JPH09280861A - 方位角検出方法及び装置 - Google Patents
方位角検出方法及び装置Info
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- JPH09280861A JPH09280861A JP9240496A JP9240496A JPH09280861A JP H09280861 A JPH09280861 A JP H09280861A JP 9240496 A JP9240496 A JP 9240496A JP 9240496 A JP9240496 A JP 9240496A JP H09280861 A JPH09280861 A JP H09280861A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】トンネル掘削機の先端装置等の方位角を高精度
に計測することができる方位角検出方法及び装置を提供
する。 【解決手段】先端装置Ａが推進する方位角を非接触にて
計測するに当たり、先端装置Ａに第１のコイル１を固定
するとともに、第１のコイル１の直上であって、先端装
置から離れた個所に第２のコイル２及び第３のコイル３
を設け、かつ第１のコイル１及び第２のコイル２は、両
コイルの中心を結ぶ直線に対してコイルの軸がほぼ直交
し、かつ両コイルの軸がほぼ平行になるように配置し、
第１のコイル１及び第３のコイル３は、両コイルの中心
を結ぶ直線に対してコイルの軸がほぼ直交し、かつ両コ
イルの軸がほぼ直交するように配置し、続いて、第１の
コイル１に正弦波状の電流を流すとともに、第２のコイ
ル２及び第３のコイル３の誘導電圧の位相差を測定し
て、先端装置Ａが推進する方位角を算出する。
に計測することができる方位角検出方法及び装置を提供
する。 【解決手段】先端装置Ａが推進する方位角を非接触にて
計測するに当たり、先端装置Ａに第１のコイル１を固定
するとともに、第１のコイル１の直上であって、先端装
置から離れた個所に第２のコイル２及び第３のコイル３
を設け、かつ第１のコイル１及び第２のコイル２は、両
コイルの中心を結ぶ直線に対してコイルの軸がほぼ直交
し、かつ両コイルの軸がほぼ平行になるように配置し、
第１のコイル１及び第３のコイル３は、両コイルの中心
を結ぶ直線に対してコイルの軸がほぼ直交し、かつ両コ
イルの軸がほぼ直交するように配置し、続いて、第１の
コイル１に正弦波状の電流を流すとともに、第２のコイ
ル２及び第３のコイル３の誘導電圧の位相差を測定し
て、先端装置Ａが推進する方位角を算出する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、トンネル掘削機の
先端装置等の方位角を非接触にて計測する方位角検出方
法、及びこの方法を実施するための方位角検出装置に関
する。
先端装置等の方位角を非接触にて計測する方位角検出方
法、及びこの方法を実施するための方位角検出装置に関
する。
【０００２】
【従来の技術】近年、光ファイバ等の地下敷設工事で
は、トンネル掘削機αを用いた非開削工法が主流であ
る。これは、敷設位置が道路の地下等の場合、開削工法
では交通を遮断することになるが、非開削工法では交通
を遮断しないからである。トンネル掘削機αは、例え
ば、図６に示すように、方向制御用のヘッドを備えた先
端装置Ａ、及び立て坑Ｈに固定した元押装置Ｂからな
り、先端装置Ａにて地面Ｇの中を掘り進み、その後に推
進管Ｃと呼ばれる多数の鉄製中空管を接続して、地下に
管路を形成するものである。
は、トンネル掘削機αを用いた非開削工法が主流であ
る。これは、敷設位置が道路の地下等の場合、開削工法
では交通を遮断することになるが、非開削工法では交通
を遮断しないからである。トンネル掘削機αは、例え
ば、図６に示すように、方向制御用のヘッドを備えた先
端装置Ａ、及び立て坑Ｈに固定した元押装置Ｂからな
り、先端装置Ａにて地面Ｇの中を掘り進み、その後に推
進管Ｃと呼ばれる多数の鉄製中空管を接続して、地下に
管路を形成するものである。
【０００３】ところで、計画線通りの管路を建設するた
めには、トンネル掘削機αの先端装置Ａの位置と推進方
向を、地上から測定する必要がある。通常、先端装置Ａ
の位置計測には、電磁誘導法が用いられている。この種
の位置計測方法は、先端装置Ａ内に備えたコイルから交
流磁界を発生させ、それを作業員が地上のコイルで計測
し、磁界の強度分布、或は位相から先端装置Ａのヘッド
の位置を推定するというものである。また、トンネル掘
削機αの推進方向を地上から知るには、前記電磁誘導法
にて得られた先端装置Ａのヘッドの位置を連ねて曲線グ
ラフを作成し、当該曲線グラフから推進方向を推定する
手法を採用していた。
めには、トンネル掘削機αの先端装置Ａの位置と推進方
向を、地上から測定する必要がある。通常、先端装置Ａ
の位置計測には、電磁誘導法が用いられている。この種
の位置計測方法は、先端装置Ａ内に備えたコイルから交
流磁界を発生させ、それを作業員が地上のコイルで計測
し、磁界の強度分布、或は位相から先端装置Ａのヘッド
の位置を推定するというものである。また、トンネル掘
削機αの推進方向を地上から知るには、前記電磁誘導法
にて得られた先端装置Ａのヘッドの位置を連ねて曲線グ
ラフを作成し、当該曲線グラフから推進方向を推定する
手法を採用していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、トンネル掘削
機は交通の頻繁な道路で使用されるので、先端装置の位
置を地上で計測することは、交通の障害となり、計測の
省力化及び簡略化が望まれている。よって、計測は連続
的になされず、離散的になされるので、方位角の推定誤
差が大きくなり、（計測間隔）×（方位角誤差）だけの
変位誤差が発生して、トンネル掘削機の位置制御を高精
度に行うことができないという問題が生じる。一方、ト
ンネル掘削機にジャイロ装置を搭載すれば、方位角を高
精度で知ることができるが、装置自体が複雑化し、高価
になるという問題がある。
機は交通の頻繁な道路で使用されるので、先端装置の位
置を地上で計測することは、交通の障害となり、計測の
省力化及び簡略化が望まれている。よって、計測は連続
的になされず、離散的になされるので、方位角の推定誤
差が大きくなり、（計測間隔）×（方位角誤差）だけの
変位誤差が発生して、トンネル掘削機の位置制御を高精
度に行うことができないという問題が生じる。一方、ト
ンネル掘削機にジャイロ装置を搭載すれば、方位角を高
精度で知ることができるが、装置自体が複雑化し、高価
になるという問題がある。
【０００５】ここにおいて本発明の解決すべき主要な目
的は、次の通りである。本発明の第１の目的は、トンネ
ル掘削機の先端装置等の方位角を非接触にて、効率的に
計測することができる方位角検出方法及びこの方法を実
施するための方位角検出装置を提供せんとするものであ
る。
的は、次の通りである。本発明の第１の目的は、トンネ
ル掘削機の先端装置等の方位角を非接触にて、効率的に
計測することができる方位角検出方法及びこの方法を実
施するための方位角検出装置を提供せんとするものであ
る。
【０００６】本発明の第２の目的は、トンネル掘削機の
先端装置等の位置を高精度で制御可能な方位角検出方法
及びこの方法を実施するための方位角検出装置を提供せ
んとするものである。
先端装置等の位置を高精度で制御可能な方位角検出方法
及びこの方法を実施するための方位角検出装置を提供せ
んとするものである。
【０００７】本発明のその他の目的は、明細書、図面、
特に特許請求の範囲の記載から自ずと明らかとなろう。
特に特許請求の範囲の記載から自ずと明らかとなろう。
【０００８】
【課題を解決するための手段】前記した課題の解決は、
本発明が次に列挙する新規な特徴的構成手法及び手段を
採用することにより達成される。すなわち、本発明方法
の第１の特徴は、被測定対象物の推進方位角を非接触に
て計測するに当たり、被測定対象物に第１のコイルを固
定するとともに、第１のコイルの直上であって、被測定
対象物から離れた個所に第２のコイル及び第３のコイル
を設け、かつ第１のコイル及び第２のコイルは、両コイ
ルの中心を結ぶ直線に対してコイルの軸がほぼ直交し、
かつ両コイルの軸がほぼ平行になるように配置し、第１
のコイル及び第３のコイルは、両コイルの中心を結ぶ直
線に対してコイルの軸がほぼ直交し、かつ両コイルの軸
がほぼ直交するように配置し、続いて、第１のコイルに
正弦波状の電流を流すとともに、第２のコイル及び第３
のコイルの誘導電圧の位相差を測定して、被測定対象物
が推進する方位角を求めてなる方位角検出方法にある。
本発明が次に列挙する新規な特徴的構成手法及び手段を
採用することにより達成される。すなわち、本発明方法
の第１の特徴は、被測定対象物の推進方位角を非接触に
て計測するに当たり、被測定対象物に第１のコイルを固
定するとともに、第１のコイルの直上であって、被測定
対象物から離れた個所に第２のコイル及び第３のコイル
を設け、かつ第１のコイル及び第２のコイルは、両コイ
ルの中心を結ぶ直線に対してコイルの軸がほぼ直交し、
かつ両コイルの軸がほぼ平行になるように配置し、第１
のコイル及び第３のコイルは、両コイルの中心を結ぶ直
線に対してコイルの軸がほぼ直交し、かつ両コイルの軸
がほぼ直交するように配置し、続いて、第１のコイルに
正弦波状の電流を流すとともに、第２のコイル及び第３
のコイルの誘導電圧の位相差を測定して、被測定対象物
が推進する方位角を求めてなる方位角検出方法にある。
【０００９】本発明方法の第２の特徴は、前記本発明方
法の第１の特徴における前記被測定対象物が、通信用管
路、下水管路、又はガス管路を掘削するトンネル掘削機
の先端装置である方位角検出方法にある。
法の第１の特徴における前記被測定対象物が、通信用管
路、下水管路、又はガス管路を掘削するトンネル掘削機
の先端装置である方位角検出方法にある。
【００１０】本発明方法の第３の特徴は、前記本発明方
法の第１又は第２の特徴における前記第１のコイルが、
被測定対象物の軸に直交配置して固定してなる方位角検
出方法にある。
法の第１又は第２の特徴における前記第１のコイルが、
被測定対象物の軸に直交配置して固定してなる方位角検
出方法にある。
【００１１】本発明方法の第４の特徴は、前記本発明方
法の第１、第２又は第３の特徴における前記第２のコイ
ル及び第３のコイルの誘導電圧の位相差が、当該第３の
コイルの角度を水平面内で種々変化させ、それが１８０
度変化する角度を見い出し、前記第２のコイルと前記第
３のコイルの位相差反転角度から第１のコイルに直交す
る方向を定めてなる方位角検出方法にある。
法の第１、第２又は第３の特徴における前記第２のコイ
ル及び第３のコイルの誘導電圧の位相差が、当該第３の
コイルの角度を水平面内で種々変化させ、それが１８０
度変化する角度を見い出し、前記第２のコイルと前記第
３のコイルの位相差反転角度から第１のコイルに直交す
る方向を定めてなる方位角検出方法にある。
【００１２】本発明方法の第５の特徴は、前記本発明方
法の第１、第２、第３又は第４の特徴における前記第２
のコイル及び第３のコイルの誘導電圧の位相差が、オシ
ロスコープにて測定してなる方位角検出方法にある。
法の第１、第２、第３又は第４の特徴における前記第２
のコイル及び第３のコイルの誘導電圧の位相差が、オシ
ロスコープにて測定してなる方位角検出方法にある。
【００１３】本発明方法の第６の特徴は、前記本発明方
法の第１、第２、第３、第４又は第５の特徴における前
記第２のコイル及び第３のコイルが、同一の筐体内に設
置されてなる方位角検出方法にある。
法の第１、第２、第３、第４又は第５の特徴における前
記第２のコイル及び第３のコイルが、同一の筐体内に設
置されてなる方位角検出方法にある。
【００１４】本発明方法の第７の特徴は、前記本発明方
法の第６の特徴における前記筐体が、前記第１のコイル
を固定した被測定対象物に対し地面を間に挟んで相対向
配置してなる方位角検出方法にある。
法の第６の特徴における前記筐体が、前記第１のコイル
を固定した被測定対象物に対し地面を間に挟んで相対向
配置してなる方位角検出方法にある。
【００１５】本発明装置の第１の特徴は、被測定物に固
定された第１のコイルと、被測定物から離れて設置され
た第２のコイル及び第３のコイルと、第１のコイルに正
弦波状の電流を流す手段と、第２のコイル及び第３のコ
イルの誘導電圧の位相差を測定する手段とを備え、第１
のコイル及び第２のコイルは、両コイルの中心を結ぶ直
線に対してコイルの軸がほぼ直交し、かつ両コイルの軸
はほぼ平行となり、第１のコイル及び第３のコイルは、
両コイルの中心を結ぶ直線に対してコイルの軸がほぼ直
交し、かつ両コイルの軸がほぼ直交となるように配置さ
れてなる方位角計測装置にある。
定された第１のコイルと、被測定物から離れて設置され
た第２のコイル及び第３のコイルと、第１のコイルに正
弦波状の電流を流す手段と、第２のコイル及び第３のコ
イルの誘導電圧の位相差を測定する手段とを備え、第１
のコイル及び第２のコイルは、両コイルの中心を結ぶ直
線に対してコイルの軸がほぼ直交し、かつ両コイルの軸
はほぼ平行となり、第１のコイル及び第３のコイルは、
両コイルの中心を結ぶ直線に対してコイルの軸がほぼ直
交し、かつ両コイルの軸がほぼ直交となるように配置さ
れてなる方位角計測装置にある。
【００１６】本発明装置の第２の特徴は、被測定物に固
定された第１のコイルと、被測定物から離れて設置され
た第２のコイル、第３のコイル及び第４のコイルと、第
１のコイルに正弦波状の電流を流す手段と、第２のコイ
ル、第３のコイル及び第４のコイルの誘導電圧の位相差
を測定する手段とを備え、第２のコイルと第３のコイル
は水平に、第４のコイルは鉛直に固定され、各コイルの
軸がほぼ三次元座標軸方向に直交するように配置され、
被測定対象物の水平位置計測とともに被測定対象物が推
進する方位角を非接触にて計測してなる方位角計測装置
にある。
定された第１のコイルと、被測定物から離れて設置され
た第２のコイル、第３のコイル及び第４のコイルと、第
１のコイルに正弦波状の電流を流す手段と、第２のコイ
ル、第３のコイル及び第４のコイルの誘導電圧の位相差
を測定する手段とを備え、第２のコイルと第３のコイル
は水平に、第４のコイルは鉛直に固定され、各コイルの
軸がほぼ三次元座標軸方向に直交するように配置され、
被測定対象物の水平位置計測とともに被測定対象物が推
進する方位角を非接触にて計測してなる方位角計測装置
にある。
【００１７】本発明装置の第３の特徴は、前記本発明装
置の第１又は第２の特徴における第１のコイルに正弦波
状の電流を流す手段が、交流発振器である方位角計測装
置にある。
置の第１又は第２の特徴における第１のコイルに正弦波
状の電流を流す手段が、交流発振器である方位角計測装
置にある。
【００１８】本発明装置の第４の特徴は、前記本発明装
置の第１、第２又は第３の特徴における第２のコイル及
び第３のコイルの誘導電圧の位相差を測定する手段が、
オシロスコープである方位角計測装置にある。
置の第１、第２又は第３の特徴における第２のコイル及
び第３のコイルの誘導電圧の位相差を測定する手段が、
オシロスコープである方位角計測装置にある。
【００１９】本発明装置の第５の特徴は、前記本発明装
置の第１、第２、第３又は第４の特徴における前記第２
のコイル及び第３のコイルが、同一の筐体に実装されて
なる方位角計測装置にある。
置の第１、第２、第３又は第４の特徴における前記第２
のコイル及び第３のコイルが、同一の筐体に実装されて
なる方位角計測装置にある。
【００２０】本発明装置の第６の特徴は、前記本発明装
置の第１、第２、第３、第４又は第５の特徴における前
記被測定対象物が、通信用管路、下水管路、又はガス管
路を掘削するトンネル掘削機の先端装置である方位角計
測装置にある。
置の第１、第２、第３、第４又は第５の特徴における前
記被測定対象物が、通信用管路、下水管路、又はガス管
路を掘削するトンネル掘削機の先端装置である方位角計
測装置にある。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して、本発
明による方位角検出の原理及び検出誤差に関して説明し
た後、本発明の実施の形態を、その装置例及び方法例に
基づいて説明することとする。
明による方位角検出の原理及び検出誤差に関して説明し
た後、本発明の実施の形態を、その装置例及び方法例に
基づいて説明することとする。
【００２２】（方位角検出の原理）図１は本発明を実施
する場合のコイル配置と第１のコイル１の発生磁界φと
の関係を示し、図２は第３のコイル３の回転による軸方
向磁界の変化を示し、図３は第２のコイルの回転による
軸方向磁界の変化を示す。
する場合のコイル配置と第１のコイル１の発生磁界φと
の関係を示し、図２は第３のコイル３の回転による軸方
向磁界の変化を示し、図３は第２のコイルの回転による
軸方向磁界の変化を示す。
【００２３】本発明では、図１に示すように、第１のコ
イル１の直上に第２のコイル２及び第３のコイル３を設
ける。そして、第１のコイル１と第２のコイル２とをほ
ぼ平行に配置するとともに、第１のコイル１と第３のコ
イル３とをほぼ直交に配置する。その結果、第１のコイ
ル１の発生磁界φと第２のコイル２の軸はほぼ平行にな
るので、第２のコイル１には磁界の変化に比例した誘導
電圧Ｖ2 が発生する。これに対して、第３のコイル３の
軸は第１のコイル１の発生磁界φと直角になるので、第
３のコイル３には誘導電圧が発生しない。
イル１の直上に第２のコイル２及び第３のコイル３を設
ける。そして、第１のコイル１と第２のコイル２とをほ
ぼ平行に配置するとともに、第１のコイル１と第３のコ
イル３とをほぼ直交に配置する。その結果、第１のコイ
ル１の発生磁界φと第２のコイル２の軸はほぼ平行にな
るので、第２のコイル１には磁界の変化に比例した誘導
電圧Ｖ2 が発生する。これに対して、第３のコイル３の
軸は第１のコイル１の発生磁界φと直角になるので、第
３のコイル３には誘導電圧が発生しない。
【００２４】次に、図２のように第３のコイル３が微小
角θだけ回転した場合を考える。第３のコイル３が微小
角θだけ回転すると、第３のコイル３の軸にほぼ平行な
磁界成分φ3 が発生し、誘導電圧Ｖ3 が発生する。誘導
電圧Ｖ2 とＶ3 は、第２のコイル２及び第３のコイル３
のインダクタンスをL 、第１のコイル１が第２のコイル
２及び第３のコイル３の中心に発生する磁界の大きさφ
とすれば、 Ｖ2 ＝L （ｄφ／ｄｔ） (1) Ｖ3 ＝L （ｄφ／ｄｔ）sin θ (2) となる。ここで、θが微小であるとすると、Ｖ3 は以下
のように近似される。 Ｖ3 ＝L （ｄφ／ｄｔ）θ (3)
角θだけ回転した場合を考える。第３のコイル３が微小
角θだけ回転すると、第３のコイル３の軸にほぼ平行な
磁界成分φ3 が発生し、誘導電圧Ｖ3 が発生する。誘導
電圧Ｖ2 とＶ3 は、第２のコイル２及び第３のコイル３
のインダクタンスをL 、第１のコイル１が第２のコイル
２及び第３のコイル３の中心に発生する磁界の大きさφ
とすれば、 Ｖ2 ＝L （ｄφ／ｄｔ） (1) Ｖ3 ＝L （ｄφ／ｄｔ）sin θ (2) となる。ここで、θが微小であるとすると、Ｖ3 は以下
のように近似される。 Ｖ3 ＝L （ｄφ／ｄｔ）θ (3)
【００２５】すなわち、θが正ではＶ2 とＶ3 の符号が
一致し、θが負では符号が反対となる。第１のコイル１
に流す電流、発生磁界は正弦波状であるから、Ｖ2 とＶ
3 の位相差が、θ＝０として１８０度変化することにな
る。よって、第３のコイル３の角度を種々変化させてＶ
2 とＶ3 の位相差を測定し、それが１８０度変化する角
度を見い出せば、それが第１のコイル１に直交する方向
となる。その結果、第１のコイル１を被測定対象物の軸
に直交させて配置すれば、被測定対象物の推進方向の方
位角を簡単に検出することができる。
一致し、θが負では符号が反対となる。第１のコイル１
に流す電流、発生磁界は正弦波状であるから、Ｖ2 とＶ
3 の位相差が、θ＝０として１８０度変化することにな
る。よって、第３のコイル３の角度を種々変化させてＶ
2 とＶ3 の位相差を測定し、それが１８０度変化する角
度を見い出せば、それが第１のコイル１に直交する方向
となる。その結果、第１のコイル１を被測定対象物の軸
に直交させて配置すれば、被測定対象物の推進方向の方
位角を簡単に検出することができる。
【００２６】（検出誤差）続いて、本発明の方位角検出
方法による計測誤差について考察する。まず、第１のコ
イル１と第２のコイル２の角度誤差の影響を考察する。
第１のコイル１の方位角は未知なので、第２のコイル２
を第１のコイル１と完全に平行にすることは不可能であ
る。したがって、平行からのずれが発生する。図３のよ
うに、ずれ角度をθとすると、Ｖ2 は以下の通りにな
る。 Ｖ2 ＝L (dφ/dt) cosθ (4) θが微小であるとすると、Ｖ2 は以下の通りに近似され
る。 Ｖ2 ＝L (dφ/dt) (１−θ2 ／2) (5)
方法による計測誤差について考察する。まず、第１のコ
イル１と第２のコイル２の角度誤差の影響を考察する。
第１のコイル１の方位角は未知なので、第２のコイル２
を第１のコイル１と完全に平行にすることは不可能であ
る。したがって、平行からのずれが発生する。図３のよ
うに、ずれ角度をθとすると、Ｖ2 は以下の通りにな
る。 Ｖ2 ＝L (dφ/dt) cosθ (4) θが微小であるとすると、Ｖ2 は以下の通りに近似され
る。 Ｖ2 ＝L (dφ/dt) (１−θ2 ／2) (5)
【００２７】式(4) によれば、θがゼロでなくても、微
小であればＶ2 の位相は変化しないことが分かる。した
がって、第１のコイル１と第２のコイル２が完全に平行
でなくても、計測誤差は発生しないといえる。
小であればＶ2 の位相は変化しないことが分かる。した
がって、第１のコイル１と第２のコイル２が完全に平行
でなくても、計測誤差は発生しないといえる。
【００２８】次に、第１のコイル１と第２のコイル２及
び第３のコイル３の位置誤差の影響を考察する。通常、
第１のコイル１の位置は未知であるから、第２のコイル
２及び第３のコイル３を第１のコイル１の直上に設置す
ることは不可能である。しかし、第１のコイル１の発生
磁界φは軸対称であり、円周方向成分が存在しないの
で、第３のコイル３が第１のコイル１の直上に無くて
も、両者が直交していれば、第３のコイル３の誘導電圧
はゼロとなる。すなわち、第３のコイル３の位置に関わ
らず、両コイルが直交する方位角で第３のコイル３の位
相角は反転する。
び第３のコイル３の位置誤差の影響を考察する。通常、
第１のコイル１の位置は未知であるから、第２のコイル
２及び第３のコイル３を第１のコイル１の直上に設置す
ることは不可能である。しかし、第１のコイル１の発生
磁界φは軸対称であり、円周方向成分が存在しないの
で、第３のコイル３が第１のコイル１の直上に無くて
も、両者が直交していれば、第３のコイル３の誘導電圧
はゼロとなる。すなわち、第３のコイル３の位置に関わ
らず、両コイルが直交する方位角で第３のコイル３の位
相角は反転する。
【００２９】また、第２のコイル２は、図３に示すよう
に、その位置が変化しても、第１のコイル１の発生磁界
φにおける第２のコイル２の軸に平行な成分φ2 の向き
は変化しない。したがって、第２のコイル２及び第３の
コイル３が第１のコイル１の直上になくても、両コイル
の位相差反転角度から、第１のコイル１の方位角を知る
ことができる。
に、その位置が変化しても、第１のコイル１の発生磁界
φにおける第２のコイル２の軸に平行な成分φ2 の向き
は変化しない。したがって、第２のコイル２及び第３の
コイル３が第１のコイル１の直上になくても、両コイル
の位相差反転角度から、第１のコイル１の方位角を知る
ことができる。
【００３０】以上の考察から、第１のコイル１の位置、
方位角ともに未知であっても、方位角の計測誤差は発生
しないこととなる。なお、式(3) 、(5) はθが微小なと
きに成立するので、本発明は、第１のコイル１の方位角
の概略値が分かっていることを前提とする。しかし、ト
ンネル掘削機αの場合、１回の計測から次の計測までの
角度変化は通常数度以下である。よって、前回の計測角
を基準値とすれば、第１のコイル１に対して、第２のコ
イル２をほぼ平行に、第３のコイル３をほぼ直角に配置
することは容易にできるので問題は発生しない。
方位角ともに未知であっても、方位角の計測誤差は発生
しないこととなる。なお、式(3) 、(5) はθが微小なと
きに成立するので、本発明は、第１のコイル１の方位角
の概略値が分かっていることを前提とする。しかし、ト
ンネル掘削機αの場合、１回の計測から次の計測までの
角度変化は通常数度以下である。よって、前回の計測角
を基準値とすれば、第１のコイル１に対して、第２のコ
イル２をほぼ平行に、第３のコイル３をほぼ直角に配置
することは容易にできるので問題は発生しない。
【００３１】（第１装置例）図４は本発明の第１装置例
の構成を示す。本装置例の方位角検出装置βは、地中で
推進するトンネル掘削機αの先端装置Ａのヘッド内に固
定される第１のコイル１と、第１のコイル１に交流電流
を流す交流発振器４と、前記第１のコイルに対し地面を
中に挟んで地上で先端装置Ａを追跡して方位角検出を行
う検出器Ｄとからなる。検出器Ｄは第２のコイル２と、
第３のコイル３と、第２のコイル２及び第３のコイル３
に流れる誘導電圧を観察するオシロスコープ５とからな
る。
の構成を示す。本装置例の方位角検出装置βは、地中で
推進するトンネル掘削機αの先端装置Ａのヘッド内に固
定される第１のコイル１と、第１のコイル１に交流電流
を流す交流発振器４と、前記第１のコイルに対し地面を
中に挟んで地上で先端装置Ａを追跡して方位角検出を行
う検出器Ｄとからなる。検出器Ｄは第２のコイル２と、
第３のコイル３と、第２のコイル２及び第３のコイル３
に流れる誘導電圧を観察するオシロスコープ５とからな
る。
【００３２】第１のコイル１は、図４に示すように、コ
イル軸が円筒状の先端装置Ａの軸と直交するように配置
され、コイル端子が交流発振器４に接続されている。第
２のコイル２と第３のコイル３は、それぞれの軸を水平
にして筐体６に固定され、両コイルは直角を為し、第２
のコイル２と第３のコイル３の端子はオシロスコープ５
に接続されている。なお、本装置例では、方位角のみ計
測するので、第１のコイル１、第２のコイル２、第３の
コイル３が鉛直面内で回転しても誤差は生じない。よっ
て、第１のコイル１を支持する軸受、及び第２のコイル
２等の水平状態を維持する水準器を設ける必要がない。
イル軸が円筒状の先端装置Ａの軸と直交するように配置
され、コイル端子が交流発振器４に接続されている。第
２のコイル２と第３のコイル３は、それぞれの軸を水平
にして筐体６に固定され、両コイルは直角を為し、第２
のコイル２と第３のコイル３の端子はオシロスコープ５
に接続されている。なお、本装置例では、方位角のみ計
測するので、第１のコイル１、第２のコイル２、第３の
コイル３が鉛直面内で回転しても誤差は生じない。よっ
て、第１のコイル１を支持する軸受、及び第２のコイル
２等の水平状態を維持する水準器を設ける必要がない。
【００３３】（方法例）次に第１装置例の方位角検出装
置βを用いた方法例について説明する。先ず、交流発信
器４にて第１のコイル１に交流電流を流して交流磁界φ
を発生させる。すると、第２のコイル２、第３のコイル
３は次式の誘導電圧Ｖ2 、Ｖ3を発生する。 Ｖ2 ＝L(d φ/dt) cosθ (6) Ｖ3 ＝L(d φ/dt) sinθ (7)
置βを用いた方法例について説明する。先ず、交流発信
器４にて第１のコイル１に交流電流を流して交流磁界φ
を発生させる。すると、第２のコイル２、第３のコイル
３は次式の誘導電圧Ｖ2 、Ｖ3を発生する。 Ｖ2 ＝L(d φ/dt) cosθ (6) Ｖ3 ＝L(d φ/dt) sinθ (7)
【００３４】検出器Ｄの筐体６を水平面内で回転させる
と、θが変化してＶ2 、Ｖ3 が変化する。第１のコイル
１と第２のコイル２の軸が平行なときをθ＝０とする
と、筐体６を回転させて、θ＝０をよぎる瞬間、Ｖ3 は
ゼロとなり、その前後で符号が反転する。一方、Ｖ2 は
θ＝０の近傍ではほとんど変化しない。そこで、Ｖ2 と
Ｖ3 の信号をオシロスコープ５に入力し、Ｖ2 でトリガ
を掛けると、θ＝０でＶ3 の位相が反転する。その結
果、位相の反転位置から磁界φの方向、すなわち先端装
置Ａの推進方向を知ることができる。
と、θが変化してＶ2 、Ｖ3 が変化する。第１のコイル
１と第２のコイル２の軸が平行なときをθ＝０とする
と、筐体６を回転させて、θ＝０をよぎる瞬間、Ｖ3 は
ゼロとなり、その前後で符号が反転する。一方、Ｖ2 は
θ＝０の近傍ではほとんど変化しない。そこで、Ｖ2 と
Ｖ3 の信号をオシロスコープ５に入力し、Ｖ2 でトリガ
を掛けると、θ＝０でＶ3 の位相が反転する。その結
果、位相の反転位置から磁界φの方向、すなわち先端装
置Ａの推進方向を知ることができる。
【００３５】（第２装置例）続いて、本発明の第２装置
例を説明する。図５は本発明の第２装置例の構成を示
す。本装置例は、第１装置例の方位角検出装置βと、公
知の位置検出装置とを組み合わせたものである。
例を説明する。図５は本発明の第２装置例の構成を示
す。本装置例は、第１装置例の方位角検出装置βと、公
知の位置検出装置とを組み合わせたものである。
【００３６】本装置例では、地面Ｇに埋設された先端装
置Ａ内の軸受７にて第１のコイル１が鉛直面内で回転自
在に支持されている。よって、トンネル掘削機αが推進
の際に全体がローリングしても、第１のコイル１は重力
により常に鉛直状態に維持される。なお、第１のコイル
１には第１装置例と同様に交流発信器４が接続されてい
る。
置Ａ内の軸受７にて第１のコイル１が鉛直面内で回転自
在に支持されている。よって、トンネル掘削機αが推進
の際に全体がローリングしても、第１のコイル１は重力
により常に鉛直状態に維持される。なお、第１のコイル
１には第１装置例と同様に交流発信器４が接続されてい
る。
【００３７】地上には、筐体６' の中に第２のコイル
２、第３のコイル３、第４のコイル８が固定されてい
る。第２のコイル２と第３のコイル３は水平に、第４の
コイル８は鉛直に固定され、各コイルは互いに直角をな
している。第２のコイル２、第３のコイル３、及び第４
のコイル８の端子はオシロスコープ５に接続されてい
る。なお、筐体６' の上面には水準器９が設けられてい
る。よって、この水準器９を目安にして、第４のコイル
８は常に鉛直に維持される。
２、第３のコイル３、第４のコイル８が固定されてい
る。第２のコイル２と第３のコイル３は水平に、第４の
コイル８は鉛直に固定され、各コイルは互いに直角をな
している。第２のコイル２、第３のコイル３、及び第４
のコイル８の端子はオシロスコープ５に接続されてい
る。なお、筐体６' の上面には水準器９が設けられてい
る。よって、この水準器９を目安にして、第４のコイル
８は常に鉛直に維持される。
【００３８】交流発信器４にて第１のコイル１に交流電
流を流して交流磁界φを発生させると、第２のコイル
２、第３のコイル３の誘導電圧Ｖ2 、Ｖ3 から、第１装
置例と同じ原理により第１のコイル１の方向が検出され
る。
流を流して交流磁界φを発生させると、第２のコイル
２、第３のコイル３の誘導電圧Ｖ2 、Ｖ3 から、第１装
置例と同じ原理により第１のコイル１の方向が検出され
る。
【００３９】本装置例では、さらに公知の位置検出原理
に基づき、第４のコイル８にて第１のコイル１のy 方向
（図５の図面に向かって右方向）の位置を検出する。ま
ず、第４のコイル８が第１のコイル１の直上にある場合
を考える。このとき、第１のコイル１の発生磁界φと第
４のコイル８の軸は直交するので、第４のコイル８には
誘導電圧は発生しない。次に、第４のコイル８がΔy だ
けy 方向に移動した場合を考える。すると、第４のコイ
ル８の軸に平行な磁界成分φ4 が発生し、誘導電圧Ｖ4
が発生する。φ4 の向きは、Δy が正の場合と負の場合
で逆方向となるので、Ｖ4 の位相はΔy の符号に応じて
反転する。
に基づき、第４のコイル８にて第１のコイル１のy 方向
（図５の図面に向かって右方向）の位置を検出する。ま
ず、第４のコイル８が第１のコイル１の直上にある場合
を考える。このとき、第１のコイル１の発生磁界φと第
４のコイル８の軸は直交するので、第４のコイル８には
誘導電圧は発生しない。次に、第４のコイル８がΔy だ
けy 方向に移動した場合を考える。すると、第４のコイ
ル８の軸に平行な磁界成分φ4 が発生し、誘導電圧Ｖ4
が発生する。φ4 の向きは、Δy が正の場合と負の場合
で逆方向となるので、Ｖ4 の位相はΔy の符号に応じて
反転する。
【００４０】一方、第１のコイル１の発生磁界φにて第
２のコイル２にも誘導電圧Ｖ2 が発生するが、第１のコ
イル１の直上付近でＶ2 は、Δy が変化してもほとんど
変化しない。そこで、筐体６' をy 方向に種々動かし、
Ｖ2 とＶ4 の位相差をオシロスコープ５で測定して、そ
の反転位置を観測すれば、第１のコイル１の直上位置を
検出することができる。
２のコイル２にも誘導電圧Ｖ2 が発生するが、第１のコ
イル１の直上付近でＶ2 は、Δy が変化してもほとんど
変化しない。そこで、筐体６' をy 方向に種々動かし、
Ｖ2 とＶ4 の位相差をオシロスコープ５で測定して、そ
の反転位置を観測すれば、第１のコイル１の直上位置を
検出することができる。
【００４１】本装置例では、第１のコイル１がＸ軸回り
に回転すると、磁界分布が左右非対称となり、Ｖ4 の位
相反転位置が第１のコイル１の直上でなくなる。そこ
で、第１のコイル１が常に水平を保つように、第１のコ
イル１を軸受７で回転自在に支持している。また、第４
のコイル８が鉛直でない場合にも、Ｖ4 の位相反転位置
は第１のコイル１の直上からずれる。そこで、筐体６'
の上方に水準器９を設けて、常に第４のコイル８を鉛直
に維持させている。
に回転すると、磁界分布が左右非対称となり、Ｖ4 の位
相反転位置が第１のコイル１の直上でなくなる。そこ
で、第１のコイル１が常に水平を保つように、第１のコ
イル１を軸受７で回転自在に支持している。また、第４
のコイル８が鉛直でない場合にも、Ｖ4 の位相反転位置
は第１のコイル１の直上からずれる。そこで、筐体６'
の上方に水準器９を設けて、常に第４のコイル８を鉛直
に維持させている。
【００４２】なお、本装置例では、水平位置と方位角を
計測するので、第１のコイル１と第２のコイル２は両計
測に共通して用いられる。よって、水平位置検出装置と
方位角検出装置とを別々に作製する場合に比べて、部品
数を減らすことができるという効果を奏する。
計測するので、第１のコイル１と第２のコイル２は両計
測に共通して用いられる。よって、水平位置検出装置と
方位角検出装置とを別々に作製する場合に比べて、部品
数を減らすことができるという効果を奏する。
【００４３】以上本発明の代表的な装置例及び方法例に
ついて説明したが、本発明は必ずしもこれらの装置例の
手段及び方法例の手法だけに限定されるものではない。
本発明は、その目的を達成し、後述する効果を有する範
囲内において、適宜変更して実施することができるもの
である。
ついて説明したが、本発明は必ずしもこれらの装置例の
手段及び方法例の手法だけに限定されるものではない。
本発明は、その目的を達成し、後述する効果を有する範
囲内において、適宜変更して実施することができるもの
である。
【００４４】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、複
数のコイルによる電磁誘導現象を利用して被測定対象物
の方位角を検出するので、トンネル掘削機の先端装置等
の方位角を非接触にて、効率的に計測することができ、
しかも先端装置等の位置を高精度に制御することができ
るという効果を奏する。
数のコイルによる電磁誘導現象を利用して被測定対象物
の方位角を検出するので、トンネル掘削機の先端装置等
の方位角を非接触にて、効率的に計測することができ、
しかも先端装置等の位置を高精度に制御することができ
るという効果を奏する。
【図１】本発明を実施する場合のコイル配置と第１のコ
イルの発生磁界との関係を示した説明図である。
イルの発生磁界との関係を示した説明図である。
【図２】第３のコイルの回転による軸方向磁界の変化を
示した説明図である。
示した説明図である。
【図３】第２のコイルの回転による軸方向磁界の変化を
示した説明図である。
示した説明図である。
【図４】本発明の第１装置例の構成を示した模式図であ
る。
る。
【図５】本発明の第２装置例の構成を示した模式図であ
る。
る。
【図６】トンネル掘削機の概略構成を示した図である。
α…トンネル掘削機 β…方位角検出装置 Ａ…先端装置 Ｂ…元押装置 Ｃ…推進管 Ｄ、Ｄ' …検出器 １…第１のコイル ２…第２のコイル ３…第３のコイル ４…交流発振器 ５…オシロスコープ ６、６' …筐体 ７…軸受 ８…第４のコイル ９…水準器
Claims (13)
- 【請求項１】被測定対象物の推進方位角を非接触にて計
測するに当たり、被測定対象物に第１のコイルを固定す
るとともに、第１のコイルの直上であって、被測定対象
物から離れた個所に第２のコイル及び第３のコイルを設
け、かつ第１のコイル及び第２のコイルは、両コイルの
中心を結ぶ直線に対してコイルの軸がほぼ直交し、かつ
両コイルの軸がほぼ平行になるように配置し、第１のコ
イル及び第３のコイルは、両コイルの中心を結ぶ直線に
対してコイルの軸がほぼ直交し、かつ両コイルの軸がほ
ぼ直交するように配置し、続いて、第１のコイルに正弦
波状の電流を流すとともに、第２のコイル及び第３のコ
イルの誘導電圧の位相差を測定して、被測定対象物が推
進する方位角を求める、 ことを特徴とする方位角検出方法。 - 【請求項２】前記被測定対象物は、 通信用管路、下水管路、又はガス管路を掘削するトンネ
ル掘削機の先端装置である、 ことを特徴とする請求項１に記載の方位角検出方法。 - 【請求項３】前記第１のコイルは、 被測定対象物の軸に直交配置して固定する、 ことを特徴とする請求項１又は２に記載の方位角検出方
法。 - 【請求項４】前記第２のコイル及び第３のコイルの誘導
電圧の位相差は、 当該第３のコイルの角度を水平面内で種々変化させ、そ
れが１８０度変化する角度を見い出し、前記第２のコイ
ルと前記第３のコイルの位相差反転角度から第１のコイ
ルに直交する方向を定める、 ことを特徴とする請求項１、２又は３に記載の方位角検
出方法。 - 【請求項５】前記第２のコイル及び第３のコイルの誘導
電圧の位相差は、 オシロスコープにて測定する、 ことを特徴とする請求項１、２、３又は４に記載の方位
角検出方法。 - 【請求項６】前記第２のコイル及び第３のコイルは、 同一の筐体内に設置した、 ことを特徴とする請求項１、２、３、４又は５に記載の
方位角検出方法。 - 【請求項７】前記筐体は、 前記第１のコイルを固定した被測定対象物に対し地面を
間に挟んで相対向配置する、 ことを特徴とする請求項６に記載の方位角検出方法。 - 【請求項８】被測定物に固定された第１のコイルと、被
測定物から離れて設置された第２のコイル及び第３のコ
イルと、第１のコイルに正弦波状の電流を流す手段と、
第２のコイル及び第３のコイルの誘導電圧の位相差を測
定する手段とを備え、 第１のコイル及び第２のコイルは、両コイルの中心を結
ぶ直線に対してコイルの軸がほぼ直交し、かつ両コイル
の軸はほぼ平行となり、 第１のコイル及び第３のコイルは、両コイルの中心を結
ぶ直線に対してコイルの軸がほぼ直交し、かつ両コイル
の軸がほぼ直交となるように配置された、 ことを特徴とする方位角計測装置。 - 【請求項９】被測定物に固定された第１のコイルと、被
測定物から離れて設置された第２のコイル、第３のコイ
ル及び第４のコイルと、第１のコイルに正弦波状の電流
を流す手段と、第２のコイル、第３のコイル及び第４の
コイルの誘導電圧の位相差を測定する手段とを備え、 第２のコイルと第３のコイルは水平に、第４のコイルは
鉛直に固定され、各コイルの軸がほぼ三次元座標軸方向
に直交するように配置され、 被測定対象物の水平位置計測とともに被測定対象物が推
進する方位角を非接触にて計測する、 ことを特徴とする方位角計測装置。 - 【請求項１０】第１のコイルに正弦波状の電流を流す手
段は、交流発振器である、 ことを特徴とする請求項８又は９に記載の方位角計測装
置。 - 【請求項１１】第２のコイル及び第３のコイルの誘導電
圧の位相差を測定する手段は、オシロスコープである、 ことを特徴とする請求項８、９又は１０に記載の方位角
計測装置。 - 【請求項１２】前記第２のコイル及び第３のコイルは、 同一の筐体に実装されてなる、 ことを特徴とする請求項８、９、１０又は１１に記載の
方位角計測装置。 - 【請求項１３】前記被測定対象物は、 通信用管路、下水管路、又はガス管路を掘削するトンネ
ル掘削機の先端装置である、 ことを特徴とする請求項８、９、１０、１１又は１２に
記載の方位角計測装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9240496A JPH09280861A (ja) | 1996-04-15 | 1996-04-15 | 方位角検出方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9240496A JPH09280861A (ja) | 1996-04-15 | 1996-04-15 | 方位角検出方法及び装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09280861A true JPH09280861A (ja) | 1997-10-31 |
Family
ID=14053486
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9240496A Pending JPH09280861A (ja) | 1996-04-15 | 1996-04-15 | 方位角検出方法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09280861A (ja) |
-
1996
- 1996-04-15 JP JP9240496A patent/JPH09280861A/ja active Pending
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