磁力計 周波数特性設計

2.24 入力振幅 0.8 FS 出力振幅特性 縦軸 振幅比dB 横軸 入力 周波数Hz あ

Filter 表 T 振幅 -3 dB LPF 時 数 あ g ADC 電 値- 値 変換係数 駆動回路 回路 特性 磁 場計算 生 係数 ッ 調整 能 増幅率 1 ッ 変調出力

値-電 値 変換係数 大 掛 合わ あ ッ 調整 能 増幅率 値 変え g 値 変更 磁力計 周波数 域 調 整 段 算器 遅延器 e(-sτ1) 積 器 構成 い τ1 積 器

遅延時間 あ τ2 ッ 演算 時間 遅延器 e(-sτ2) 組 込 い 目標周波数 域 い 変調器 周波数特性

い 演算 時間 遅延時間 考慮 い τ2 演算

時間 算 一方 DAC ALPF 周波数特性G(s) 式(2.4) う

2 型LPF 2段接 表 各係数 H 1 2 ω1 ω2 2.2節 示

D-S ワ 型 ッ 周波数fc:65 Hz＠-3 dB う

設計

2 2

2 2

2

2

2 2 2

2 1

1 1 ) 1

(    





 







 

s s

s H s

s

G

d ッ 係数 打 消 磁場 作 検出 数 決

2.25 DAC 組 込 磁力計 伝遉関数 X 入

力 Y 出力 あ 減算器 ks ッ 表 ks

磁場検出感 あ a 増幅率 (BPF) 周波数

特性 (LPF) 周波数特性 置 換え FPGA 部 伝

遉関数 調整用増幅率g 積 器 演算時間 τ2 組 込 い DAC 周波数特性 ALPF 周波数特性G(s) 決 DAC出

力 ッ 係数d 通 ッ

表2.1 DAC 組 込 磁力計 各 設計値

示 以 磁力計 DFGBBM(Digital-type FluxGate magnetometer Bread

Board Model) 呼ぶ 感 ks 実 使用 感 用い 設計

検出回路 決 増幅率a BPF 時 数T 遅延時間 τ1 演算時間τ2 ALPF 周波数特性 G(s) ッ 係数 d あ g

う ADC 電 値- 値 変換係数 駆動回路 回路 特性 1 ッ 変調出力 値-電 値 変換係数 設計 回路

決 磁場計算 生 係数 岡 (2006) 示 演算手法

決 磁力計 ッ 周波数 65 Hz@-3 dB う ッ

調整 能 増幅率 設 ュ 使用 g 数値 表2.1 示 本節 値 g=1 規格化 解

ュ g 値 変え 磁力計 周波数 域 調整

2.26 ュ 得 周波数特性 あ 各線 g

値 2倍 異 g=0.5 g=1 対 g 0.5倍 値 意味 い g 大

い 周波数 域 広 検出磁場強 同 場合 g 大 い

ッ 大 い 部 磁場 打 消

g 大 い ッ 応答 周波数 域 広

表2.1 DFGBBM 伝遉関数

観測 ッ 載用DFG 要求 周波数 域 DC-10 Hz あ g=0.5

g=1 間 最適 値 感 ks

異 ッ 用DFG 用い ュ 再

必要 あ 周波数特性評価実験 周波数特性設計 妥当性 評価 結果 示

4731 V/T

3.966 倍

72.343 μ sec 0.0508415 倍

88.261 μ sec 160.660 μ sec

43819 V/T

α 1 604.80

ω1 1.9069

α 2 674.90

ω2 1.2319

H 1.0000

G(s) ks a T g τ 1 τ 2 d

2.26 伝遉関数 用い 計算 DFGBBM 周波数特性 調整用増幅率 g 関係 横軸 周波数Hz 縦軸 振幅 dB 表 い 各線 g 値 青：g=1 赤：g=0.5 緑：g=0.25 紫：g=0.125 あ

2.3.3 周波数特性評価実験

2.27 DAC 組 込 磁力計 DFGBBM 構成 示

ッ 本研究 開発 DFGBBM ッ あ 側 基

ッ FPGA 検出回路基 側 基 ALPF 回路

DACBBM基 2.15 あ 検出 磁場 電 変換 検出

回路基 ッ 外部磁場 算出 算出 磁場 同一 ッ 実

装 変調器 入力 変調出力 DACBBM基 ALPF 入力

ALPF 出力 検出回路基 通 ッ

検出回路基 ッ 駆動 回路 実装 い

回路 温 特性 持 磁力計 ッ 約3 %/℃ 温 特性 周波数特性 い ッ

3％ 誤差 持 振幅特性 最大0.3 dB 約4 % 誤差 持

誤差 周波数 高い 数十Hz 表 10 Hz以 誤差 4%

2.27 DAC 組 込 磁力計(DFGBBM) DFGBBM

ッ DAC特性評価基 DACBBM

回路部 磁場検出回路基 構成 い

2.28 DFGBBM 周波数特性 評価 特性評価実験 あ 実

験室 10 nT～100 nT程 外乱磁場 計測 え 影響 無視 う

磁気 中 磁場印 用 (以 較正 呼ぶ) 入

較正 中心 ッ 置い 測 2 わ

一 磁場 印 印 磁場 測 う一 磁

力 計 測 磁 場 集 あ 磁 場 印 回 路 Signal Generator (SG Tabor Electronics社 Waveform/Function Generator 8023) 較正 抵 抗 直列接 SG 較正 正弦波電 印 磁場 え 抵 抗端 電 測 較正 流 電流 計算 較正

数1005.31 nT/mA 用い 印 磁場 振幅 求 DACBBM 特性評価試験 使用

24 ッ ADC 抵抗端 電 測 同時 磁力計 ッ 電

測 DFGBBM 電源 安 化電源 KIKUSUI 社 PMM25-1TR 使用

2.29 測 周波数特性 結果 示 2.29 実線 設計値 計算

周波数特性 示 g 周波数特性 あ 測 値

ュ 対 最大0.4 dB 約5 %@39 Hz g=0.5)異 前述

駆動回路 回路 特性 温 特性 持 5 % 誤差 生 考 え 誤差 温 変化 換算 約 1℃ あ 1℃ 差 実験時 起 う 温 差 あ 考え 最大5 % 誤差 生 ュ

実機 周波数特性 一 い わ 伝遉関数

え ュ 最適 周波数特性 満足 g

求 実機 最適 周波数特性 実現 示

2.28 周波数特性評価実験 測 Signal Generator SG 1 Hz 100 Hz 正弦波信号 磁場印 用 磁場 え 磁場印 回路中

抵抗端電 測 流 電流 印 磁場 求 抵抗端電 測 同時 磁力計 磁場 測 磁場 集 2 振幅比 周波数 特性 評価