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磁気的インピーダンス計測装置 コモンズ 外国出願あり

国内特許コード P110005321
掲載日 2011年8月18日
出願番号 特願2006-524129
登録番号 特許第3987941号
出願日 平成18年3月13日(2006.3.13)
登録日 平成19年7月27日(2007.7.27)
国際出願番号 JP2006304927
国際公開番号 WO2006109382
国際出願日 平成18年3月13日(2006.3.13)
国際公開日 平成18年10月19日(2006.10.19)
優先権データ
  • 特願2005-071383 (2005.3.14) JP
発明者
  • 塚田 啓二
  • 紀和 利彦
出願人
  • 国立大学法人 岡山大学
発明の名称 磁気的インピーダンス計測装置 コモンズ 外国出願あり
発明の概要 測定対象物に低周波の交流磁場を印加して発生する誘導電流の分布を計測して、測定対象物のインピーダンス特性の分布を検出する。
本発明は、磁気的インピーダンス計測装置であって、周波数が可変の交流磁場を発生させる印加コイルと印加コイル用電源とを備え、測定対象物によって生じた磁場の直交したベクトル成分で前記印加コイル面に平行なベクトル成分を検知する2つの磁気センサからなる少なくとも一組の磁気センサ手段を設け、前記印加コイル面から離して前記測定対象物に対向して配置され、前記磁気センサ手段の検出信号を計測する磁気センサ用計測手段を備え、この磁気センサ用計測手段の出力から前記印加コイルと同じ周波数の信号を検波するロックインアンプ回路を備え、この前記ロックインアンプ回路の出力信号により前記磁気センサの出力の強度と位相変化を解析する解析手段を備えたことを特徴とする。
従来技術、競合技術の概要


交流磁場を印加して、その応答特性を調べるものとして金属探知機が知られている。金属探知機は、サーチコイルから交流磁場を発生させ測定対象物の金属表面に渦電流が発生し、印加した磁場に反発するように磁場が発生する。この磁場はファラディの電磁誘導法則で表せるようにサーチコイルを貫く磁束変化により起電力を変化させるので、この信号変化を計測して、金属の有無を検知している。金属探知機と同じように渦電流を発生させて、鋼管やワイヤロープなどの欠陥を検査する方法などの非破壊検査なども知られている。金属探知機の応用として、このほか、テロ防止や防犯として危険物をもちこまないようにするための金属探知ゲートなどや、食肉や衣服など商品に製造時に紛れ込んだ針などの金属片を検知するものが提案されている。



生体の電気的特性を調べる方法として、皮膚に電極を貼り、微弱な交流電流をしてそのインピーダンスを計測する生体電気インピーダンスがある。この方法を最もよく使われているものに体脂肪計がある。一方、電流を電極からではなく金属探知機のように交流磁場を人体にかけて誘導電流を発生させ、サーチコイルにより検出する方法が磁気的生体インピーダンス法として開示されている(例えば、非特許文献1参照)。



これらの検出方法は、全て、サーチコイルとして、印加コイル面に垂直な磁場成分をとらえるサーチコイルが用いられている。このため、検出としては、誘導電流の物質特性による変化から生じる磁気の特性変化をとらえるだけであった。



導電体の電流密度あるいは電気電導率を推定する方法として、磁場により誘導電流を発生させるかあるいは電流を直接流す方法をとり、ベクトルの磁気センサを用いその解析方法が開示されている(例えば、特許文献1参照)。



金属材料の欠陥を検査する非破壊検査方法として、渦電流を発生させ、それから発生する磁場を検出コイルによって計測する方法は、渦流探傷試験などとして知られている。この検出コイルの計測する磁場成分は、印加磁場コイルの中心軸に平行成分を検出していた。検出コイルのインピーダンスが測定対象物の材質や距離などに影響を受けることから、印加コイル内に配置した検出コイルとして中心軸に垂直方向の磁場成分を検出するコイルを用いたものが開示されている(例えば、特許文献2参照)。



金属やカーボンファイバによる板材の欠陥を調べるために電流分布をみたものが開示されている(例えば、非特許文献2参照)。この方法では、印加磁場として測定対象物の上で対の極性が少し離れて印加されるようにし、測定対象物にはその両極の間に強く電流が誘起される方法をとり、測定磁場方向としては、印加磁場と同じ方向でそれに垂直な方向での差分を磁気センサとして超伝導量子干渉素子(SQUID)で計測する方法がとられている。これにより、磁気センサの近くだけに誘導電流を発生させて、測定試料の各計測点で計測した電流を合成して画像化している。



印加コイルではなく、直接生体に電極をとりつけ電流を流し、その電流から発生する磁場をSQUIDで検出する方法が開示されている(例えば、非特許文献3参照)。この計測では、測定対象物に対して垂直方向の磁場成分を検出するコイルがとりつけられており、金属探知や磁気的生体インピーダンス法と同様の磁場成分を検出していた。ここで、検出コイルには生体からの磁場以外の磁場が多く入るため、検出コイルにキャンセルコイルを取付けられていた。



また、体の中の電流分布を見る方法が開示されており(例えば、非特許文献4参照)、体表面に水平方向をxy平面としたとき、この水平方向で直交したx成分とy成分それぞれの磁場成分を検出することによって電流分布が画像化できる。しかし、これは、心筋の電気生理学的現象によって自発的に流れている電流を計測しているものであって、生体に電流を誘起させるものではなく、生体の電気的インピーダンスの変化をみるものではない。



【特許文献1】
特開2003-199723号公報
【特許文献2】
特開平5-203629号公報
【非特許文献1】
「A Noninvasive Electromagnetic Conductivity Sensor for Biomedical Applications」Lynn W. Hart, et al., IEEE Transactions on Biomedical Engineering, Vol. 35, No. 12 (1988) pp. 1011‐1021
【非特許文献2】
「Non-contact SQUID-NDT method using a ferrite core for carbon-fibre composites」Y. Hatsukade, et al., Superconductor Science and Techno1ogy, Vol. 15 (2002) pp. 1728‐1732
【非特許文献3】
「Two‐Dimensional Mapping of Impedance Magnetocardiograms」A. Kandori, et al., IEEE Transactions on Biomedical Engineering, Vol. 49, No. 7 (2002) pp. 721728
【非特許文献4】
「Multichannel SQUID system detecting tangential components of the cardiac magnetic field」K. Tsukada, et al., Review of Scientific Instruments, Vol. 66, No. 10 (1995) pp. 5085-5091

産業上の利用分野


本発明は、測定対象物に交流磁場を印加し、その応答特性を磁気センサ手段で検出する装置に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】 可変周波数の交流磁場を発生させる1個の印加コイルと、
該印加コイルを励磁する励磁電源と、
測定対象物によって生じた磁場の直交したベクトル成分(X,Y)で印加コイル面に平行なベクトル成分を検知する、前記印加コイル面と測定対象物の間に位置している、一組の磁気センサからなる少なくとも1個の磁気センサ手段と、
前記印加コイル面から離間して、前記測定対象物に近接して配置され、前記磁気センサ手段の信号を検出する検出手段と、
該検出手段で検出された検出信号を計測する計測手段と、
を具えたことを特徴とする磁気的インピーダンス計測装置。
【請求項2】 前記検出手段は、前記測定対象物に接近できるように可動自在に配設されていることを特徴とする請求項1に記載の磁気的インピーダンス計測装置。
【請求項3】 前記計測手段で計測された計測信号を解析し、これを画像処理して、表示する表示手段を更に具えたことを特徴とする請求項1又は2に記載の磁気的インピーダンス計測装置。
【請求項4】 前記計測手段の出力から前記印加コイルと同じ周波数の信号を検波するロックインアンプ回路を具えたことを特徴とする請求項1~3のいずれか1項に記載の磁気的インピーダンス計測装置。
【請求項5】 前記ロックインアンプ回路の出力信号により、前記磁気センサ手段の出力の強度と位相変化を解析する解析手段を具えたことを特徴とする請求項4に記載の磁気的インピーダンス計測装置。
【請求項6】 前記測定対象物に流れる誘導電流を画像化する画像化手段を具えるとともに、該画像化手段からの出力を表示する表示手段を具えたことを特徴とする請求項1~5のいずれか1項に記載の磁気的インピーダンス装置。
【請求項7】 標準電流分布に対する異常電流であることを判定する異常判定手段を具えたことを特徴とする請求項1~6のいずれか1項に記載の磁気的インピーダンス装置。
【請求項8】 前記測定対象物を固定するとともに前記印加コイル面に対して平行或いは平行及び垂直方向に移動できる走査手段を設けたことを特徴とする請求項1~7のいずれか1項に記載の磁気的インピーダンス許測装置。
【請求項9】 前記1組の磁気センサ手段を複数個設け、それぞれの磁気センサ手段を等距離に配置したことを特徴とする請求項1~8に記載の磁気的インピーダンス計測装置。
【請求項10】 前記印加コイル用電源により前記印加コイルに複数の周波数の合成磁場を発生させ、これら複数の周波数それぞれに対して前記ロックインアンプ回路を具えたことを特徴とする請求項1~9のいずれか1項に記載の磁気的インピーダンス計測装置。
【請求項11】 前記磁気センサ手段は、ホール素子、磁気抵抗素子、磁気インピーダンス効果センサ、フラックスゲート又は超伝導量子干渉素子であることを特徴とする請求項1~10のいずれか1項に記載の磁気的インピーダンス計測装置。
【請求項12】 可変周波数の交流磁場を発生させる1個の印加コイルと、
該印加コイルを励磁する励磁電源と、
測定対象物によって生じた磁場の直交したベクトル成分(X,Y)で印加コイル面に平行なベクトル成分を検知する、前記印加コイル面と測定対象物の間に位置している、一組の磁気センサからなる少なくとも1個の磁気センサ手段と、
前記印加コイル面から離間して、前記測定対象物に近接して配置され、前記磁気センサ手段の信号を検出する検出手段と、
該検出手段で検出された検出信号を計測する計測手段と、
該計測手段で計測された出力信号を解析し、これを画像処理して、表示する表示手段と、
を具えたことを特徴とする磁気的非破壊検査装置。
【請求項13】 標準電流分布に対する異常電流であることを判定する異常判定手段を具えたことを特徴とする請求項12に記載の磁気的非破壊検査装置。
【請求項14】 前記測定対象物が、導電性を有する構造体であることを特徴とする請求項12又は13に記載の磁気的非破壊検査装置。
【請求項15】 前記測定対象物が、果物であることを特徴とする請求項13又は14に記載の果物熟成度の磁気的検査装置。
【請求項16】 前記測定対象物が、人体であることを特徴とする請求項13又は14に記載の人体疾患の磁気的検査装置。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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出願権利状態 登録
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