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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023097592
(43)【公開日】2023-07-10
(54)【発明の名称】センサ
(51)【国際特許分類】
G01R 33/12 20060101AFI20230703BHJP
【ＦＩ】
G01R33/12 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021213800
(22)【出願日】2021-12-28
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）令和３年度、文部科学省、「科学技術試験研究委託事業」、「量子計測・センシング技術研究開発」委託研究、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願
(71)【出願人】
【識別番号】000006895
【氏名又は名称】矢崎総業株式会社
(71)【出願人】
【識別番号】304021417
【氏名又は名称】国立大学法人東京工業大学
(74)【代理人】
【識別番号】100145908
【弁理士】
【氏名又は名称】中村 信雄
(74)【代理人】
【識別番号】100136711
【弁理士】
【氏名又は名称】益頭 正一
(72)【発明者】
【氏名】申 在原
(72)【発明者】
【氏名】波多野 雄治
(72)【発明者】
【氏名】岩▲崎▼ 孝之
(72)【発明者】
【氏名】波多野 睦子
【テーマコード（参考）】
2G017
【Ｆターム（参考）】
2G017AC01
2G017AC03
2G017AD69
2G017CA14
(57)【要約】 （修正有）
【課題】カラーセンタを有する素子への制約を減じたうえで外部磁場の影響を抑えて高精度な磁場の検出を可能とする。
【解決手段】センサ１は、バスバ９の周囲の磁場を検出して出力する第１センサユニット１Ａ及び第２センサユニット１Ｂと、第１センサユニット１Ａの出力と第２センサユニット１Ｂの出力との差分を演算する演算処理装置２００とを備え、第１センサユニット１Ａ及び第２センサユニット１Ｂは、それぞれ、バスバ９の周囲に配されＮＶセンタを有するダイヤモンド素子２Ａ，２Ｂと、ダイヤモンド素子２Ａ，２Ｂにマイクロ波の磁場を放射するアンテナ５Ａ，５Ｂと、ダイヤモンド素子２Ａ，２Ｂに緑色光ＧＬを照射する光学系８と、ダイヤモンド素子２Ａ，２Ｂから発生する赤色蛍光ＲＬの強度を検出して出力する光センサ４Ａ，４Ｂと、光センサ４Ａ，４Ｂの出力に基づいて、バスバ９の周囲の磁場と温度との少なくとも一方出力する。
【選択図】図１
【解決手段】センサ１は、バスバ９の周囲の磁場を検出して出力する第１センサユニット１Ａ及び第２センサユニット１Ｂと、第１センサユニット１Ａの出力と第２センサユニット１Ｂの出力との差分を演算する演算処理装置２００とを備え、第１センサユニット１Ａ及び第２センサユニット１Ｂは、それぞれ、バスバ９の周囲に配されＮＶセンタを有するダイヤモンド素子２Ａ，２Ｂと、ダイヤモンド素子２Ａ，２Ｂにマイクロ波の磁場を放射するアンテナ５Ａ，５Ｂと、ダイヤモンド素子２Ａ，２Ｂに緑色光ＧＬを照射する光学系８と、ダイヤモンド素子２Ａ，２Ｂから発生する赤色蛍光ＲＬの強度を検出して出力する光センサ４Ａ，４Ｂと、光センサ４Ａ，４Ｂの出力に基づいて、バスバ９の周囲の磁場と温度との少なくとも一方出力する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
電流線の周囲の磁場を検出して出力する第１磁気センサ及び第２磁気センサと、
前記第１磁気センサの出力と前記第２磁気センサの出力との差分を演算する演算装置と
を備え、
前記第１磁気センサ及び前記第２磁気センサは、それぞれ、
前記電流線の周囲に配されカラーセンタを有する素子と、
前記素子にマイクロ波の磁場を放射するアンテナと、
前記素子に励起光を照射する光学系と、
前記素子から発生する蛍光の強度を検出して出力する光センサと、
前記光センサの出力に基づいて、前記マイクロ波を発振し、前記電流線の周囲の磁場と温度との少なくとも一方を算出して前記演算装置に出力する制御部と
を備えるセンサ。
前記第１磁気センサの出力と前記第２磁気センサの出力との差分を演算する演算装置と
を備え、
前記第１磁気センサ及び前記第２磁気センサは、それぞれ、
前記電流線の周囲に配されカラーセンタを有する素子と、
前記素子にマイクロ波の磁場を放射するアンテナと、
前記素子に励起光を照射する光学系と、
前記素子から発生する蛍光の強度を検出して出力する光センサと、
前記光センサの出力に基づいて、前記マイクロ波を発振し、前記電流線の周囲の磁場と温度との少なくとも一方を算出して前記演算装置に出力する制御部と
を備えるセンサ。
【請求項2】
前記第１磁気センサの前記素子と前記第２磁気センサの前記素子とは、前記電流線を挟んで対向して配されている請求項１に記載のセンサ。
【請求項3】
前記制御部は、
所定の変調周波数の第１の位相で変調された第１マイクロ波を発振する第１マイクロ波発振器と、
前記所定の変調周波数の第２の位相で変調され前記第１マイクロ波に対して周波数が異なる第２マイクロ波を発振する第２マイクロ波発振器と、
前記第１マイクロ波発振器と前記アンテナとを接続する第１接続状態と、前記第２マイクロ波発振器と前記アンテナとを接続する第２接続状態とを切り替えるスイッチと、
前記光センサの出力が入力し、前記所定の変調周波数の前記第１の位相に対応して第１出力を出力し、前記第２の位相に対応して第２出力を出力するロックインアンプと、
前記ロックインアンプから出力された前記第１出力を積分した第１積分出力を前記第１マイクロ波発振器に出力する第１積分回路と、
前記ロックインアンプから出力された前記第２出力を積分した第２積分出力を前記第２マイクロ波発振器に出力する第２積分回路と、
前記第１積分出力と前記第２積分出力との差分に基づいて、前記電流線の周囲の磁場と温度との少なくとも一方を算出する磁場・温度算出部と
を備え、
前記第１マイクロ波発振器は、前記第１積分出力に基づいて前記第１マイクロ波の周波数を帰還制御し、
前記第２マイクロ波発振器は、前記第２積分出力に基づいて前記第２マイクロ波の周波数を帰還制御する請求項１又は２に記載のセンサ。
所定の変調周波数の第１の位相で変調された第１マイクロ波を発振する第１マイクロ波発振器と、
前記所定の変調周波数の第２の位相で変調され前記第１マイクロ波に対して周波数が異なる第２マイクロ波を発振する第２マイクロ波発振器と、
前記第１マイクロ波発振器と前記アンテナとを接続する第１接続状態と、前記第２マイクロ波発振器と前記アンテナとを接続する第２接続状態とを切り替えるスイッチと、
前記光センサの出力が入力し、前記所定の変調周波数の前記第１の位相に対応して第１出力を出力し、前記第２の位相に対応して第２出力を出力するロックインアンプと、
前記ロックインアンプから出力された前記第１出力を積分した第１積分出力を前記第１マイクロ波発振器に出力する第１積分回路と、
前記ロックインアンプから出力された前記第２出力を積分した第２積分出力を前記第２マイクロ波発振器に出力する第２積分回路と、
前記第１積分出力と前記第２積分出力との差分に基づいて、前記電流線の周囲の磁場と温度との少なくとも一方を算出する磁場・温度算出部と
を備え、
前記第１マイクロ波発振器は、前記第１積分出力に基づいて前記第１マイクロ波の周波数を帰還制御し、
前記第２マイクロ波発振器は、前記第２積分出力に基づいて前記第２マイクロ波の周波数を帰還制御する請求項１又は２に記載のセンサ。
【請求項4】
前記電流線の周囲に静磁場を発生する磁石対を備え、
前記磁石対は、前記第１磁気センサの前記素子と前記第２磁気センサの前記素子との対向方向に対して直交する方向に前記静磁場を発生する請求項２又は請求項２を引用する請求項３に記載のセンサ。
前記磁石対は、前記第１磁気センサの前記素子と前記第２磁気センサの前記素子との対向方向に対して直交する方向に前記静磁場を発生する請求項２又は請求項２を引用する請求項３に記載のセンサ。
【請求項5】
前記第１マイクロ波への変調周波数入力と前記第２マイクロ波への変調周波数入力とは、互いに位相が９０°異なり、
前記スイッチは、前記第１接続状態と前記第２接続状態とを、前記所定の変調周波数の２倍の周波数の信号で切り替え、
前記信号の立ち上がり位相及び立ち下がり位相が、前記第１マイクロ波への変調周波数入力及び前記第２マイクロ波への変調周波数入力の立ち上がり位相及び立ち下がり位相とは４５°異なる請求項３又は請求項３を引用する請求項４に記載のセンサ。
前記スイッチは、前記第１接続状態と前記第２接続状態とを、前記所定の変調周波数の２倍の周波数の信号で切り替え、
前記信号の立ち上がり位相及び立ち下がり位相が、前記第１マイクロ波への変調周波数入力及び前記第２マイクロ波への変調周波数入力の立ち上がり位相及び立ち下がり位相とは４５°異なる請求項３又は請求項３を引用する請求項４に記載のセンサ。
【請求項6】
前記第１磁気センサの前記光学系と前記第２磁気センサの前記光学系とは、光源を共通にする請求項１～５の何れか１項に記載のセンサ。
【請求項7】
前記カラーセンタはＮＶセンタであり、
前記アンテナは、前記ＮＶセンタの＜１１１＞方向に対して直交する方向に前記マイクロ波の磁場を放射する請求項１～６の何れか１項に記載のセンサ。
前記アンテナは、前記ＮＶセンタの＜１１１＞方向に対して直交する方向に前記マイクロ波の磁場を放射する請求項１～６の何れか１項に記載のセンサ。
【請求項8】
前記電流線の周囲の磁場を検出して出力する第３磁気センサ及び第４磁気センサを備え、
前記演算装置は、前記第３磁気センサの出力と前記第４磁気センサの出力との差分を演算し、
前記第３磁気センサ及び前記第４磁気センサは、それぞれ、
前記素子と、
前記アンテナと、
前記光学系と、
前記光センサと、
前記制御部と
を備え、
前記第３磁気センサの前記素子と前記第４磁気センサの前記素子とは、前記第１磁気センサの前記素子と前記第２磁気センサの前記素子との対向方向に対して直交する方向に前記電流線を挟んで対向して配されている請求項２、及び請求項２を引用する請求項３～７の何れか１項に記載のセンサ。
前記演算装置は、前記第３磁気センサの出力と前記第４磁気センサの出力との差分を演算し、
前記第３磁気センサ及び前記第４磁気センサは、それぞれ、
前記素子と、
前記アンテナと、
前記光学系と、
前記光センサと、
前記制御部と
を備え、
前記第３磁気センサの前記素子と前記第４磁気センサの前記素子とは、前記第１磁気センサの前記素子と前記第２磁気センサの前記素子との対向方向に対して直交する方向に前記電流線を挟んで対向して配されている請求項２、及び請求項２を引用する請求項３～７の何れか１項に記載のセンサ。
【請求項9】
前記電流線の周囲の磁場を検出して出力する第３磁気センサ及び第４磁気センサを備え、
前記演算装置は、前記第３磁気センサの出力と前記第４磁気センサの出力との差分を演算し、
前記第３磁気センサ及び前記第４磁気センサは、それぞれ、
前記素子と、
前記アンテナと、
前記光学系と、
前記光センサと、
前記制御部と
を備え、
前記第３磁気センサの前記素子と前記第４磁気センサの前記素子とは、前記第１磁気センサの前記素子と前記第２磁気センサの前記素子との対向方向に、前記第１磁気センサの前記素子と前記第２磁気センサの前記素子とを挟んで対向して配され、
前記電流線の周囲の磁場の変化による前記第３磁気センサ及び前記第４磁気センサの出力変化が、前記電流線の周囲の磁場の変化による前記第１磁気センサ及び前記第２磁気センサの出力変化よりも小さい請求項２、及び請求項２を引用する請求項３～７の何れか１項に記載のセンサ。
前記演算装置は、前記第３磁気センサの出力と前記第４磁気センサの出力との差分を演算し、
前記第３磁気センサ及び前記第４磁気センサは、それぞれ、
前記素子と、
前記アンテナと、
前記光学系と、
前記光センサと、
前記制御部と
を備え、
前記第３磁気センサの前記素子と前記第４磁気センサの前記素子とは、前記第１磁気センサの前記素子と前記第２磁気センサの前記素子との対向方向に、前記第１磁気センサの前記素子と前記第２磁気センサの前記素子とを挟んで対向して配され、
前記電流線の周囲の磁場の変化による前記第３磁気センサ及び前記第４磁気センサの出力変化が、前記電流線の周囲の磁場の変化による前記第１磁気センサ及び前記第２磁気センサの出力変化よりも小さい請求項２、及び請求項２を引用する請求項３～７の何れか１項に記載のセンサ。
【請求項10】
前記電流線の周囲の磁場を検出して出力する第３磁気センサ及び第４磁気センサを備え、
前記演算装置は、前記第３磁気センサの出力と前記第４磁気センサの出力との差分を演算し、
前記第３磁気センサ及び前記第４磁気センサは、それぞれ、
前記素子と、
前記アンテナと、
前記光学系と、
前記光センサと、
前記制御部と
を備え、
前記第３磁気センサの前記素子と前記第４磁気センサの前記素子とは、前記第１磁気センサの前記素子と前記第２磁気センサの前記素子との対向方向に前記電流線を挟んで対向して配され、
前記第１磁気センサ及び前記第２磁気センサの前記素子の光検出磁気共鳴スペクトルの幅が、前記第３磁気センサ及び前記第４磁気センサの前記素子の光検出磁気共鳴スペクトルの幅よりも狭く、
前記電流線の周囲の磁場の変化による前記第３磁気センサ及び前記第４磁気センサの出力変化が、前記電流線の周囲の磁場の変化による前記第１磁気センサ及び前記第２磁気センサの出力変化よりも小さい請求項２、及び請求項２を引用する請求項３～７の何れか１項に記載のセンサ。
前記演算装置は、前記第３磁気センサの出力と前記第４磁気センサの出力との差分を演算し、
前記第３磁気センサ及び前記第４磁気センサは、それぞれ、
前記素子と、
前記アンテナと、
前記光学系と、
前記光センサと、
前記制御部と
を備え、
前記第３磁気センサの前記素子と前記第４磁気センサの前記素子とは、前記第１磁気センサの前記素子と前記第２磁気センサの前記素子との対向方向に前記電流線を挟んで対向して配され、
前記第１磁気センサ及び前記第２磁気センサの前記素子の光検出磁気共鳴スペクトルの幅が、前記第３磁気センサ及び前記第４磁気センサの前記素子の光検出磁気共鳴スペクトルの幅よりも狭く、
前記電流線の周囲の磁場の変化による前記第３磁気センサ及び前記第４磁気センサの出力変化が、前記電流線の周囲の磁場の変化による前記第１磁気センサ及び前記第２磁気センサの出力変化よりも小さい請求項２、及び請求項２を引用する請求項３～７の何れか１項に記載のセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、センサに関する。
【背景技術】
【0002】
ＮＶセンタを有するダイヤモンド素子を用いて光検出磁気共鳴（ＯＤＭＲ：Optically Detected Magnetic Resonance）の原理により磁界を計測する磁気センサが知られている（例えば、非特許文献１参照）。非特許文献１に記載の磁気センサでは、外部磁場の影響を打ち消すことを目的として、一対のダイヤモンド素子が相互に近接して配され、一対のダイヤモンド素子により検出される磁場の差分が演算される。
【0003】
また、外部磁場の影響を打ち消すことを目的として構成された磁気センサとして、一対のホール素子等の磁気センサが測定対象物を挟んで配され、一対の磁気センサにより検出される磁場の差分が演算されるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特許第５４４５０２号公報
【0005】
【非特許文献1】Yuta Masuyama, Katsumi Suzuki, Akira Hekizono, Mitsuyasu Iwanami, Mutsuko Hatano, Takayuki Iwasaki, Takeshi Ohshima, "Gradiometer Using Separated Diamond Quantum Magnetometers", Sensors 2021,21,977. https://doi.org/10.3390/s21030977
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
非特許文献１に記載の磁気センサでは、一対のダイヤモンド素子の特性に差がある場合、上記演算により外部磁場の影響を打ち消すことができない。そのため、一対のダイヤモンド素子の特性を可能な限り揃えなければならないという制約が加わる。
【0007】
また、電気自動車のバッテリのバスバを流れる電流を測定する電流センサに特許文献１に記載の磁気センサを用いる場合、バスバを流れる大電流がバスバ両面に温度差を生じさせるので、一対の磁気センサにより検出される磁場に磁気センサの温度特性の影響が及ぶ。そのため、温度特性が安定した磁気センサを用いない限り、上記演算により外部磁場の影響を打ち消すことができず、磁気センサに温度特性の制約が加わる。
【0008】
本発明は、上記事情に鑑み、カラーセンタを有する素子への制約を減じたうえで外部磁場の影響を抑えて高精度な磁場の検出を可能とするセンサ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】
【0009】
本発明のセンサは、電流線の周囲の磁場を検出して出力する第１磁気センサ及び第２磁気センサと、前記第１磁気センサの出力と前記第２磁気センサの出力との差分を演算する演算装置とを備え、前記第１磁気センサ及び前記第２磁気センサは、それぞれ、前記電流線の周囲に配されカラーセンタを有する素子と、前記素子にマイクロ波の磁場を放射するアンテナと、前記素子に励起光を照射する光学系と、前記素子から発生する蛍光の強度を検出して出力する光センサと、前記光センサの出力に基づいて、前記マイクロ波を発振し、前記電流線の周囲の磁場と温度との少なくとも一方を算出して前記演算装置に出力する制御部とを備える。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、カラーセンタを有する素子への制約を減じたうえで外部磁場の影響を抑えて高精度な磁場の検出を可能とするセンサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、本発明を好適な実施形態に沿って説明する。なお、本発明は以下に示す実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す実施形態においては、一部構成の図示や説明を省略している箇所があるが、省略された技術の詳細については、以下に説明する内容と矛盾点が発生しない範囲内において、適宜公知又は周知の技術が適用される。
【0013】
図１は、本発明の一実施形態に係るセンサ１の概略を示す図である。この図に示すセンサ１は、電気自動車のバッテリのバスバ９を流れる電流とバスバ９の周囲の温度とを計測する。このセンサ１は、第１センサユニット１Ａと、第２センサユニット１Ｂと、第１磁石６と、第２磁石７と、光学系８と、演算処理装置２００とを備える。
【0014】
第１センサユニット１Ａは、ダイヤモンド素子２Ａと、光センサ４Ａと、アンテナ５Ａと、制御装置１００Ａとを備える。ダイヤモンド素子２Ａは、ＮＶセンタを有し、バスバ９の一方の面（図中の下面）に近接して配されている。光学系８は、励起光として緑色光ＧＬをダイヤモンド素子２Ａに照射する。光センサ４Ａは、ＮＶセンタの電子スピン共鳴に起因して生じる光信号を検知する。アンテナ５Ａは、ダイヤモンド素子２Ａに周波数可変のマイクロ波磁場を放射する。制御装置１００Ａは、マイクロ波発生装置１０Ａと、ロックイン検出装置２０Ａと、周波数制御装置３０Ａとを備える。マイクロ波発生装置１０Ａは、アンテナ５Ａにマイクロ波を供給する。ロックイン検出装置２０Ａ、周波数制御装置３０Ａの機能については後述する。
【0015】
第２センサユニット１Ｂは、ダイヤモンド素子２Ｂと、光センサ４Ｂと、アンテナ５Ｂと、制御装置１００Ｂとを備える。ダイヤモンド素子２Ｂは、ＮＶセンタを有し、バスバ９の他方の面（図中の上面）に近接して配されている。光学系８は、励起光として緑色光ＧＬをダイヤモンド素子２Ｂに照射する。光センサ４Ｂは、ＮＶセンタの電子スピン共鳴に起因して生じる光信号を検知する。アンテナ５Ｂは、ダイヤモンド素子２Ｂに周波数可変のマイクロ波磁場を放射する。制御装置１００Ｂは、マイクロ波発生装置１０Ｂと、ロックイン検出装置２０Ｂと、周波数制御装置３０Ｂとを備える。マイクロ波発生装置１０Ｂは、アンテナ５Ｂにマイクロ波を供給する。ロックイン検出装置２０Ｂの機能は、後述のロックイン検出装置２０Ａの機能と同様であり、周波数制御装置３０Ｂの機能は、後述の周波数制御装置３０Ｂの機能と同様である。
【0016】
第１センサユニット１Ａのダイヤモンド素子２Ａと第２センサユニット１Ｂのダイヤモンド素子２Ｂとは、方形の板状に形成されており、バスバ９をその厚み方向に挟んで対向するように配されている。また、ダイヤモンド素子２Ａとバスバ９の下面との距離とダイヤモンド素子２Ｂとバスバ９の上面との距離とは等しい。また、ダイヤモンド素子２Ａ，２Ｂの＜１１１＞方向のＮＶ軸がバスバ９の表面に対して平行、且つバスバ９の電流の方向に対して直角に配されている。また、ダイヤモンド素子２Ａ，２Ｂの＜１１１＞方向のＮＶ軸は、相互に平行、且つ、バスバ９の電流により生成される磁場ＢＩに対して平行に配されている。なお、本実施形態では、ダイヤモンド素子２Ａ，２Ｂの厚み方向を＜１１１＞方向と定義し、ダイヤモンド素子２Ａ，２Ｂのダイヤモンド結晶の配向が＜１１１＞方向に揃っているものとする。
【0017】
第１センサユニット１Ａのアンテナ５Ａは、ダイヤモンド素子２Ａに面して配されたコイル等であり、ダイヤモンド素子２Ａの＜１１１＞方向のＮＶ軸に対して直交する方向にマイクロ波磁場を放射する。また、第２センサユニット１Ｂのアンテナ５Ｂは、ダイヤモンド素子２Ｂに面して配されたコイル等であり、ダイヤモンド素子２Ｂの＜１１１＞方向のＮＶ軸に対して直交する方向にマイクロ波磁場を放射する。
【0018】
第１磁石６と第２磁石７とは、バスバ９をその幅方向（＜１１１＞方向に対して平行な方向）に挟んで対向するように配されている。また、第１磁石６と第２磁石７とは、ダイヤモンド素子２Ａ，２Ｂを＜１１１＞方向に挟んで対向するように配されており、ダイヤモンド素子２Ａ，２Ｂの＜１１１＞方向のＮＶ軸に対して平行に静磁場を印加する。
【0019】
光学系８は、光源８１と、光ファイバ８２と、分波器８３と、一対の光ファイバ８４Ａ，８４Ｂとを備える。光源８１は、５００ｎｍから５６０ｎｍの波長を有するレーザであり、レーザビームを出射する。光ファイバ８２は、光源８１から分波器８３まで導光する。分波器８３は、光ファイバ８２により導かれたレーザビームを分岐する。一対の光ファイバ８４Ａ，８４Ｂの一方の光ファイバ８４Ａの先端に第１センサユニット１Ａのダイヤモンド素子２Ａが取り付けられており、光ファイバ８４Ａは、分波器８３からダイヤモンド素子２Ａまで導光する。また、他方の光ファイバ８４Ｂの先端に第２センサユニット１Ｂのダイヤモンド素子２Ｂが取り付けられており、光ファイバ８４Ｂは、分波器８３からダイヤモンド素子２Ｂまで導光する。
【0020】
第１センサユニット１Ａの光センサ４Ａと第２センサユニット１Ｂの光センサ４Ｂとは、フォトダイオードである。第１センサユニット１Ａの光センサ４Ａは、光ファイバ８４Ａから図中には明記されていないダイクロイックミラーを介して分岐した光ファイバ８４Ｃの先端に取り付けられている。この分岐した光ファイバ８４Ｃは、ダイヤモンド素子２Ａで発せられた後述の赤色蛍光ＲＬを光センサ４Ａまで導光する。また、第２センサユニット１Ｂの光センサ４Ｂは、光ファイバ８４Ｂから同じく図中には明記されていないダイクロイックミラーを介して分岐した光ファイバ８４Ｄの先端に取り付けられている。この分岐した光ファイバ８４Ｄは、ダイヤモンド素子２Ｂで発せられた後述の赤色蛍光ＲＬを光センサ４Ｂまで導光する。なお、ダイヤモンド素子２Ａで発せられた赤色蛍光ＲＬを光センサ４Ａまで、光ファイバ８４Ａ→ダイクロイックミラー→光ファイバ８４Ｃと導光する代わりに光センサ４Ａをダイヤモンド素子２Ａが発する赤色蛍光ＲＬを受ける近接場所に設けることも可能である。同様にダイヤモンド素子２Ｂで発せられた赤色蛍光ＲＬを光センサ４Ｂまで、光ファイバ８４Ｂ→ダイクロイックミラー→光ファイバ８４Ｄと導光する代わりに光センサ４Ｂをダイヤモンド素子２Ｂが発する赤色蛍光ＲＬを受ける近接場所に設けることも可能である。
【0021】
以上のような構成のセンサ１の第１センサユニット１Ａは、緑色光ＧＬをダイヤモンド素子２ＡのＮＶセンタに照射すると共にマイクロ波に対し周波数変調を行いながらダイヤモンド素子２ＡのＮＶセンタにマイクロ波磁場を放射させ、ＯＤＭＲの原理により、バスバ９の周囲の磁場ＢＡ、温度ＴＡ等を計測する。同様に、第２センサユニット１Ｂは、緑色光ＧＬをダイヤモンド素子２ＢのＮＶセンタに照射すると共にマイクロ波に対し周波数変調を行いながらダイヤモンド素子２ＢのＮＶセンタにマイクロ波磁場を放射させ、ＯＤＭＲの原理により、バスバ９の周囲の磁場ＢＢ、温度ＴＢ等を計測する。
【0022】
ここで、第１センサユニット１Ａにより検出される磁場ＢＡは、下記（１）式で表され、第２センサユニット１Ｂにより検出される磁場ＢＢは、下記（２）式で表される。これらの式で表される磁場ＢＡ、磁場ＢＢには、バスバ９の表面に平行且つバスバ９の電流の方向に垂直な方向の磁場が反映される。
ＢＡ＝＋ＢＩ＋ＢＯ …（１）
ＢＢ＝－ＢＩ＋ＢＯ …（２）
但し、ＢＩは、バスバ９の電流によって生じる磁場であり、ＢＯは、外部磁場である。
ＢＡ＝＋ＢＩ＋ＢＯ …（１）
ＢＢ＝－ＢＩ＋ＢＯ …（２）
但し、ＢＩは、バスバ９の電流によって生じる磁場であり、ＢＯは、外部磁場である。
【0023】
ここで、上記（１），（２）式で表される磁場ＢＡ、磁場ＢＢの差分を演算することにより、外部磁場ＢＯを消去することができる。そこで、センサ１では、演算処理装置２００が、第１センサユニット１Ａにより検出される磁場ＢＡと第２センサユニット１Ｂにより検出される磁場ＢＢとの差分を演算することにより、外部磁場ＢＯを消去し、下記（３）式で表される磁場ＢＩを算出する。
ＢＩ＝（磁場ＢＡ－磁場ＢＢ）／２ …（３）
ＢＩ＝（磁場ＢＡ－磁場ＢＢ）／２ …（３）
【0024】
図２は、ＮＶセンタを有するダイヤモンド素子の構造を模式的に示す図である。この図に示すように、ＮＶセンタは、ダイヤモンド格子中の炭素の置換位置に入った窒素Ｎ（Nitrogen）と、この窒素に隣接する炭素原子が抜けた空孔Ｖ（Vacancy）との対からなる複合不純物欠陥である。このＮＶセンタは、中性電荷状態ＮＶ０から電子を１個捕獲してＮＶ－となると、磁気量子数ｍＳ＝－１，０，＋１の電子スピン３重項状態を形成する。ダイヤモンド量子センサは、この電子スピン３重項状態を用いて磁場や温度等を計測する。
【0025】
図３は、ＮＶセンタを有するダイヤモンド素子を備えＯＤＭＲの原理により磁場を計測するダイヤモンド量子センサの原理を説明するための図である。図２及び図３に示すように、ＮＶセンタは、励起光としての緑色光ＧＬを照射されると赤色蛍光ＲＬを発する。この赤色蛍光ＲＬの強度（輝度）は、ＮＶセンタが基底状態（電子スピンの磁気量子数ｍＳ＝０の状態）から励起された場合には高いのに対して、ＮＶセンタが電子スピン共鳴を生じる準位（電子スピンの磁気量子数ｍＳ＝±１の状態）から励起された場合には低くなる。
【0026】
ここで、磁場の大きさが０の場合に共鳴周波数（約２．８７ＧＨｚ）のマイクロ波磁場ＭＷをＮＶセンタに放射すると、ＮＶセンタが電子スピン共鳴（ＥＳＲ：Electron Spin Resonance）を生じる準位（ｍＳ＝±１）に遷移する。この準位から励起された電子の一部は、無輻射遷移を経て基底状態に戻ることにより発光に寄与しない。従って、上述のように、ＮＶセンタが電子スピン共鳴を生じる準位から励起された場合、赤色蛍光ＲＬの強度は低下する。なお、本実施形態では、第１磁石６と第２磁石７とによりダイヤモンド素子２Ａ，２Ｂの周囲に静磁場を印加していることにより、ダイヤモンド素子２Ａ，２Ｂの周囲には常に磁場が存在する（図１参照）。
【0027】
図４は、ＯＤＭＲのピークの周波数と磁場Ｂとの関係を示すグラフである。このグラフに示すように、磁場Ｂが０の場合には、ＯＤＭＲのピークは１点のみであるのに対し、磁場Ｂが０より大きな値Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３（Ｂ３＞Ｂ２＞Ｂ１＞０）である場合には、ＯＤＭＲのピークは２点存在する。ここで、２点のＯＤＭＲのピークに対応するマイクロ波の周波数のスプリットΔｆ（ｆ１－ｆ２）は、磁場Ｂの大きさに比例して大きくなる。
【0028】
図５は、２点のＯＤＭＲのピークの周波数と磁場と温度との関係を示すグラフである。このグラフに示すように、計測対象の温度変化に応じて、２点のＯＤＭＲのピークが同様に遷移する。即ち、計測対象の温度変化に応じて、一方のＯＤＭＲのピークが低周波側に変動した場合、他方のＯＤＭＲのピークも低周波側に同じ周波数だけ変動する。逆に、計測対象の温度変化に応じて、一方のＯＤＭＲのピークが高周波側に変動した場合、他方のＯＤＭＲのピークも高周波側に同じ周波数だけ変動する。従って、計測対象の温度変化は、２点のＯＤＭＲの周波数の中央値を変化させる。
【0029】
ところで、本実施形態のセンサ１は、電気自動車の電池残量を計測する電池センサとして使用される。ここで、電気自動車の電池残量は、バッテリのバスバ９（図１参照）を流れる電流の積算値に基づいて算出される。そのため、バッテリのバスバ９の電流値の変化に対する応答速度を高めて時刻毎の電流値の計測精度を向上させることにより、電流値の累積値に基づく電池残量の計測精度を向上させることが要求される。さらに、電気自動車の停止時における微量の漏洩電流の電流値を高精度に計測すると共に、電気自動車の急加速時や急減速時に生じる数百アンペアの電流値の変動に応答してこの時の電流値を高精度に計測することが要求される。このような要求に対応するために、本実施形態のセンサ１では、第１センサユニット１Ａの制御装置１００Ａが、以下に説明するマイクロ波発生装置１０Ａ、ロックイン検出装置２０Ａ、及び周波数制御装置３０Ａを備える。同様に、第２センサユニット１Ｂの制御装置１００Ｂが、以下に説明するマイクロ波発生装置１０Ｂ、ロックイン検出装置２０Ｂ、及び周波数制御装置３０Ｂを備える。
【0030】
図６は、第１センサユニット１Ａ及び第２センサユニット１Ｂを示す回路図である。なお、第１センサユニット１Ａ及び第２センサユニット１Ｂは同様の構成である。そのため、第１センサユニット１Ａについて説明し、第２センサユニット１Ｂについては第１センサユニット１Ａについての説明を援用する。
【0031】
図６に示すように、マイクロ波発生装置１０Ａは、第１マイクロ波発振器１１と、第２マイクロ波発振器１２と、スイッチ１３と、パワーアンプ１４とを備える。第１マイクロ波発振器１１の出力端子Ｆｏｕｔは、スイッチ１３の第１入力端子ＭＷ１に接続され、第２マイクロ波発振器１２の出力端子Ｆｏｕｔは、スイッチ１３の第２入力端子ＭＷ２に接続されている。スイッチ１３の出力端子は、パワーアンプ１４の入力端子に接続されている。スイッチ１３は、ダイオードスイッチであり、第１マイクロ波発振器１１とパワーアンプ１４とを接続する第１接続状態と、第２マイクロ波発振器１２とパワーアンプ１４とを接続する第２接続状態とをスイッチング信号ＳＭＯＤで切り替える。パワーアンプ１４の出力端子は、アンテナ５Ａの入力端子に接続されている。
【0032】
スイッチ１３の第１接続状態において、第１マイクロ波発振器１１が発振したマイクロ波が、パワーアンプ１４により増幅されてアンテナ５Ａに入力する。他方で、スイッチ１３の第２接続状態において、第２マイクロ波発振器１２が発振したマイクロ波が、パワーアンプ１４により増幅されてアンテナ５Ａに入力する。
【0033】
第１マイクロ波発振器１１と第２マイクロ波発振器１２とは、ＦＭ（Frequency Modulation）変調入力端子ＦＭａと、ＦＭ変調入力端子ＦＭｂと、基準周波数入力端子ＦＤとを備える。
【0034】
ロックイン検出装置２０Ａは、プリアンプ２１と、ロックインアンプ２２と、第１積分回路２３と、第２積分回路２４とを備える。プリアンプ２１の入力端子は、光センサ４Ａの出力端子に接続されている。
【0035】
プリアンプ２１の出力端子は、ロックインアンプ２２の入力端子に接続されている。光センサ４Ａから出力された赤色蛍光ＲＬの強度の検出信号が、プリアンプ２１により増幅されてロックインアンプ２２に入力する。また、ロックインアンプ２２のＸＡ出力端子には第１積分回路２３の入力端子が接続され、ロックインアンプ２２のＹＡ出力端子には第２積分回路２４の入力端子が接続されている。
【0036】
周波数制御装置３０Ａは、ＭＣ（マイクロコントローラ）３１と、矩形波発生器３２と、タイミング制御器３３と、第１ＡＤ変換器３４と、第２ＡＤ変換器３５とを備える。矩形波発生器３２の出力端子は、第１マイクロ波発振器１１のＦＭ変調入力端子ＦＭａと第２マイクロ波発振器１２のＦＭ変調入力端子ＦＭａとに接続されており、矩形波発生器３２により発生された周波数ＦＭ１の矩形波が、変調信号として第１マイクロ波発振器１１と第２マイクロ波発振器１２とに入力する。
【0037】
ロックインアンプ２２には、矩形波発生器３２から出力された周波数ＦＭ１のＦＭ変調信号が入力する。ロックインアンプ２２は、矩形波発生器３２の、この出力信号に同期して、後述の微分ＯＤＭＲのアナログ信号を出力する。
【0038】
第１積分回路２３の出力端子は、第１ＡＤ変換器３４の入力端子と、第１マイクロ波発振器１１のＦＭ変調入力端子ＦＭｂに接続されている。他方で、第２積分回路２４の出力端子は、第２ＡＤ変換器３５の入力端子と、第２マイクロ波発振器１２のＦＭ変調入力端子ＦＭｂに接続されている。ロックインアンプ２２のＸＡ出力端子から出力されたアナログ信号である出力ＸＡは、第１積分回路２３で積分される。第１積分回路２３の積分出力ＩＸＡは、第１ＡＤ変換器３４と第１マイクロ波発振器１１とに入力する。他方で、ロックインアンプ２２のＹＡ出力端子から出力されたアナログ信号である出力ＹＡは、第２積分回路２４で積分される。第２積分回路２４の積分出力ＩＹＡは、第２ＡＤ変換器３５と第２マイクロ波発振器１２とに入力する。
【0039】
第１ＡＤ変換器３４は、第１積分回路２３から出力されたアナログ信号である積分出力ＩＸＡをデジタル信号に変換する。第２ＡＤ変換器３５は、第２積分回路２４から出力されたアナログ信号である積分出力ＩＹＡをデジタル信号に変換する。
【0040】
ロックインアンプ２２は、矩形波発生器３２から出力された周波数ＦＭ１のＦＭ変調信号に同期して、プリアンプ２１からの入力信号を検出する。ＭＣ３１は、監視部３１１と、第１帰還制御部３１２と、第２帰還制御部３１３と、磁場・温度算出部３１４とを備える。なお、磁場・温度算出部３１４は、磁場と温度との少なくとも一方を算出すればよく、磁場と温度との双方を算出することは必須ではない。
【0041】
第１帰還制御部３１２の出力端子は、第１マイクロ波発振器１１の基準周波数入力端子ＦＤに接続されている。第１帰還制御部３１２は、第１ＡＤ変換器３４から出力された第１デジタル信号に基づいて、第１マイクロ波発振器１１の基準周波数ＦＤ１を算出して第１マイクロ波発振器１１に出力する。基準周波数ＦＤ１は、ＯＤＭＲのピーク（共鳴周波数ＲＬ）の近似値に設定される。
【0042】
第２帰還制御部３１３の出力端子は、第２マイクロ波発振器１２の基準周波数入力端子ＦＤに接続されている。第２帰還制御部３１３は、第２ＡＤ変換器３５から出力された第２デジタル信号に基づいて、第２マイクロ波発振器１２の基準周波数ＦＤ２を算出して第２マイクロ波発振器１２に出力する。基準周波数ＦＤ２は、ＯＤＭＲのピーク（共鳴周波数ＲＨ）の近似値に設定される。
【0043】
第１帰還制御部３１２から出力された基準周波数ＦＤ１と第２帰還制御部３１３から出力された基準周波数ＦＤ２とは、監視部３１１に入力する。監視部３１１は、第１帰還制御部３１２から出力された基準周波数ＦＤ１と、第１ＡＤ変換器３４から出力されて第１帰還制御部３１２に入力した周波数（第１積分回路２３のアナログ出力がＡＤ変換されたものであり第１帰還制御部３１２の入力）との合計値を積算し、該積算値を監視する。他方で、監視部３１１は、第２帰還制御部３１３から出力された基準周波数ＦＤ２と、第２ＡＤ変換器３５から出力されて第２帰還制御部３１３に入力した周波数（第２積分回路２４のアナログ出力がＡＤ変換されたものであり第２帰還制御部３１３の入力）との合計値を積算し、該積算値を監視する。
【0044】
第１マイクロ波発振器１１には、第１帰還制御部３１２のデジタル出力である基準周波数ＦＤ１の信号と、矩形波発生器３２の矩形波出力である周波数ＦＭ１のＦＭ変調信号と、第１積分回路２３のアナログ出力である積分出力ＩＸＡとが入力される。第１マイクロ波発振器１１は、基準周波数ＦＤ１の信号を周波数ＦＭ１のＦＭ変調信号と積分出力ＩＸＡとで周波数変調した周波数ＦＡＬ（下記（４）式参照）のＦＭ変調波を出力する。
ＦＡＬ＝ＦＤ１＋ＩＸＡ＊α±ＦＤＥＶ …（４）
但し、αは、第１マイクロ波発振器１１のＦＭｂ端子への１Ｖの入力による周波数の偏移幅である。
ＦＡＬ＝ＦＤ１＋ＩＸＡ＊α±ＦＤＥＶ …（４）
但し、αは、第１マイクロ波発振器１１のＦＭｂ端子への１Ｖの入力による周波数の偏移幅である。
【0045】
第２マイクロ波発振器１２には、第２帰還制御部３１３のデジタル出力である基準周波数ＦＤ２の信号と、矩形波発生器３２の矩形波出力である周波数ＦＭ１のＦＭ変調信号と、第２積分回路２４のアナログ出力である積分出力ＩＹＡとが入力される。第２マイクロ波発振器１２は、基準周波数ＦＤ２の信号を周波数ＦＭ１のＦＭ変調信号と積分出力ＩＹＡとで周波数変調した周波数ＦＡＨ（下記（５）式参照）のＦＭ変調波を出力する。
ＦＡＨ＝ＦＤ２＋ＩＹＡ＊α±ＦＤＥＶ …（５）
但し、αは、第２マイクロ波発振器１２のＦＭｂ端子への１Ｖの入力による周波数の偏移幅である。
ＦＡＨ＝ＦＤ２＋ＩＹＡ＊α±ＦＤＥＶ …（５）
但し、αは、第２マイクロ波発振器１２のＦＭｂ端子への１Ｖの入力による周波数の偏移幅である。
【0046】
磁場・温度算出部３１４は、下記（６）式により磁場ＢＡを算出し、下記（７）式により温度ＴＡを算出する。
ＢＡ＝１／γ＊｛（ＦＤ１＋ＩＸＡ＊α）－（ＦＤ２＋ＩＹＡ＊α）｝ …（６）
ＴＡ＝１／Ｔ＊｛（（ＦＤ１＋ＩＸＡ＊α）＋（ＦＤ２＋ＩＹＡ＊α））／２｝ …（７）
γは磁気回転比（２８．０７ＭＨｚ/ｍＴ）である。ＴはＮＶセンタの温度係数（－７４．２ｋＨｚ/Ｋ）である。
ＢＡ＝１／γ＊｛（ＦＤ１＋ＩＸＡ＊α）－（ＦＤ２＋ＩＹＡ＊α）｝ …（６）
ＴＡ＝１／Ｔ＊｛（（ＦＤ１＋ＩＸＡ＊α）＋（ＦＤ２＋ＩＹＡ＊α））／２｝ …（７）
γは磁気回転比（２８．０７ＭＨｚ/ｍＴ）である。ＴはＮＶセンタの温度係数（－７４．２ｋＨｚ/Ｋ）である。
【0047】
図７は、２点のＯＤＭＲのピークの検出方法を説明するための波形図である。図７の上段の波形は、ＯＤＭＲの蛍光強度のスペクトルを示し、図７の下段の波形は、基準周波数ＦＤ１の信号を周波数ＦＭ１のＦＭ変調信号で周波数変調した場合に得られるＯＤＭＲの蛍光強度の変化率（以下、微分ＯＤＭＲという）のスペクトルを示す。この図の左側のＯＤＭＲのピークの周波数（共鳴周波数ＲＬ）は、基準周波数ＦＤ１の近似値であり、この図の右側のＯＤＭＲのピークの周波数（共鳴周波数ＲＨ）は、基準周波数ＦＤ２の近似値である。
【0048】
図７の下段左側に示す微分ＯＤＭＲが０になる周波数は共鳴周波数ＲＬと一致する。図７の下段左側に示す微分ＯＤＭＲは、ロックインアンプ２２のＸＡ出力端子からの出力である。他方で、図７の下段右側に示す微分ＯＤＭＲが０になる周波数は共鳴周波数ＲＨと一致する。図７の下段右側に示す微分ＯＤＭＲは、ロックインアンプ２２の出力端子ＹＡからの出力である。
【0049】
第１センサユニット１Ａでは、ロックインアンプ２２の出力端子ＸＡ，ＹＡからの出力ＸＡ，ＹＡを用いて、第１及び第２マイクロ波発振器１１，１２のマイクロ波の周波数ＦＡＬ，ＦＡＨを一組の共鳴周波数ＲＬ，ＲＨに同時に追随させ、温度ドリフトの影響を分離した磁場ＢＡを計測する。
【0050】
図８は、ＯＤＭＲと第１及び第２マイクロ波発振器１１，１２の出力パルスと矩形波発生器３２（図６参照）の出力パルスとの関係を示すシーケンスチャートである。このシーケンスチャートに示すように、第１マイクロ波発振器１１のＦＭ変調信号の周波数ＦＭ１と第２マイクロ波発振器１２のＦＭ変調信号の周波数ＦＭ１とは、同一である。他方で、第１マイクロ波発振器１１のＦＭ変調信号と第２マイクロ波発振器１２のＦＭ変調信号との位相は９０°異なる。また、スイッチ１３により第１マイクロ波発振器１１の出力と第２マイクロ波発振器１２の出力とを切り替えるスイッチング信号ＳＭＯＤの周波数は、周波数ＦＭ１の２倍である。さらに、当該スイッチング信号の変化点（立ち上がり位相及び立ち下がり位相）が、第１マイクロ波発振器１１及び第２マイクロ波発振器１２のＦＭ変調信号の変化点（立ち上がり位相及び立ち下がり位相）とは、４５°異なる。
【0051】
ここで、上述したロックインアンプ２２の出力ＸＡは、共鳴周波数ＲＬからのずれを表す値であり、下記（８）式で表される。また、上述したロックインアンプ２２の出力ＹＡは、共鳴周波数ＲＨからのずれを表す値であり、下記（９）式で表される。
ＸＡ＝Ｋ（（ＰＬＡ＋ＰＬＢ）／２－ＲＬ）…（８）
ＹＡ＝Ｋ（（ＰＨＡ＋ＰＨＢ）／２―ＲＨ）…（９）
但し、ＰＬＡは、共鳴周波数ＲＬの低周波側の動作点であり、下記（１０）式で表され、ＰＬＢは、共鳴周波数ＲＬの高周波側の動作点であり、下記（１１）式で表される。また、Ｋは比例定数である。
ＰＬＡ＝ＦＤ１＋ＩＸＡ＊α－ＦＤＥＶ…（１０）
ＰＬＢ＝ＦＤ１＋ＩＸＡ＊α＋ＦＤＥＶ…（１１）
また、ＰＨＡは、共鳴周波数ＲＨの低周波側の動作点であり、下記（１２）式で表され、ＰＨＢは、共鳴周波数ＲＨの高周波側の動作点であり、下記（１３）式で表される。
ＰＨＡ＝ＦＤ２＋ＩＹＡ＊α－ＦＤＥＶ…（１２）
ＰＨＢ＝ＦＤ２＋ＩＹＡ＊α＋ＦＤＥＶ…（１３）
ＸＡ＝Ｋ（（ＰＬＡ＋ＰＬＢ）／２－ＲＬ）…（８）
ＹＡ＝Ｋ（（ＰＨＡ＋ＰＨＢ）／２―ＲＨ）…（９）
但し、ＰＬＡは、共鳴周波数ＲＬの低周波側の動作点であり、下記（１０）式で表され、ＰＬＢは、共鳴周波数ＲＬの高周波側の動作点であり、下記（１１）式で表される。また、Ｋは比例定数である。
ＰＬＡ＝ＦＤ１＋ＩＸＡ＊α－ＦＤＥＶ…（１０）
ＰＬＢ＝ＦＤ１＋ＩＸＡ＊α＋ＦＤＥＶ…（１１）
また、ＰＨＡは、共鳴周波数ＲＨの低周波側の動作点であり、下記（１２）式で表され、ＰＨＢは、共鳴周波数ＲＨの高周波側の動作点であり、下記（１３）式で表される。
ＰＨＡ＝ＦＤ２＋ＩＹＡ＊α－ＦＤＥＶ…（１２）
ＰＨＢ＝ＦＤ２＋ＩＹＡ＊α＋ＦＤＥＶ…（１３）
【0052】
４点の動作点ＰＬＡ，ＰＬＢ，ＰＨＡ，ＰＨＢは、ＯＤＭＲの共鳴周波数の近傍のスペクトルにおける「谷」の両斜面上で同じ蛍光強度の点であり、第１及び第２マイクロ波発振器１１，１２のＦＭ変調信号の１周期内で９０°ずつ位相をずらして出現する。
【0053】
ロックインアンプ２２の出力ＸＡ，ＹＡは、相互に直交位相成分の関係にある。出力ＸＡを積分した積分出力ＩＸＡが第１マイクロ波発振器１１のＦＭ変調入力端子ＦＭｂに入力されることにより第１マイクロ波発振器１１のマイクロ波の周波数ＦＡＬが制御される。また、ＹＡを積分した積分出力ＩＹＡが第２マイクロ波発振器１２のＦＭ変調入力端子ＦＭｂに入力されることにより第２マイクロ波発振器１２のマイクロ波の周波数ＦＡＨが制御される。これにより、第１及び第２マイクロ波発振器１１，１２のマイクロ波の周波数ＦＡＬ，ＦＡＨの帰還制御を相互に独立に実施できる。
【0054】
ここで、第１マイクロ波発振器１１のマイクロ波の周波数ＦＡＬを共鳴周波数ＲＬに追随させるためには、共鳴周波数ＲＬの動作点ＰＬＡ，ＰＬＢの中央値（ＰＬＡ＋ＰＬＢ）／２からの変化量が、ＯＤＭＲスペクトルの「谷」のピークに対する半値半幅Ｈ／２程度以内である必要がある。Ｈは、半値全幅であり、ダイヤモンド素子２ＡのＮＶセンタの特性により異なるが、一般的には数百ｋＨｚ～数ＭＨｚの範囲である。
【0055】
同様に、第２マイクロ波発振器１２のマイクロ波の周波数ＦＡＨを共鳴周波数ＲＨに追随させるためには、共鳴周波数ＲＨの動作点ＰＨＡ，ＰＨＢの中央値（ＰＨＡ＋ＰＨＢ）／２からの変化量が、ＯＤＭＲスペクトルの「谷」のピークに対する半値半幅Ｈ／２程度以内である必要がある。
【0056】
特に、電気自動車の出力電流のレンジの拡大に伴う測定レンジの拡大に対応するために、第１及び第２マイクロ波発振器１１，１２のマイクロ波の周波数ＦＡＬ，ＦＡＨを、動作点ＰＬＡ，ＰＬＢ，ＰＨＡ，ＰＨＢの１ＧＨｚ以上の変動に追随して遷移させる必要がある。そこで、本実施形態では、以下説明するように、第１積分回路２３のアナログ出力を、共鳴周波数ＲＬの変動時間よりは十分に短い一定時間毎に、第１ＡＤ変換器３４によりＡＤ変換し、第１マイクロ波発振器１１の基準周波数ＦＤ１に帰還制御する。また、第２積分回路２４のアナログ出力を、共鳴周波数ＲＨの変動時間よりは十分に短い一定時間毎に、第２ＡＤ変換器３５によりＡＤ変換し、第２マイクロ波発振器１２の基準周波数ＦＤ２に帰還制御する。
【0057】
図９は、共鳴周波数ＲＬが変動した場合における第１積分回路２３のアナログ出力及び基準周波数ＦＤ１の変動を示すタイミングチャートである。なお、共鳴周波数ＲＬが変動した場合における第１積分回路２３のアナログ出力及び基準周波数ＦＤ１の変動について説明するが、共鳴周波数ＲＨが変動した場合における第２積分回路２４のアナログ出力及び基準周波数ＦＤ２の変動も同様である。
【0058】
図９のタイミングチャートに示すように、共鳴周波数ＲＬの変化量がＯＤＭＲのピークの半値半幅Ｈ／２以内であれば、第１積分回路２３のアナログ出力は、共鳴周波数ＲＬに必ず追随して変化する。しかしながら、共鳴周波数ＲＬの変化量が半値半幅Ｈ／２を超える場合は、第１積分回路２３のアナログ出力は、共鳴周波数ＲＬに追随できなくなる場合が生じる。そこで、共鳴周波数ＲＬの変化量が半値半幅Ｈ／２の一定割合以上の場合には、基準周波数ＦＤ１を半値半幅Ｈ／２の一定割合だけ変化させる。ここで一定割合とは１未満の定数である。これにより第１積分回路２３のアナログ出力は０に戻る。共鳴周波数ＲＬの変化量がさらに増大して半値半幅Ｈ／２の一定割合に達する場合には、基準周波数ＦＤ１をさらに半値半幅Ｈ／２の一定割合だけ変化させる。これにより第１積分回路２３のアナログ出力は０に戻る。このように共鳴周波数ＲＬの変化量に合わせて基準周波数ＦＤ１を変化させることを繰り返すことにより、第１積分回路２３の出力を、第１マイクロ波発振器１１の周波数変調幅として、ＯＤＭＲのピークの半値半幅Ｈ／２の一定割合に対応した値以内に抑えることができる。
【0059】
ここで、第１積分回路２３から第１マイクロ波発振器１１のＦＭ変調入力端子ＦＭｂへの制御パスはアナログ信号であることから、共鳴周波数ＲＬの変化に高速に追随できる。しかしながら、帰還制御、基準周波数ＦＤ１の更新、基準周波数ＦＤ１の更新に基づく第１マイクロ波発振器１１のマイクロ波の周波数ＦＡＬの変化は、第１ＡＤ変換器３４におけるＡＤ変換とその結果のデジタル信号処理を伴うデジタル信号のパスであることから、一定の遅延を伴う。このため、基準周波数ＦＤ１を監視するだけでは動作点ＰＬＡ，ＰＬＢを監視していることにはならない。
【0060】
また、第２積分回路２４から第２マイクロ波発振器１２のＦＭ変調入力端子ＦＭｂへの制御パスはアナログ信号であることから、共鳴周波数ＲＨの変化に高速に追随できる。しかしながら、帰還制御、基準周波数ＦＤ２の更新、基準周波数ＦＤ２の更新に基づく第２マイクロ波発振器１２のマイクロ波の周波数ＦＡＨの変化は、第２ＡＤ変換器３５におけるＡＤ変換とその結果のデジタル信号処理とを伴うデジタル信号のパスであることから、一定の遅延を伴う。このため、基準周波数ＦＤ２を監視するだけでは動作点ＰＨＡ，ＰＨＢを監視していることにはならない。
【0061】
そこで、本実施形態では、電池残量を正確に計測するために、監視部３１１が、第１帰還制御部３１２から出力された基準周波数ＦＤ１と、第１ＡＤ変換器３４から出力されて第１帰還制御部３１２に入力した周波数（第１積分回路２３のアナログ出力がＡＤ変換されたものであり第１帰還制御部３１２の入力）との合計値を積算し、該積算値を監視する。また、監視部３１１が、第２帰還制御部３１３から出力された基準周波数ＦＤ２と、第２ＡＤ変換器３５から出力されて第２帰還制御部３１３に入力した周波数（第２積分回路２４のアナログ出力がＡＤ変換されたものであり第２帰還制御部３１３の入力）との合計値を積算し、該積算値を監視する。
【0062】
以上説明したように、本実施形態に係るセンサ１では、第１及び第２センサユニット１Ａ，１Ｂにより、温度ドリフトの影響を分離した磁場ＢＡ，ＢＢを計測することができる。従って、計測された磁場ＢＡ，ＢＢの差分を演算して当該差分に基づいてバスバ９の電流による磁場ＢＩを求めることにより、ダイヤモンド素子２Ａ，２Ｂの位置による温度差にかかわらず、外部磁場ＢＯの影響を抑えた高精度な磁場ＢＩの計測を実現できる。
【0063】
特に、本実施形態に係るセンサ１では、第１センサユニット１Ａのダイヤモンド素子２Ａと第２センサユニット１Ｂのダイヤモンド素子２Ｂとが、バスバ９を挟んで対向するように配されている。また、ダイヤモンド素子２Ａとバスバ９の下面との距離とダイヤモンド素子２Ｂとバスバ９の上面との距離とが等しく設定されている。これにより、第１及び第２センサユニット１Ａ，１Ｂにより、バスバ９周囲の磁場及び温度を計測できる。また、バスバ９の上下両側の温度勾配を計測できる。
【0064】
また、第１及び第２センサユニット１Ａ，１Ｂでは、ダイヤモンド素子２Ａ，２Ｂから発せられる赤色蛍光ＲＬが光センサ４Ａ，４Ｂで検出された後、ロックイン検出装置２０Ａから周波数制御装置３０Ａを介してマイクロ波発生装置１０Ａに至る帰還制御及びロックイン検出装置２０Ｂから周波数制御装置３０Ｂを介してマイクロ波発生装置１０Ｂに至る帰還制御によりマイクロ波の周波数ＦＡＬ，ＦＡＨ，ＦＢＬ，ＦＢＨが制御される。この制御においては、ダイヤモンド素子２Ａ，２ＢのＯＤＭＲスペクトルの”谷”の中心位置を追跡しているのであって、”谷”の深さや”谷”の幅などの細部の特性がダイヤモンド素子２Ａと２Ｂとで相互に若干異なっても影響が無い。従って、ダイヤモンド素子２Ａ，２Ｂの特性のばらつきにかかわらず、外部磁場ＢＯの影響を抑えた高精度な磁場ＢＩの計測を実現できる。また、ロックインアンプ２２の出力ＸＡ，ＹＡを第１及び第２積分回路２３，２４で積分してから直接、第１及び第２マイクロ波発振器１１，１２に帰還することによる、ロックイン検出装置２０Ａからマイクロ波発生装置１０Ａに直接に帰還する制御、及び、ロックイン検出装置２０Ｂからマイクロ波発生装置１０Ｂに直接に帰還する制御が可能であるので、第１及び第２マイクロ波発振器１１，１２のマイクロ波の周波数ＦＡＬ，ＦＡＨ，ＦＢＬ，ＦＢＨを高速で共鳴周波数ＲＬ，ＲＨに追随させることができる。
【0065】
また、本実施形態に係るセンサ１では、ロックイン検出装置２０Ａ，２０Ｂの出力を周波数制御装置３０Ａ，３０Ｂに入力させる。そして、ロックイン検出装置２０Ａ，２０Ｂの出力が、ＯＤＭＲの半値半幅Ｈ／２の１未満の一定割合以上である場合に、マイクロ波発生装置１０Ａ，１０Ｂの基準周波数を変化させる。これにより、ＯＤＭＲのピークの変動レンジがＯＤＭＲのピークの半値半幅Ｈ／２を超える程大きい場合でも、ＯＤＭＲのピークの変動に追随してマイクロ波発生装置１０Ａ，１０Ｂの周波数ＦＡＬ，ＦＡＨ，ＦＢＬ，ＦＢＨを調整することができる。従って、ダイナミックレンジの大きい外乱への追随も可能になり、電気自動車のバスバ９の漏洩電流等の高精度な検出も可能となる。また、ロックイン検出装置２０Ａ，２０Ｂ出力は、光センサ４Ａ，４Ｂの出力変化を積分したものであり、ダイヤモンド素子２Ａ，２Ｂで検知される磁場・温度変化を積分したものとなっている。このため過渡的に急激な磁場・温度変化が生じたとしても、ロックイン検出装置２０Ａ，２０Ｂの出力には積分時定数で平滑化された変化しか現れない。このため、周波数制御装置３０Ａ，３０Ｂが上記積分時定数よりは十分に短い時間間隔でロックイン検出装置２０Ａ，２０Ｂ出力及びその計測結果に基づいて周波数制御装置３０Ａ，３０Ｂがマイクロ波発生装置１０Ａ，１０Ｂに指示する基準周波数の変更指示を積算することにより、磁場・温度の正確な積算が可能である。このため、過渡的には、上記負帰還回路の帰還制御に遅れが生じたとしても、ある時間が経過後に、上記負帰還回路の帰還制御が追随すれば、電流の積分値は正確に計測できていることになる。よって、電気自動車において特に重要となるバッテリからの電荷の充放電量の正確な把握が可能になる。
【0066】
また、本実施形態に係るセンサ１では、第１マイクロ波発振器１１のＦＭ変調信号と第２マイクロ波発振器１２のＦＭ変調信号とは、互いに位相が９０°異なる。また、スイッチ１３により、第１マイクロ波発振器１１と第２マイクロ波発振器１２の出力とを切り替えるスイッチング信号ＳＭＯＤの周波数は、第１及び第２マイクロ波発振器１１，１２のＦＭ変調信号の周波数ＦＭ１の２倍である。さらに、当該スイッチング信号の変化点（立ち上がり位相及び立ち下がり位相）が、第１マイクロ波発振器１１及び第２マイクロ波発振器１２のＦＭ変調信号の変化点（立ち上がり位相及び立ち下がり位相）とは４５°異なる。これにより、第１及び第２センサユニット１Ａ，１Ｂのそれぞれに１個のロックインアンプ２２を設ければよく、第１及び第２センサユニット１Ａ，１Ｂの装置構成を簡素化できる。
【0067】
また、本実施形態に係るセンサ１では、一対の第１及び第２磁石６，７がバスバ９を挟んで対向するように配してバスバ９の周囲に静磁場を印加することにより、常に、共鳴周波数ＲＬ，ＲＨのスプリット（ＲＬ－ＲＨ）を所定値（＞０）以上に維持している。これによって、共鳴周波数ＲＬ，ＲＨのスプリットが減少する方向に大きく変化した場合であっても、スプリットを確保でき、スプリットで規定される磁場ＢＡ，ＢＢを計測できる。
【0068】
また、本実施形態に係るセンサ１では、ダイヤモンド素子２Ａ，２Ｂがバスバ９を挟んで対向するように配したことにより、バスバ９がダイヤモンド素子２Ａ，２Ｂ間で電磁シールドとして機能する。これにより、第１及び第２センサユニット１Ａ，１Ｂの相互間でマイクロ波の干渉を防止できる。
【0069】
また、本実施形態に係るセンサ１では、第１センサユニット１Ａと第２センサユニット１Ｂとで光学系８の光源８１を共通にしたことにより、光源８１の同相ノイズに対して不感とすることができる。
【0070】
図１０は、本発明の他の実施形態に係るセンサ１’の概略を示す図である。なお、上述の実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、上述の実施形態についての説明を援用する。
【0071】
図１０に示すように、本実施形態のセンサ１’では、第１センサユニット１Ａのダイヤモンド素子２Ａと第２センサユニット１Ｂのダイヤモンド素子２Ｂとが、バスバ９をその厚み方向に挟んで対向するように配されている。ここで、ダイヤモンド素子２Ａ，２Ｂの＜１１１＞方向が、バスバ９の上下面に対して垂直に配されている。図１では＜１１１＞方向がバスバ９の上下面に平行に配置されていたが、このように垂直に配されても、ダイヤモンド素子２Ａ，２Ｂの複数のＮＶ軸は、バスバ９の上下面に平行な成分を有するＮＶ軸を含む。なぜなら図２に示すようにＮＶ軸は必ず４方位を有するからである。図１と同様に、第１磁石６と第２磁石７とは、ダイヤモンド素子２Ａ，２Ｂを挟んでバスバ９の上下面に平行な方向の静磁場をダイヤモンド素子２Ａ，２Ｂに印加する。それに対して、アンテナ５Ａ，５Ｂは、バスバ９の電流の方向に対して直交する方位のＮＶ軸に対して直交する方向にマイクロ波磁場を放射する。
【0072】
図１１は、本発明の他の実施形態に係るセンサ１”の概略を示す図である。なお、上述の実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、上述の実施形態についての説明を援用する。
【0073】
図１１に示すように、本実施形態のセンサ１”は、第１及び第２センサユニット１Ａ，１Ｂに加えて、第３及び第４センサユニット１Ｃ，１Ｄを備える。第１及び第２センサユニット１Ａ，１Ｂの構成は、上述の実施形態のセンサ１’と同様である。
【0074】
第３センサユニット１Ｃは、ダイヤモンド素子２Ｃと、光センサ４Ｃと、アンテナ５Ｃと、制御装置１００Ｃとを備える。ダイヤモンド素子２Ｃは、ＮＶセンタを有し、バスバ９の一方の側面（図中の左側面）に近接して配されている。光学系８は、励起光として緑色光ＧＬをダイヤモンド素子２Ｃに照射する。光センサ４Ｃは、ＮＶセンタの電子スピン共鳴に起因して生じる光信号を検知する。アンテナ５Ｃは、ダイヤモンド素子２Ｃに周波数可変のマイクロ波磁場を放射する。制御装置１００Ｃは、マイクロ波発生装置１０Ｃと、ロックイン検出装置２０Ｃと、周波数制御装置３０Ｃとを備える。マイクロ波発生装置１０Ｃは、アンテナ５Ｃにマイクロ波を供給する。ロックイン検出装置２０Ｃの機能は、上述のロックイン検出装置２０Ａ，２０Ｂと同様であり、周波数制御装置３０Ｃの機能は、上述の周波数制御装置３０Ａ，３０Ｂの機能と同様である。
【0075】
第４センサユニット１Ｄは、ダイヤモンド素子２Ｄと、光センサ４Ｄと、アンテナ５Ｄと、制御装置１００Ｄとを備える。ダイヤモンド素子２Ｄは、ＮＶセンタを有し、バスバ９の他方の側面（図中の右側面）に近接して配されている。光学系８は、励起光として緑色光ＧＬをダイヤモンド素子２Ｄに照射する。光センサ４Ｄは、ＮＶセンタの電子スピン共鳴に起因して生じる光信号を検知する。アンテナ５Ｄは、ダイヤモンド素子２Ｄに周波数可変のマイクロ波磁場を放射する。制御装置１００Ｄは、マイクロ波発生装置１０Ｄと、ロックイン検出装置２０Ｄと、周波数制御装置３０Ｄとを備える。マイクロ波発生装置１０Ｄは、アンテナ５Ｄにマイクロ波を供給する。ロックイン検出装置２０Ｄの機能は、上述のロックイン検出装置２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃと同様であり、周波数制御装置３０Ｄの機能は、上述の周波数制御装置３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃの機能と同様である。
【0076】
ダイヤモンド素子２Ｃとダイヤモンド素子２Ｄとが、バスバ９を電流の方向に対して直交する方向に挟んで対向するように配されている。ここで、ダイヤモンド素子２Ｃ，２Ｄの＜１１１＞方向が、バスバ９の側面に対して平行に配されている。ダイヤモンド素子２Ｃ，２Ｄの複数のＮＶ軸は、バスバ９の電流の方向に対して直交する方位のＮＶ軸を含む。それに対して、アンテナ５Ｃ，５Ｄは、ダイヤモンド素子２Ｃ，２Ｄのバスバ９の電流の方向に対して直交する方位のＮＶ軸に対して直交する方向にマイクロ波磁場を放射する。
【0077】
第１磁石６及び第２磁石７は、バスバ９の厚み方向にダイヤモンド素子２Ａ，２Ｂ及びバスバ９を挟むように配されており、ダイヤモンド素子２Ａ～２Ｄのバスバ９の電流の方向に対して直交する方位のＮＶ軸に対して平行な方向に静磁場を印加する。
【0078】
演算処理装置２００は、バスバ９の電流による磁場ＢＩを下記（１４）式により算出する。
ＢＩ＝（（ＢＤ－ＢＣ）＋（ＢＢ－ＢＡ）／β）／４…（１４）
ただし、ＢＡは第１センサユニット１Ａで計測される磁場であり、下記（１５）式により算出される。また、ＢＢは第２センサユニット１Ｂで計測される磁場であり、下記（１６）式により算出される。また、βは、バスバ９に流れる電流から生じる磁場ＢＩがダイヤモンド素子２Ａ，２Ｂの＜１１１＞方向に対し垂直に印加されることによる第１及び第２センサユニット１Ａ，１Ｂの感度低下を考慮して設定された定数である。この定数βは、事前のキャリブレーションまたはシミュレーションにより推定される。また、ＢＣは第３センサユニット１Ｃで計測される磁場であり、下記（１７）式により算出される。また、ＢＤは第４センサユニット１Ｄで計測される磁場であり、下記（１８）式により算出される。
ＢＡ＝－β×ＢＩ＋ＢＯ…（１５）
ＢＢ＝β×ＢＩ＋ＢＯ…（１６）
ＢＣ＝－ＢＩ＋ＢＯ…（１７）
ＢＤ＝ＢＩ＋ＢＯ…（１８）
ＢＩ＝（（ＢＤ－ＢＣ）＋（ＢＢ－ＢＡ）／β）／４…（１４）
ただし、ＢＡは第１センサユニット１Ａで計測される磁場であり、下記（１５）式により算出される。また、ＢＢは第２センサユニット１Ｂで計測される磁場であり、下記（１６）式により算出される。また、βは、バスバ９に流れる電流から生じる磁場ＢＩがダイヤモンド素子２Ａ，２Ｂの＜１１１＞方向に対し垂直に印加されることによる第１及び第２センサユニット１Ａ，１Ｂの感度低下を考慮して設定された定数である。この定数βは、事前のキャリブレーションまたはシミュレーションにより推定される。また、ＢＣは第３センサユニット１Ｃで計測される磁場であり、下記（１７）式により算出される。また、ＢＤは第４センサユニット１Ｄで計測される磁場であり、下記（１８）式により算出される。
ＢＡ＝－β×ＢＩ＋ＢＯ…（１５）
ＢＢ＝β×ＢＩ＋ＢＯ…（１６）
ＢＣ＝－ＢＩ＋ＢＯ…（１７）
ＢＤ＝ＢＩ＋ＢＯ…（１８）
【0079】
本実施形態のセンサ１”によれば、外部磁場ＢＯの影響をより精密に除去してバスバ９の電流による磁場ＢＩを計測できる。
【0080】
図１２は、本発明の他の実施形態に係るセンサ１Ｙの概略を示す図である。なお、上述の実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、上述の実施形態についての説明を援用する。
【0081】
図１２に示すように、本実施形態のセンサ１Ｙは、第１～第４センサユニット１Ａ～１Ｄを備える。第１センサユニット１Ａのダイヤモンド素子２Ａと第２センサユニット１Ｂのダイヤモンド素子２Ｂとは、バスバ９をその厚み方向に挟んで対向している。ここで、ダイヤモンド素子２Ａは、バスバ９の下面に近接され、ダイヤモンド素子２Ｂは、バスバ９の上面に近接されている。
【0082】
第３センサユニット１Ｃのダイヤモンド素子２Ｃと第４センサユニット１Ｄのダイヤモンド素子２Ｄとは、バスバ９及びダイヤモンド素子２Ａ，２Ｂをバスバ９の厚み方向に挟むように配されている。ここで、ダイヤモンド素子２Ｃとバスバ９との距離は、ダイヤモンド素子２Ａとバスバ９との距離よりも長い。また、ダイヤモンド素子２Ｄとバスバ９との距離は、ダイヤモンド素子２Ｂとバスバ９との距離よりも長い。
【0083】
図１３は、図１２に示す第１～第４センサユニット１Ａ～１Ｄにより計測される磁場の変化を示す図である。この図には、バスバ９の電流が同一である場合に第１～第４センサユニット１Ａ～１Ｄにより計測される磁場の変化を示している。また、この図の横軸はマイクロ波の周波数であり、この図の縦軸はＯＤＭＲ（蛍光強度）である。
【0084】
図１３に示すように、バスバ９の電流によってバスバ９の周囲に発生する磁場ＢＩの大きさは、バスバ９から離れるほど小さくなる。他方で、バスバ９の電流の急激な変化は、バスバ９の近傍の第１及び第２センサユニット１Ａ，１Ｂでは大きな磁場の変化として出現する。そのため、バスバ９の電流の急激な変化に第１及び第２センサユニット１Ａ，１Ｂのマイクロ波の周波数ＦＡＬ，ＦＡＨ，ＦＢＬ，ＦＢＨを追随させるのが困難になることも考えられる。他方で、バスバ９から離間した第３及び第４センサユニット１Ｃ，１Ｄに出現する磁場の変化は小さい。
【0085】
そこで、本実施形態では、バスバ９の電流に急激な変化があった場合には、第３及び第４センサユニット１Ｃ，１Ｄを使用することで、バスバ９の電流の急激な変化にセンサ１Ｙの磁気計測を追随させる。具体的には、演算処理装置２００（図１等参照）が、（ＩＹＡ－ＩＸＡ）－（ＩＹＢ－ＩＸＢ）の絶対値を算出し、算出した値が一定の短時間内に所定値を超える変化を示した場合には、バスバ９の電流に急激な変化があったと判断し、第３及び第４センサユニット１Ｃ，１Ｄの出力を用いて磁場ＢＩを算出する。
【0086】
上述したように、ＩＸＡは、第１センサユニット１Ａにおける一組の動作点ＰＬＡ，ＰＬＢの共鳴周波数ＲＬからのずれを表す出力ＸＡの積分値であり、ＩＹＡは、第１センサユニット１Ａにおける一組の動作点ＰＨＡ，ＰＨＢの共鳴周波数ＲＨからのずれを表す出力ＹＡの積分値である。同様に、ＩＸＢは、第２センサユニット１Ｂにおける一組の動作点ＰＬＡ，ＰＬＢの共鳴周波数ＲＬからのずれを表す出力ＸＢの積分値であり、ＩＹＢは、第２センサユニット１Ｂにおける一組の動作点ＰＨＡ，ＰＨＢの共鳴周波数ＲＨからのずれを表す出力ＹＢの積分値である。（ＩＹＡ－ＩＸＡ）－（ＩＹＢ－ＩＸＢ）の絶対値の増大は、第１積分回路２３及び第２積分回路２４による第１及び第２センサユニット１Ａ，１Ｂの動作点ＰＬＡ，ＰＬＢ，ＰＨＡ，ＰＨＢへのフィードバックの増大を表している。即ち、（ＩＹＡ－ＩＸＡ）－（ＩＹＢ－ＩＸＢ）の絶対値の急激な増大は、バスバ９の電流に急激な変化が生じたことを表している。
【0087】
ここで、（ＩＹＡ－ＩＸＡ）の絶対値、或いは（ＩＹＢ－ＩＸＢ）の絶対値を観測する場合には外部磁場ＢＯの影響が観測に及ぶ。それに対して、（ＩＹＡ－ＩＸＡ）－（ＩＹＢ－ＩＸＢ）の絶対値を観測することにより、外部磁場ＢＯという雑音の影響を除去し、バスバ９の電流で発生する磁場ＢＩの大きさを精度良く計測できる。
【0088】
図１４は、本発明の他の実施形態に係るセンサ１Ｚの概略を示す図である。なお、上述の実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、上述の実施形態についての説明を援用する。
【0089】
図１４に示すように、本実施形態のセンサ１Ｚは、第１～第４センサユニット１Ａ～１Ｄを備える。第１センサユニット１Ａのダイヤモンド素子２Ａと第３センサユニット１Ｃのダイヤモンド素子２Ｃとがバスバ９の上面側においてバスバ９の幅方向に並べて配されている。他方で、第２センサユニット１Ｂのダイヤモンド素子２Ｂと第４センサユニット１Ｄのダイヤモンド素子２Ｄとがバスバ９の下面側においてバスバ９の幅方向に並べて配されている。また、ダイヤモンド素子２Ａとダイヤモンド素子２Ｄとがバスバ９をその厚み方向に挟んで対向するように配され、ダイヤモンド素子２Ｃとダイヤモンド素子２Ｂとがバスバ９をその厚み方向に挟んで対向するように配されている。
【0090】
図１５は、図１４に示す第１～第４センサユニット１Ａ～１Ｄにより出力されるＯＤＭＲスペクトルを示す図である。この図に示すように、第１及び第２センサユニット１Ａ，１ＢのＯＤＭＲスペクトルの「谷」の幅は、第３及び第４センサユニット１Ｃ，１ＤのＯＤＭＲスペクトルの「谷」の幅よりも狭い。ここで、この「谷」の幅が狭いほど、上記（８），（９）式の比例定数Ｋが大きくなる。この比例定数Ｋが大きくなるほど、信号対雑音比が向上する。しかしながら、比例定数Ｋが大きくなるほど、センサ出力が最大値に達した状態（飽和状態）になり易くなる。このため、上述の実施形態のセンサ１Ｙと同様、本実施形態では、バスバ９の電流に急激な変化があった場合には、第３及び第４センサユニット１Ｃ，１Ｄを使用することで、バスバ９の電流の急激な変化にセンサ１Ｙの磁気計測を追随させる。具体的には、演算処理装置２００（図１等参照）が、（ＩＹＡ－ＩＸＡ）－（ＩＹＢ－ＩＸＢ）の絶対値を算出し、算出した値が一定の短時間内に所定値を超える変化を示した場合には、バスバ９の電流に急激な変化があったと判断し、第３及び第４センサユニット１Ｃ，１Ｄの出力を用いて磁場ＢＩを算出する。
【0091】
以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更を加えてもよいし、適宜公知や周知の技術を組み合わせてもよい。
【0092】
例えば、本実施形態では、励振対象のカラーセンタを有する素子はＮＶセンタを有するダイヤモンド素子としたが、当該素子を、スズ（Ｓｎ）と空孔とからなるＳｎＶカラーセンタを有するダイヤモンド素子、シリコン（ケイ素）（Ｓｉ）と空孔とからなるＳｉＶカラーセンタを有するダイヤモンド素子、又はゲルマニウム（Ｇｅ）と空孔とからなるＧｅＶカラーセンタを有するダイヤモンド素子等の他のものにしてもよい。
【符号の説明】
【0093】
１，１’， １”， １Ｙ，１Ｚ：センサ
１Ａ ：第１センサユニット（第１磁気センサ）
１Ｂ ：第２センサユニット（第２磁気センサ）
１Ｃ ：第３センサユニット（第３磁気センサ）
１Ｄ ：第４センサユニット（第４磁気センサ）
２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ ：ダイヤモンド素子（素子）
４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ ：光センサ
５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ ：アンテナ
６，７ ：磁石（磁石対）
８ ：光学系
９ ：バスバ（電流線）
１１ ：第１マイクロ波発振器
１２ ：第２マイクロ波発振器
１３ ：スイッチ
２２ ：ロックインアンプ
２３ ：第１積分回路
２４ ：第２積分回路
８１ ：光源
１００Ａ，１００Ｂ ：制御装置（制御部）
１００Ｃ，１００Ｄ ：制御装置（制御部）
２００ ：演算処理装置（演算装置）
３１４ ：磁場・温度算出部
ＢＡ，ＢＢ，ＢＣ，ＢＤ，ＢＩ：磁場（出力）
ＦＡＬ ：周波数（第１マイクロ波の周波数）
ＦＡＨ ：周波数（第２マイクロ波の周波数）
ＳＭＯＤ ：スイッチング信号
ＴＡ，ＴＢ ：温度（出力）
ＦＭ１ ：周波数（所定の変調周波数）
ＸＡ ：出力（第１出力）
ＹＡ ：出力（第２出力）
ＩＸＡ ：積分出力（第１積分出力）
ＩＹＡ ：積分出力（第２積分出力）
ＧＬ ：緑色光（励起光）
ＲＬ ：赤色蛍光（蛍光）
１Ａ ：第１センサユニット（第１磁気センサ）
１Ｂ ：第２センサユニット（第２磁気センサ）
１Ｃ ：第３センサユニット（第３磁気センサ）
１Ｄ ：第４センサユニット（第４磁気センサ）
２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ ：ダイヤモンド素子（素子）
４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ ：光センサ
５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ ：アンテナ
６，７ ：磁石（磁石対）
８ ：光学系
９ ：バスバ（電流線）
１１ ：第１マイクロ波発振器
１２ ：第２マイクロ波発振器
１３ ：スイッチ
２２ ：ロックインアンプ
２３ ：第１積分回路
２４ ：第２積分回路
８１ ：光源
１００Ａ，１００Ｂ ：制御装置（制御部）
１００Ｃ，１００Ｄ ：制御装置（制御部）
２００ ：演算処理装置（演算装置）
３１４ ：磁場・温度算出部
ＢＡ，ＢＢ，ＢＣ，ＢＤ，ＢＩ：磁場（出力）
ＦＡＬ ：周波数（第１マイクロ波の周波数）
ＦＡＨ ：周波数（第２マイクロ波の周波数）
ＳＭＯＤ ：スイッチング信号
ＴＡ，ＴＢ ：温度（出力）
ＦＭ１ ：周波数（所定の変調周波数）
ＸＡ ：出力（第１出力）
ＹＡ ：出力（第２出力）
ＩＸＡ ：積分出力（第１積分出力）
ＩＹＡ ：積分出力（第２積分出力）
ＧＬ ：緑色光（励起光）
ＲＬ ：赤色蛍光（蛍光）
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】