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特許7525846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
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-07-23
(45)【発行日】2024-07-31
(54)【発明の名称】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
(51)【国際特許分類】
H01F 41/00 20060101AFI20240724BHJP
G01R 33/02 20060101ALI20240724BHJP
【ＦＩ】
H01F41/00 D
G01R33/02 Z
【請求項の数】
9
(21)【出願番号】P 2020187051
(22)【出願日】2020-11-10
(65)【公開番号】P2022076602
(43)【公開日】2022-05-20
【審査請求日】2023-06-20
【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）平成３０年度、国立研究開発法人科学技術振興機構、産学共創プラットフォーム共同研究推進プログラム委託事業、「超スマート社会実現のカギを握る革新的半導体技術を基盤としたエネルギーイノベーションの創出に関する国立大学法人京都大学による研究開発」、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願
(73)【特許権者】
【識別番号】000107804
【氏名又は名称】スミダコーポレーション株式会社
(73)【特許権者】
【識別番号】504132272
【氏名又は名称】国立大学法人京都大学
(74)【代理人】
【識別番号】100114971
【弁理士】
【氏名又は名称】青木 修
(72)【発明者】
【氏名】浜田 真吾
(72)【発明者】
【氏名】大塚 努
(72)【発明者】
【氏名】芳井 義治
(72)【発明者】
【氏名】水落 憲和
【審査官】井上 健一
(56)【参考文献】
【文献】特開平８－７５８３４（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１６／０１０４５６７（ＵＳ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１１／１４８２９１（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｆ ４１／００
Ｇ０１Ｒ ３３／０２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
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。
【請求項2】
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。
【請求項3】
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。
【請求項4】
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。
【請求項5】
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。
【請求項6】
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Ｂ２、前記１次側コイルの印加磁場をＢ０、前記印加磁場の周波数をｆ、真空の透磁率をμ０、前記１次側コイルの巻数をＮ１、前記１次側コイルにおける第ｉ巻きのコイル径をｒ１（ｉ）、前記１次側コイルの磁性体コアの実効磁心断面積をＳａ、前記１次側コイルの前記磁性体コアの実効比透磁率をμａ、前記２次側コイルの層数をＭ２、前記２次側コイルにおける第ｊ層の巻数をｎ２（ｊ）、前記２次側コイルにおける第ｊ層のコイル長さをｌ２（ｊ）、前記２次側コイルにおける第ｊ層のコイル径をｒ２（ｊ）、前記１次側コイルのインピーダンスをＺ１、前記２次側コイルのインピーダンスをＺ２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。【数1】
【請求項7】
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。
【請求項8】
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。
【請求項9】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
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。
【背景技術】
【0002】
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）。
【0003】
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）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開平８－７５８３４号公報
【文献】特開２０２０－８２９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
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。
【0006】
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。
【課題を解決するための手段】
【0007】
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。
【0008】
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。
【0009】
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。
【0010】
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。
【発明の効果】
【0011】
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。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、図に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
【0014】
実施の形態１．
【0015】
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。
【0016】
【0017】
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。
【0018】
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。
【0019】
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。
【0020】
【0021】
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Ｍ１，Ｍ２）となるように導線が単一方向に巻回されている。
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
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Ｎ１，Ｎ２、導線線径φ１，φ２、および導線電気抵抗率ρを含む。
【0030】
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Ｓｍ、磁心比透磁率μｒ、磁心長さ（コイル軸方向の長さ）ｌｍ、実質磁心半径ｒｍなどを含む。なお、コイル長ｌ１は、１次側コイル１１１の巻線部分の軸方向長さよりｌｍのほうが長い場合には、ｌｍと同値とされる。
【0031】
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≦Ｎ１）についてのコイル径ｒ１（ｉ）を含む。
【0032】
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≦Ｍ２）における、巻数ｎ２（ｊ）、コイル長さ（コイル軸方向の長さ）ｌ２（ｊ）、およびコイル径ｒ２（ｊ）、並びに、層数Ｍ２（ここではＭ２＞１）を含む。
【0033】
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。
【0034】
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。
【0035】
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。
【0036】
【0037】
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ｒ１（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ｒ２（ｊ）を個別的に考慮した２次側コイル１１２の誘起磁場Ｂ２に基づいて、伝送効率ＢＲを計算する。
【0038】
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）Ｂ２と１次側コイル１１１への印加磁場（磁束密度）Ｂ０との比として定義される。なお、印加磁場Ｂ０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Ｂ２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。
【0039】
なお、式（１）～（４）において、μ０は真空の透磁率であり、Ｚ１，Ｚ２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。
【0040】
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Ｚ１，Ｚ２が、図５の式（５），（６）に示すように導出される。
【0041】
そして、インピーダンスＺ１，Ｚ２は、１次側コイル１１１および２次側コイル１１２の抵抗Ｒ１，Ｒ２およびインダクタンスＬ１，Ｌ２から導出され、抵抗Ｒ１，Ｒ２およびインダクタンスＬ１は、以下の事項を考慮して導出される。
【0042】
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Ｒ１，Ｒ２の値に基づいて、伝送効率ＢＲが計算される。
【0043】
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Ｒ１，Ｒ２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。
【0044】
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Ａ１，Ａ２を考慮したインダクタンスＬ１，Ｌ２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Ａ１，Ａ２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Ｅ１（ｋ１），Ｅ１（ｋ２），Ｅ２（ｋ１），Ｅ２（ｋ２）は、ｋ１，ｋ２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。
【0045】
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μａを考慮したインダクタンスＬ１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μａ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Ｎ０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。
【0046】
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μａ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。
【0047】
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Ｓａ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Ｓａ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ε０は真空の誘電率であり、κｍは、磁性体コアの比誘電率であり、ρｍは、磁性体コアの電気抵抗率である。
【0048】
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。
【0049】
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）。
【0050】
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）。
【0051】
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。
【0052】
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）。
【0053】
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。
【0054】
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。
【0055】
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。
【0056】
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Ｎ１，Ｎ２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Ｎ１，Ｎ２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。
【0057】
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。
【0058】
実施の形態２．
【0059】
【0060】
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。
【0061】
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。
【0062】
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。
【0063】
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。
【0064】
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。
【0065】
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。
【0066】
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。
【0067】
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。
【0068】
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。
【0069】
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。
【0070】
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。
【0071】
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。
【0072】
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Ｂ２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。
【0073】
また、上記実施の形態１において、抵抗Ｒ１，Ｒ２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。
【0074】
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。
【産業上の利用可能性】
【0075】
本発明は、例えば、低周波磁場の測定に適用可能である。
【符号の説明】
【0076】
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
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
【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】
【図16】