(57)【要約】【課題】水中で装置の揺れによる電磁誘導雑音を検知する場合でも、雑音補償が出来、測定上のＳ／Ｎを向上できる水中電界装置を提供する。【解決手段】水中電界測定装置に、水中電界センサに加えジャイロと３軸磁気センサを備え、ジャイロで検出の３軸加速度データと３軸磁気センサで検出の３軸磁気データから、速度ｖで電線が運動することにより発生する第１の電磁誘導雑音を計算し（ＳＴ１１，ＳＴ１２，ＳＴ１５）、ジャイロで検出の３軸角速度データと３軸磁気センサで検出の３軸磁気データから、角速度ωで電線が回転することにより発生する第２の電磁誘導雑音を計算し（ＳＴ１１，ＳＴ１３、ＳＴ１６）、さらに第１と第２の電磁誘導雑音を加算して（ＳＴ１７）揺れによる電磁誘導雑音を求め、実測水中電界データから計算により得た電磁誘導雑音を減算することにより電磁誘導雑音を補償する。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水中電界センサと、加速度及び角速度を計測するジャイロと、３軸磁気センサとを備えた水中電界測定装置であって、
前記水中電界センサの出力に重畳した前記水中電界センサが揺動することに起因する電磁誘導雑音を、前記ジャイロ及び前記３軸磁気センサの出力に基づいて補正する補正手段を有することを特徴とする水中電界測定装置。
【請求項２】
前記電磁誘導雑音は、前記水中電界センサの電線に電磁誘導される電位であって、
前記補正手段は、前記ジャイロ及び前記３軸磁気センサからの計測データを用いて前記電位を計算する電磁誘導雑音計算手段と、前記水中電界センサで実測した水中電界データから、前記計算により求めた電磁誘導雑音を減算することにより電磁誘導雑音を補償する補償手段と、
を有することを特徴とする請求項１記載の水中電界測定装置。
【請求項３】
前記電磁誘導雑音計算手段は、
前記ジャイロからの３軸加速度データと前記３軸磁気センサからの３軸磁気データとにより、電線が平行移動することにより発生する電磁誘導雑音を計算する第１の電磁誘導雑音計算手段と、
前記ジャイロからの３軸角速度データと、前記３軸磁気センサからの３軸磁気データとにより、電線が回転することにより発生する電磁誘導雑音を計算する第２の電磁誘導雑音計算手段と、
前記第１の電磁誘導雑音計算手段で計算された電磁誘導雑音と、前記第２の電磁誘導雑音計算手段で計算された電磁誘導雑音を加算する電磁誘導雑音加算手段と、
を有することを特徴とする請求項２記載の水中電界測定装置。
【請求項４】
水中電界センサと、加速度及び角速度を計測するジャイロと、３軸磁気センサとを備える水中電界測定装置を用いて水中電界を測定する方法であって、
前記ジャイロからの３軸加速度データと前記３軸磁気センサからの３軸磁気データとにより、電線が平行移動することにより発生する電磁誘導雑音を計算する第１の電磁誘導雑音計算過程と、前記ジャイロからの３軸角速度データと、前記３軸磁気センサからの３軸磁気データとにより、電線が回転することにより発生する電磁誘導雑音を計算する第２の電磁誘導雑音計算過程と、前記第１の電磁誘導雑音計算過程で計算された電磁誘導雑音と、前記第２の電磁誘導雑音計算過程で計算された電磁誘導雑音を加算する電磁誘導雑音加算過程と、前記水中電界センサで実測した水中電界データから、前記加算により求めた電磁誘導雑音を減算することにより電磁誘導雑音を補償する補償過程と、
を有することを特徴とする水中電界測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、雑音補償に工夫を凝らした水中電界測定装置及び水中電界測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、海中や水中の電位、電界を測定するのに水中電界センサを使用するが、海中や水中で電位や電界を測定する場合に、目的とする電位の他に雑音が重畳するため、この雑音分を除去するための雑音補償が行われている。
【０００３】
従来の雑音補償は、図６に示すように、電界測定を行うための水中電界センサ（被補償用）１１の他に補償用の水中電界センサ１２を、水中電界測定用センサ１１の近傍に、それぞれのセンサの検出軸を同じ方向となるように設置し、目的とする電界発生体等の到来前に測定用の水中電界センサ１１と補償用水中電界センサ１２とで、それぞれ環境水中雑音を測定し、測定用の水中電界センサ１１の測定値から補償用の水中電界センサ１２の測定値を引く(減算する)ことにより、雑音補償を行っている。
【０００４】
また、水中電界測定時に、環境雑音を低減補償するために、目標体が測定領域に無い状態と、測定領域中にある状態で、電界センサにより、それぞれ電界を測定して環境雑音測定データと目標体測定データとを記憶し、次に環境雑音測定データと目標体測定データとをそれぞれ周波数解析して、環境雑音周波数解析データと目標体測定周波数解析データとを記憶し、目標体測定周波数解析データから環境雑音周波数解析データを減算して、交流雑音低減された目標体電界測定データを得るようにした水中電界測定方法が開示されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２６８０公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記した測定用の水中電界センサと補償用の水中電界センサを備える水中電界測定装置では、環境水中電界雑音を補償できる。
【０００７】
しかし、この種の水中電界測定装置では環境水中電界雑音のほか、波浪等の影響により水中電界測定装置が揺れる場合、水中電界センサに接続された電線に印加される地磁気が変動することにより発生する電磁誘導雑音も検知する。
【０００８】
この電磁誘導雑音は、上記した従来のように被補償用の水中電界センサ出力から補償用の水中電界センサ出力を引いても、補償用、被補償用の水中電界測定装置の揺れが異なり、検知する電磁誘導雑音の大きさが相違するので雑音補償を行うことができない。
【０００９】
この発明は、上記問題点に着目してなされたものであって、装置本体が水中で揺れによる電磁誘導雑音を検知する場合でも、雑音補償ができ、測定上のＳ／Ｎを向上できる水中電界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】
【００１０】
本願の請求項１に係る水中電界測定装置は、水中電界センサと、加速度及び角速度を計測するジャイロと、３軸磁気センサとを備えた水中電界測定装置であって、前記水中電界センサの出力に重畳した前記水中電界センサが揺動することに起因する電磁誘導雑音を、前記ジャイロ及び前記３軸磁気センサの出力に基づいて補正する補正手段を有することを特徴とする。
【００１１】
また、請求項２に係る水中電界測定装置は、請求項１に記載の水中電界測定装置において、前記電磁誘導雑音計算手段は、前記ジャイロからの３軸加速度データと前記３軸磁気センサからの３軸磁気データとにより、速度ｖで電線が運動することにより発生する電磁誘導雑音を計算する第１の電磁誘導雑音計算手段と、 前記ジャイロからの３軸角速度データと、前記３軸磁気センサからの３軸磁気データとにより、角速度ωで電線が回転することにより発生する電磁誘導雑音を計算する第２の電磁誘導雑音計算手段と、前記第１の電磁誘導雑音計算手段で計算された電磁誘導雑音と、前記第２の電磁誘導雑音計算手段で計算された電磁誘導雑音を加算する電磁誘導雑音加算手段と、を有し、前記補償手段は前記水中電界センサで実測した水中電界データから、前記電磁誘導雑音加算手段の加算により求めた電磁誘導雑音を減算することにより電磁誘導雑音を補償することを特徴とする。
【００１２】
また、請求項３に係る水中電界測定方法は、水中電界センサと、加速度及び角速度を計測するジャイロと、３軸磁気センサとを備える水中電界測定装置を用いて水中電界を測定する方法であって、前記ジャイロからの３軸加速度データと前記３軸磁気センサからの３軸磁気データとにより、速度ｖで電線が運動することにより発生する電磁誘導雑音を計算する第１の電磁誘導雑音計算過程と、前記ジャイロからの３軸角速度データと、前記３軸磁気センサからの３軸磁気データとにより、角速度ωで電線が回転することにより発生する電磁誘導雑音を計算する第２の電磁誘導雑音計算過程と、前記第１の電磁誘導雑音計算過程で計算された電磁誘導雑音と、前記第２の電磁誘導雑音計算過程で計算された電磁誘導雑音を加算する電磁誘導雑音加算過程と、前記水中電界センサで実測した水中電界データから、前記加算により求めた電磁誘導雑音を減算することにより電磁誘導雑音を補償する補償過程と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
この発明によれば、加速度、角速度を計測するジャイロと、３軸磁気センサとを備え、このジャイロ及び３軸磁気センサの計測データを用いて、水中電界センサの電線に電磁誘導される電位を求め、つまり揺れにより発生する電磁誘導雑音を求め、実測水中電界データから電磁誘導雑音を減算することにより、電磁誘導雑音を補償できる。
【００１４】
そのため、水中において装置が揺れている状態でも雑音補償が可能であり、揺れ状態の測定でのＳ／Ｎを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】この発明の一実施形態に係る水中電界測定装置の概略構成を説明する図である。
【図２】同実施形態水中電界測定装置の回路構成を示すブロック図である。
【図３】同実施形態水中電界測定装置の処理動作を説明するフロー図である。
【図４】図３に示すフロー図の第１の処理を詳細に説明するフロー図である。
【図５】図３に示すフロー図３の第２の処理を詳細に説明するフロー図である。
【図６】従来の水中電界測定装置における雑音補償を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、実施の形態により、この発明を更に詳細に説明する。図１は、この発明の一実施形態水中電界測定装置の概略構成を示す図、図２は回路構成を示すブロック図である。
【００１７】
この実施形態水中電界測定装置は、ブイによって水中に吊り下げられるタイプのものであって、水中電界センサ１と、３軸磁気センサ２と、ジャイロ３と、信号記録器４と、信号処理器５とから構成されている。
【００１８】
水中電界センサ１は、従来からよく知られるようにＸ軸用の電界センサ１ｘ、Ｙ軸用の磁気センサ１ｙ、Ｚ軸用の電界センサ１ｚからなる３軸電界センサである。Ｘ軸用の電界センサ１ｘは、電極６ｘ１、６ｘ２と、この電極６ｘ１、６ｘ２を信号処理器５に接続する電線７ｘ１，７ｘ２を備え、Ｙ軸用の電界センサ１ｙは、電極６ｙ１、６ｙ２と、この電極６ｙ１、６ｙ２を信号処理器５に接続する電線７ｙ１，７ｙ２を備え、Ｚ軸用の磁気センサ１ｚは、電極６ｚ１、６ｚ２と、この電極６ｚ１、６ｚ２を信号処理器５に接続する電線７ｚ１，７ｚ２を備えている。
【００１９】
３軸磁気センサ２は、水中電界測定装置の設置位置における３軸磁気Ｈｘ，Ｈｙ、Ｈｚを検出する。ジャイロ３は、水中電界測定装置の揺れ（Ｐｉｔｃｈ、Ｒｏｌｌ、Ｙａｗ・３軸加速度・３軸角速度）を検出する。信号記録器４は、水中電界センサ１、３軸磁気センサ２，及びジャイロ３で検出された各検出値のデータ及び処理過程で得られるデータを記録（記憶）する。
【００２０】
信号処理器５は、ＣＰＵ（コンピュータ）が使用され、水中電界センサ１，３軸磁気センサ２，及びジャイロ３で検出されるデータに基づき所定の処理を実行し、揺れにより発生する電磁誘導雑音を算出する機能、実測した電界データから電磁誘導雑音を減算し、雑音補償を行う機能を有する。
【００２１】
次に、この実施形態水中電界測定装置における、雑音補償を含む水中電界測定処理動作を図３，図４、図５に示すフロー図を参照して説明する。
【００２２】
信号処理器５における処理動作は、図３に示すように、大きく分けて、ステップＳＴ１とステップＳＴ２における処理が実行される。第１の処理として、ステップＳＴ１において、電磁誘導雑音を計算する。次にステップＳＴ２へ移行し、第２の処理として、水中電界センサ１で測定した電界データからステップＳＴ１で求めた電磁誘導雑音を引き（減算し）、雑音補償を行う。
【００２３】
以下に、上記第１の処理及び第２の処理の詳細を説明する。先ず図４のフロー図により、第１の処理の具体例を説明する。
【００２４】
処理開始で、ステップＳＴ１１において、３軸磁気センサ２で検出した３軸磁気データＨｘ，ＨＹ，Ｈｚを取得する。次にステップＳＴ１２へ移行する。
【００２５】
ステップＳＴ１２において、ジャイロ３の出力である３軸加速度データＡｘ，Ａｙ，Ａｚを取得する。続いてステップＳＴ１３へ移行する。
【００２６】
ステップＳＴ１３において、ジャイロ３の出力である３軸角速度データＷｘ，Ｗｙ、Ｗｚを取得する。次にステップＳＴ１４へ移行する。
【００２７】
ステップＳＴ１４においては、ジャイロ３の出力である角度データＰｉｔｃｈ、Ｒｏｌｌ、Ｙａｗを取得する。次に、ステップＳＴ１５へ移行する。
【００２８】
ステップＳＴ１５においては、速度ｖで電線７ｘ１〜７ｚ２が運動することにより発生する電磁誘導雑音Ｅｖｘ、Ｅｖｙ、Ｅｖｚを、ステップＳＴ１１で取得した３軸磁気データＨｘ，ＨＹ，Ｈｚと、ステップＳＴ１２で取得した３軸加速度データＡｘ，Ａｙ，Ａｚを基に、式１で計算する。なお、電線の長さをｌとする。続いてステップＳＴ１６へ移行する。
【数１】
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【００２９】
ステップＳＴ１６においては、角速度ωで電線７ｘ１〜７ｚ２が回転することにより発生する電磁誘導雑音Ｅωｘ、Ｅωｙ、Ｅωｚを、ステップＳＴ１１で取得した３軸磁気データＨｘ，ＨＹ，Ｈｚと、ステップＳＴ１３で取得した角速度データＷｘ、Ｗｙ，Ｗｚを基に、式２で計算する。ここでも、電線の長さをｌとする。計算後、ステップＳＴ１７へ移行する。
【数２】
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【００３０】
ステップＳＴ１７においては、ステップＳＴ１５において求めた各電磁誘導雑音Ｅｖｘ、Ｅｖｙ、Ｅｖｚと、ステップＳＴ１６において求めた各電磁誘導雑音Ｅωｘ、Ｅωｙ、Ｅωｚを、式３により加算処理する。これにより電線７ｘ１〜７ｚ２の揺れにより生じた電磁誘導雑音Ｅｘ、Ｅｙ，Ｅｚが得られる。
【数３】
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【００３１】
次に、図５のフロー図を参照して、第２の処理の具体例を説明する。処理開始で、ステップＳＴ２１において、水中電界センサ１により測定した水中電界測定値Ｖｘ，Ｖｙ、Ｖｚを取得する。続いてステップＳＴ２２へ移行する。
【００３２】
ステップＳＴ２２において、前記第１の処理のステップで求めた電磁誘導雑音Ｅｘ、Ｅｙ，Ｅｚを取得する。続いてステップＳＴ２３へ移行する。
【００３３】
ステップＳＴ２３においては、次の式４により、水中電界計測データＶｘ，Ｖｙ、Ｖｚより電磁誘導雑音Ｅｘ、Ｅｙ，Ｅｚを引くことにより、雑音補償された計測データＶ‘ｘ，Ｖ’ｙ、Ｖ‘ｚが得られる。
【数４】
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【００３４】
以上のように、この実施形態によれば、水中電界センサが揺れ、速度ｖで電線が運動により発生する電磁誘導雑音を計算するとともに、角速度ωで電線が回転することにより発生する電磁誘導雑音を計算し、さらに、これら計算された両電磁誘導雑音を加算して揺れに起因する電磁誘導雑音を求め、実測した水中電界計測値から揺れによる、計算で求めた電磁誘導雑音を減算して電磁誘導雑音を補償している。これにより、電線等の揺れにより発生する電磁誘導雑音も完全に補償することができ、精度良く水中電界測定を行うことが出来る。
【符号の説明】
【００３５】
１ｘ、１ｙ、１ｚ      水中電界センサ
２                    ３軸磁気センサ
３                    ジャイロ
４                    信号記録器
５                    信号処理器
６ｘ１、６ｘ２、６ｙ１、
６ｙ２，６ｚ１、６ｚ２    電極
７x１，７ｘ２，７ｙ１，
７ｙ２，７ｚ１、７ｚ２    電線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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