JPH0457964B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、通常は水平であるプラツトフオーム
上に配設されるフラツクスゲートを用いた磁気コ
ンパス用センサに関する。

［従来の技術］ フラツクスゲート磁気コンパスは、公知であ
り、可飽和磁気鉄心の周りに巻かれたコイルの対
を備えている。そして、実質的に水平を維持する
ようにジンバル支持されているプラツトフオーム
上に、２つ以上のコイルが、互いに直交するよう
にして配設されている。コイルからの出力信号
は、方位角の正弦及び余弦にそれぞれ比例してい
る。これらの出力信号は、Ksinθ及びKcosθとし
て表され得る。ここで、θは、地磁気の水平成分
に対するコイルの軸の角度即ち方位角であり、Ｋ
は、電圧、電流又は周波数のような、測定パラメ
ータである。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、実際には、出力信号は、Ksinθ＋C₁
及びKcosθ＋C₂なる形であり、C₁及びC₂は、電子
回路における温度によるドリフト、回路部品の不
整合（例えば抵抗器の公差）、及び回路部品の老
化等に起因する誤差項である。通常、これらの
C₁及びC₂をゼロ近くに保つため、ポテンシヨメ
ータによる調節が行われる。

本発明の目的は、誤差項が自動的に消去されて
いる信号を出力する磁気コンパス用センサを提供
することである。

本発明の他の目的は、ジンパル構造の共振周波
数を高めて磁気コンパスとしての性能を向上させ
るべく、比較的小型の、ジンバル支持されるプラ
ツトフオームを提供すると共に、種々の応用に適
合するよう、磁気コンパスを容易に小型化し得る
磁気コンパス用センサを提供することである。

本発明と更に他の目的は、磁気コンパス用セン
サの各フラツクスゲートと共に使用される、多重
化されている単一の電子補助装置であつて、全て
の電力及び信号の伝送が１対の導体によつて行わ
れるものを提供することである。

［課題を解決するための手段］ 本発明に係る磁気コンパス用センサは、実質的
に水平を維持するようにジンバル支持されている
プラツトフオーム上に、互いに直交するようにし
て配設される第１及び第２のフラツクスゲートを
備えている。これらのフラツクスゲートは、１対
と導体を介して電子補助装置に接続され、この電
子補助装置は、それぞれのフラツクスゲートを励
磁する電流源と、各フラツクスゲートコイルの励
磁を制御すると共に、各コイルからの信号であつ
て、これらの信号からコンパス方位が求められる
ものを検出する制御回路とを備えている。

好適な実施例においては、ジンバル支持される
プラツトフオームであつて、フラツクスゲートを
搭載しているものは、１対の導電性軸受を備えて
おり、これらの導電性軸受により、制御信号及び
電力がフラツクスゲートに与えられ且つフラツク
スゲートからの信号が検出回路に供給される。全
ての電力及び信号は、１対の電線によつて伝送さ
れ、且つ、導電性軸受を介し、ジンバル支持され
ているプラツトフオーム上のフラツクスゲートに
接続される。ジンバル支持されるプラツトフオー
ムには電線を接続する必要がないので、本発明に
係る磁気コンバス用センサを用いた磁気コンバス
は、スリツプリングを用いることなく、360°のピ
ツチ及びロールが可能である。

各フラツクスゲートコイルは、繰り返し与えら
れる一方の極性の信号及び逆の極性の信号によつ
て順次励磁され、もつて、本発明と磁気コンパス
用センサは、誤差項が効果的に消去されている出
力をもたらす。この出力は、ポテンシヨメータ又
は他の回路による調節を必要としない、コンパス
方位の正確な測定値である。

［実施例］ 以下、添付図面を参照して本発明の実施例につ
いて説明する。

第１図には検知組立体が示されており、この検
知組立体は、第１のフラツクスゲート１０と第２
のフラツクスゲート１２とを備えており、これら
のフラツクスゲートは、プラツトフオーム１４上
に、互いに直交するようにして配設されている。
プラツトフオーム１４は、導電性のピボツトピン
即ち導電性軸受１６を介してピボツト軸１５の周
りでの回動が可能であり、このプラツトフオーム
の面の下方に支持されている重錘１８の作用によ
り、通常の水平方向に維持されている。従つて、
フラツクスゲート１０及び１２は、動作の間、通
常は水平方向に維持されている。導電性軸受１６
に直交する、第２の軸受の対（図示せず）が設け
られており、これらの全ての軸受は、ローリング
運動及びピツチング運動の存在下でプラツトフオ
ームを水平に維持することを可能にするジンバル
構造の一部を構成している。各フラツクスゲート
は、貫通孔を有する円筒状のコイル２０を備えて
おり、その貫通孔内には、パーマロイのような可
飽和磁気材料のストリツプ２２からなる可飽和磁
気鉄心が配設されている。フラツクスゲート１０
及び１２は、実質的に同一の電磁特性を有してお
り、装置に組み込まれた際に均一な動作を行う。
第１図に示されている検知組立体においては、フ
ラツクスゲート１０及び１２は、プラツトフオー
ム１４の対角線に沿うよう、ピボツト軸に対して
45°をなすようにして配設されており、もつて、
与えられたプラツトフオームのサイズに対して比
較的長目のコイルが用いられ得る。この長目のコ
イル長は、直径に対する長さの比を大きくし、各
フラツクスゲートの感度を高める。コイル２０用
の制御回路を含む集積回路１９が、プラツトフオ
ーム１４に取着され得る。

プラツトフオーム１４は、ローリング運動及び
ピツチング運動の存在下でも実質的に水平を維持
すべく、ジンバル支持されている。ジンバル支持
されているプラツトフオームをできるだけ小さく
し且つ軽量にするのが好ましく、これにより、ジ
ンバル支持されている構造体の共振周波数が高く
なり、この結果、ジンバルされている構造体の、
スプリアス振動に対する応動を減少させることが
可能になる。一方又は両方のピボツト軸の周りで
の、プラツトフオームの急速な回動の間、又は或
るタイプの外力に対する応動の際、プラツトフオ
ームは、所望の向きを軸として振動する傾向があ
る。そのような振動の影響を最小にすべく、出力
信号の電気的な濾波が、通常、行われる。濾波の
量は、スプリアス振動の影響を除去するには充分
であるが、磁気コンパスの回動性能を劣化させる
程ではないものとされる。ジンバル支持されてい
る構造体の共振周波数を最大にすることにより、
必要な濾波の量を減少させると共に、所望の入力
に対する応動における遅れを減少させることが可
能となり、もつて、磁気コンパスの全体としての
応動性が改善される。

本発明においては、ジンバル支持されているプ
ラツトフオーム１４は、フラツクスゲート１０及
び１２と、ジンバル支持されている構造体のサイ
ズ及び重量の最小にするための小さい電子回路即
ち集積回路１９とを備えている。更に、導電性軸
受１６であつて、プラツトフオームへの電気的な
信号及びプラツトフオームからの電気的な信号を
結合するためのものが、用いられており、もつ
て、プラツトフオームへの如何なる接続線も、不
必要となる。この結果、プラツトフオームへの電
力及び制御信号、並びにプラツトフオームからの
データ信号は、導電性軸受を介して伝送される。
また、そのような導電性軸受の使用は、スリツプ
リングを用いることなく、360°のピツチ及びロー
ルを可能にする。フラツクスゲート１０及び１２
は、１対の電線を介して電子回路に接続されてお
り、そして、その電子回路は、ジンバル支持され
ているプラツトフオームから離隔して設けられて
おり、もつて、プラツトフオームのサイズ及び重
量が、小さくなる。

フラツクスゲートの動作が、第２図に示されて
いる。多重化スイツチ２５が、検出器・コイル制
御回路２４をフラツクスゲートのコイル２０に結
合する。多重化スイツチ２５は、好適に固体スチ
ツチであり、２つの検知極性のうちのいずれか一
方でのコイル２０の励磁を可能にすべく、検出
器・コイル制御回路２４からの信号によつて制御
される。この多重化スイツチの動作は、コイルの
捲回方向を時計回りから反時計回りに変えるこ
と、即ち、コイルの向きを180°変えることに等し
い。適切な電源からの励磁電流が、多重化スイツ
チ２５を介してコイル２０に与えられる。検出
器・コイル制御回路２４は、フラツクスゲートか
らの信号であつて、コイルの軸に沿う磁界Ｈの成
分である磁気成分Hxに比例するものを取り出す
べく作用する。出力信号を、使用される具体的な
回路構成に応じて、電圧（V₀）、電流（I₀）又は
周波数（f₀）である。この出力信号は、直交して
いるコイルのうちのいずれが検出器・コイル制御
回路に接続されているかにより、Kcosθ＋C₂又は
Ksinθ＋C₁なる形である。多重化スイツチ２５が
位置Ａにあると、検出器・コイル制御回路２４か
らの出力信号は、一方の検知極制のものであり、
多重化スイツチ２５が位置Ｂであると、出力信号
は、逆の検知極性のものである。従つて、位置Ａ
の場合、出力信号は、Kcosθ＋C₂（又はKsinθ＋
C₁）に比例する一方、位置Ｂの場合には、出力
信号は、−Kcosθ＋C₂（又は−Ksinθ＋C₁）なる形
のものである。位置Ｂにおける多重化スイツチに
よつて得られる電圧、電流又は周波数の値は、位
置Ａにおける多重化スイツチによつて得られる値
から減算され、もつて、誤差項(C)が消去されてい
る出力であつて2HXに比例するものが、結果的
に得られる。多重化スイツチ２５は、測定周期内
では安定である誤差項Ｃをもたらすに充分な速度
で動作させられ、もつて、誤差項が、効果的に消
去される。２つのフラツクスゲートの各コイル
は、出力信号が取り出されるべく、同様に励磁さ
れる。なお、コンパス方位角θは、象限修正を考
慮しつつ、２つのコイルについての測定値の比の
tan^-1即ち逆正接として計算される。

本発明に係る磁気コンパス用センサの第１実施
例が、第３図に示されている。フラツクスゲート
１０及び１２は、スイツチSW１及びSW２を介
し、電流源３０と検出器・コイル制御回路３２と
に結合されている。制御回路３４は、この第１実
施例においては電子的に制御される固体スイツチ
であるところのスイツチSW１及びSW２の動作
を制御する。なお、スイツチSW１及びSW２並
びに制御回路３４は、例えば第１図に示されてい
るような集積回路によつて構成され得る。電流源
３０及び検出器・コイル制御回路３２は、１対の
電線並びに導電性軸受３６及び３８により、ジン
バル支持されているプラツトフオーム１４に接続
されている。電力及び信号は、２本の電線のみに
より、フラツクスゲートと制御回路３４とに与え
られ、且つ、信号は、同じ２本の電線により、フ
ラツクスゲートから取り出される。検出器・コイ
ル制御回路３２によつてもたらされる出力信号
は、方位の測定値であり、電圧V₀、電流I₀又は周
波数f₀である。

方位を検知してその方位を表す信号をもたらす
種々の検出法が、用いられ得る。１つの公知の検
出法は、ゼロ平衡法であり、このゼロ平総衡法に
おいては、交流電流が、各フラツクスゲートコイ
ルを励磁すべく用いられると共に、地磁気を表す
大きさの直流フイードバツク電流が、各コイルに
供給され、その大きさから方位が得られる。

検出は、次のようにして、周波数法によつても
もたらされ得る。電流の変化が、各フラツクスゲ
ートコイルによつてもたらされ、その電流の変化
が起こつている間の時間が、測定される。周波数
と時間とは相関関係があるので、時間間隔に代え
て、周波数が測定されてもよい。電流の変化が２
つの既知の電圧レベルの間であるならば、電流の
変化は一定であり、時間ΔTは、ΔT＝kLとして
表される。ここで、ｋは定数であり、Ｌはコイル
のインダクタンスである。従つて、時間又は周波
数の測定値は、インダクタンスの一次関数であ
り、更に、コイルがＢ−Ｈ曲線の非線形部分で動
作させられているときは、地磁気に対するコイル
の向きの正弦関数でもある。なお、フラツクスゲ
ートセンサ即ち磁気コンパス用センサの地磁気に
対する方位角の測定値を得るには、２つのフラツ
クスゲートについての時間又は周波数の測定値の
比を計算し、次いで、その比の逆正接を計算すれ
ばよい。

第３図に示されている第１実施例とは別の第２
実施例が、第４図に示されており、この第２実施
例においては、フラツクスゲート１０及び１２
は、それぞれのFETスイツチＱ１及びＱ２と多
重化スイツチ４０とを介し、交流電流源４２と検
出器・コイル制御回路４４とに接続されている。
正の電圧源＋Vcc及び負の電圧源−Vccが、スイ
ツチSW３及びSW５を介して第１の入力端子４
６に、そしてスイツチSW４及びSW６を介して
第２の入力端子４８に、選択的に接続される。極
性を互いに逆にされているツエナーダイオードＤ
１及びＤ２の対が、入力端子４６と４８との間
に、コンデンサＣ１と直列に接続されており、コ
ンデンサＣ１とツエナーダイオードＤ２との接続
点は、FETスイツチＱ１及びＱ２のゲート端子
に接続されている。なお、交流電流源４２並びに
FETスイツチＱ１及びＱ２は、第３図における
電流源３０並びにスイツチSW１及びSW２にそ
れぞれ相当する。検出器・コイル制御回路４４
は、スイツチSW３、SW４、SW５及びSW６と
多重化スイツチ４０とに制御信号を供給する。

スイツチSW３及びSW４が閉じると、正の電
圧がFETスイツチＱ１を導通させ、交流電流源
４２からの電流が、多重化スイツチ４０を介して
フラツクスゲートコイル１０に流れる。スイツチ
SW５及びSW６が閉じると、負の電圧がTFET
スイツチＱ２を導通させ、交流電流源４２からの
電流が、多重化スイツチ４０を介してフラツクス
ゲートコイル１２に流れる。従つて、フラツクス
ゲートコイル１０及び１２は、第５図に示されて
いるように、正の電圧源＋V_CC及び負の電圧源−
V_CCの交番印加に応答するFETスイツチＱ１及び
Ｑ２により、それぞれ選択される。なお、第５図
には、繰り返し行われる、動作シーケンスの１サ
イクルのうちの前半（又は後半）の半サイクルの
みが示されており、実際には、この前半（又は後
半）の半サイクルの後に、後半（又は前半）の半
サイクルが続き、この後半（又は前半）の半サイ
クルにおいては、多重化スイツチ４０によつて極
性が反転させられている交流電流が、フラツクス
ゲートコイル１０及び１２に流れる。各フラツク
スゲートコイル１０及び１２は、第２図に関連し
て説明したように、交流電流源４２から与えられ
る電流により、一方の検知極性及び逆の検知極性
で順次励磁され、これにより、フラツクスゲート
コイルの軸に沿う地磁気の成分に比例する出力信
号が生成される。本発明に係る磁気コンパス用セ
ンサからの出力信号は、各フラツクスゲートの順
次励磁より、誤差成分が自動的に消去されてお
り、誤差成分を含んでいない。

前述のように、出力信号は、採用される具体的
な構成に応じて、電圧信号、電流信号又は周波数
（時間）信号の形であつてよい。本発明の磁気コ
ンパス用センサを構成するフラツクスゲートから
の信号の検出及び処理は、その磁気コンパス用セ
ンサを使用する、具体的な磁気コンパスで利用さ
れる具体的な信号の性質とは無関係に、同様の態
様でなされ得る。フラツクスゲートからの信号
は、次のように処理される。Vxは、Ｘコイルか
ら取り出された一方の極性の信号を表し、Vx−
は、Ｘコイルから取り出された逆の極性の信号を
表すものとする。Vy及びVy−は、Ｙコイルから
取り出された、一方の極性及び逆の極性の信号を
それぞれ表すものとする。動作シーケンスの各サ
イクルについてのＸコイルの信号Vx及びVx−
が、読み取られる。同様に、Ｙコイルの信号Vy
及びVy−が、動作シーケスの各サイクルについ
て読み取られる。各信号の平均値が計算され、そ
して、Vx−の平均値が、Vxの平均値から減算さ
れると共に、Vy−の平均値が、Vyの平均値から
減算される。減算結果としての差の比が閉算さ
れ、そして、その比の計算値の逆正接の計算が行
われる。この逆正接の計算により、コンパス方位
角θが得られる。象限アンビギテイを除去すべ
く、象限修正が行われる。コンパス方位角を表す
出力信号は、方位角を可視表示するためのデイス
プレイに与えられてもよく、あるいは方位角を記
憶するためのメモリ等に与えられてもよい。出力
信号は、具体的な信号処理要求に適合するよう、
適切なフオーマツトに変換されてもよい。

本発明の第３実施例が、第６図に示されてお
り、この第３実施例においては、フラツクスゲー
ト１０及び１２は、FFTスイツチＱ３及びＱ４
とフリツプ５０とにより、それぞれ励磁される。
整流器Ｄ４は、入力端子４６及び４８を介して与
えられる交流電力に応答して、フリツプフロツプ
５０とFETスイツチＱ３及びＱ４とに直流電力
を供給する。コンデンサＣ２は、整流器用フイル
タコンデンサである。ダイオードＤ３、抵抗器Ｒ
１及びコンデンサＣ３からなる直列回路が、図示
のように接続されており、そして、クロツクパル
スが、抵抗器Ｒ１とコンデンサＣ３との接続点か
ら取り出され、クロツクパルスは、フリツプフロ
ツプのクロツク入力に与えられる。フリツプフロ
ツプ用のリセツトパルスは、コンデンサＣ４と抵
抗器Ｒ２との接続点から取り出される。フリツプ
フロツプの出力は、FETスイツチＱ３及びＱ４
にそれぞれ接続されている。

第６図に示されている回路も、フラツクスゲー
トコイル１０及び１２を交互に励磁すべく作用す
る。フリツプフロツプ５０に与えられるクロツク
パルスに応答して、フリツプフロツプは、フラツ
クスゲートコイル１０及び１２をそれぞれ選択す
るEFTスイツチＱ３及びＱ４を交互に作動させ
る。各フラツクスゲートコイルは、上述のよう
に、一方の極性及び逆と極性の電流で交互に励磁
される。フリツプフロツプ５０用のクロツクパル
スは、検出器・コイル製御回路４４内に含まれ得
る適切な手段によつてもたらされる。動作シーケ
ンスの各サイクルの後、次のサイクルに備えて装
置を初期化すべく、リセツトパルスが、フリツプ
フロツプ５０に与えられる。

本発明の第４実施例が、第７図に示されてお
り、この第４実施例においては、３つのフラツク
スゲートコイルが設けられており、各フラツクス
ゲートは、互いに直交するそれぞれの輪に沿つて
配設されている。第７図に示されている回路は、
Ｚコイルとしてのフラツクスゲート１３が付加さ
れていることを除いて、第６図に示されている回
路と同様であり、そのＺコイルは、Ｘコイルとし
てのフラツクスゲートコイル１０及びＹコイルと
してのフラツクスゲートコイル１２の軸に対して
互いに直交する軸に沿つて配設されている。カウ
ンタ５１がFETスイツチＱ３，Ｑ４及びＱ５に
結合されており、これらのFETスイツチは、フ
ラツクスゲートコイル１０，１２及び１３にそれ
ぞれ接続されている。カウンタ５１に与えられる
クロツクパルスに応答して、カウンタ出力信号
が、FETスイツチＱ３，Ｑ４及びＱ５に、これ
らを順次動作させるべく、それぞれ与えられ、も
つて、フラツクスゲートコイルが、順次選択され
る。選択された各フラツクスゲートコイルは、上
述した態様で励磁され、もつて、方位を表す出力
信号がもたらされる。互いに直交する３つのフラ
ツクスゲートを用いている、第７図に示されてい
る第４実施例は、２本の電線のみで動作し得る３
軸磁気コンパス用センサをもたらす。

［発明の効果］ 以上のよう、本発明によれば、電力及び信号の
伝送が１対の導体のみによつて行われ得ると共
に、誤差項が自動的に消去されている信号を出力
する磁気コンパス用センサが提供されるという効
果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、その上にフラツクスゲートが装着さ
れている、通常は水平のプラツトフオームを示す
斜視図である。第２図は、固体磁気コンパス用セ
ンサのブロツク図である。第３図は、本発明に係
る磁気コンパス用センサの第１実施例を示す概略
ブロツク図である。第４図は、本発明に係る磁気
コンパス用センサの第２実施例を示す概略ブロツ
ク図である。第５図は、第４図に示されている回
路の動作を説明するための信号図である。第６図
は、本発明に係る磁気コンパス用センサの第３実
施例を示す概略図である。第７図は、本発明に係
る磁気コンパス用センサの第４実施例を示す概略
ブロツク図である。 １０，１２，１３……フラツクスゲートコイ
ル、１４……プラツトフオーム、１６……導電性
軸受、１９……集積回路、２０……コイル、２４
……検出器・コイル制御回路、２５……多重化ス
イツチ、３０……電流源、３２……検出器・コイ
ル制御回路、３４……制御回路、３６，３８……
導電性軸受、４０……多重化スイツチ、４２……
交流電流源、４４……検出器・コイル制御回路、
４６，４８……入力端子、５０……フリツプフロ
ツプ、５１……カウンタ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 互いに直交するようにして配設されている複
   数のフラツクスゲートを有するプラツトフオーム
   であつて、各該フラツクスゲートは可飽和磁気鉄
   心が配設されている貫通孔を有する円筒状のコイ
   ルを備えている、ものと、 該プラツトフオームを実質的に水平に維持する
   維持手段と、 各該フラツクスゲートを順次励磁する励磁手段
   と、 各該フラツクスゲートからの信号であつてコン
   パス方位を表すものを検出する検出手段と、を具
   備する磁気コンパス用センサにおいて、 誤差項が効果的に消去されている出力をもたら
   すべく、各該フラツクスゲートが、繰り返し与え
   られる一方の極性の信号及び逆の極性の信号によ
   つて順次励磁され、且つ、単一の２線式電路によ
   り、制御信号及び電力が該フラツクスゲートに与
   えられ且つ該フラツクスゲートからの信号が外部
   回路に与えられることを特徴とする磁気コンパス
   用センサ。 ２ 前記プラツトフオームが１対の導電性軸受を
   有しており、該導電性軸受により、前記制御信号
   及び前記電力が前記フラツクスゲートに与えられ
   且つ該フラツクスゲートからの信号が前記外部回
   路に与えられる特許請求の範囲第１項記載の磁気
   コンパス用センサ。 ３ 前記プラツトフオームが、比較的高い共振周
   波数とスプリアス振動に対する比較的低い応動性
   とを有している特許請求の範囲第１項記載の磁気
   コンパス用センサ。 ４ 前記プラツトフオームが、その上に、互いに
   直交するようにして配設されている第１のフラツ
   クスゲートと第２のフラツクスゲートとを有して
   いる特許請求の範囲第１項記載の磁気コンパス用
   センサ。 ５ 各前記フラツクスゲートが、前記プラツトフ
   オームの回動軸に対して45°に配設されている特
   許請求の範囲第１項記載の磁気コンパス用セン
   サ。 ６ 前記励磁手段が、前記コイルに一方の極性の
   信号を与える手段と、該コイルに逆の極性の信号
   を与える手段とを有している特許請求の範囲第１
   項記載の磁気コンパス用センサ。 ７ 前記プラツトフオームが、その上に、互いに
   直交するようにして配設されている３つのフラツ
   クスゲートを有している特許請求の範囲第１項記
   載の磁気コンパス用センサ。