磁检测装置、传输线路以及磁检测方法

关联申请的相互参照

本申请要求在2018年10月5日在日本国提出专利申请的特愿2018-190387号和在2019年10月3日在日本国提出专利申请的特愿2019-182846号的优先权，在此为了参照而引入该申请的全部公开内容。

技术领域

本公开涉及磁检测装置、传输线路以及磁检测方法。

背景技术

以往，已知有能够检测磁场的磁检测装置。

例如，在专利文献1中，公开了在分布常数电路的内部配置导磁率因磁场而变化的磁性体的磁场检测装置。该磁场检测装置检测由磁性体的导磁率因磁场而变化这一情况引起的分布常数电路内的电磁场分布的变化，由此，能够检测规定位置的磁场。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平5-151535号公报

发明内容

发明要解决的课题

专利文献1所记载的磁场检测装置存在如下课题，即虽然能够检测规定位置的磁场，但无法在分布常数电路的任意位置进行磁场的检测。

因此，本公开的目的在于，提供一种能够在分布常数电路的任意位置进行磁场的检测的磁检测装置、传输线路以及磁检测方法。

用于解决课题的手段

几个实施方式的磁检测装置，具备：传输线路，具有含有磁性材料的线状的第1导体；信号发生器，向所述传输线路输入脉冲作为入射波；以及运算装置，检测所述入射波和在所述传输线路的磁场施加位置由于阻抗不匹配而产生的反射波，所述运算装置基于所述入射波和所述反射波，计算施加在所述传输线路上的磁场的位置以及强度。根据这样的磁检测装置，能够在分布常数电路的任意位置进行磁场的检测。

也可以是，在一实施方式的磁检测装置中，所述运算装置基于检测出所述入射波的时间与检测出所述反射波的时间的差分，计算施加在所述传输线路上的磁场的位置。由此，运算装置能够高精度地计算施加于传输线路的磁场的位置。

也可以是，在一实施方式的磁检测装置中，所述运算装置基于所述反射波的振幅，计算施加在所述传输线路上的磁场的强度。由此，运算装置能够高精度地计算出施加于传输线路的磁场的强度。

也可以是，在一实施方式的磁检测装置中，所述运算装置检测未对所述传输线路施加磁场的状态的数据作为偏移数据，将从对所述传输线路施加磁场的状态下的反射波的数据中减去所述偏移数据而得到的差分的数据，用作用于计算磁场的位置以及强度的反射波的数据。由此，运算装置能够降低因传输线路的构成要素的机械公差等而产生的反射波的影响。

也可以是，在一实施方式的磁检测装置中，所述传输线还具备电介质和第2导体，所述传输线路是同轴电缆、平行双线、带状线、微带线、共面线以及波导中的任一种。这样，通过使传输线路为同轴电缆，能够使传输线路具有柔软性。另外，通过由柔性基板构成平行双线、带状线、微带线、共面线或波导，能够使传输线路具有柔软性。

也可以是，在一实施方式的磁检测装置中，对于所述第1导体，磁性材料大致均匀地分布、或者在导体表面形成含有磁性材料的磁性膜。在第1导体中，通过在导体表面形成含有磁性材料的磁性膜，能够使磁滞难以产生。

也可以是，在一实施方式的磁检测装置中，所述传输线路具备多个所述第1导体。这样，通过传输线路具备多个第1导体，能够减小传输线路的电阻损耗。

也可以是，在一实施方式的磁检测装置中，还具备对所述传输线路施加偏置磁场的线圈。这样，通过具备对传输线路施加偏置磁场的线圈，能够判定是施加了正的磁场还是施加了负的磁场。

也可以是，在一实施方式的磁检测装置中，所述脉冲是矩形波状、正弦波状、三角波状及锯齿波状中的任一种。这样，信号发生器生成的脉冲能够成为多种形状。

也可以是，在一实施方式的磁检测装置中，所述信号发生器扫描正弦波状的脉冲作为所述入射波并输入到所述传输线路，所述运算装置进行如下处理：按被扫描输入的所述入射波的每个频率，获取相对于所述入射波的所述反射波的振幅及相位差，基于相对于所述入射波的所述反射波的所述振幅，生成反射率的频域数据，并基于相对于所述入射波的所述反射波的所述相位差，生成相位差的频域数据，对所述反射率的频域数据以及所述相位差的频域数据进行傅立叶逆变换，生成所述反射波的时域数据，计算施加在所述传输线路上的磁场的位置以及强度。这样，通过基于相对于入射波的反射波的振幅以及相位差来生成反射率的频域数据以及相位差的频域数据，即使在入射波中存在波动，也能够消除波动来检测反射波相对于入射波的矢量比。因此，能够除去入射波的抖动，能够进行没有时间上的信号的波动的、取得了同步的测定。

也可以是，在一实施方式的磁检测装置中，所述信号发生器扫描所述正弦波状的脉冲并输入到所述传输线路，所述运算装置对所述反射率的频域数据以及所述相位差的频域数据进行傅立叶逆变换，生成所述反射波的时域数据作为脉冲响应，或者对傅立叶逆变换而得到的所述反射率的频域数据以及所述相位差的频域数据进行积分，生成所述反射波的时域数据作为阶跃响应。这样，通过生成反射波的时域数据作为脉冲响应或阶跃响应，能够高精度地计算施加在传输线路上的磁场的强度的位置以及强度。

也可以是，在一实施方式的磁检测装置中，所述信号发生器扫描所述正弦波状的脉冲并输入到所述传输线路，所述运算装置对所述反射率的频域数据以及所述相位差的频域数据进行卷积积分处理，进行傅立叶逆变换，生成所述反射波的时域数据作为阶跃响应。这样，通过进行卷积积分处理，与进行傅立叶逆变换后进行积分处理的情况相比，能够减少计算所需的时间。

几个实施方式的传输线路是用于磁场检测的传输线路，具备：磁性材料大致均匀地分布的、或者在导体表面形成含有磁性材料的磁性膜的信号线。通过使用这样的传输线路，能够在分布常数电路的任意位置进行磁场的检测。

几个实施方式的磁检测方法是磁检测装置中的磁检测方法，所述磁检测装置具备：传输线路、信号发生器和运算装置，所述传输线路具备含有磁性材料的线状的第1导体，所述磁检测方法包括：所述信号发生器向所述传输线路输入脉冲作为入射波的步骤；所述运算装置检测所述入射波和在所述传输线路的磁场施加位置由于阻抗不匹配而产生的反射波的步骤；以及所述运算装置基于所述入射波和所述反射波，计算所述传输线路上施加的磁场的位置以及强度的步骤。根据这样的磁检测方法，能够在分布常数电路的任意位置进行磁场的检测。

附图说明

图1是表示一实施方式的磁检测装置的概略结构的图。

图2是表示一实施方式的传输线路的概略结构的图。

图3是表示在图1的磁检测装置中检测磁场的情形的图。

图4是表示将传输线路表示为分布常数电路的情形的图。

图5是表示运算装置所检测的入射波和反射波的一例的图。

图6是表示施加在传输线路上的磁场与反射波的振幅的关系的图。

图7A是表示传输线路中的入射波的一例的图。

图7B是表示传输线路中的入射波和反射波的一例的图。

图7C是表示传输线路中的入射波和反射波的一例的图。

图8A是表示传输线路中的入射波的其他例子的图。

图8B是表示传输线路中的入射波和反射波的其他例子的图。

图8C是表示传输线路中的入射波和反射波的其他例子的图。

图9A是表示构成为同轴电缆的传输线路的概略结构的其他例子的图。

图9B是表示构成为同轴电缆的传输线路的概略结构的其他例子的图。

图10A是表示未构成为同轴电缆的传输线路的例子的图。

图10B是表示未构成为同轴电缆的传输线路的例子的图。

图10C是表示未构成为同轴电缆的传输线路的例子的图。

图10D是表示未构成为同轴电缆的传输线路的例子的图。

图11是表示由配置在传输线路的周围的线圈施加偏置磁场的情形的图。

图12是表示施加了偏置磁场的状态下的磁场与反射波的振幅的关系的图。

图13是表示其他实施方式的磁检测装置的概略结构的图。

图14是表示在图13的磁检测装置中检测磁场的情形的图。

图15是表示图13的磁检测装置中的入射波的一例的图。

图16是表示图13的磁检测装置中的入射波的振幅的一例的图。

图17A是表示图13的磁检测装置中的反射波相对于入射波的反射率的一例的图。

图17B是表示图13的磁检测装置中的反射波相对于入射波的相位差的一例的图。

图18A是表示将反射率的频域数据和相位差的频域数据变换为反射波的时域数据的情况下的一例的图。

图18B是表示将反射率的频域数据和相位差的频域数据变换为反射波的时域数据的情况下的一例的图。

图18C是表示将反射率的频域数据和相位差的频域数据变换为反射波的时域数据的情况下的一例的图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的一实施方式进行说明。

另外，在本说明书的说明中，以如下的含义使用与磁场相关的术语。

[磁场]：包含被测定磁场(外部磁场)、环境磁场以及偏置磁场等的总称。

[规定(任意)位置的磁场]：包含外部磁场以及环境磁场的磁场。

[外部磁场(施加到传输线路的磁场)]：初始状态没有而是从外部施加到传输线路的磁场，由磁铁等生成的磁场。

[环境磁场]：从初始状态起对传输线路施加的磁场，即从地磁或其他电子设备等产生的磁场。即，测定外部磁场时成为噪声的磁场。

[偏置磁场]：为了对传感器输出附加极性或使直线性良好，使用线圈等预先施加给传感器的磁场。

图1是表示一实施方式的磁检测装置1的概略结构的图。磁检测装置1具备传输线路10、运算装置20、信号发生器30、连接器40、以及终端电阻50。

传输线路10是线状的传输线路。传输线路10具有规定的特性阻抗。传输线路10例如可以构成为同轴电缆或FPC(柔性印刷电路(Flexible Printed Circuits))等。通过构成为同轴电缆或FPC，传输线路10能够具有柔软性，能够容易地弯曲。传输线路10通过具有柔软性，能够配合测量对象的形状而自由地设置。

传输线路10的一端与连接器40连接，另一端与终端电阻50连接。传输线路10的另一端与终端电阻50连接，因此对于从信号发生器30经由连接器40而输入的入射波，几乎不产生反射波。传输线路10的另一端也可以不连接到终端电阻50，而与衰减器(衰减器(Attenuator))连接。

参照图2说明传输线路10构成为同轴电缆的情况的一例。如图2所示，传输线路10包括第1导体(信号线)11、电介质12、第2导体(屏蔽线)13和包覆体14。

第1导体11是含有磁性材料的线状导体。第1导体11至少在表面含有磁性材料即可，但在图2所示的例子中，第1导体11含有大致均匀地分布的磁性材料。

第1导体11也可以含有保持力小、导磁率高的软磁性材料。第1导体11例如也可以含有非晶合金或坡莫合金。

非晶合金和坡莫合金含有高导磁率的磁性材料。因此，具有第1导体11的传输线路10的周向导磁率以及轴向导磁率变高。由于周向导磁率以及轴向导磁率高，所以传输线路10在被施加外部磁场时，由于第1导体11表面的磁阻抗效应以及第1导体11内部的磁化(磁壁移动)的效应中的任一个效应、或者双方的效应，导致阻抗发生变化。

例如，原子不规则排列的非晶合金也可以是Fe基非晶合金即Fe-Co-Si-B合金(富Fe)、Fe-Si-B-C系合金、Fe-Si-B系合金、Fe-Si-B-Nb-Cu系合金或Fe-P-B系合金等。另外，非晶合金也可以是作为Co基非晶合金的Fe-Co-Si-B系合金(富Co)、Co-Fe-Cr-Si-B系合金、或者Co-Fe-Mn-Cr-Si-B系合金等。另外，非晶合金也可以是Ni基非晶合金。

例如，作为以Fe以及Ni为主成分的合金的坡莫合金，也可以是Ni含量78.5％的78-坡莫合金(JIS标准：坡莫合金A)、Ni含量45％(40～50％)的45-坡莫合金(JIS标准：坡莫合金B)、或在78-坡莫合金中添加了Mo、Cu或Cr等的坡莫合金(JIS标准：坡莫合金C)等。

坡莫合金的体积电阻率为68μΩcm左右。这是铜的体积电阻率1.68μΩcm的40倍以上的体积电阻率。

作为非晶形合金及坡莫合金以外的其他软磁性材料，第1导体11也可以含有Fe-Si-Al系合金(例如铁硅铝磁性合金)、Fe-Co系合金(例如珀明德铁钴系高导磁率合金)、Mn-Zn系合金或Ni-Zn系合金(例如软性铁氧体)、或Fe-Si系合金(例如硅钢或电磁钢)等。

当施加到传输线路10的磁场是大约10[Oe(奥斯特)]的比较大的磁场时，第1导体11也可以含有诸如Fe、Ni或Co等的单一金属作为磁性材料。

第1导体11也可以含有使纳米晶粒分散于非晶相的纳米结晶软磁材料。

电介质12为圆筒状的形状，覆盖第1导体11。电介质12例如可以是PTFE(聚四氟乙烯)或聚乙烯等绝缘物。

第2导体13为圆筒状的形状，覆盖电介质12。第2导体13例如可以是由铜线构成的网状线。

包覆体14为圆筒状的形状，覆盖第2导体13。包覆体14保护容纳在内部的第1导体11、电介质12以及第2导体13。

第1导体11、电介质12、第2导体13以及包覆体14可以由具有柔软性的材料构成。由此，传输线路10能够具有柔软性。

运算装置20将从信号发生器30经由连接器40而输入的电压脉冲(以下也简称为“脉冲”)，作为入射波进行检测。运算装置20将从传输线路10经由连接器40而输入的脉冲作为反射波进行检测。在传输线路10中产生的反射波的细节将后述。

如图1所示，运算装置20具备输入电路21、AD转换器(ADC)22、控制部23、以及存储器24。

输入电路21检测从信号发生器30经由连接器40而被输入的入射波。输入电路21检测从传输线路10经由连接器40被输入的反射波。输入电路21包括衰减电路以及前置放大器等。输入电路21进行调整，使得作为模拟信号被输入的入射波以及反射波的振幅相对于AD转换器22的输入规格而成为适当的范围，并将振幅调整后的模拟信号输出到AD转换器22。

AD转换器22将从输入电路21接受的模拟信号转换为数字数据，并输出到控制部23。

控制部23控制运算装置20的各构成部。控制部23例如可以构成为CPU(中央处理单元(Central Processing Unit))等处理器。关于控制部23的功能的细节将后述。

存储器24与控制部23连接。存储器24具有例如HDD(硬盘驱动器(Hard DiskDrive))、SSD(固态驱动器(Solid State Drive))、EEPROM(电可擦除可编程只读存储器(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory))、ROM(只读存储器(Read-Only Memory))、以及RAM(随机存取存储器(Random Access Memory))等任意存储装置。存储器24例如也可以作为主存储装置、辅助存储装置或高速缓冲存储器发挥功能。存储器24不限于被内置于运算装置20中的存储器，也可以是通过USB(通用串行总线(UniversalSerial Bus))等数字输入输出端口等连接的外置型的存储装置。

信号发生器30生成电压脉冲。信号发生器30与连接器40连接。信号发生器30生成的脉冲经由连接器40作为入射波被输入到传输线路10。另外，信号发生器30生成的脉冲在连接器40中被分支，被输入到运算装置20。

信号发生器30也可以生成短脉冲或上升时间为高速的脉冲来作为脉冲。通过设为这样的脉冲，在运算装置20检测多个反射波的情况下，容易分离多个反射波。另外，通过设为这样的脉冲，能够降低信号发生器30的功耗。

信号发生器30生成的脉冲没有特别限定，例如可以是上升时间为200[ps]、脉冲宽度为500[ps]、脉冲高度为1[V]等。

信号发生器30生成的脉冲也可以是任意的形状。信号发生器30生成的脉冲例如也可以是矩形波状、正弦波状、三角波状、或锯齿波状等。

连接器40将传输线路10、运算装置20和信号发生器30相互连接。连接器40例如可以是T型连接器。

参照图3，说明在对传输线路10施加了磁场的情况下，磁检测装置1检测传输线路10上的磁场施加位置的情形。在图3所示的例子中，在传输线路10的附近配置有磁铁60，磁铁60生成的磁场强度H

传输线路10在被施加磁场强度H

如图4所示，传输线路10可以表示为等效的分布常数电路。在图4中，L是第1导体11的单位长度附近的电感成分。R是第1导体11的单位长度附近的电阻成分。C是第1导体11和第2导体13之间的单位长度附近的电容成分。

在传输线路10被施加磁场强度H

当从信号发生器30被输入脉冲时，传输线路10的第1导体11在周向上被磁化为一个方向。在此，所谓周向，是在将传输线路10延伸的方向设为轴向时、以该轴向为中心而旋转的方向。在该状态下，如图3所示，当在传输线路10的轴向上施加磁场强度H

通过该磁矩的旋转，第1导体11的周向的导磁率变化。由于传输线路10的阻抗依赖于第1导体11的周向的导磁率，所以当磁场施加位置处的第1导体11的周向的导磁率变化时，磁场施加位置处的传输线路10的阻抗变化。

在趋肤效应显著的情况下(趋肤深度δ<<第1导体11的半径a)，磁阻抗效应由以下的数学式(1)表示。

[数学式1]

这里，Z是传输线路10的阻抗，ω是将脉冲近似为正弦波时的角频率，a是第1导体11的半径，ρ是第1导体11的电阻率，R

若参照数学式(1)，可知，当第1导体11的周向的导磁率μ变化时，不仅电感成分L，电阻成分R也变化。

如图3所示，当通过磁铁60向传输线路10施加磁场强度H

在磁场施加位置产生的反射波在传输线路10内沿与入射波相反的方向行进，并经由连接器40而输入到运算装置20。

因此，运算装置20检测入射波的时间与检测反射波的时间的时间差Δt，是反射波在连接器40与磁场施加位置之间进行往复的时间。因此，从连接器40到磁场施加位置的距离D由以下的数学式(2)表示。

[数学式2]

这里，V

图5表示运算装置20以时间差Δt检测入射波和反射波的情形的一例。

在数学式(2)中，真空中的电磁波的传播速度c为真空中的光速3.0×10

接着，说明由磁检测装置1进行的、被施加在传输线路10的磁场的强度的计算。

如上述，若对传输线路10施加磁场强度H

[数学式3]

这里，Z

另外，在传输线路10中，通过入射波从阻抗匹配的位置起向阻抗变得不匹配的磁场施加位置行进而产生的反射波的电压V

[数学式4]

在此，V

在数学式(4)中，传输线路10的阻抗匹配的位置处的特性阻抗Z

图6示出了施加到传输线路10的磁场与反射波的电压V

阻抗的变化量ΔZ依赖于施加给传输线路10的外部磁场的磁场强度H

这样，磁检测装置1通过测定检测入射波的时间与检测反射波的时间的时间差Δt，能够计算出从连接器40到磁场施加位置为止的距离D。另外，磁检测装置1通过测定反射波的电压V

运算装置20在计算传输线路10中的磁场施加位置和施加在传输线路10上的磁场的强度时，也可以将从反射波的电压V

另外，在图3中，例示了磁铁60对传输线路10施加外部磁场的情况，但对传输线路10施加外部磁场的情况并不限定于磁铁60。例如，即使在对传输线路10施加了由亥姆霍兹线圈(Helmholz coil)产生的外部磁场、由来自磁性材料的泄漏产生的外部磁场、或由涡电流产生的外部磁场等的情况下，磁检测装置1也能够同时计算传输线路10中的磁场施加位置和施加在传输线路10上的磁场的强度。另外，磁检测装置1不仅能够将由磁铁60等施加的外部磁场作为测定对象，还能够将由地磁等产生的环境磁场作为测定对象。

接着，参照图7A～图7C，对在传输线路10的磁场施加位置产生的反射波详细地进行说明。

图7A示出了入射波P1到达传输线路10的磁场施加位置之前的情形。图7B示出了入射波P1进入了传输线路10的磁场施加位置时的情形。图7C示出了入射波P1通过了传输线路10的磁场施加位置时的情形。

如图4所示，传输线路10可以表示为等效的分布常数电路。在脉冲通过传输线路10中的磁场施加位置时，由于磁阻抗效应，磁场施加位置的第1导体11的电阻成分R和电感成分L变化。因此，传输线路10的阻抗在磁场施加位置处变化。通常，分布常数电路的阻抗Z由以下的数学式(5)表示。

[数学式5]

在此，G是相当于第1导体11和第2导体13之间的单位长度附近的泄漏电阻的电导成分，但由于电导成分G微小，所以省略。

在趋肤效应显著的情况下(趋肤深度δ<<第1导体11的半径a)，若考虑磁阻抗效应，则传输线路10的阻抗Z由以下的数学式(6)表示。

[数学式6]

在图7A中，由于是在入射波P1到达传输线路10的磁场施加位置之前，因此，入射波P1在传输线路10的阻抗固定的部位行进。因此，不产生反射波。

图7B示出了入射波P1进入到传输线路10的磁场施加位置时的情形。如图7B所示，在传输线路10的磁场施加位置，传输线路10的阻抗因磁阻抗效应而增加ΔZ，成为Z

图7C示出了当入射波P1通过了传输线路10的磁场施加位置时的情形。在图7C中，与图7B所示的状态相反，由于入射波P1从阻抗Z

这样，若对传输线路10施加磁场，则在磁场施加位置产生正负的反射波。在图7A～图7C所示的例子中，相对于入射波P1的脉冲宽度，图7A所示的磁场施加位置的长度L1较长，因此正负的反射波分离存在。

运算装置20在计算时间差Δt时，也可以使用正的反射波P2的峰的时间，但不限于此。运算装置20也可以使用正的反射波P2的上升或下降的时间。另外，运算装置20也可以使用负的反射波P3的峰、上升或下降的时间。另外，运算装置20也可以使用采用正的反射波P2计算出的时间差和采用负的反射波P 3计算出的时间差，计算磁场施加位置的长度L1。

根据入射波的脉冲宽度与磁场施加位置的长度的关系，也可能存在正负的反射波一部分重叠的状态。图8A～图8C表示这种状态。

图8A示出了入射波Q1到达传输线路10的磁场施加位置之前的情形。图8B示出了入射波Q1进入到传输线路10的磁场施加位置时的情形。图8C表示入射波Q1通过了传输线路10的磁场施加位置时的情形。

在图8A～图8C所示的例子中，入射波Q1的脉冲宽度与图8A所示的磁场施加位置的长度L2为同等程度。因此，如图8C所示，正的反射波Q2和负的反射波Q3成为一部分重叠的状态。

信号发生器30生成的脉冲的形状是任意的，但如果缩短上升时间，则能够提高运算装置20检测磁场施加位置时的位置分辨率。因此，在后述的磁场施加位置为多个的情况下，运算装置20能够明确地分离多个磁场施加位置。另一方面，若使脉冲的上升时间变长，则即使脉冲的传输距离变长，入射波和反射波的衰减也会变小，因此运算装置20能够进行长距离的测定。

(磁场施加位置为多个的情况)

在传输线路10中，当在多个位置施加磁场的情况下，运算装置20对在多个磁场施加位置的每一个中生成的反射波，检测时间差Δt以及反射波的电压V

(同轴电缆的其他例子)

图9A以及图9B表示传输线路10构成为同轴电缆时的其他例子。图9A所示的传输线路10a包括第1导体(信号线)11a、电介质12a、第2导体(屏蔽线)13a和包覆体14a。电介质12a、第2导体13a和包覆体14a分别是与图2所示的电介质12、第2导体13和包覆体14相同的结构。

第1导体11a具备导体15a和磁性膜16a。导体15a是非磁性的导体。磁性膜16a是含有磁性材料的膜，形成于导体15a的表面。磁性膜16a所含有的磁性材料也可以是与图2所示的第1导体11所含有的磁性材料相同的磁性材料。

磁性膜16a例如可以通过镀覆、蒸镀、溅射或CVD(化学气相沉积(Chemical VaporDeposition))等形成在导体15a的表面上。

由于第1导体11a的导体15a是非磁性导体，所以在第1导体11a的内部不会发生由磁化(磁壁移动)引起的阻抗变化。因此，在第1导体11a中，不易产生磁滞，能够以高灵敏度检测磁场。

图9B所示的传输线路10b包括多个第1导体(信号线)11b、电介质12b、第2导体(屏蔽线)13b和包覆体14b。电介质12b、第2导体13b以及包覆体14b分别是与图2所示的电介质12、第2导体13以及包覆体14相同的结构。

多个第1导体11b的各个第1导体11b的结构可以是与图1所示的第1导体11相同的结构。

这样，通过设为将多个第1导体11b捆扎的结构，能够减小作为多个第1导体11b整体的电阻损耗。因此，即使在传输线路10b较长的情况下，也能够减小入射波以及反射波的衰减。因此，磁检测装置1能够具备长的传输线路10b，测定所施加的磁场的位置及强度。

(传输线路的其他例子)

传输线路10只要是具有特性阻抗的线路，也可以不构成为同轴电缆。例如，传输线路10可以构成为平行双线、带状线、微带线、共面线(Coplanar)或波导。图10A～图10D表示传输线路10未构成为同轴电缆的情况的例子。

图10A是表示在传输线路10c被构成为平行双线的情况下的剖面的图。传输线路10c具备第1导体(信号线)11c、电介质12c和第2导体(屏蔽线)13c。第1导体11c与图2所示的第1导体11同样地含有磁性材料。第1导体11c在电介质12c上形成为薄膜。

图10B是表示在传输线路10d被构成为带状线的情况下的剖面的图。传输线路10d具备第1导体(信号线)11d、电介质12d和第2导体(屏蔽线)13d。第1导体11d与图2所示的第1导体11同样地含有磁性材料。第1导体11d在电介质12d的内部形成为薄膜。

图10C是表示在传输线路10e被构成为微带线的情况下的截面的图。传输线路10e具备第1导体(信号线)11e、电介质12e和第2导体(屏蔽线)13e。第1导体11e与图2所示的第1导体11同样地含有磁性材料。第1导体11e在电介质12e上形成为薄膜。

图10D是表示在传输线路10f被构成为共面线时的剖面的图。传输线路10f包括第1导体(信号线)11f、电介质12f和第2导体(屏蔽线)13f。第1导体11f与图2所示的第1导体11同样地含有磁性材料。第1导体11f在电介质12f上形成为薄膜。

图10A～图10D所示的电介质12c～12f与图2所示的电介质12同样，例如可以是PTFE(聚四氟乙烯)或聚乙烯等绝缘物。

图10A～图10D所示的第2导体13c～13f与图2所示的第2导体13同样，例如可以以铜为材料构成。

以下，说明图10A～图10D所示的、具备薄膜形状的第1导体11c～11f的传输线路10c～10f中的磁阻抗效应。设第1导体11c～11f的厚度为d，则在趋肤效应显著的情况下(趋肤深度δ<

[数学式5]

[数学式6]

这里，w是第1导体11c～11f的宽度，l是第1导体11c～11f的长度。

与图2所示的构成为同轴电缆的传输线路10同样地，在图10A～图10D所示的传输线路10c～10f中，通过磁矩的旋转，第1导体11c～11f的周向的导磁率也变化。传输线路10c～10f的阻抗依赖于第1导体11c～11f的周向的导磁率，因此当磁场施加位置的第1导体11c～11f的周向的导磁率变化时，磁场施加位置的传输线路10c～10f的阻抗变化。

图10A～10D所示的传输线路10c～10f例如通过由柔性基板构成传输线路10c～10f，能够与由同轴电缆构成的情况同样地具有柔软性。

图10A～图10D所示的第1导体11c～11f与图9A所示的第1导体11a同样，也可以是在非磁性的导体的表面形成有磁性膜的结构。

图10A～图10D所示的传输线路10c～10f也可以与图9B所示的传输线路10b同样，是分别包含多个第1导体11c～11f的结构。

(偏置磁场的施加)

如图11所示，磁检测装置1也可以在传输线路10的周围具备线圈70。如图11所示，线圈70通过流过偏置电流，在传输线路10的轴向(长度方向)施加偏置磁场。

这样，当通过线圈70在正方向上均匀地对传输线路10施加偏置磁场时，传输线路10的特性阻抗从Z

根据以上那样的一实施方式的磁检测装置1，能够在分布常数电路的任意位置进行磁场的检测。更具体地说，在磁检测装置1中，信号发生器30向传输线路10输入脉冲作为入射波，运算装置20检测在传输线路10的磁场施加位置处由于阻抗不匹配而产生的反射波、以及入射波。然后，运算装置20基于入射波和反射波，计算施加在传输线路10上的磁场的位置以及强度。因此，一实施方式的磁检测装置1能够在能够表示为分布常数电路的传输线路10的任意位置进行磁场的检测。

另外，根据一实施方式的磁检测装置1，能够同时检测传输线路10中的磁场施加位置和被施加在传输线路10上的磁场的强度，因此能够检测在传输线路10中从测定对象产生的不均匀的外部磁场。因此，磁检测装置1能够测定由作为测定对象的磁性材料的磁化分布产生的外部磁场、以及通过由作为测定对象的金属表面的缺陷导致的磁场分布而产生的外部磁场等。另外，磁检测装置1能够适用于地磁检测、涡电流探伤、磁显微镜、电流传感器及脑磁计等多种多样的测量设备。

另外，根据一实施方式的磁检测装置1，能够检测传输线路10中的多个磁场施加位置。例如，作为以往的磁传感器的霍尔元件、MR(磁阻(Magneto-Resistance))传感器、MI(磁阻抗(Magneto-Impedance))传感器、磁通门、拾波线圈、SQUID(超导量子干涉设备(Superconducting QUantum Interference Device))以及OPAM(光泵原子磁力仪(Optically-Pumped Atomic Magnetometer))，是点测量或者小范围的面测量。因此，为了测定磁场的分布，需要设置多个磁传感器，但需要另外准备用于将信号处理电路集中为一个的开关电路等，扩展性低。与此相对，一实施方式的磁检测装置1能够检测多个磁场施加位置，因此能够用一个装置测定磁场的分布。

另外，根据一实施方式的磁检测装置1，传输线路10内的第1导体11含有非晶合金或坡莫合金那样的高导磁率的磁性材料，由此能够检测10m[Oe]左右的微小磁场。

(频率扫描)

图13是表示其他实施方式的磁检测装置2的概略结构的图。关于其他实施方式的磁检测装置2，主要说明与图1所示的磁检测装置1的不同点，对于与图1所示的磁检测装置1相同的内容适当省略说明。

磁检测装置2与图1所示的磁检测装置1的不同点在于，对于基于入射波以及反射波的数据，先作为频域数据进行处理后，将频域数据变换为时域数据进行处理。对于入射波以及反射波，将频域数据变换为时域数据后的磁检测装置2的处理是与图1所示的磁检测装置1的处理相同的处理。

磁检测装置2具备测定装置100、传输线路10和终端电阻50。传输线路10以及终端电阻50可以是与图1所示的传输线路10以及终端电阻50相同的结构。

图14表示在对传输线路10施加了磁场的情况下，磁检测装置2检测传输线路10上的磁场施加位置的情形。与图3所示的情况相同，若在传输线路10的附近配置磁铁60，则磁铁60生成的磁场强度H

返回到图13，继续说明磁检测装置2。

测定装置100包括运算装置120、信号发生器130和定向耦合器140。测定装置100例如可以是作为矢量网络分析仪发挥功能的测定装置。

运算装置120将从信号发生器130输入的正弦波状的脉冲作为入射波进行检测。运算装置120可以从信号发生器130直接被输入入射波，也可以经由定向耦合器140被输入入射波。

运算装置120检测的入射波是信号发生器130所扫描输出的正弦波状的脉冲。图15表示运算装置120所检测的入射波的一例。在图15所示的例子中，正弦波状的脉冲从低频向高频被连续扫描。在此，“正弦波状的脉冲”的术语，被用作表示正弦波状的波形的一个周期的量。即，“正弦波状的脉冲”具有正弦波状的波形的正侧的部分和负侧的部分两者。在图15所示的例子中，正弦波状的脉冲以从低频平滑地变化到高频的方式被扫描，但入射波的波形不限于此。入射波的波形例如也可以是按每1个周期或按每N个周期被切换正弦波状的脉冲的频率这样的波形。

运算装置120将从传输线路10经由定向耦合器140被输入的脉冲检测为反射波。

信号发生器130生成正弦波状的脉冲。信号发生器130扫描正弦波状的脉冲并输出。信号发生器130所扫描输出的正弦波状的脉冲例如是图15所示的波形。在此，所谓“扫描输出”意味着一边改变正弦波状的脉冲的频率一边输出。信号发生器130例如可以一边使频率从10MHz变化到50GHz，一边输出正弦波状的脉冲。

信号发生器130与运算装置120的信号检波器121和定向耦合器140连接。信号发生器130所扫描输出的正弦波状的脉冲，经由定向耦合器140作为入射波而被输入到传输线路10。另外，信号发生器130所扫描输出的正弦波状的脉冲，被输入到运算装置120的信号检波器121。

定向耦合器140将传输线路10、运算装置120和信号发生器130相互连接。来自信号发生器130的入射波经由定向耦合器140被输入到传输线路10。来自传输线路10的反射波经由定向耦合器140被输入到运算装置20的信号检波器121。来自传输线路10的反射波是由于传输线路10的磁场施加位置处的阻抗不匹配而对入射波产生的反射波。

接着，对运算装置120的各功能块进行说明。运算装置120具备信号检波器121、控制部122和存储器123。

信号检波器121对从信号发生器130输入的入射波和从定向耦合器140输入的反射波进行检波。信号检波器121按照信号发生器130所扫描输出的正弦波状的脉冲的每个频率，检测反射波相对于入射波的矢量比。这里所谓矢量比，是由反射波相对于入射波的反射率以及相位差规定的矢量。在此，所谓反射波相对于入射波的反射率，是反射波的振幅除以入射波的振幅得到的。另外，所谓反射波相对于入射波的相位差，是从反射波的相位减去入射波的相位而得到的。

在此，例如，信号发生器130作为入射波进行扫描并输出的正弦波状的脉冲也可以相对于频率而振幅是固定的。图16表示相对于频率，振幅固定为V

信号检波器121例如按每个频率对相对于具有图16所示的频率特性的入射波的反射波进行检波，检测相对于入射波的反射波的反射率以及相对于入射波的反射波的相位差。这样，信号检波器121将相对于入射波的反射波的反射率及相位差作为相对值进行检测。因此，信号检波器121即使在入射波中存在波动，也能够消除波动而检测相对于入射波的反射波的反射率以及相位差。即，信号检波器121能够除去入射波的抖动，能够进行没有时间上的信号波动的、取得了同步的测定。

信号检波器121包括通带可变的滤波器(例如，带通滤波器或IF(中频(Intermediate Frequency))滤波器)。在滤波器是带通滤波器的情况下，根据来自控制部122的指令来控制带通滤波器的通带。控制部122控制带通滤波器的通带，使得信号发生器130所输出的正弦波状的脉冲通过，并使其他频率的信号衰减。由此，信号检波器121包含的带通滤波器能够使反射波中包含的噪声中的、信号发生器130输出的正弦波状的脉冲以外的频带的噪声衰减。因此，信号检波器121能够改善运算装置120接收的反射波的SN比。

另外，信号检波器121不是必须包含带通滤波器。信号检波器121也可以不包含带通滤波器。

信号检波器121可以具有与图1所示的输入电路21相同的功能。信号检波器121可以具有与图1所示的AD转换器22相同的功能。

信号检波器121可以在模拟信号的状态下对入射波以及反射波进行检波，也可以在数字信号的状态下对入射波以及反射波进行检波。

控制部122控制运算装置120的各构成部分。控制部122例如可以构成为CPU等处理器。关于控制部122的功能的细节将后述。

存储器123与控制部122连接。存储器123例如具有HDD、SSD、EEPROM、ROM以及RAM等任意的存储装置。存储器123例如也可以作为主存储装置、辅助存储装置或高速缓冲存储器发挥功能。存储器123不限于内置于运算装置120中的存储器，也可以是通过USB等数字输入输出端口等连接的外置型的存储装置。

控制部122从信号检波器121按照入射波的每个频率获取相对于入射波的反射波的振幅以及相位差。控制部122根据相对于入射波的反射波的振幅，生成反射率的频域数据。控制部122根据相对于入射波的反射波的相位差，生成相位差的频域数据。控制部122对反射率的频域数据以及相位差的频域数据进行傅立叶逆变换，生成反射波的时域数据。

控制部122针对反射波的时域数据，进行与图1所示的磁检测装置1对入射波以及反射波进行的处理相同的处理，计算施加在传输线路10上的磁场的位置和强度。

运算装置120在计算传输线路10中的磁场施加位置和施加在传输线路10上的磁场的强度时，也可以将从磁场施加时检波出的反射波的数据中减去偏移数据而得到的差分的数据，用作在计算磁场施加位置以及磁场的强度时使用的反射波的数据。运算装置120可以将在没有对传输线路10施加磁场的状态下检测出的反射波的数据作为偏移数据，而保存在存储器123中。此时，运算装置120可以将在未对传输线路10施加磁场的状态下检测出的反射率以及相位差的数据，作为反射率的频域数据以及相位差的频域数据的偏移数据，保存在存储器123中，也可以作为反射波的时域数据的偏移数据保存在存储器123中。

运算装置120通过这样使用从施加磁场时检波出的反射率以及相位差的数据中减去偏移数据而得到的差分的数据，能够降低由于传输线路10的构成要素的机械公差、因传输线路10的弯曲等产生的失真、由于从初始状态被施加的环境磁场(例如地磁或由电子设备等产生的磁场)、以及传输线路间(例如50Ω同轴电缆和传输线路10)的阻抗不匹配等，而产生的反射波的影响。

以下，以运算装置120使用从施加磁场时检波出的反射率及相位差的数据减去偏移数据而得到的差分的数据的情况为例，对运算装置120的处理进行说明。

控制部122在没有对传输线路10施加磁场的状态下，控制信号发生器130，扫描并输出正弦波状的脉冲作为入射波。信号发生器130所扫描输出的正弦波状的脉冲的频率特性可以具有图16所示的振幅特性。

控制部122在没有对传输线路10施加磁场的状态下，根据经由信号检波器121输入的入射波、和经由定向耦合器140及信号检波器121输入的反射波，生成信号发生器130扫描并输出正弦波状的脉冲时的反射率的频域数据以及相位差的频域数据。

控制部122对反射率的频域数据以及相位差的频域数据进行傅立叶逆变换，变换为反射波的时域数据。在相对于入射波的反射波的反射率以及相位差分别具有图17A和图17B所示那样的频率特性的情况下，反射波的时域数据成为对作为脉冲信号的入射波的脉冲响应。另外，控制部122也可以对脉冲信号相对于时间进行积分而变换为阶跃(step)信号。在这种情况下，反射波的时域数据成为对作为阶跃信号的入射波的阶跃响应。

在没有对传输线路10施加磁场的状态下，控制部122获取的相对于入射波的反射波的反射率的一例，例如是图17A中虚线202所示的数据。在没有对传输线路10施加磁场的状态下，控制部122获取的相对于入射波的反射波的相位差的一例是例如图17B中虚线204所示的数据。

接着，在对传输线路10施加了磁场的状态下，控制部122控制信号发生器130，扫描并输出正弦波状的脉冲作为入射波。此时，信号发生器130输出的入射波的波形与在传输线路10上未施加磁场的状态下信号发生器130输出的入射波的波形为相同波形。

在对传输线路10施加了磁场的状态下，控制部122从经由信号检波器121输入的入射波、和经由定向耦合器140及信号检波器121输入的反射波，获取信号发生器130扫描并输出正弦波状的脉冲时的反射率的频域数据以及相位差的频域数据。

在对传输线路10施加了磁场的状态下，控制部122获取的相对于入射波的反射波的反射率的一例，例如是图17A中实线201所示的数据。在对传输线路10施加了磁场的状态下，控制部122获取的相对于入射波的反射波的相位差的一例，例如是图17B中实线203所示的数据。

控制部122对在未对传输线路10施加磁场的状态下获取的反射率的频域数据以及相位差的频域数据进行傅立叶逆变换，变换为反射波的时域数据。在未对传输线路10施加磁场的状态下的反射波的时域数据的一例例如是图18A中虚线206所示的数据。在图18A中，作为反射波观测到的纵轴上的脉冲信号例如是由传输线路间(例如50Ω同轴电缆和传输线路10)的阻抗不匹配引起的。

控制部122对在对传输线路10施加了磁场的状态下获取的反射率的频域数据以及相位差的频域数据进行傅立叶逆变换，变换为反射波的时域数据。在对传输线路10施加了磁场的状态下的反射波的时域数据的一例例如是图18A中实线205所示的数据。

控制部122也可以对图18A所示的反射波的时域数据进行积分。对未施加磁场的状态下的反射波的时域数据、即以图18A的虚线206所示的数据进行积分后得到的数据的一例，例如是图18B中以虚线208所示那样的数据。对施加了磁场的状态下的反射波的时域数据、即以图18A的实线205所示的数据进行积分后得到的数据的一例，例如是图18B中以实线207所示的数据。在图18B中作为反射波观测到的阶跃信号例如是由传输线路间(例如50Ω同轴电缆和传输线路10)的阻抗不匹配引起的，是对在图18A中作为反射波观测到的纵轴上的脉冲信号进行积分后得到的数据。

这里，图18B所示的数据208是偏移数据。控制部122计算从对施加了磁场的状态下的反射波的时域数据进行积分后得到的数据即图18B所示的数据207中，减去偏移数据即图18B所示的数据208，而得到的差分的数据。将这样计算出的、减去偏移数据后得到的差分的数据，在图18C中表示为实线209。如图18C所示，通过减去偏移数据，能够降低例如传输线路间(例如50Ω同轴电缆和传输线路10)的阻抗不匹配带来的影响。

控制部122使用图18C所示的数据作为反射波的时域数据，通过与图1所示的磁检测装置1同样的处理，能够计算磁场的位置以及强度。

控制部122针对反射率的频域数据以及相位差的频域数据，也可以在频域中进行卷积积分处理后进行傅立叶逆变换，来取代进行傅立叶逆变换后进行积分处理。由此，与在进行傅立叶逆变换之后进行积分处理的情况相比，控制部122能够减少计算所花费的时间。

另外，对如图18B所示的反射波的时域数据进行积分的处理不是必须的，控制部122也可以将从图18A所示的数据205减去数据206后得到的差分的数据，用作反射波的时域数据，计算磁场的位置以及强度。

另外，控制部122也可以不进行减去偏移数据而计算差分的数据的处理。在这种情况下，控制部122也可以直接使用施加了磁场的状态下的反射波的时域数据，来计算磁场的位置以及强度。

另外，作为2端子对电路(4端子电路网)中的S参数(散射参数(Scatteringparameter))，使用正向的反射率即S11，但也可以使用反向的反射率即S22。在此，S11表示当从一个端子输入信号时在一个端子反射的信号，S22表示从另一个端子输入信号时在另一个端子反射的信号。

对于本领域技术人员来说应该明白，本公开能够不脱离其精神或其本质特征地，以上述实施方式以外的其他规定方式来实现。因此，前面的记述是例示性的，并不限定于此。公开的范围不是由前面的记述而是由附加的权利要求定义。在所有的变更中，在其均等的范围内的几个变更包含在其中。

例如，上述各构成部分的配置以及个数等不限于上述说明以及附图中的图示的内容。各构成部分的配置及个数等只要能够实现其功能，则可以任意构成。

标号说明

1、2 磁检测装置

10、10a、10b、10c、10d、10e、10f 传输线路

11、11a、11b、11c、11d、11e、11f 第1导体(信号线)

12、12a、12b、12c、12d、12e、12f 电介质

13、13a、13b、13c、13d、13e、13f 第2导体(屏蔽线)

14、14a、14b 包覆体

15a 导体

16a 磁性膜

20 运算装置

21 输入电路

22 AD转换器(ADC)

23 控制部

24 存储器

30 信号发生器

40 连接器

50 终端电阻

60 磁铁

70 线圈

100 测定装置

120 运算装置

121 信号检波器

122 控制部

123 存储器

130 信号发生器

140 定向耦合器。