 The primary coil 111 is a coil that detects the AC magnetic field of the measurement target 102 and induces a voltage corresponding to the detected AC magnetic field. In this embodiment, the primary coil 111 is a cylindrical finite-length solenoid coil with a rod-shaped (e.g., cylindrical) magnetic core.

2次側コイル112は、1次側コイル111に誘起した電圧で導電部113を介して流れる電流に応じた磁場を発生し、センシング装置103のセンシング部材に印加するコイルである。この実施の形態では、2次側コイル112は、磁性体コアを備えない円筒状の有限長ソレノイドコイルである。なお、センシング装置103のセンシング部材は、2次側コイル112の中空部に配置されていてもよい。 The secondary coil 112 is a coil that generates a magnetic field according to the current flowing through the conductive part 113 by the voltage induced in the primary coil 111, and applies the magnetic field to the sensing member of the sensing device 103. In this embodiment, the secondary coil 112 is a cylindrical finite-length solenoid coil that does not have a magnetic core. The sensing member of the sensing device 103 may be disposed in the hollow part of the secondary coil 112.

図3は、図2における1次側コイル111または2次側コイル112の構成について説明する断面図である。 Figure 3 is a cross-sectional view explaining the configuration of the primary coil 111 or the secondary coil 112 in Figure 2.

この実施の形態では、1次側コイル111または2次側コイル112は円筒状の有限長ソレノイドコイルであり、例えば図3に示すように、コイルの径方向に沿った複数層(層数M,M)となるように導線が単一方向に巻回されている。 In this embodiment, the primary coil 111 or the secondary coil 112 is a cylindrical finite-length solenoid coil, and as shown in FIG. 3, for example, a conductor is wound in a single direction to form multiple layers (number of layers M 1 , M 2 ) along the radial direction of the coil.

導電部113は、リッツ線や同軸ケーブルなどの一対の電線(ここでは銅線)で、1次側コイル111と2次側コイル112とで閉回路を形成するように、1次側コイル111と2次側コイル112とを互いに電気的に接続する。なお、導電部113は、電線の他、カップリングコンデンサーなどの受動素子を備えていてもよい。 The conductive part 113 is a pair of electric wires (copper wires in this case) such as a Litz wire or a coaxial cable, and electrically connects the primary coil 111 and the secondary coil 112 to each other so as to form a closed circuit between the primary coil 111 and the secondary coil 112. Note that the conductive part 113 may include a passive element such as a coupling capacitor in addition to the electric wires.

このように、フラックストランスフォーマー101により測定対象102の交流磁場がセンシング装置103に伝送されるため、センシング装置103は、測定対象102から離間して配置されるようにしてもよい。また、センシング装置103および2次側コイル112は固定しておき、1次側コイル111が所定の領域において走査されるようにしてもよい。 In this way, since the AC magnetic field of the measurement object 102 is transmitted to the sensing device 103 by the flux transformer 101, the sensing device 103 may be arranged at a distance from the measurement object 102. Also, the sensing device 103 and the secondary coil 112 may be fixed, and the primary coil 111 may be scanned in a predetermined area.

そして、図1に示すフラックストランスフォーマー設計支援装置は、記憶装置1、通信装置2、演算処理装置3、表示装置4および入力装置5を備える。 The flux transformer design support device shown in FIG. 1 includes a storage device 1, a communication device 2, a processor 3, a display device 4, and an input device 5.

記憶装置1は、フラッシュメモリー、ハードディスクなどの不揮発性の記憶装置であって、各種データやプログラムを格納する。記憶装置1には、フラックストランスフォーマー設計支援プログラム11が記憶されている。フラックストランスフォーマー設計支援プログラム11は、可搬性のある非一時的な記録媒体に記録されていてもよく、そのような記録媒体から読み出され記憶装置1にインストールされるようにしてもよい。 The storage device 1 is a non-volatile storage device such as a flash memory or a hard disk, and stores various data and programs. The storage device 1 stores a flux transformer design support program 11. The flux transformer design support program 11 may be recorded on a portable, non-transitory recording medium, and may be read from such a recording medium and installed in the storage device 1.

通信装置2は、ネットワークインターフェイス、周辺機器インターフェイス、モデムなどのデータ通信可能な装置であって、必要に応じて、他の装置とデータ通信を行う。 The communication device 2 is a device capable of data communication, such as a network interface, a peripheral device interface, or a modem, and performs data communication with other devices as necessary.

演算処理装置3は、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)などを備えるコンピューターであって、プログラムを、ROM、記憶装置1などからRAMにロードしCPUで実行することで、各種処理部として動作する。ここでは、演算処理装置3は、フラックストランスフォーマー設計支援プログラム11を実行することで、パラメーター調整部21および伝送効率評価部22として動作する。 The arithmetic processing device 3 is a computer equipped with a CPU (Central Processing Unit), ROM (Read Only Memory), RAM (Random Access Memory), etc., and operates as various processing units by loading programs from the ROM, storage device 1, etc. into the RAM and executing them on the CPU. Here, the arithmetic processing device 3 operates as a parameter adjustment unit 21 and a transmission efficiency evaluation unit 22 by executing the flux transformer design support program 11.

パラメーター調整部21は、フラックストランスフォーマーの設計パラメーターの値を指定する。 The parameter adjustment unit 21 specifies the values of the design parameters of the flux transformer.

設計パラメーターは、1次側コイル111および2次側コイル112の、平均コイル径(ここでは半径)r1av,r2av、非巻線部導線長さlex,1,lex,2、巻数N,N、導線線径φ,φ、および導線電気抵抗率ρを含む。 The design parameters include the average coil diameters (here, radii) r 1av and r 2av , the unwound wire lengths l ex,1 and l ex,2 , the number of turns N 1 and N 2 , the wire diameters φ 1 and φ 2 , and the wire electrical resistivity ρ of the primary coil 111 and the secondary coil 112 .

また、設計パラメーターは、1次側コイル111の磁性体コアについての、磁心断面積S、磁心比透磁率μ、磁心長さ(コイル軸方向の長さ)l、実質磁心半径rなどを含む。なお、コイル長lは、1次側コイル111の巻線部分の軸方向長さよりlのほうが長い場合には、lと同値とされる。 The design parameters include the magnetic core cross-sectional area Sm , the magnetic core relative permeability μr , the magnetic core length (length in the coil axial direction) lm , the effective magnetic core radius rm , etc., of the magnetic core of the primary coil 111. Note that when lm is longer than the axial length of the winding portion of the primary coil 111, the coil length l1 is set to be equal to lm .

また、設計パラメーターは、1次側コイル111の磁性体コアについての、各巻きi(1≦i≦N)についてのコイル径r(i)を含む。 The design parameters also include a coil radius r 1 (i) for each turn i (1≦i≦N 1 ) of the magnetic core of the primary coil 111 .

さらに、設計パラメーターは、2次側コイル112の磁性体コアについて、各層j(1≦j≦M)における、巻数n(j)、コイル長さ(コイル軸方向の長さ)l(j)、およびコイル径r(j)、並びに、層数M(ここではM>1)を含む。 Furthermore, the design parameters include the number of turns n2 (j), coil length (length in the coil axial direction) l2 (j), and coil radius r2 (j) for each layer j (1≦j≦M2) of the magnetic core of the secondary coil 112, as well as the number of layers M2 (here, M2 > 1 ).

さらに、設計パラメーターは、測定対象の交流磁場の周波数fを含む。 Further design parameters include the frequency f of the alternating magnetic field to be measured.

設計パラメーターの値は、入力装置5に対するユーザー操作、通信装置2を介した外部からのデータ通信などで指定されてもよいし、所定のアルゴリズムで自動的に指定されてもよい。例えばパラメーター調整部21は、指定された一部の設計パラメーターの値を固定とし、残りの設計パラメーターの値を、伝送効率の計算回ごとに所定範囲内で自動的に変動させるようにしてもよい。 The values of the design parameters may be specified by a user operation on the input device 5, by external data communication via the communication device 2, or automatically by a predetermined algorithm. For example, the parameter adjustment unit 21 may fix the values of some of the specified design parameters and automatically vary the values of the remaining design parameters within a predetermined range each time the transmission efficiency is calculated.

伝送効率評価部22は、所定の計算式に従って、上述の設計パラメーターの値に対応する伝送効率BRを計算する。 The transmission efficiency evaluation unit 22 calculates the transmission efficiency BR corresponding to the above-mentioned design parameter values according to a predetermined calculation formula.

図4~図8は、図1における伝送効率評価部22で使用される計算式を説明する図である。 Figures 4 to 8 are diagrams explaining the calculation formulas used by the transmission efficiency evaluation unit 22 in Figure 1.

具体的には、上述の所定の計算式に従って、伝送効率評価部22は、(a)フラックストランスフォーマー101の1次側コイル111の巻回iごとのコイル径r(i)を個別的に考慮した1次側コイル111の起電力V、および(b)フラックストランスフォーマー101の2次側コイル112の巻回層jごとのコイル径r(j)を個別的に考慮した2次側コイル112の誘起磁場Bに基づいて、伝送効率BRを計算する。 Specifically, in accordance with the above-mentioned predetermined calculation formula, the transmission efficiency evaluation unit 22 calculates the transmission efficiency BR based on (a) the electromotive force V of the primary coil 111 taking into account the coil diameter r 1 (i) for each winding i of the primary coil 111 of the flux transformer 101 individually, and (b) the induced magnetic field B 2 of the secondary coil 112 taking into account the coil diameter r 2 (j) for each winding layer j of the secondary coil 112 of the flux transformer 101 individually.

具体的には、伝送効率BRは、図4の式(1)に示すように、誘起磁場(磁束密度)Bと1次側コイル111への印加磁場(磁束密度)Bとの比として定義される。なお、印加磁場Bは、磁性体コアを含む1次側コイル111に一様に印加されるものとする。また、誘起磁場Bは、1次側コイル111および2次側コイル112に導通する電流Iに対して、図4の式(2)に示すように導出される。そして、電流Iは、図4の式(3)に示すように、1次側コイル111の起電力Vに基づき導通し、1次側コイル111の起電力Vは、図4の式(4)に示すように導出される。 Specifically, the transmission efficiency BR is defined as the ratio of the induced magnetic field (magnetic flux density) B2 to the applied magnetic field (magnetic flux density) B0 to the primary coil 111, as shown in formula (1) of FIG. 4. The applied magnetic field B0 is uniformly applied to the primary coil 111 including the magnetic core. The induced magnetic field B2 is derived as shown in formula (2) of FIG. 4 for the current I conducted to the primary coil 111 and the secondary coil 112. The current I is conducted based on the electromotive force V of the primary coil 111, as shown in formula (3) of FIG. 4, and the electromotive force V of the primary coil 111 is derived as shown in formula (4) of FIG. 4.

なお、式(1)~(4)において、μは真空の透磁率であり、Z,Zは、1次側コイル111および2次側コイル112のインピーダンスである。 In the expressions (1) to (4), μ 0 is the magnetic permeability of a vacuum, and Z 1 and Z 2 are the impedances of the primary coil 111 and the secondary coil 112 .

具体的には、式(1)~(3)に示すように、伝送効率BRの計算に使用される1次側コイル111および2次側コイル112のインピーダンスZ,Zが、図5の式(5),(6)に示すように導出される。 Specifically, as shown in equations (1) to (3), the impedances Z1 and Z2 of the primary coil 111 and the secondary coil 112 used in calculating the transmission efficiency BR are derived as shown in equations (5) and (6) in FIG.

そして、インピーダンスZ,Zは、1次側コイル111および2次側コイル112の抵抗R,RおよびインダクタンスL,Lから導出され、抵抗R,RおよびインダクタンスLは、以下の事項を考慮して導出される。 Impedances Z 1 and Z 2 are derived from resistances R 1 and R 2 and inductances L 1 and L 2 of the primary coil 111 and the secondary coil 112, and the resistances R 1 and R 2 and the inductance L 1 are derived taking the following items into consideration.

上述の所定の計算式では、図5の式(7),(8)に示すように、1次側コイル111および2次側コイル112について非巻線部(導電部113を構成する引出線部分など、巻回されていない電線部分)の長さlex,1,lex,2を考慮した抵抗R,Rの値に基づいて、伝送効率BRが計算される。 In the above-mentioned predetermined calculation formula, as shown in formulas (7) and (8) in FIG. 5, the transmission efficiency BR is calculated based on the values of the resistances R1 and R2 taking into account the lengths lex,1 and lex ,2 of the non-winding portions (the portions of the wire that are not wound, such as the lead-out portions that constitute the conductive portion 113) of the primary coil 111 and the secondary coil 112 .

さらに、上述の所定の計算式では、図5の式(7),(8)に示すように、1次側コイル111および2次側コイル112について巻線の表皮効果(つまり、表皮深さδ)を考慮した抵抗R,Rの値に基づいて、伝送効率BRが計算される。ここで、表皮深さδは、図6の式(11)に示すように導出される。 Furthermore, in the above-mentioned predetermined calculation formula, as shown in formulas (7) and (8) in Fig. 5, the transmission efficiency BR is calculated based on the values of the resistances R1 and R2 taking into account the skin effect of the windings (i.e., skin depth δ) for the primary coil 111 and the secondary coil 112. Here, the skin depth δ is derived as shown in formula (11) in Fig. 6.

さらに、上述の所定の計算式では、図5の式(9),(10)に示すように、1次側コイル111および2次側コイル112について、長岡係数A,Aを考慮したインダクタンスL,Lの値に基づいて、伝送効率BRが計算される。ここで、長岡係数A,Aは、図6の式(12)~(15)に示すように導出される。なお、式(12),(13)におけるE(k),E(k),E(k),E(k)は、k,kの第一種完全楕円積分および第二種完全楕円積分である。 Furthermore, in the above-mentioned predetermined calculation formula, as shown in formulas (9) and (10) in Fig. 5, the transmission efficiency BR is calculated for the primary coil 111 and the secondary coil 112 based on the values of inductances L1 and L2 taking into account the Nagaoka coefficients A1 and A2 . Here, the Nagaoka coefficients A1 and A2 are derived as shown in formulas (12) to (15) in Fig. 6. Note that E1 ( k1 ), E1 ( k2 ), E2 ( k1 ), and E2 ( k2 ) in formulas (12) and (13) are the first kind complete elliptic integrals and the second kind complete elliptic integrals of k1 and k2 .

さらに、上述の所定の計算式では、図5の式(9),(10)に示すように、1次側コイル111について、磁性体コアの実効比透磁率μを考慮したインダクタンスLの値に基づいて、伝送効率BRが計算される。ここで、実効比透磁率μは、図7の式(16)~(19)に示すように導出される。なお、式(16)におけるNは、磁性体コアの中心の反磁界係数であり、Navは、磁性体コアの平均反磁界係数である。 Furthermore, in the above-mentioned predetermined calculation formula, as shown in formulas (9) and (10) in Fig. 5, the transmission efficiency BR of the primary coil 111 is calculated based on the value of inductance L1 taking into account the effective relative permeability μa of the magnetic core. Here, the effective relative permeability μa is derived as shown in formulas (16) to (19) in Fig. 7. Note that N0 in formula (16) is the demagnetizing factor of the center of the magnetic core, and Nav is the average demagnetizing factor of the magnetic core.

また、上述の所定の計算式では、図1の式(1),(4)に示すように、1次側コイル111について、磁性体コアの実効比透磁率μを考慮した起電力Vに基づいて、伝送効率BRが計算される。 In addition, in the above-mentioned predetermined calculation formula, as shown in formulas (1) and (4) in FIG. 1, for the primary coil 111, the transmission efficiency BR is calculated based on the electromotive force V taking into account the effective relative permeability μa of the magnetic core.

さらに、上述の所定の計算式では、図1の式(1),(4)に示すように、1次側コイル111について、磁性体コアの実効磁心断面積Sを考慮した起電力Vに基づいて、伝送効率BRが計算される。ここで、実効磁心断面積Sは、図8の式(20)~(22)に示すように、磁性体コアの表皮効果(磁心の表皮深さs)を考慮して導出される。また、磁性体コアが棒コアなので、その比透磁率はある程度の大きさ(例えば1000)以上になると、反磁界係数の影響で実効透磁率はほぼ同等となる。なお、式(21),(22)におけるεは真空の誘電率であり、κは、磁性体コアの比誘電率であり、ρは、磁性体コアの電気抵抗率である。 Furthermore, in the above-mentioned predetermined calculation formula, as shown in formulas (1) and (4) in FIG. 1, the transmission efficiency BR is calculated for the primary coil 111 based on the electromotive force V taking into account the effective magnetic core cross-sectional area S a of the magnetic core. Here, the effective magnetic core cross-sectional area S a is derived taking into account the skin effect (skin depth s of the magnetic core) of the magnetic core as shown in formulas (20) to (22) in FIG. 8. In addition, since the magnetic core is a rod core, when its relative permeability becomes a certain value (for example, 1000) or more, the effective permeability becomes almost the same due to the influence of the demagnetizing field factor. In addition, in formulas (21) and (22), ε 0 is the dielectric constant of a vacuum, κ m is the relative dielectric constant of the magnetic core, and ρ m is the electrical resistivity of the magnetic core.

次に、上記フラックストランスフォーマー設計支援装置の動作(つまり、フラックストランスフォーマー設計支援方法の一例)について説明する。図9は、図1に示すフラックストランスフォーマー設計支援装置の動作について説明するフローチャートである。 Next, the operation of the above-mentioned flux transformer design support device (i.e., an example of a flux transformer design support method) will be described. Figure 9 is a flowchart explaining the operation of the flux transformer design support device shown in Figure 1.

まず、パラメーター調整部21は、ユーザー操作などで指定された上述の設計パラメーターの値(具体的には、所定の複数の設計パラメーターの値セット)を特定する(ステップS1)。 First, the parameter adjustment unit 21 identifies the values of the above-mentioned design parameters (specifically, a set of values of a predetermined number of design parameters) specified by a user operation or the like (step S1).

次に、伝送効率評価部22は、特定された設計パラメーターの値を使用して、上述の計算式に従って伝送効率BRを計算する(ステップS2)。 Next, the transmission efficiency evaluation unit 22 uses the identified design parameter values to calculate the transmission efficiency BR according to the above-mentioned formula (step S2).

伝送効率評価部22は、パラメーター調整の終了条件が成立したか否かを判定する(ステップS3)。この終了条件は、予め設定され、例えば、(a)伝送効率BRが所定閾値を超えていること、(b)予め指定された設計パラメーターの複数の値セットについての伝送効率BRの計算がすべて終わっていること、(c)伝送効率BRの計算結果をユーザーに通知した後の、終了のためのユーザー操作が検出されたこと、などとされる。 The transmission efficiency evaluation unit 22 determines whether or not a termination condition for the parameter adjustment is satisfied (step S3). This termination condition is set in advance, and may be, for example, (a) the transmission efficiency BR exceeds a predetermined threshold value, (b) all calculations of the transmission efficiency BR for multiple value sets of pre-specified design parameters are completed, or (c) a user operation for termination is detected after the calculation results of the transmission efficiency BR are notified to the user.

パラメーター調整の終了条件が成立した場合、伝送効率評価部22は、伝送効率BRの計算結果(つまり、互いに関連付けられた、伝送効率BRの値および対応する設計パラメーターの値セット)を、表示装置4に表示したり、データファイルとして記憶装置1に記憶したり、通信装置2で外部へ送信したりして出力する(ステップS4)。 When the end condition for parameter adjustment is met, the transmission efficiency evaluation unit 22 outputs the calculation result of the transmission efficiency BR (i.e., the value of the transmission efficiency BR and the set of values of the corresponding design parameters, which are associated with each other) by displaying it on the display device 4, storing it as a data file in the storage device 1, or transmitting it to the outside via the communication device 2 (step S4).

このようにして、設計パラメーターの値セットを調整して繰り返し伝送効率BRの値を計算することで、伝送効率BRの値が良好となる設計パラメーターの値セットが得られる。 In this way, by adjusting the set of design parameter values and repeatedly calculating the value of transmission efficiency BR, a set of design parameter values that results in a good value of transmission efficiency BR can be obtained.

以上のように、上記実施の形態1によれば、パラメーター調整部21は、フラックストランスフォーマーの設計パラメーターの値を指定し、伝送効率評価部22は、所定の計算式に従って、その設計パラメーターの値に対応する伝送効率BRを計算する。特に、伝送効率評価部22は、(a)フラックストランスフォーマーの1次側コイルの巻回ごとのコイル径を個別的に考慮した1次側コイルの起電力、および(b)フラックストランスフォーマーの2次側コイルの巻回層ごとのコイル径を個別的に考慮した2次側コイルの誘起磁場に基づいて、伝送効率BRを計算する。 As described above, according to the first embodiment, the parameter adjustment unit 21 specifies the design parameter values of the flux transformer, and the transmission efficiency evaluation unit 22 calculates the transmission efficiency BR corresponding to the design parameter values according to a predetermined calculation formula. In particular, the transmission efficiency evaluation unit 22 calculates the transmission efficiency BR based on (a) the electromotive force of the primary coil, taking into account the coil diameter for each turn of the primary coil of the flux transformer, and (b) the induced magnetic field of the secondary coil, taking into account the coil diameter for each winding layer of the secondary coil of the flux transformer.

これにより、実験による実測を行うことなく計算によって、カラーセンターを利用したセンシング部材用のフラックストランスフォーマーの効率的な設計(つまり、設計パラメーターの好適な値セットの導出)が実行可能となる。 This makes it possible to efficiently design flux transformers for sensing elements using color centers (i.e., derive a suitable set of design parameters) through calculations without performing experimental measurements.

図10は、伝送効率BRの計算結果の例を示す図であり、図11は、図10に示す伝送効率BRの計算に使用したパラメーター値を示す図である。図12は、伝送効率BRの計算結果の別の例を示す図であり、図13は、図12に示す伝送効率BRの計算に使用したパラメーター値を示す図である。図10は、周波数fが200Hzであり、1次側コイルのコイル径が10mmであり、2次側コイルのコイル径が5mmである場合の、各巻数N,Nについての計算結果を示している。図10に示す計算においては、図11に示すパラメーター値が使用されている。図12は、周波数fが200Hzであり、1次側コイルのコイル径が5mmであり、2次側コイルのコイル径が2.5mmである場合の、各巻数N,Nについての計算結果を示している。図12に示す計算においては、図13に示すパラメーター値が使用されている。 FIG. 10 is a diagram showing an example of a calculation result of the transmission efficiency BR, and FIG. 11 is a diagram showing parameter values used in the calculation of the transmission efficiency BR shown in FIG. 10. FIG. 12 is a diagram showing another example of a calculation result of the transmission efficiency BR, and FIG. 13 is a diagram showing parameter values used in the calculation of the transmission efficiency BR shown in FIG. 12. FIG. 10 shows a calculation result for each number of turns N 1 and N 2 when the frequency f is 200 Hz, the coil diameter of the primary coil is 10 mm, and the coil diameter of the secondary coil is 5 mm. In the calculation shown in FIG. 10, the parameter values shown in FIG. 11 are used. FIG. 12 shows a calculation result for each number of turns N 1 and N 2 when the frequency f is 200 Hz, the coil diameter of the primary coil is 5 mm, and the coil diameter of the secondary coil is 2.5 mm. In the calculation shown in FIG. 12, the parameter values shown in FIG. 13 are used.

図14は、伝送効率BRの周波数特性を説明する図であり、図15は、図14に示す伝送効率BRの計算に使用したパラメーター値を示す図である。例えば図15に示す条件においては図14に示すように、1次側コイルが有芯コイルである場合、無芯コイルより伝送効率BRが高くなるが、有芯コイルの場合でも、低周波磁場については、伝送効率BRが低くなるため、フラックストランスフォーマーの設計において、高い伝送効率BRでODMRなどのカラーセンターを有するセンシング部材への磁場の伝送について有効に使用可能な1次側および2次側コイルの構成(寸法などの設計パラメーターの値セット)を得ることが重要である。上述のフラックストランスフォーマー設計支援方法を使用すれば、ユーザーは、各設計パラメーターの値セットについて、実験などで伝送効率BRを測定する必要がなく、フラックストランスフォーマーの設計の手間および期間を軽減することができる。 Figure 14 is a diagram explaining the frequency characteristics of the transmission efficiency BR, and Figure 15 is a diagram showing the parameter values used in calculating the transmission efficiency BR shown in Figure 14. For example, under the conditions shown in Figure 15, as shown in Figure 14, if the primary coil is a cored coil, the transmission efficiency BR is higher than that of a non-cored coil. However, even in the case of a cored coil, the transmission efficiency BR is low for low-frequency magnetic fields. Therefore, in designing a flux transformer, it is important to obtain a configuration of the primary and secondary coils (a set of design parameters such as dimensions) that can be effectively used for transmitting a magnetic field to a sensing member having a color center such as an ODMR with a high transmission efficiency BR. By using the above-mentioned flux transformer design support method, the user does not need to measure the transmission efficiency BR for each set of design parameters by experiments, etc., and can reduce the effort and time required to design a flux transformer.

実施の形態2. Embodiment 2.

図16は、本発明の実施の形態2に係るセンサーモジュールの構成を示すブロック図である。図16に示すセンサーモジュールは、磁気センサ部210と、演算処理装置211と、高周波電源212とを備える。 Figure 16 is a block diagram showing the configuration of a sensor module according to embodiment 2 of the present invention. The sensor module shown in Figure 16 includes a magnetic sensor unit 210, a processor 211, and a high-frequency power supply 212.

磁気センサ部210は、所定の位置(例えば、検査対象物体の表面上または表面上方)において、被測定磁場(例えば強度、向きなど)を検出する。なお、被測定磁場は、単一周波数の交流磁場でもよいし、複数の周波数成分を有する所定周期の交流磁場でもよい。 The magnetic sensor unit 210 detects a measured magnetic field (e.g., strength, direction, etc.) at a predetermined position (e.g., on or above the surface of the object to be inspected). The measured magnetic field may be an alternating magnetic field of a single frequency, or an alternating magnetic field of a predetermined period having multiple frequency components.

この実施の形態では、磁気センサ部210は、磁気共鳴部材201、高周波磁場発生器202、静磁場発生部213、およびフラックストランスフォーマー214を備える。 In this embodiment, the magnetic sensor unit 210 includes a magnetic resonance member 201, a high-frequency magnetic field generator 202, a static magnetic field generating unit 213, and a flux transformer 214.

磁気共鳴部材201は、上述のセンシング部材であって、ここでは、結晶構造を有し、結晶格子における欠陥および不純物の配列方向に応じて異なる周波数のマイクロ波で(ラビ振動に基づく)電子スピン量子操作の可能な部材である。この実施の形態では、磁気共鳴部材201は、複数(つまり、アンサンブル)の特定カラーセンターを有する光検出磁気共鳴部材である。この特定カラーセンターは、ゼーマン分裂可能なエネルギー準位を有し、かつ、ゼーマン分裂時のエネルギー準位のシフト幅が互いに異なる複数の向き(つまり、上述の配列方向)を取り得る。ここでは、磁気共鳴部材201は、単一種別の特定カラーセンターとして複数のNV(Nitrogen Vacancy)センターを含むダイヤモンドなどの板材であって、支持部材201aに固定されている。 The magnetic resonance member 201 is the sensing member described above, and here, it is a member that has a crystal structure and is capable of quantum manipulation of electron spins (based on Rabi oscillations) with microwaves of different frequencies depending on the arrangement direction of defects and impurities in the crystal lattice. In this embodiment, the magnetic resonance member 201 is a light-detecting magnetic resonance member having a plurality (i.e., an ensemble) of specific color centers. The specific color centers have energy levels that can be Zeeman split, and can take a plurality of directions (i.e., the arrangement directions described above) in which the shift width of the energy level during Zeeman splitting is different from one another. Here, the magnetic resonance member 201 is a plate material such as diamond that includes a plurality of NV (Nitrogen Vacancy) centers as a single type of specific color center, and is fixed to the support member 201a.

高周波磁場発生器202は、後述のマイクロ波を磁気共鳴部材201に印加する。ここでは、高周波電源212は、そのマイクロ波の電流を生成して高周波磁場発生器202に導通させる。高周波磁場発生器2は例えばコイルや、LC共振装置や、スリットアンテナや、棒状アンテナなどの一種であるか、それらの複数の装置を組み合わせたものである。 The high-frequency magnetic field generator 202 applies microwaves, which will be described later, to the magnetic resonance member 201. Here, the high-frequency power supply 212 generates a current of the microwaves and conducts it to the high-frequency magnetic field generator 202. The high-frequency magnetic field generator 2 is, for example, a type of coil, an LC resonator, a slit antenna, a rod-shaped antenna, or the like, or is a combination of a number of such devices.

また、静磁場発生部213は、磁気共鳴部材1内の複数の特定カラーセンター(ここでは、複数のNVセンタ)のエネルギー準位をゼーマン分裂させる静磁場(直流磁場)を印加する。 The static magnetic field generating unit 213 also applies a static magnetic field (DC magnetic field) that Zeeman-splits the energy levels of multiple specific color centers (here, multiple NV centers) within the magnetic resonance member 1.

フラックストランスフォーマー214は、実施の形態1におけるフラックストランスフォーマー設計支援方法、フラックストランスフォーマー設計支援装置、およびフラックストランスフォーマープログラムのいずれかを使用して得られたフラックストランスフォーマーものであり、測定位置で被測定磁場を感受し、その測定位置で感受した被測定磁場に対応する印加磁場を磁気共鳴部材201に印加する。 The flux transformer 214 is a flux transformer obtained using any of the flux transformer design support method, the flux transformer design support device, and the flux transformer program in embodiment 1, and senses the magnetic field to be measured at the measurement position and applies to the magnetic resonance member 201 an applied magnetic field corresponding to the magnetic field to be measured sensed at the measurement position.

この実施の形態では、磁気センサ部210は、磁気共鳴部材201から、上述の印加磁場に対応する物理的事象(ここでは蛍光)を検出する検出装置として、照射装置205および受光装置206を備える。照射装置205は、光検出磁気共鳴部材としての磁気共鳴部材201に光(所定波長の励起光と所定波長の測定光)を照射する。受光装置206は、測定光の照射時において磁気共鳴部材1から発せられる蛍光を検出する。なお、この物理的事象は、ここでは光学的に検出されるが、電気特性の変化(磁気共鳴部材1の抵抗値の変化など)であってもよく、電気的に検出されてもよい。 In this embodiment, the magnetic sensor unit 210 includes an irradiation device 205 and a light receiving device 206 as detection devices that detect a physical event (here, fluorescence) corresponding to the above-mentioned applied magnetic field from the magnetic resonance member 201. The irradiation device 205 irradiates light (excitation light of a predetermined wavelength and measurement light of a predetermined wavelength) to the magnetic resonance member 201 as a light-detecting magnetic resonance member. The light receiving device 206 detects the fluorescence emitted from the magnetic resonance member 1 when the measurement light is irradiated. Note that, although this physical event is detected optically here, it may be a change in electrical characteristics (such as a change in the resistance value of the magnetic resonance member 1) or may be detected electrically.

演算処理装置211は、例えばコンピューターを備え、プログラムをコンピューターで実行して、各種処理部として動作する。この実施の形態では、演算処理装置211は、検出された光学的あるいは電気的な信号データを図示せぬ記憶装置(メモリーなど)に保存し、測定制御部221および演算部222として制御および演算動作を行う。 The arithmetic processing device 211 includes, for example, a computer, and executes a program on the computer to operate as various processing units. In this embodiment, the arithmetic processing device 211 stores the detected optical or electrical signal data in a storage device (such as a memory) not shown, and performs control and calculation operations as the measurement control unit 221 and the calculation unit 222.

測定制御部221は、高周波電源212を制御し、上述の検出装置(ここでは、照射装置205および受光装置206)により検出された、上述の複数の測定位置に対応する物理的事象(ここでは蛍光の強度)の検出値を特定する。この実施の形態では、測定制御部221は、ODMRに基づき、所定の測定シーケンスに従って高周波電源212および照射装置205を制御し、受光装置206により検出された蛍光の検出光量を特定する。 The measurement control unit 221 controls the high-frequency power supply 212 and identifies the detection values of physical events (here, the intensity of fluorescence) detected by the above-mentioned detection devices (here, the irradiation device 205 and the light receiving device 206) corresponding to the above-mentioned multiple measurement positions. In this embodiment, the measurement control unit 221 controls the high-frequency power supply 212 and the irradiation device 205 according to a predetermined measurement sequence based on the ODMR, and identifies the amount of detected fluorescence light detected by the light receiving device 206.

演算部222は、測定制御部221によって得られ、記憶装置に保存されていた検出値に基づいて上述の複数の測定位置での被測定磁場を演算する。 The calculation unit 222 calculates the measured magnetic field at the above-mentioned multiple measurement positions based on the detection values obtained by the measurement control unit 221 and stored in the storage device.

以上のように、上記実施の形態2に係るセンサーモジュールでは、実施の形態1のようにして設計されたフラックストランスフォーマー214が使用される。 As described above, the sensor module according to the second embodiment uses a flux transformer 214 designed as in the first embodiment.

なお、上述の実施の形態に対する様々な変更および修正については、当業者には明らかである。そのような変更および修正は、その主題の趣旨および範囲から離れることなく、かつ、意図された利点を弱めることなく行われてもよい。つまり、そのような変更および修正が請求の範囲に含まれることを意図している。 It should be noted that various changes and modifications to the above-described embodiments will be apparent to those skilled in the art. Such changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the subject matter and without diminishing its intended advantages. In other words, such changes and modifications are intended to be included within the scope of the claims.

例えば、上記実施の形態では、上述の計算式は、センシング部材が2次側コイル103の中空部の中心に配置されている場合の計算式であり、センシング部材が別の位置(2次側コイル103の外側など)に配置される場合には、センシング部材の位置に応じた計算式(具体的にはBの導出式)を使用すればよい。これにより、上述した場合と同様に、伝送効率の計算および評価を行うことができる。 For example, in the above embodiment, the above-mentioned formula is a formula when the sensing member is disposed at the center of the hollow part of the secondary coil 103, and when the sensing member is disposed at another position (such as the outside of the secondary coil 103), a formula according to the position of the sensing member (specifically, the derivation formula of B2 ) may be used. This makes it possible to calculate and evaluate the transmission efficiency in the same way as in the above-mentioned case.

また、上記実施の形態1において、抵抗R,Rの値を、温度tを考慮した抵抗率ρ(t)を使用して計算するようにしてもよい。その場合、フラックストランスフォーマー101(あるいはその環境)の温度tも上述の設計パラメーターとされる。 In the first embodiment, the values of the resistances R1 and R2 may be calculated using the resistivity ρ(t) taking into account the temperature t. In that case, the temperature t of the flux transformer 101 (or its environment) is also set as the above-mentioned design parameter.

また、上記実施の形態1において、フラックストランスフォーマー101の1次側コイル111は、差分コイルとしてもよい。 In addition, in the above embodiment 1, the primary coil 111 of the flux transformer 101 may be a differential coil.

本発明は、例えば、低周波磁場の測定に適用可能である。 The present invention can be applied, for example, to measuring low-frequency magnetic fields.

3 演算処理装置(コンピューターの一例)
11 フラックストランスフォーマー設計支援プログラム
201 磁気共鳴部材(センシング部材の一例)
214 フラックストランスフォーマー
205 照射装置(検出装置の一例の一部)
206 受光装置(検出装置の一例の一部)
221 測定制御部
222 演算部
3. Processing unit (an example of a computer)
11 Flux transformer design support program 201 Magnetic resonance component (an example of a sensing component)
214 Flux transformer 205 Irradiation device (part of an example of a detection device)
206 Light receiving device (part of an example of a detection device)
221 Measurement control unit 222 Calculation unit

Claims (9)

カラーセンターを利用したセンシング部材用のフラックストランスフォーマーの設計を支援するフラックストランスフォーマー設計支援方法であって、
前記フラックストランスフォーマーの設計パラメーターの値を指定するパラメーター値指定ステップと、
所定の計算式に従って、前記設計パラメーターの値に対応する伝送効率を計算する伝送効率計算ステップとを備え、
前記伝送効率計算ステップにおいて、(a)前記フラックストランスフォーマーの1次側コイルの巻回ごとのコイル径を個別的に考慮した前記1次側コイルの起電力、および(b)前記フラックストランスフォーマーの2次側コイルの巻回層ごとのコイル径を個別的に考慮した前記2次側コイルの誘起磁場に基づいて、前記伝送効率を計算すること、
を特徴とするフラックストランスフォーマー設計支援方法。
A method for supporting the design of a flux transformer for a sensing member using a color center, comprising:
a parameter value specifying step of specifying values of design parameters of the flux transformer;
A transmission efficiency calculation step of calculating a transmission efficiency corresponding to the value of the design parameter according to a predetermined calculation formula,
In the transmission efficiency calculation step, the transmission efficiency is calculated based on (a) an electromotive force of the primary coil, taking into account a coil diameter for each turn of the primary coil of the flux transformer, and (b) an induced magnetic field of the secondary coil, taking into account a coil diameter for each winding layer of the secondary coil of the flux transformer;
A flux transformer design support method comprising:
前記伝送効率計算ステップにおいて、前記1次側コイルおよび前記2次側コイルについて非巻線部の長さを考慮した抵抗値に基づいて、前記伝送効率を計算することを特徴とする請求項1記載のフラックストランスフォーマー設計支援方法。 The flux transformer design support method according to claim 1, characterized in that in the transmission efficiency calculation step, the transmission efficiency is calculated based on resistance values that take into account the length of the non-winding parts of the primary coil and the secondary coil. 前記伝送効率計算ステップにおいて、前記1次側コイルおよび前記2次側コイルについて巻線の表皮効果を考慮した抵抗値に基づいて、前記伝送効率を計算することを特徴とする請求項1または請求項2記載のフラックストランスフォーマー設計支援方法。 The flux transformer design support method according to claim 1 or 2, characterized in that in the transmission efficiency calculation step, the transmission efficiency is calculated based on resistance values that take into account the skin effect of the windings for the primary coil and the secondary coil. 前記1次側コイルおよび前記2次側コイルは、円筒ソレノイドコイルであり、
前記伝送効率計算ステップにおいて、前記1次側コイルおよび前記2次側コイルについて、長岡係数を考慮したインダクタンス値に基づいて、前記伝送効率を計算すること、
を特徴とする請求項1から請求項3のうちのいずれか1項記載のフラックストランスフォーマー設計支援方法。
the primary coil and the secondary coil are cylindrical solenoid coils,
In the transmission efficiency calculation step, the transmission efficiency is calculated based on an inductance value taking into account a Nagaoka coefficient for the primary coil and the secondary coil;
4. The flux transformer design support method according to claim 1, further comprising:
前記1次側コイルは、有芯コイルであり、
前記伝送効率計算ステップにおいて、前記1次側コイルについて、実効比透磁率を考慮したインダクタンス値に基づいて、前記伝送効率を計算すること、
を特徴とする請求項1から請求項4のうちのいずれか1項記載のフラックストランスフォーマー設計支援方法。
The primary coil is a cored coil,
In the transmission efficiency calculation step, the transmission efficiency is calculated based on an inductance value taking into account an effective relative permeability of the primary coil;
5. The flux transformer design support method according to claim 1, further comprising:
前記計算式は、前記伝送効率をBR、前記2次側コイルの前記誘起磁場をB、前記1次側コイルの印加磁場をB、前記印加磁場の周波数をf、真空の透磁率をμ、前記1次側コイルの巻数をN、前記1次側コイルにおける第i巻きのコイル径をr(i)、前記1次側コイルの磁性体コアの実効磁心断面積をS、前記1次側コイルの前記磁性体コアの実効比透磁率をμ、前記2次側コイルの層数をM、前記2次側コイルにおける第j層の巻数をn(j)、前記2次側コイルにおける第j層のコイル長さをl(j)、前記2次側コイルにおける第j層のコイル径をr(j)、前記1次側コイルのインピーダンスをZ、前記2次側コイルのインピーダンスをZとした次式で示されることを特徴とする請求項1記載のフラックストランスフォーマー設計支援方法。
Figure 0007525846000001
The calculation formula is: BR is the transmission efficiency, B2 is the induced magnetic field in the secondary coil, B0 is the applied magnetic field in the primary coil, f is the frequency of the applied magnetic field, μ0 is the magnetic permeability of a vacuum, N1 is the number of turns in the primary coil, r1 (i) is the coil diameter of the i-th turn in the primary coil, S a is the effective core cross-sectional area of the magnetic core of the primary coil, μ a is the effective relative magnetic permeability of the magnetic core of the primary coil, M2 is the number of layers in the secondary coil, n2 (j) is the number of turns of the j-th layer in the secondary coil, l2 (j) is the coil length of the j-th layer in the secondary coil, r2 (j) is the coil diameter of the j-th layer in the secondary coil, Z1 is the impedance of the primary coil, Z2 is the impedance of the secondary coil, 2. The flux transformer design support method according to claim 1, wherein the flux transformer design support method is expressed by the following equation:
Figure 0007525846000001
請求項1から請求項6のうちのいずれか1項記載のフラックストランスフォーマー設計支援方法を実行することを特徴とするフラックストランスフォーマー設計支援装置。 A flux transformer design support device that executes the flux transformer design support method according to any one of claims 1 to 6. コンピューターに、請求項1から請求項6のうちのいずれか1項記載のフラックストランスフォーマー設計支援方法を実行させることを特徴とするフラックストランスフォーマー設計支援プログラム。 A flux transformer design support program that causes a computer to execute the flux transformer design support method according to any one of claims 1 to 6. センシング部材と、
所定の測定位置で被測定磁場を感受し、前記測定位置で感受した前記被測定磁場に対応する印加磁場を前記センシング部材に印加する、請求項1記載のフラックストランスフォーマー設計支援方法、請求項7記載のフラックストランスフォーマー設計支援装置、および請求項8記載のフラックストランスフォーマー設計支援プログラムのいずれかを使用して得られたフラックストランスフォーマーと、
前記センシング部材から、前記印加磁場に対応する物理的事象を検出する検出装置と、
前記検出装置により検出された前記物理的事象の検出値を特定する測定制御部と、
前記検出値に基づいて前記測定位置での前記被測定磁場を演算する演算部と、
を備えることを特徴とするセンサーモジュール。
A sensing member;
A flux transformer obtained by using any one of the flux transformer design support method according to claim 1, the flux transformer design support device according to claim 7, and the flux transformer design support program according to claim 8, which sense a measured magnetic field at a predetermined measurement position and apply an applied magnetic field corresponding to the measured magnetic field sensed at the measurement position to the sensing member; and
a detection device that detects a physical event corresponding to the applied magnetic field from the sensing member;
a measurement control unit that identifies a detection value of the physical event detected by the detection device;
A calculation unit that calculates the measured magnetic field at the measurement position based on the detection value;
A sensor module comprising:
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WO2011148291A1 (en) 2010-05-28 2011-12-01 Koninklijke Philips Electronics N.V. Improved receiver coil
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011148291A1 (en) 2010-05-28 2011-12-01 Koninklijke Philips Electronics N.V. Improved receiver coil
US20160104567A1 (en) 2014-10-10 2016-04-14 Cooper Technologies Company Optimized electromagnetic transformer component design and methods including improved conductivity composite conductor material

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