2.4 ッ 載実証用 ッ 磁力計
2.4.3 特性評価実験
周波数特性評価
周波数特性 測 方法 2.28 示 方法 同様 DFGBBM ッ 用DFG え 実験 行 測 磁場 得 ッ 統合装置 ュ
以 Inter Face I/F 装置 呼ぶ 用い 点 異 2.32 g 対 測
ッ 周波数 示 青点 ュ 赤点 測 結果 あ ュ 測 ッ 周波数 数倍 10倍程 異 2.33
g=0.5 周波数特性 示 2.33 10 Hz以 周波数 振幅比 約0 dB
減衰 正確 磁場 測 周波数10 Hz以 周波数 高
振幅比 10 Hz 100 Hz 測 結果 直線 近似 得
ッ 周波数 -3 dB 14 Hz あ 観測 ッ ュ 都合
ュ 一 見 g=0.5 ッ 周波数
信号対雑音比 う 後 開発
周波数特性 い 検討 必要 あ
2.32 g 変化 ッ 周波数 測 結果 横軸 g 縦軸 振
幅比 -3 dB ッ 周波数 あ 青点 ュ 2.25 赤
点 測 結果 あ
2.33 g 0.5 DFG 周波数特性 青点 振幅比 緑線 ュ
2.25 あ ッ 周波数 -3 dB 14 Hz 赤破線 あ
解能評価
微 磁場 測 要求 磁力計 解能 評価 必要 あ 開発 磁力計 解能 評価結果 示 外乱磁場 場所 磁力計 測
磁場 磁力計 あ 評価 指標 以
3 測 磁場 計算 解能 評価
1) 測 磁場 標準偏差
2) 1 Hz 密
3)
ッ DAC 組 込 い DAC
変調器 い 呼 周期的 発生
磁力計 え 影響 調 3)磁力計 調
測 2.34 示 実験室 装置や商用電源 発生 外乱磁場 10
～100 nT程 目標 磁場 解能0.87 nT 17 ッ 相当 大 い
外乱磁場 磁力計 磁気 室 磁力計
測 磁気 室 持 込 や安 化電源 外乱磁場 磁
力計 筒型3 構造 磁気 中
置い 筒型磁気 開口方向 磁場減衰率 開口方向 対 垂直 方向 磁場減衰率 比 い 開口方向 感 軸 2軸 比 外乱磁場
影響 や い 評価 感 軸 磁気
開口方向 対 垂直 向 1軸毎 磁場 測 解能 評価
2.34 解能 評価 測 磁気
中 置 い 測 磁場 電気回路部中 FPGA I/F装置 通 得
1) 測 磁場 標準偏差
得 150 間 測 磁場 変換 変換 域外 <
0.01 Hz > f Hz 成 全 0
逆 変換 域制限 時系列 磁場
得 変換 行う前 変換 測 時間150
長周期 磁場変動 除 測 磁場 時間 対 磁場変化 率 最 法 計算 以 式 用い 測 磁場 補正
補正値＝測 値 変化率搬時間 測 値 均値
補正 磁場 値 pp 値 青点 標準偏差 rms
値 赤点 2.35 示 4回測 行い い 計算結果 各
2.35 0.01 Hz 高周波側遮断周波数f Hz 測
磁場 横軸 周波数f Hz 縦軸 nT 青点 pp 値 赤点 標準偏差 RMS 値 あ 4回 試行 4種類 表 い
2) 1 Hz 密
150 間 測 磁場 2.36 示 2.36 縦軸
ワ 密 あ 周波数 対 密 傾 約10 Hz
境 大 異 周波域 密 100-300 pT/√Hz あ 周波
数 変化 対 大 変化 い 一方 10 Hz以 高周波域
密 25 dB/dec. 減衰 い 磁力計 周波数特性
い 1 Hz付近 密 約200 pT/√Hz あ
2.36 150 間 測 磁場 横軸 周波数 縦軸
密 あ
1)及 2) 結果 先行研究 比較
ッ 磁力計 起因 電気回路 起因
2種類 表2.5 Primdahl(1979) 値 一
部 示 本研究 使用 ッ 磁力計 表2.5 示 同 型 あ 性能 同等 あ 表2.5 先行研究
標準偏差 20 pT以 密 10 pT/√Hz @ 1 Hz以 あ
対 測 得 標準偏差 0.79 nT 密 200 pT/√
Hz 大 い
以 測 主 要因 電気回路部 あ 考え 磁 力計 外部磁場 ッ 磁場 差 検出 差 積 値
ッ 磁力計 ッ 磁場
制限 ッ 磁場 解能 DAC 解能 決
DAC 入力値 解能 17 ッ あ 開発 磁力計 17 ッ
1 LSB 相当 磁場 考え 較正試験 得 ッ
み57766.5 nT 17 ッ 1 LSB 0.86 nT 相当 1 LSB 相当
磁場 0.86 nT 測 磁場 標準偏差 0.79 nT 等 い 開
発 DFG DAC 解能 決 い 考え
ッ 配置 抵抗値 ッ 決 DAC
解能 ッ 解能 決 抵抗値 ッ
絞 ッ 磁場 解能 学観測 ッ
ッ み57766.5 nT 将来計画 目標 ッ み512 nT 比
約113倍大 い 抵抗値 変え ッ 解能 113 1 7 pT
目標磁場 解能 実現 磁場 解能 電気回路 起因
起因 推 い 推 解能
考慮 い い 将来計画 開発 磁力計
い 評価 い
3)
測 磁場 0.01 Hz 10 Hz 時系列
2.37 示 中心 0 nT 付近 数 多 正規
近い 開発 DFG う DAC 入力値 精 DAC
入力値17 ッ 1 LSB相当 対 DAC 17-18
ッ 1 LSB相当 同等 い磁力計 DC磁場 え 場合
い 考え ッ 磁力計 検出 磁場 打 消
う ッ 値 制御 ッ 波形 DC磁場 相殺
最 近い2値 DC磁場 わ 大 い ッ 磁場 わ
い ッ 磁場 行 来 波形 ッ 値 f0 11 kHz
更新 ッ 波形 DC磁場 比 高い周波数 あ
ッ 2.37 う 表 DC磁場 相殺 最 近い2値
持 形 実 磁力計 ッ
ッ 周波数 14 Hz あ や DAC ALPF
ッ 信号 域 65 Hz 制限 い ッ 高周波成
ッ 周波成 測 磁場 正規 う い 考
え 開発 磁力計 正規 近い DAC
磁力計 え 影響 見
2.37 0.01 Hz 10 Hz 域 測 磁場
(a)測 磁場 時系列 横軸 時間 縦軸 測 値nT 周
波数 200 Hz あ (b)時系列 横軸 点数 縦軸 測
値nT あ 標準偏差 0.79 nT あ
線形精 評価
ッ 高い線形性 ッ 磁力計 測
磁場 感 ッ 直線 近似 ッ 経路
配置 DAC 積 非線形性 持 磁力計 線形性 損 わ 以 磁力計 線形性 い 評価 結果 示 解能評価試験 同様 磁気 室 試験 行 磁気 室 設置 筒型3 構造 磁気
磁場印 用 入 較正 中心 ッ 配置
印 DC磁場 強 変え 都 DFG 印 磁場 測 印 磁場 対 測 磁場 直線 近似 測 磁場 近似直線 差 線形性誤 差 求
測 2.38 う 2 わ 一 印 磁場 測
う一 磁力計 測 磁場 集 あ 磁場
印 回路 12 V 蓄電池 較正 68Ω 抵抗 抵抗R 直列 接
回路 い 抵抗 R 変え 流 電流 変え 印
磁場強 変え 抵抗R 14種類 抵抗値 用意 蓄電池 極性 変え
28 ッ 磁場 印 68Ω 抵抗端 電 ADC 測
回路 流 電流値 数 1005.31 nT/mA 印 磁場 求 抵抗端電
測 周波数特性評価実験 用い ADC 使用 ADC
0.002 % 線形性誤差 持 ッ 実験 790 nT 7 bit 約0.88 % 磁
場測 誤差 許容 十 精 印 磁場 求 磁場
い 解能評価 同様 方法 得
2.39 抵抗端 電 求 印 磁場 DFG 測 磁場 均値
ッ 結果 示 測 磁場 直線 近似 直線 測 磁場 引い 結果
2.39 □ う 0 nT付近 原点対称 波型 誤差 差
最大値 24.1 nT あ 測 磁場範 み42000 nT 対 0.0287 % 誤差 あ
わ ッ 地磁気姿勢角 2° 精 決 磁場測
誤差 790 nT(0.88 %)以 い 線形性誤差0.0287 % 要求 対
1/30程 あ 十 い いえ
2.38 線形性 評価方法 測 磁場 印 回路 12 V 蓄
電池 磁場印 用 68Ω 抵抗 抵抗R 直列 接 回路 い 抵抗R 変え 流 電流値 変え 印 磁場 変え
2.39 抵抗端電 計算 印 磁場 測 磁場 関係 横軸 印 磁場nT あ 測 磁場 縦軸 nT 測 磁場 近似直線 実線 測 磁場 差
□ 縦軸nT 示
DFG 線形性 DAC 線形性 依 開発 DAC 線形性誤
差 0.01 %FS以 あ 線形性誤差 2.39 結果 1/3程 い 期
従来 16 ッ DAC AD766 載 2軸 い 磁力計 線形性誤差
0.03% 波型 線形性誤差 線形性誤差 主 要因 線
形性評価 あ 考え S-310-40号機 ッ 実験終了後 過去
開発 従来 16 ッ DAC AD766 組 込 実験室 用い 線形性
誤差 再評価 行 結果 磁場印 回路 流 電流 2.38 示
68Ω 抵抗 発熱 温 変化 抵抗値 変わ わ
印 磁場 最大値約57000 nT 相当 最大 電流 50 mA 流 前 流 後
抵抗値 LCR 測 電流 流 後 抵抗値 3％大
い 磁場印 回路 流 電流 大 い 抵抗値 大 印 磁場 抵抗
値 変わ い場合 比 弱 抵抗 温 昇 抵抗値 大 場 合 測 磁場 破線 抵抗値 温 変化 い理想的 場合 測 磁場 実 線 模式 2.40 示 抵抗値 印 磁場 依 大 抵抗値 変わ い 比 印 磁場 大 見積 い 抵抗値変化 い 測 磁場 実線 比 測 磁場 絶対値 抵抗値 大
測 磁場 破線 直線 近似 2点鎖線 う 差 2.39 同 う 波型 線形性誤差 細い実線 表
2.40 温 変化 抵抗値 大 印 磁場 測 磁場 関係
横軸 印 磁場 縦軸 測 磁場 実線 抵抗値 変化 い理想的 測 磁場 あ 磁場印 回路 流 電流 68Ω 抵抗 発熱 電流 大
依 抵抗値 大 場合 測 磁場 破線 表 抵抗値 大 測 磁場 破線 直線 近似 2点鎖線 差 細い実線 う 波型
感 ッ 直交 評価
柿岡 あ 気象庁地磁気観測所 観測 正確 地磁気 磁力計
感 ッ 感 軸間 角 較正 行 磁力計 あ
特 感 軸 い 感 S[nT/digit] 測 値 V[digit] ッ C[nT]
軸方向 磁場F[nT] 式(2.5) 求
各感 軸 磁場 行 方向 行方向 向 磁場 V 測 X軸 磁場
行 方向 向 式(2.6) う 関係式 得
2 cos
1 cos
1 1
1 1
1 1
F Cz SzVz
F Cy SyVy
F Cx SxVx
(2.6)
添え x y z 各軸 表 添え 1 測 値 区 番号 あ
1 X軸 Y軸 角 2 X軸 Z軸 角 あ X軸 磁場
行 方向 向 式(2.7) 得
2 cos
1 cos
2 2
2 2
2 2
F Cz SzVz
F Cy SyVy
F Cx SxVx
(2.7)
式(2.6) 式(2.7) 段 式(2.8) 式(2.9) う 感 Sx ッ Cx
得
2 1
2 1
Vx Vx
F Sx F
(2.8)
2 1
1 2 1 1
) (
Vx Vx
Vx F F F
Cx (2.9)
Y軸 Z 軸 い 同様 試験 行い 感 Sy Sz ッ Cy Cz
求 Sy Sz Cy Cz 式(2.6) 中段 段 代入 1 2 得
同様 方法 Y軸 Z軸 角 3 求
あ 測 軸 磁場 行 方向 軸 測 磁場 最大 あ
水 面 回転 最大値 方 角 仰角 調整
磁場 最大 方向 回転架 回転軸 厳密 直交 い い 仰角 維持 再 水 面 回転 磁場 最大 方向 状態 測 磁場 得 試験 2回行い 差 較正試験 誤差 評価
観測所 供 地磁気 全磁力 試験期間中 約10 15 nT程 磁
場変化 観測 ッ 感 許容誤差790 nT 対 十
い 感 ッ 計算 全磁力F 観測所 全磁
力 60 間 均値 用い 磁力計 測 値V 観測所 同様 60 間 均値 用い 値 用い 計算 較正値 表2.6 示
表2.6 較正試験 得 感 ッ
感 各軸 0.11 nT/digit程 ッ 約み57000 nT 余
裕 持 之浦 地磁気 測 1回目 結果 2回目 結果 差 10-5
回目 回目 回目 回目
Sx [nT/digit] 0.108270 0.108277 -0.000007 Sy [nT/digit] 0.116995 0.116985 0.000010 Sz [nT/digit] 0.110368 0.110355 0.000013
Cx [nT] 624.4 623.4 1.0
Cy [nT] 71.1 58.3 12.8
Cz [nT] 56 45.2 10.8
] 90.3 90.7 -0.4
] 89.1 88.8 0.3
] 90.1 90 0.1
感度
オ ッ
直交度