JPH04259872A - ３軸磁力計の磁界測定値の補正方法 - Google Patents
３軸磁力計の磁界測定値の補正方法Info
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- JPH04259872A JPH04259872A JP4413891A JP4413891A JPH04259872A JP H04259872 A JPH04259872 A JP H04259872A JP 4413891 A JP4413891 A JP 4413891A JP 4413891 A JP4413891 A JP 4413891A JP H04259872 A JPH04259872 A JP H04259872A
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- 238000005259 measurement Methods 0.000 title claims description 4
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims abstract description 16
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 14
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 claims abstract description 7
- 230000005389 magnetism Effects 0.000 claims description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 3
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
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- 102100030589 Neurogenic differentiation factor 6 Human genes 0.000 description 1
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 1
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- Measuring Magnetic Variables (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は磁力計で、磁界強さの３
軸成分値を測定するに際し、各検出軸の感度及びオフセ
ットが異なる場合並びに各検出軸が磁気的に相互に正し
く直交していない場合に生じる検出磁界誤差の補正方法
に関するものである。
軸成分値を測定するに際し、各検出軸の感度及びオフセ
ットが異なる場合並びに各検出軸が磁気的に相互に正し
く直交していない場合に生じる検出磁界誤差の補正方法
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】１軸方向の磁界成分値を測定できるセン
サーを図１に示すように３個用意して、これらを機械的
にお互いに直交させても、磁気的には必ずしもお互い直
交しない。この磁気的直交性を補正する方法として従来
行なわれているのは、磁気シールドされた空間に精確か
つ均等で発生磁界の大きさ及びその方向が既知の磁界発
生コイルシステムを設け、更に同コイルシステムと関連
した面内で回転可能な回転台を使用し、同回転台に３軸
磁力計を取り付け検出軸の調整及び測定値の最大（また
は最小）となる角度を測定して直交性を補正している。 また、コイルシステムの既知発生磁界を基準として各検
出軸の感度及びオフセットを補正していた。
サーを図１に示すように３個用意して、これらを機械的
にお互いに直交させても、磁気的には必ずしもお互い直
交しない。この磁気的直交性を補正する方法として従来
行なわれているのは、磁気シールドされた空間に精確か
つ均等で発生磁界の大きさ及びその方向が既知の磁界発
生コイルシステムを設け、更に同コイルシステムと関連
した面内で回転可能な回転台を使用し、同回転台に３軸
磁力計を取り付け検出軸の調整及び測定値の最大（また
は最小）となる角度を測定して直交性を補正している。 また、コイルシステムの既知発生磁界を基準として各検
出軸の感度及びオフセットを補正していた。
【０００３】
【発明が解決しようとしている課題】従来の３軸磁力計
は磁力成分検出用のセンサーの磁気上の検出軸を正確に
直交３軸のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に合致させる必要があった
。この場合、磁気シードルされた空間に精確かつ均等で
発生磁界の大きさ及びその方向が既知の磁界発生コイル
システムを設け、さらに同コイルシステムと関連した面
内で回転可能な回転台を使用し、同回転台に３軸磁力計
を取り付け、出力値を計測しながらコイルシステムの既
知発生磁界を基準として各検出軸の感度及びオフセット
の調整並びに直交性誤差を許容値内に収めるために検出
用センサーの配置方向を試行錯誤で調整する。このため
複雑で高精度な設備及び多大な調整時間を要する欠点並
びに磁界発生コイルシステム自体にも誤差を含むため精
度確保が難しいという欠点があった。
は磁力成分検出用のセンサーの磁気上の検出軸を正確に
直交３軸のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に合致させる必要があった
。この場合、磁気シードルされた空間に精確かつ均等で
発生磁界の大きさ及びその方向が既知の磁界発生コイル
システムを設け、さらに同コイルシステムと関連した面
内で回転可能な回転台を使用し、同回転台に３軸磁力計
を取り付け、出力値を計測しながらコイルシステムの既
知発生磁界を基準として各検出軸の感度及びオフセット
の調整並びに直交性誤差を許容値内に収めるために検出
用センサーの配置方向を試行錯誤で調整する。このため
複雑で高精度な設備及び多大な調整時間を要する欠点並
びに磁界発生コイルシステム自体にも誤差を含むため精
度確保が難しいという欠点があった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】１軸方向の磁界成分値を
測定できる３個のセンサーを互いにほぼ直交させて、配
列してなる３軸磁力計で、所定位置におけるＸ、Ｙ、Ｚ
の直交座標系の磁界強さを測定するに際し、先ずセンサ
ーで、所定位置におけるＸ、Ｙ、Ｚ３方向の地磁気によ
る出力電圧を測定する。次にこの３軸磁力計を全体とし
て基準軸のまわりに予め定めた回転角度だけ順次５回回
転せしめて、その都度その回転角度変更位置におけるＸ
、Ｙ、Ｚ３方向の出力電圧を測定する。この測定値をそ
れぞれ各センサーの検出軸の感度、オフセット及び直交
性についての未知の補正係数を含む所定の演算式に入力
せしめて、これらの演算式を解いてその補正係数を求め
る。しかる後、この求められた補正係数を含む演算式に
任意位置における測定値を入力せしめて、その結果を磁
界強さとして出力したことを特徴とする。
測定できる３個のセンサーを互いにほぼ直交させて、配
列してなる３軸磁力計で、所定位置におけるＸ、Ｙ、Ｚ
の直交座標系の磁界強さを測定するに際し、先ずセンサ
ーで、所定位置におけるＸ、Ｙ、Ｚ３方向の地磁気によ
る出力電圧を測定する。次にこの３軸磁力計を全体とし
て基準軸のまわりに予め定めた回転角度だけ順次５回回
転せしめて、その都度その回転角度変更位置におけるＸ
、Ｙ、Ｚ３方向の出力電圧を測定する。この測定値をそ
れぞれ各センサーの検出軸の感度、オフセット及び直交
性についての未知の補正係数を含む所定の演算式に入力
せしめて、これらの演算式を解いてその補正係数を求め
る。しかる後、この求められた補正係数を含む演算式に
任意位置における測定値を入力せしめて、その結果を磁
界強さとして出力したことを特徴とする。
【０００５】
【実施例】本発明を図面に基づいて具体的に説明すると
、図２において、１は図１に示すような１軸方向の磁界
成分値を測定できるセンサー１ａを、３個直角座標系の
Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のようにお互いにほぼ直交させて配列
して成る３軸磁力計、２は直角精度の優れたサイコロ状
の非磁性材料から成る６面体で、該６面体は、その１面
２Ａには前記３軸磁力計１がボルト（図示せず）によっ
て着脱自在に取り付けられ、一方残りの５面には、それ
ぞれ２個のピン穴２ａ、２ａを基準として、お互いに所
定の既知の角度回転した位置にピン穴２ａ′２ａ′を穿
設し、各面にそれぞれ合計４個のピン穴が穿設されてい
る。３は平板よりなる基準台で、この基準台の上には前
記６面体２のピン穴２ａ、２ａと係合するピン３ａ、３
ａが取り付けてある。
、図２において、１は図１に示すような１軸方向の磁界
成分値を測定できるセンサー１ａを、３個直角座標系の
Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のようにお互いにほぼ直交させて配列
して成る３軸磁力計、２は直角精度の優れたサイコロ状
の非磁性材料から成る６面体で、該６面体は、その１面
２Ａには前記３軸磁力計１がボルト（図示せず）によっ
て着脱自在に取り付けられ、一方残りの５面には、それ
ぞれ２個のピン穴２ａ、２ａを基準として、お互いに所
定の既知の角度回転した位置にピン穴２ａ′２ａ′を穿
設し、各面にそれぞれ合計４個のピン穴が穿設されてい
る。３は平板よりなる基準台で、この基準台の上には前
記６面体２のピン穴２ａ、２ａと係合するピン３ａ、３
ａが取り付けてある。
【０００６】今、図３に示すように、３軸磁力計１を６
面体２に取り付け、次に基準台３のピン３ａ、３ａ上に
、３軸磁力計１が上部に位置するように６面体のピン穴
２ａ、２ａに合致させてはめ込む。こうして準備した基
準台３を水平面上に載置し、更に３軸磁力計１のＸ軸が
概ね地磁気の東北を向くように空間上に固定する。この
状態を「姿勢１」と称する。
面体２に取り付け、次に基準台３のピン３ａ、３ａ上に
、３軸磁力計１が上部に位置するように６面体のピン穴
２ａ、２ａに合致させてはめ込む。こうして準備した基
準台３を水平面上に載置し、更に３軸磁力計１のＸ軸が
概ね地磁気の東北を向くように空間上に固定する。この
状態を「姿勢１」と称する。
【０００７】「姿勢１」に於ける６面体の稜線のうち３
軸磁力計１の各軸（非直交）にほぼ平行な図３に示す３
稜線（直交）をＸｒ、Ｙｒ、及びＺｒ軸とする空間固定
座標系ＸｒＹｒＺｒとする。空間固定座標系に於ける３
軸磁力計１のＸ、Ｙ及びＺ軸の方向余弦をそれぞれＸ（
Ｌｘ Ｍｘ Ｎｘ）、Ｙ（Ｌｙ Ｍｙ Ｎｙ）
、Ｚ（Ｌｚ Ｍｚ Ｎｚ）とする。また空間固定座
標系に於ける地磁気のＸｒ、Ｙｒ、及びＺｒ軸成分をそ
れぞれ、Ｈｅｘ、Ｈｅｙ、及びＨｅｚとすると、３軸磁
力計のＸ、Ｙ、及びＺ軸にかかる磁界Ｈｓｘ、Ｈｓｙ、
及びＨｓｚは、数式１で表わされる。
軸磁力計１の各軸（非直交）にほぼ平行な図３に示す３
稜線（直交）をＸｒ、Ｙｒ、及びＺｒ軸とする空間固定
座標系ＸｒＹｒＺｒとする。空間固定座標系に於ける３
軸磁力計１のＸ、Ｙ及びＺ軸の方向余弦をそれぞれＸ（
Ｌｘ Ｍｘ Ｎｘ）、Ｙ（Ｌｙ Ｍｙ Ｎｙ）
、Ｚ（Ｌｚ Ｍｚ Ｎｚ）とする。また空間固定座
標系に於ける地磁気のＸｒ、Ｙｒ、及びＺｒ軸成分をそ
れぞれ、Ｈｅｘ、Ｈｅｙ、及びＨｅｚとすると、３軸磁
力計のＸ、Ｙ、及びＺ軸にかかる磁界Ｈｓｘ、Ｈｓｙ、
及びＨｓｚは、数式１で表わされる。
【数１】
数式１に於ける３軸磁力計１にかかる磁界Ｈｓｘ、Ｈｓ
ｙ及びＨｓｚは、実際には磁力計の出力電圧Ｖｓｘ１、
Ｖｓｙ１、及びＶｓｚ１として測定される。一般的に、
加わる磁界と出力電圧の関係は線形であり、Ａｘ、Ａｙ
、Ａｚを感度補正係数（常数）Ｂｘ、Ｂｙ、Ｂｚをオフ
セット補正係数（常数）とすれば、数式２から数式４で
表わされる。
ｙ及びＨｓｚは、実際には磁力計の出力電圧Ｖｓｘ１、
Ｖｓｙ１、及びＶｓｚ１として測定される。一般的に、
加わる磁界と出力電圧の関係は線形であり、Ａｘ、Ａｙ
、Ａｚを感度補正係数（常数）Ｂｘ、Ｂｙ、Ｂｚをオフ
セット補正係数（常数）とすれば、数式２から数式４で
表わされる。
【数２】
【数３】
【数４】
【０００８】また、方向余弦の間には、数式５から数式
７の関係がある。
７の関係がある。
【数５】
【数６】
【数７】
従って数式２から数式７の関係から数式１の含む未知数
はＭｘ、Ｎｘ、Ｌｙ、Ｎｙ、Ｌｚ、Ｍｚ、Ｈｅｘ、Ｈｅ
ｙ、Ｈｅｚ、Ａｘ、Ｂｘ、Ａｙ、Ｂｙ、Ａｚ及びＢｚの
１５個である。
はＭｘ、Ｎｘ、Ｌｙ、Ｎｙ、Ｌｚ、Ｍｚ、Ｈｅｘ、Ｈｅ
ｙ、Ｈｅｚ、Ａｘ、Ｂｘ、Ａｙ、Ｂｙ、Ａｚ及びＢｚの
１５個である。
【０００９】ここで、数式８から数式２２と置き換え数
式１を書き直せば、数式２３となる。但し、常に数式２
４から数式２６の関係がある。
式１を書き直せば、数式２３となる。但し、常に数式２
４から数式２６の関係がある。
【数８】
【数９】
【数１０】
【数１１】
【数１２】
【数１３】
【数１４】
【数１５】
【数１６】
【数１７】
【数１８】
【数１９】
【数２０】
【数２１】
【数２２】
【数２３】
【数２４】
【数２５】
【数２６】
【００１０】上述１５個の未知数を求める為に、「姿勢
１」からＺｒ軸回りに＋９０度だけ６面体を回転させた
姿勢（「姿勢２」と称する。）に於いて、３軸磁力計の
出力電圧がＶｓｘ２、Ｖｓｙ２、及びＶｓｚ２となれば
、数式２７が成り立つ。
１」からＺｒ軸回りに＋９０度だけ６面体を回転させた
姿勢（「姿勢２」と称する。）に於いて、３軸磁力計の
出力電圧がＶｓｘ２、Ｖｓｙ２、及びＶｓｚ２となれば
、数式２７が成り立つ。
【数２７】
「姿勢２」からＸｒ軸に＋９０度回転した姿勢（「姿勢
３」と称す。）に於いて、出力電圧がＶｓｘ３、Ｖｓｙ
３、及びＶｓｚ３となれば数式２８が成り立つ。
３」と称す。）に於いて、出力電圧がＶｓｘ３、Ｖｓｙ
３、及びＶｓｚ３となれば数式２８が成り立つ。
【数２８】
「姿勢３」からＺｒ軸に＋９０度回転した姿勢（「姿勢
４」と称す。）に於いて、出力電圧がＶｓｘ４、Ｖｓｙ
４、及びＶｓｚ４となれば数式２９が成り立つ。
４」と称す。）に於いて、出力電圧がＶｓｘ４、Ｖｓｙ
４、及びＶｓｚ４となれば数式２９が成り立つ。
【数２９】
「姿勢４」からＸｒ軸に＋９０度回転した姿勢（「姿勢
５」と称す。）に於いて、出力電圧がＶｓｘ５、Ｖｓｙ
５、及びＶｓｚ５となれば数式３０が成り立つ。
５」と称す。）に於いて、出力電圧がＶｓｘ５、Ｖｓｙ
５、及びＶｓｚ５となれば数式３０が成り立つ。
【数３０】
数式２３及び数式２７から数式３０より１５個の方程式
が得られ、これを非線形連立方程式の数値解法で解けば
Ｘ１〜Ｘ１５の未知数が求められる。これより、３軸磁
力計の補正として、３軸磁力計の出力電圧をＶｓｘ、Ｖ
ｓｙ及びＶｓｚとした時、数式３１により正しい直交３
軸成分Ｈｘ、Ｈｙ、及びＨｚが求められる。
が得られ、これを非線形連立方程式の数値解法で解けば
Ｘ１〜Ｘ１５の未知数が求められる。これより、３軸磁
力計の補正として、３軸磁力計の出力電圧をＶｓｘ、Ｖ
ｓｙ及びＶｓｚとした時、数式３１により正しい直交３
軸成分Ｈｘ、Ｈｙ、及びＨｚが求められる。
【数３１】
【００１１】例えば、真の全磁力４７４ｍＧの一様磁界
での図４のような補正前の各軸磁界成分値Ｈｘ′、Ｈｙ
′、Ｈｚ′及び全磁力値Ｈｔ′、全磁力変動値△Ｈｔ′
を第１表にさらに図５のような補正磁界成分値Ｈｘ、Ｈ
ｙ、Ｈｚ及び全磁力値Ｈｔ、全磁力変動値△Ｈｔを第２
表に示した。ここでは３軸磁力計を概ね水平線で４５度
毎に３６０度回転したときの値であり、全磁力値の理想
値は一定であるが第１表で示すように補正前の全磁力変
動△Ｈｔ′が１６．５８ｍＧであったものが、第２表で
示すように補正後の全磁力変動△Ｈｔは０．１８ｍＧと
なり約１００倍の確度になっている。
での図４のような補正前の各軸磁界成分値Ｈｘ′、Ｈｙ
′、Ｈｚ′及び全磁力値Ｈｔ′、全磁力変動値△Ｈｔ′
を第１表にさらに図５のような補正磁界成分値Ｈｘ、Ｈ
ｙ、Ｈｚ及び全磁力値Ｈｔ、全磁力変動値△Ｈｔを第２
表に示した。ここでは３軸磁力計を概ね水平線で４５度
毎に３６０度回転したときの値であり、全磁力値の理想
値は一定であるが第１表で示すように補正前の全磁力変
動△Ｈｔ′が１６．５８ｍＧであったものが、第２表で
示すように補正後の全磁力変動△Ｈｔは０．１８ｍＧと
なり約１００倍の確度になっている。
【００１２】
【発明の効果】本発明は上述のように、複雑で高精度な
設備を必要とせずまた組み立てられた３軸磁力計の調整
をすることなしに、地磁気の中で既知の角度で回転させ
て得られる任意の５姿勢に於ける３軸磁力計の各検出軸
の出力電圧を測定するのみで極めて簡単で精度の良い直
交軸磁界成分値を得ることができ、また、３軸磁力計の
動揺に対しても全磁力値の変動は微小に抑制できる効果
を奏する。
設備を必要とせずまた組み立てられた３軸磁力計の調整
をすることなしに、地磁気の中で既知の角度で回転させ
て得られる任意の５姿勢に於ける３軸磁力計の各検出軸
の出力電圧を測定するのみで極めて簡単で精度の良い直
交軸磁界成分値を得ることができ、また、３軸磁力計の
動揺に対しても全磁力値の変動は微小に抑制できる効果
を奏する。
【図１】３軸磁力計の検出軸を表わす図である。
【図２】測定に用いる道具の説明図である。
【図３】空間固定座標系の説明図である。
【図４】従来の方法により各軸磁界成分値及び全磁力値
を検出するブロック図である。
を検出するブロック図である。
【図５】本発明を用い各軸磁界成分値及び全磁力値を検
出するブロック図である。
出するブロック図である。
１ ３軸磁力計
１ａ センサー
２ ６面体
３ 基準台
【表１】
【表２】
Claims (1)
- 【請求項１】１軸方向の磁界成分値を測定できる３個の
センサーを互いにほぼ直交させて、配列して成る３軸磁
力計で、所定位置におけるＸ、Ｙ、Ｚの直交座標系の磁
界強さを測定するに際し、先ず各センサーで、所定位置
におけるＸ、Ｙ、Ｚ３方向の地磁気による出力電圧を測
定し、次にこの３軸磁力計を全体として基準軸のまわり
に予め定めた角度だけ順次５回回転せしめて、その都度
その回転角度変更位置におけるＸ、Ｙ、Ｚ３方向の出力
電圧を測定し、この測定値をそれぞれ各センサーの検出
軸の感度、オフセット及び直交性についての未知の補正
係数を含む所定の演算式に入力せしめて、これらの演算
式を解いてその補正係数を求め、しかる後、この求めら
れた補正係数を含む演算式に任意位置における測定値を
入力せしめて、その結果を磁界強さとして出力するよう
にしたことを特徴とする３軸磁力計の磁界測定値の補正
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4413891A JPH04259872A (ja) | 1991-02-15 | 1991-02-15 | ３軸磁力計の磁界測定値の補正方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4413891A JPH04259872A (ja) | 1991-02-15 | 1991-02-15 | ３軸磁力計の磁界測定値の補正方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04259872A true JPH04259872A (ja) | 1992-09-16 |
Family
ID=12683275
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4413891A Pending JPH04259872A (ja) | 1991-02-15 | 1991-02-15 | ３軸磁力計の磁界測定値の補正方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04259872A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100681420B1 (ko) * | 2004-12-30 | 2007-02-09 | 이기봉 | 플럭스게이트형 지자기센서 구동회로 |
| US7352177B2 (en) | 2003-11-26 | 2008-04-01 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Three-axis fluxgate-type magnetism detecting device and method |
| CN103885020A (zh) * | 2014-03-28 | 2014-06-25 | 卢兆兴 | 一种基于自适应遗传算法的三轴磁强计误差校正技术 |
| US20150025805A1 (en) * | 2013-07-17 | 2015-01-22 | Baker Hughes Incorporated | Method for Locating Casing Downhole Using Offset XY Magnetometers |
| CN105785477A (zh) * | 2016-03-09 | 2016-07-20 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 一种分量与总量约束结合的地磁矢量测量误差校准方法 |
| CN113325353A (zh) * | 2021-07-09 | 2021-08-31 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 一种磁强计空间姿态标定方法及系统 |
-
1991
- 1991-02-15 JP JP4413891A patent/JPH04259872A/ja active Pending
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7352177B2 (en) | 2003-11-26 | 2008-04-01 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Three-axis fluxgate-type magnetism detecting device and method |
| US7755353B2 (en) | 2003-11-26 | 2010-07-13 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Three-axis fluxgate-type magnetism detecting device |
| KR100681420B1 (ko) * | 2004-12-30 | 2007-02-09 | 이기봉 | 플럭스게이트형 지자기센서 구동회로 |
| US20150025805A1 (en) * | 2013-07-17 | 2015-01-22 | Baker Hughes Incorporated | Method for Locating Casing Downhole Using Offset XY Magnetometers |
| US9863236B2 (en) * | 2013-07-17 | 2018-01-09 | Baker Hughes, A Ge Company, Llc | Method for locating casing downhole using offset XY magnetometers |
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| CN113325353A (zh) * | 2021-07-09 | 2021-08-31 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 一种磁强计空间姿态标定方法及系统 |
| CN113325353B (zh) * | 2021-07-09 | 2022-06-21 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 一种磁强计空间姿态标定方法及系统 |
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