(57)【要約】【課題】測定用磁気検知器の各検知軸を基準用検知軸に合わせて設置する必要がなく、かつ複雑なソフト処理を必要としない背景磁界補償の可能な磁気測定装置を提供する。【解決手段】基準用磁気検知器１の基準Ｘ軸出力Ｈxを、測定用磁気検知器２−ｉの設置角度θによるＣＯＳθとＳＩＮθでＤ／Ａ変換器６−１と６−３に分散入力し、基準Ｙ軸出力Ｈｙを、ＳＩＮθとＣＯＳθでＤ／Ａ変換器６―２と６−４に分散入力し、さらにＤ／Ａ変換器６−１と６−２の出力を加算器７−１で加算し、その出力Ｈｘ×ＣＯＳθ＋Ｈｙ×ＳＩＮθをＸ軸補償コイル４Ｘに入力するとともに、Ｄ／Ａ変換器６−３と６−４の出力を加算器７−２で加算し、その出力Ｈｘ×ＳＩＮθ＋Ｈｙ×ＣＯＳθをＹ軸補償コイル４Ｙに入力する。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに直交する３つの検知軸を有し、２つの検知軸を水平方向に向けるためのジンバル機構を備えた基準用磁気検知器と、
互いに直交する３つの検知軸を有し、２つの検知軸を水平方向に向けるためのジンバル機構及び２軸用補償コイルを備えた測定用磁気検知器と、
前記基準用磁気検知器の水平検知軸出力と前記測定用磁気検知器の水平検知軸出力とから前記測定用磁気検知器の前記基準用磁気検知器の水平検知軸に対する設置角度θを算出する角度算出手段と、
前記基準用磁気検知器の水平２軸の各出力を受けて前記設置角度θで分散し、それぞれ前記測定用磁気検知器の前記水平２軸用補償コイルに入力するＤ／Ａ変換器を含む磁気補償信号生成回路と、
を備えてなることを特徴とする磁気測定装置。
【請求項２】
前記磁気補償信号生成回路は、
前記基準用磁気検知器のＸ軸出力Ｈｘと、前記測定用磁気検知器の設置角度θに係るＣＯＳθを入力に受けてＨｘ×ＣＯＳθを出力する第１のＤ／Ａ変換器と、
前記基準用磁気検知器のＹ軸出力Ｈｙと、前記測定用磁気検知器の設置角度θに係るＳＩＮθを入力に受けてＨｙ×ＳＩＮθを出力する第２のＤ／Ａ変換器と、
前記基準用磁気検知器のＸ軸出力Ｈｘと、前記測定用磁気検知器の設置角度θに係るＳＩＮθを入力に受けてＨｘ×ＳＩＮθを出力する第３のＤ／Ａ変換器と、
前記基準用磁気検知器のＹ軸出力Ｈｙと、前記測定用磁気検知器の設置角度θに係るＣＯＳθを入力に受けてＨｙ×ＣＯＳθを出力する第４のＤ／Ａ変換器と、
前記第１のＤ／Ａ変換器と前記第２の変換器の出力を加算してＨｘ×ＣＯＳθ＋Ｈｙ×ＳＩＮθを出力する第１の加算器と、
前記第３のＤ／Ａ変換器と前記第４の変換器の出力を加算してＨｘ×ＳＩＮθ＋Ｈｙ×ＣＯＳθを出力する第２の加算器と、
とから構成されるものであり、前記第１の加算器の出力を前記測定用磁気検知器のＸ軸補償コイルに入力し、前記第２の加算器の出力を前記測定用磁気検知器のＹ軸補償コイルに入力し、背景磁界を補償するようにしたことを特徴とする請求項１記載の磁気測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、地磁気中における、被測定物の磁気信号を検知する磁気測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、背景磁界（地磁気）中の微小な磁気信号を計測する場合に、地磁気補償用磁気センサ出力を被補償用磁気センサ出力から引いて地磁気補償をおこなっており、３軸磁気センサにおいては、地磁気補償用磁気センサと被補償用磁気センサの設置の際、東西南北に関しては地磁気を利用して、地磁気補償用磁気センサと被補償用磁気センサの姿勢を調整し、３軸の方向を一致させている。
【０００３】
また、磁気センサの姿勢を調整するのが、困難な場所においては、基準の姿勢の磁気センサで測定した地磁気の３成分より、任意の姿勢の磁気センサで測定した地磁気の３成分の感度軸に対するずれ角を算出し、前記ずれ角に基づいて軸回りの回転演算を行い、感度軸に対して所望する関係となるように被測定磁界値を変換し、３軸の方向を一致させる磁気測定装置が開示されている（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
また、所定の姿勢に設置される基準姿勢３軸磁気センサと、任意の姿勢に設置した複数個の３軸磁気センサと、信号処理装置を備え、信号処理装置で、任意姿勢の３軸磁気センサの各出力データを基準姿勢と等価な姿勢での計測データに変換し、変換後のデータを地磁気補償用磁気データとして用い、被補償用磁気データから地磁気補償用データを引くことにより地磁気補償を行うようにした磁気計測装置が開示されており（例えば特許文献２参照）、いずれも、姿勢を気にせず、地磁気補償を行うようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−１９８８０９号公報
【特許文献２】特開２００９−７５０９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記した従来の磁気測定装置では、背景磁界補償を行うためには、基準用磁気検知器と測定用磁気検知器の各３軸の各検知軸が同じ方向となるようにあらかじめ設置しなければならず、測定用磁気検知器が多数の場合は、３軸調整に手間取るという問題がある。
【０００７】
一方、上記特許文献１，２に記載の磁気検知器（３軸磁気センサ）では、測定用磁気検知軸を調整する必要がないが、基準姿勢と等価な姿勢で計測データに変換する処理をコンピュータによるソフトウエア処理を行うために複雑な処理を行うシステム構築が必要となり、また、デジタル処理による補償を行うので極端に背景磁界あるいは測定磁界が大なる場合には、適正な補償、測定ができないことも起こり得るという問題がある。
【０００８】
本発明は、上記した事情に鑑みなされたものであり、測定用磁気検知器の各検知軸を、基準用磁気検知器の検知軸と同じ方向に合わせて設置する必要が無く、それでいて、複雑な処理を必要とせず、また、補償信号と被検知信号とに極端な差異有る場合でも、被測定物の磁気信号を検出可能な磁気測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するために、本発明の磁気測定装置は、互いに直交する３つの検知軸を有し、2つの検知軸を水平方向に向けるためのジンバル機構を備えた基準用磁気検知器と、互いに直交する３つの検知軸を有し、２つの検知軸を水平方向に向けるためのジンバル機構及び２軸用補償コイルを備えた測定用磁気検知器と、前記基準用磁気検知器の水平検知軸出力と前記測定用磁気検知器の水平検知軸出力とから前記測定用磁気検知器の前記基準用磁気検知器の水平検知軸に対する設置角度θを算出する角度算出手段と、前記基準用磁気検知器の水平２軸の各出力を受けて前記設置角度θで分散し、それぞれ前記測定用磁気検知器の前記水平２軸用補償コイルに入力するＤ／Ａ変換器を含む磁気補償信号生成回路と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明の、より具体的な構成として、前記磁気補償信号生成回路は、前記基準用磁気検知器のＸ軸出力Ｈｘと前記測定用磁気検知器の設置角度θに係るＣＯＳθとを入力に受けてＨｘ×ＣＯＳθを出力する第１のＤ／Ａ変換器と、前記基準用磁気検知器のＹ軸出力Ｈｙと、前記測定用磁気検知器の設置角度θに係るＳＩＮθを入力に受けてＨｙ×ＳＩＮθを出力する第２のＤ／Ａ変換器と、前記基準用磁気検知器のＸ軸出力Ｈｘと前記測定用磁気検知器の設置角度θに係るＳＩＮθを入力に受けてＨｘ×ＳＩＮθを出力する第３のＤ／Ａ変換器と、前記基準用磁気検知器のＹ軸出力Ｈｙと前記測定用磁気検知器の設置角度θに係るＣＯＳθを入力に受けてＨｙ×ＣＯＳθを出力する第４のＤ／Ａ変換器と、前記第１のＤ／Ａ変換器と前記第２のＤ／Ａ変換器の出力を加算してＨｘ×ＣＯＳθ＋Ｈｙ×ＳＩＮθを出力する第１の加算器と、前記第３のＤ／Ａ変換器と前記第４のＤ／Ａ変換器の出力を加算してＨｘ×ＳＩＮθ＋Ｈｙ×ＣＯＳθを出力する第２の加算器と、から構成されるものであり、前記第１の加算器の出力を前記測定用磁気検知器のＸ軸補償コイルに入力し、前記第２の加算器の出力を前記測定用磁気検知器のＹ軸補償コイルに入力し、背景磁界を補償するようにしても良い。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、測定用磁気検知器の検知軸を基準用磁気検知器の検知軸と物理的に合わせて設置することなしに、基準用磁気検知器の水平２軸の各出力を受けて設置角度θで分散し、それぞれ測定用磁気検知器の水平２軸の補償コイルにアナログ磁気補償信号を入力するＤ／Ａ変換器を設けることで背景磁界の補償を行い、従来の磁気測定装置に比し、はるかに簡単な構成で、また補償信号と被検知信号と極端な差異有る場合でも、被測定物の磁気信号を検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態磁気測定装置の概略回路構成を示すブロック図である。
【図２】同実施形態磁気測定装置の測定用磁気検知器の回路構成を示す回路ブロック図である。
【図３】同実施形態磁気測定装置に使用される磁気検知器を示す概略図である。
【図４】同実施形態磁気測定装置における基準用磁気検知器と測定用磁気検知器の配置姿勢例を示す図である。
【図５】同実施形態磁気測定装置のＨｘ、Ｈｙ、Ｈｘ’、Ｈｙ’の関係を示す図である。
【図６】同実施形態磁気測定装置の３軸出力から測定用磁気検知器へ姿勢角θの算出を説明する図である。
【図７】本発明の他の実施形態磁気測定装置の概略回路構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、実施の形態により、本発明を更に詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態磁気測定装置の概略構成を示すブロック図、図２は同実施形態磁気測定装置の測定用磁気検知器の回路構成を示す回路ブロック図である。
【００１４】
この実施形態磁気測定装置には、１個の基準用磁気検知器１と、ｎ個の測定用磁気検知器２―１、２−２、・・・、２−ｎが備えられており、これら基準用磁気検知器１及び測定用磁気検知器２−１、２−２、・・・２−ｎは、図３に示すように３軸磁気検知素子３ｘ、３ｙ、３ｚと、３軸補償コイル４ｘ、４ｙ、４ｚが備えられている。さらに基準用磁気検知器１と測定用磁気検知器２―１、２−２、・・・、２−ｎには、図示していないが１軸（Ｚ軸）はジンバル機構により常時鉛直方向に保ち、他の２つの検知軸（Ｘ軸，Ｙ軸）を水平に保持するようにしている。
【００１５】
また、基準用磁気検知器１のみ図４に示すようにＺ軸を鉛直に、Ｘ軸、Ｙ軸を南北方向、東西方向に合致するように配置し、測定用磁気検知器２−ｉ（１≦ｉ≦ｎ）は、ＸＹ面は水平に保たれるも、南北方向、東西方向に対し何らの角度規制もなく任意角θとなるようにＸＹ軸の調整を不要としている。
【００１６】
本実施形態磁気測定装置の特徴として、図１，図２に示すように基準用磁気検知器１よりＸ軸出力、Ｙ軸出力及びＺ軸出力を各測定用磁気検知器２−１、２−２、・・・、２−ｎに入力しており、各測定用磁気検知器２−ｉには、基準用磁気検知器１の基準Ｘ軸出力（アナログ信号）と、基準Ｙ軸出力（アナログ信号）を入力に受けて、測定用磁気検知器自身の設置角度θで分解し、測定用磁気検知器自身のＸ軸補償コイル４Ｘ，Ｙ軸補償コイル４Ｙへの補償信号を入力する補償信号生成回路５が設けられている。
【００１７】
今、測定用磁気検知器２−ｉと基準用磁気検知器１は、図４に示すように角度θ（任意）だけずれて配置されているとする。基準用磁気検知器１と測定用磁気検知器２−ｉには、地磁気等の背景磁界が入力される。南北方向の背景磁界をＨＮＳ、東西方向の背景磁界をＨＥＷとすると、基準用磁気検知器１及び測定用磁気検知器２−ｉで検知される背景磁界は次式および図５で表される。
【００１８】
基準用磁気検知器１のＸ軸：Ｈｘ＝ＨＮＳ
基準用磁気検知器１のＹ軸：Ｈｙ＝ＨＥＷ
測定用磁気検知器２−ｉのＸ軸：Ｈｘ、＝Ｈｘ×ｃｏｓθ＋Ｈｙ×ｓｉｎθ
測定用磁気検知器２−ｉのＹ軸：Ｈｙ、＝Ｈｘ×ｓｉｎθ＋Ｈｙ×ｃｏｓθ
上記基準用磁気検知器１の検知背景磁界Ｈｘ、Ｈｙと測定磁気検知器２−ｉの検知背景磁界Ｈｘ、、Ｈｙ、の関係は、図５に示すものとなる。
【００１９】
そこで、測定用磁気検知器２−ｉの補償信号生成回路５は、基準用磁気検知器２−ｉのＸ軸出力Ｈｘ、及びＹ軸出力Ｈｙを受けて、Ｘ軸出力Ｈｘ、及びＹ軸出力Ｈｙ、を生成し、それぞれ補償信号としてＸ軸補償コイル４Ｘ，Ｙ軸補償コイル４Ｙに入力し得るようにしている。
補償信号生成回路５は、その具体的構成としてＸ軸Ｈｘ、出力を生成するため基準用磁気検知器１の基準Ｘ軸出力Ｈｘ（アナログ信号）とＣＯＳθ（デジタル信号）を入力に受けて出力する第１のＤ／Ａ変換器６−１と、基準用磁気検知器１の基準Ｙ軸出力Ｈｙ（アナログ信号）とＳＩＮθ（デジタル信号）を入力に受けて出力する第２のＤ／Ａ変換器６−２と、第１のＤ／Ａ変換器６−１の出力と第２のＤ／Ａ変換器６−２の出力を入力に受けてアナログ演算し、その加算値をＸ軸補償コイル４Ｘに入力する第１の加算器７−１と、を備えている。
【００２０】
さらに補償信号生成回路５は、Ｙ軸Ｈｙ、出力を生成するため基準用磁気検知器１の基準Ｘ軸出力Ｈｘ（アナログ信号）と、ＳＩＮθ（デジタル信号）を入力に受けて、出力する第３のＤ／Ａ変換器６−３と、基準用磁気検知器１の基準Ｙ軸出力Ｈｙ（アナログ信号）とＣＯＳθ（デジタル信号）を入力に受けて出力する第４のＤ／Ａ変換器６−４と、第３のＤ／Ａ変換器６−３の出力と第４のＤ／Ａ変換器６−４の出力を入力に受けてアナログ演算し、その加算値を、Ｙ軸補償コイル４Ｙに入力する第２の加算器７−２と、を備えている。
【００２１】
また、補償信号生成回路５には、基準Ｘ軸出力（例えば図５に示すＨｘ）と、背景磁界しか検知されない状態でのＸ軸検知素子３Ｘの出力（例えば図５に示すＨｘＣＯＳθ）及び背景磁界しか検知されない状態でのＹ軸検知素子３Ｙの出力（例えば図５に示すＨｘＳＩＮθ）を入力に受け、測定用磁気検知器２−ｉの設置角度θを導出する角度θ算出回路８を備えている。具体的には、基準磁気検知器１のＹ軸を東西方向に向けて設置した場合、東西方向の地磁気成分はほぼゼロであるため、基準磁気検知器１のＹ軸出力Ｈｙはほぼゼロ（Ｈｙ≒０）となる。したがって、図６に示すように、角度θ算出回路８は、ＣＯＳθ＝Ｘ軸検知素子３Ｘの出力（ＨｘＣＯＳθ）／基準Ｘ軸出力（Ｈｘ）を演算し、ＳＩＮθ＝Ｙ軸検知素子３Ｙの出力（ＨｘＳＩＮθ）／基準Ｘ軸出力（Ｈｘ）を演算し、測定用磁気検知器２−ｉの設置角度θのＣＯＳ及びＳＩＮを算出する。
【００２２】
以上のように、測定用磁気検知器２−ｉでは、基準用磁気検知器１のＸ軸出力ＨｘをＤ／Ａ変換器６−１とＤ／Ａ変換器６−３により角度θで分解し、また基準用磁気検知器１のＹ軸出力Ｈyを、Ｄ／Ａ変換器６−２とＤ／Ａ変換器６−４により角度θで分解し、Ｄ／Ａ変換器６−１、６−２の出力をアナログ加算器７−１で加算し、Ｘ軸補償コイル４Ｘにフイードバック（入力）することにより、測定用磁気検知素子３Ｘに入力される背景磁界成分を補償（打ち消し）する。また、Ｄ／Ａ変換器６−３，６−４の出力をアナログ加算器７−２で加算し、Ｘ軸補償コイル４Ｙにフイードバックすることにより、測定用磁気検知素子３Ｙに入力される背景磁界成分を補償する。
【００２３】
以上のように構成される、この実施形態磁気測定装置では、基準用磁気検知器１において、背景磁界Ｈを検知すると、そのＸ軸出力Ｈｘが第１のＤ／Ａ変換器６−１に入力され、第１のＤ／Ａ変換器６−１では、その入力されたアナログ信号Ｈｘと他方入力されたデジタル信号であるＣＯＳθを演算して，Ｈｘ×ＣＯＳθを出力し、加算器７−１に入力する。また、基準用磁気検知器１のＸ軸出力Ｈｘは、第３のＤ／Ａ変換器６−３に入力され、この第３のＤ／Ａ変換器６−３では、その入力されたアナログ信号Ｈｘと他方入力されたデジタル信号であるＳＩＮθを演算してＨｘ×ＳＩＮθを出力し、加算器７−２に入力する。
【００２４】
また基準用磁気検知器１よりのＹ軸出力Ｈｙが第２のＤ／Ａ変換器６−２に入力され、第２のＤ／Ａ変換器６−２では、その入力されたアナログ信号Ｈｙと、他方入力されたデジタル信号ＳＩＮθを演算してＨｙ×ＳＩＮθを加算器７−１に入力する。同様に、基準用磁気検知器１よりのＹ軸出力Ｈｙが第４のＤ／Ａ変換器６−４に入力され、その第４のＤ／Ａ変換器６−４では、入力されたアナログ信号Ｈｙと他方入力されたデジタル信号ＣＯＳθを演算してＨｙ×ＣＯＳθを加算器７−２に入力する。
【００２５】
第１の加算器７−１では、第１のＤ／Ａ変換器６−１よりの出力Ｈｘ×ＣＯＳθと、第２のＤ／Ａ変換器６−２よりの出力Ｈｙ×ＳＩＮθを加算して、測定用磁気検知器２−ｉのＸ軸補償コイル４Ｘにアナログの補償信号としてＨｘ、＝Ｈｘ×ＣＯＳθ＋Ｈｙ×ＳＩＮθを入力する。第２の加算器７−２では、第３のＤ／Ａ変換器６−３よりの出力Ｈｘ×ＳＩＮθと第４のＤ／Ａ変換器６−４よりの出力Ｈｙ×ＣＯＳθを加算して、測定用磁気検知器２−ｉのＹ軸補償コイル4Ｙにアナログ補償信号としてＨｙ、＝Ｈｘ×ＳＩＮθ＋Ｈｙ×ＣＯＳθを入力する。
【００２６】
以上の動作により、基準用磁気検知器１で検出される水平面内の背景磁界Ｈｘ、Ｈｙは、それぞれ、基準用磁気検知器１の検知Ｘ軸、検知Ｙ軸より角度θだけＸ軸、Ｙ軸をずらした測定用磁気検知器２−ｉのＸ軸検知素子３Ｘ、Ｙ軸検知素子３Ｙで検知されるＨｘ、＝Ｈｘ×ＣＯＳθ＋Ｈｙ×ＳＩＮθ、Ｈｙ、＝Ｈｘ×ＳＩＮθ＋Ｈｙ×ＣＯＳθに相当する補償信号をＸ軸補償コイル４Ｘ、Ｙ軸補償コイル４Ｙに入力することにより、背景磁界分のみを消去することになり、背景磁界の補償を行うことができる。
【００２７】
上記Ｘ軸補償コイル４Ｘ、Ｙ軸補償コイル４Ｙによる背景磁界の補償を行うことで測定用磁気検知器２−ｉの出力は、被測定物の磁気信号のみとなる。
【００２８】
上記実施形態磁気測定装置においては、本発明の最も特徴とする磁気補償信号生成回路５を、測定用磁気検知器２−１、２−２、・・・、２−ｎに設けているが、本発明では、補償用信号発生回路５を、各測定用磁気検知器２−１、２−２、・・・、２−ｎに設けることに限定されるものではなく、各測定用磁気検知器は、一般に使用されている３軸磁気検知器とし、補償信号生成回路５は、各測定用磁気検知器内ではなく、外部の他の回路部、例えば基準用磁気検知器及び各測定用磁気検知器の計測制御を行う制御部内に設けるものであっても良い。
【００２９】
このタイプの他の実施形態磁気測定装置の概略構成を図７に示す。図７において、基準用磁気検知器１及び測定用磁気検知器１２−１、１２−２、・・・、１２−ｎを備える点で、図１に示す磁気測定装置と変わるところはない。もっとも、この実施形態磁気測定装置における測定用磁気検知器１２−１、１２−２、・・・、１２−ｎには、図２に示す測定用磁気検知器２−１、２−２、・・・、２−ｎと相違し、それぞれ図２に示す補償信号発生回路５を備えていない。図２における測定用磁気検知器２−１、２−２、・・・、２−ｎにおける補償信号発生回路５に代えて、それぞれ制御部１０内に各補償信号発生回路５−１、５−２、・・・、５−ｎを設けている。この点で図１に示す磁気測定装置と相違する。
【００３０】
この実施形態磁気測定装置によれば、測定用磁気検知器に新たな構成として補償信号発生回路を設けることなく、制御部に補償信号発生回路を設けることで、複雑なソフト的処理を行うことなく、かつ測定用磁気検知器の水平面内姿勢を規定することなく、背景磁界の補償を行うことができる。
【符号の説明】
【００３１】
１                              基準用磁気検知器
２―１、２−２、・・・、２−ｎ    測定用磁気検知器              
３ｘ                            Ｘ軸磁気検知素子
３ｙ                            Ｙ軸磁気検知素子
３ｚ                            Ｚ軸磁気検知素子  
４ｘ                            Ｘ軸補償コイル
４Ｙ                            Ｙ軸補償コイル
４Ｚ                            Ｚ軸補償コイル
５、５−１、５−２、
・・・、５−ｎ                    補償信号生成回路
６―１、６−２、６−３、６―４    Ａ／Ｄ変換器
７―１、７−２                    加算器
８                                角度θ導出回路
１０                              制御部
１２−１、１２−２、
・・・、１２−ｎ                  測定用磁気検知器
【図１】
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【図２】
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【図３】
2014134388.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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