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磁性流体性状計測に用いる針状磁気プローブの オフセット電圧の低減に関する研究

磁性流体性状計測に用いる針状磁気プローブの オフセット電圧の低減に関する研究. A-4. 磁気応用工学研究室 戸塚　聡文　. 1 . 研究背景 ( 誘導加温法 ). 癌細胞は正常細胞に比べて熱に弱い 腫瘍局所を一定時間 42.5 ℃以上に加温する事で癌細胞が死滅する. 体内の癌患部に磁性流体を注入. 　： 実験係 [W/Hz/[ mgFe ]/T/ml] ： 周波数 [Hz] ： 磁性流体の重量濃度 [ mgFe /ml] ： 磁束密度 [T]. 磁性流体 はヒステリシス損により 発熱. 癌細胞 付近滞留. (1). [W/cc]. 磁性流体.

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磁性流体性状計測に用いる針状磁気プローブの オフセット電圧の低減に関する研究

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  1. 磁性流体性状計測に用いる針状磁気プローブのオフセット電圧の低減に関する研究磁性流体性状計測に用いる針状磁気プローブのオフセット電圧の低減に関する研究 A-4 磁気応用工学研究室 戸塚　聡文　

  2. 1.研究背景( 誘導加温法) 癌細胞は正常細胞に比べて熱に弱い 腫瘍局所を一定時間42.5℃以上に加温する事で癌細胞が死滅する 体内の癌患部に磁性流体を注入 　：実験係[W/Hz/[mgFe]/T/ml] ： 周波数 [Hz] ： 磁性流体の重量濃度[mgFe/ml] ： 磁束密度 [T] 磁性流体はヒステリシス損により発熱 癌細胞付近滞留 (1) [W/cc] 磁性流体 均一交流磁界を照射 均一交流磁界下に磁性流体を置いた時 磁性流体が発熱 ∝ 磁性流体 癌細胞の加熱 磁性流体の内外の磁束密度を磁気センサで計測 癌細胞が局所的に加熱される 均一交流磁界

  3. 2.プローブの構成とオフセット電圧 極低濃度での測定が困難 y 感度方向 z プローブからの出力( ) Vｃｃ x (均一に近い磁界下) 　　　　　 オフセット電圧 : 磁性流流体による信号 80: 1 150μm 150µm SV-GMRセンサ (高分解能) Vref Vout 磁気抵抗係数K1,K2の違いが原因と考察 R1(GMR1) R3=R0 0 R2(GMR2) (2) 30 mm R4=R0 オフセット電圧 必要な信号 z ・磁気抵抗係数K1,K2の算出 ・オフセット電圧の低減方法を検討 ・オフセット電圧による影響の評価 x y 0.5 mm

  4. 3. 検出部の磁気抵抗係数K2の算出方法 ソレノイドコイル 磁界 半径 15 mm 長さ 80 mm 巻数 80巻 周波数　　　　　100 Hz 　内部の磁束密度 0µT～24μT プローブからの出力 (3) (4)

  5. 4. リファレンス部の磁気抵抗係数K1の算出方法 磁界方向 (0 µT～75μT) プローブ 磁界 磁界 プローブからの出力 (5) ヘルムホルツコイル ヘルムホルツコイル 半径　125mm 巻き数　106巻 中心磁束密度 0 µT～75 μT (6)

  6. 5. 磁気抵抗係数K1 ,K2の算出 ソレノイドコイルを用いた計測 ヘルムホルツコイルを用いた計測 µV/µT µV/µT 式(4)から 式(6)から Ω/mT Ω/mT

  7. 6. オフセット電圧の低減方法 検出部とリファレンス部の磁気抵抗係数 均一磁束密度を照射時の ブリッジ回路を平衡状態にするため Ω しかし，自分で付け加えることが出来なく行うことができなかった。 検出部 リファレンス部 模擬的に磁気抵抗係数の差分を照射される磁束密度 に差をつけオフセット電圧を低減し重量濃度計測をおこなった。 オフセット電圧低減前 オフセット電圧低減 ヘルムホルツコイルの中心から-65mmの不均一部に磁性流体が入った容器を固定 ヘルムホルツコイルの中心に 磁性流体が入った容器を固定

  8. 7. 重量濃度計測でのオフセット電圧の影響比較 中心部 (オフセット電圧 77µV) 中心から-65 mm (オフセット電圧　47.8µV) ヘルムホルツコイル 半径　　　 　125mm 周波数100 Hz 中心磁束密度　75 µT 磁性流体重量濃度0％～0.58%の５点を容器に入れ測定 B1>B2とすることでオフセット電圧が低減され オフセット電圧を低減することでより高精度な重量濃度測定ができる

  9. 8. まとめ・今後の課題 ・プローブの2つの磁気抵抗係数の算出 2つの磁気抵抗係数の算出を行った。その値から均一磁界照射時にオフセット電圧を低減させるために R3→+5.2 Ω加える必要がある ・重量濃度測定におけるオフセット電圧の影響 オフセット電圧を低減することで極低濃度での重量濃度測定が可能となる 今後の課題 算出した固定抵抗値を利用し均一磁界下でプローブ内 のブリッジ回路が平衡になるように調整しオフセット電圧 を低減する

  10. ご清聴ありがとうございました

  11. 三大治療法 現在の癌治療法 外科療法 化学療法 放射線治療 副作用による身体的影響が大きい 現在併用して行われている 温熱療法 ・癌細胞を局所的にアポトーシスによって死滅させる事が出来き、身体的負荷が少ない。 誘電加温法 誘導加温法 正常な細胞も火傷をおってしまう

  12. Dw（重量濃度）と計測した磁束密度の関係 磁性流体の発熱量 クラスタ構造を成している磁性微粒子が均一に分散した磁性流体の比透磁率は (Dvが非常に小さい場合) (1) ；磁性流体の体積濃度 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　；磁性流体の重量濃度 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　；微粒子の比重（マグネタイトの場合 =4.56） 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　；クラスタ構造の占有率 と表す事が出来る． 磁性流体を注入した楕円体に均一な磁束密度を印加すると，その磁性流体内の磁界は均一 で磁束密度は (2) N;反磁界係数 この(1)と(2)より (3) [W/cc]

  13. オフセット電圧 プローブから発生するオフセット電圧が測定に影響を及ぼす オフセット電圧を低減する事でオフセット電圧の変化を抑える 磁性流体の重量濃度を測定することが出来る 得たい出力 変化するオフセット電圧 数µV プローブから の出力 得たい出力 オフセット電圧 80 µV程度 オフセット電圧 低減

  14. ヘルムホルツコイル磁束密度分布 250 200 150 ヘルムホルツコイル中心 検出部　　 (0,0) →　　75.015 µT リファレンス部 (0,3) →　　75.01 µT 100 50 0 -50 ヘルムホルツ不均一部 検出部 (0,-7) →　　72.6 µT リファレンス部 (0,-4) →　　75.0µT -100 -150

  15. ソレノイドコイル磁束密度シュミレーション y軸 y軸 +30mm シュミレーション範囲 z軸 0 X軸 z軸 ソレノイドコイル　 長さ80mm 巻数 　　　80巻 励磁電流　　　　24mA 周波数　　　　　100Hz ソレノイドコイル シュミレーション範囲 ソレノイドコイルの中心(0,0,0) (0,0,-50)～(0,0,+50) (0,30,-50)～(0,30,+50)

  16. シュミレーション結果 内部の磁束密度 外部の磁束密度 ソレノイドコイルの内部の中心では磁束密度が生まれ、根元のGMRセンサには ほぼ磁束密度が存在しない。　　→　先端のＧＭＲセンサのみに磁界を照射する

  17. 重量濃度測定装置 透 125 mm 125 mm 楕円形の容器 直径5.5mm 高さ3mm ヘルムホルツコイル ヘルムホルツコイル 半径　　125 mm

  18. 測定風景

  19. 周辺機器 ヘルムホルツコイル 電力増幅器 ロックインアンプ PC 電流プローブ ファンクション ジェネレータ 針状磁気プローブ DC

  20. 周波数変化での時間的なオフセットのばらつき周波数変化での時間的なオフセットのばらつき 　　　　　　　周波数を変化させそれぞれ2分間隔で30分計測 GMRセンサをヘルムホルツコイルの中心に設置 磁界　75μT (100mA) 時定数300ms 周波数　80Hz～200Hzで10Hz間隔

  21. 交流磁界照射時磁性流体の発熱量 (1) 　：実験係数 [W/Hz/[mgFe]/T /ml] ： 周波数 [Hz] ： 磁性流体の重量濃度 [mgFe/ml] ： 磁束密度 [T] 　：反磁界係数 　：微粒子の比重 ：クラスタ構造の占有率 磁性流体の内外の磁束密度を磁気センサで測定 (2) ：微粒子の比重 ：クラスタ構造の占有率 ：反磁界係数 磁性流体 低濃度　→　大きくばらついたオフセット電圧で測定が困難 均一交流磁界 オフセットの原因と低減方法の調査する

  22. 磁気抵抗係数大小関係 ヘルムホルツコイル 磁束密度 小 プローブ 大 移動 z r ヘルムホルツコイル 半径　　　　　　125 mm 周波数　　　　 100 Hz 中心磁束密度 75µT 小

  23. 磁気抵抗係数大小関係結果 　　　　　　　に出力が増え、　　　　　　　に出力減少

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