JP2001083224A - Method and apparatus for measuring magnetic field - Google Patents

Method and apparatus for measuring magnetic field

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JP2001083224A
JP2001083224A JP26170299A JP26170299A JP2001083224A JP 2001083224 A JP2001083224 A JP 2001083224A JP 26170299 A JP26170299 A JP 26170299A JP 26170299 A JP26170299 A JP 26170299A JP 2001083224 A JP2001083224 A JP 2001083224A
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sensor
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magnetic field
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Shigeki Matsumoto
重貴 松本
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To accurately measure a magnetic flux density even during rotating. SOLUTION: The apparatus for measuring a magnetic field comprises a three-axis magnetic sensor TMM having sensitivity axes in directions x, y and z, a two-axis acceleration sensor having a sensitivity axis in the direction z so as to be rotatable at the x-axis used as a rotary axis. Thus, a magnetic flux density of each direction is calculated by obtaining a low frequency component of a product of the output of the x-axis sensor MMX, the output of the x-axis sensor MMY and the output of the z-axis sensor MMZ and a low frequency component of a product of the output of the z-axis sensor MMX and the output of the z-axis sensor AMZ, and correcting the respective frequency components according to an oblique angle and an angle of a precession.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気検出手段が回
転している状態で対象磁界を検出する磁界検出方法およ
び装置に関し、いわゆる水平ドリリング工法においてド
リルヘッド近傍の磁界を検出する場合などに適用して好
適なものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetic field detecting method and apparatus for detecting a target magnetic field while a magnetic detecting means is rotating, and is applied to a case where a magnetic field near a drill head is detected in a so-called horizontal drilling method. It is preferable.

【0002】[0002]

【従来の技術】ドリルパイプを地中に押し込むための推
進手段により先端に掘削手段を有するドリルパイプを地
中に押し込んで地中に穴を穿つ、いわゆる水平ドリリン
グ工法では、地上に磁界発生源を置き、その磁界を地下
のドリルヘッド内の磁気センサで検出して、検出した磁
界の方向と強度から磁界発生源を基準とする位置を算出
することが行われている。ここで、磁界発生源として直
流電流を用いる場合は、地磁気の影響を取り除くため
に、同じ場所で電流の向きを反転して2回磁界を測定す
る必要がある。また、磁界発生源が交流電流である場合
は、地磁気の影響は受けないが、十分な信号対雑音比を
得るために磁界測定を複数回繰り返す必要がある場合が
多い。直進掘削を行う場合、ドリルヘッドは回転させて
おく必要があるので、従来は掘削を中断し、ドリルヘッ
ドの回転を停止して測定を行っている。
2. Description of the Related Art In a so-called horizontal drilling method, a drill pipe having a drilling means at its tip is pushed into the ground by a propulsion means for pushing the drill pipe into the ground. Then, the magnetic field is detected by a magnetic sensor in an underground drill head, and a position based on the magnetic field source is calculated from the detected direction and intensity of the magnetic field. Here, when a direct current is used as a magnetic field generation source, it is necessary to measure the magnetic field twice with the current direction reversed at the same place in order to remove the influence of geomagnetism. When the magnetic field source is an alternating current, it is not affected by geomagnetism, but it is often necessary to repeat the magnetic field measurement a plurality of times to obtain a sufficient signal-to-noise ratio. In the case of performing straight excavation, the drill head needs to be rotated, so conventionally, the excavation is interrupted, and the rotation of the drill head is stopped to perform measurement.

【0003】図11および図12を参照して、このよう
な従来の磁界測定方法について説明する。図11は、従
来の磁界測定法におけるセンサ類の配置を示す図であ
る。図中、AMXはx方向加速度センサ、AMYはy方向加速
度センサ、AMZはz方向加速度センサであり、これら3
つの加速度センサにより3軸加速度センサTAMが構成さ
れている。また、MMXはx方向磁気センサ、MMYはy方向
磁気センサ、MMZはz方向磁気センサであり、これら3
つの磁気センサにより3軸磁気センサTMMが構成されて
いる。ここで、3軸磁気センサTMMと3軸加速度センサT
AMは相互の姿勢が固定されて保持されている。つまり、
x方向磁気センサMMXの感度軸とx方向加速度センサAMX
の感度軸、y方向磁気センサMMYの感度軸とy方向加速
度センサAMYの感度軸、z方向磁気センサMMZの感度軸と
z方向加速度センサAMZの感度軸はそれぞれ平行に保持
されている。以後、3軸磁気センサTMMと3軸加速度セ
ンサTAMの対をセンサ系と呼び、参照することにする。
With reference to FIGS. 11 and 12, such a conventional magnetic field measuring method will be described. FIG. 11 is a diagram showing an arrangement of sensors in a conventional magnetic field measurement method. In the figure, AMX is an x-direction acceleration sensor, AMY is a y-direction acceleration sensor, and AMZ is a z-direction acceleration sensor.
A three-axis acceleration sensor TAM is constituted by two acceleration sensors. MMX is an x-direction magnetic sensor, MMY is a y-direction magnetic sensor, and MMZ is a z-direction magnetic sensor.
The three magnetic sensors constitute a three-axis magnetic sensor TMM. Here, three-axis magnetic sensor TMM and three-axis acceleration sensor T
AM has a fixed mutual posture. That is,
Sensitivity axis of x direction magnetic sensor MMX and x direction acceleration sensor AMX
, The sensitivity axis of the y-direction magnetic sensor MMY, the sensitivity axis of the y-direction acceleration sensor AMY, the sensitivity axis of the z-direction magnetic sensor MMZ, and the sensitivity axis of the z-direction acceleration sensor AMZ are held in parallel. Hereinafter, a pair of the three-axis magnetic sensor TMM and the three-axis acceleration sensor TAM will be referred to as a sensor system and will be referred to.

【0004】図12は、この従来の測定方法における処
理の流れを示す図である。この従来の測定方法では、3
軸加速度センサTAMの出力から直接に3軸磁気センサTMM
の姿勢を算出して、3軸磁気センサTMMの出力を補正し
ている。センサ系に固定された座標系をセンサ座標系と
呼ぶことにする。初めセンサ系のz軸が鉛直と反対方向
を向いているとする。つまり、センサ系のx軸とy軸は
水平であるとする。このときのセンサ座標系を座標系1
と呼ぶことにする。まず、この座標系1のy軸の周りに
センサ系を角度θy回転したとする。つまり、ドリルヘ
ッドが水平から傾いているとする。この回転後のセンサ
座標系を座標系2と呼ぶことにする。さらに座標系2の
x軸の周りにセンサ系が角度θx回転されたとし、回転
後の座標系を座標系3と呼ぶことにする。
FIG. 12 is a diagram showing a flow of processing in the conventional measuring method. In this conventional measurement method, 3
3-axis magnetic sensor TMM directly from the output of the axis acceleration sensor TAM
And the output of the three-axis magnetic sensor TMM is corrected. The coordinate system fixed to the sensor system is called a sensor coordinate system. First, it is assumed that the z-axis of the sensor system is oriented in a direction opposite to the vertical. That is, it is assumed that the x-axis and the y-axis of the sensor system are horizontal. The sensor coordinate system at this time is coordinate system 1
I will call it. First, it is assumed that the sensor system is rotated around the y-axis of the coordinate system 1 by an angle θy. That is, it is assumed that the drill head is inclined from the horizontal. The sensor coordinate system after this rotation will be referred to as a coordinate system 2. Further, it is assumed that the sensor system is rotated around the x-axis of the coordinate system 2 by an angle θx, and the rotated coordinate system is referred to as a coordinate system 3.

【0005】このとき、3軸加速度センサTAMで検出さ
れる加速度は、
At this time, the acceleration detected by the three-axis acceleration sensor TAM is

【数1】 である。ここで、Gは重力加速度である。したがって、
回転角度θxとθyは
(Equation 1) It is. Here, G is the gravitational acceleration. Therefore,
The rotation angles θx and θy are

【数2】 により求めることができる。(Equation 2) Can be obtained by

【0006】これらの角度から、回転前の磁束密度を求
めるための変換行列Rを作ることができる。
From these angles, a transformation matrix R for obtaining the magnetic flux density before rotation can be created.

【数3】 ただし、(Equation 3) However,

【数4】 である。3軸磁気センサTMMの出力から構成される磁束
ベクトルをBsとすると、回転前の座標系で表した磁束
密度ベクトルBwは前記変換行列Rを使って
(Equation 4) It is. Assuming that a magnetic flux vector composed of outputs of the three-axis magnetic sensor TMM is Bs, a magnetic flux density vector Bw expressed in a coordinate system before rotation is obtained by using the conversion matrix R.

【数5】 より求めることができる。ただし、行列R-1は変換行列
Rの逆行列である。
(Equation 5) More can be obtained. Here, the matrix R −1 is an inverse matrix of the transformation matrix R.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来の測定方法には以下のような問題点がある。すなわ
ち、磁束密度の測定値の測定誤差が十分に低い場合に
は、上述した従来の方法で得られた磁束密度を用いて
も、ドリルヘッドの位置を精度良く算出することができ
るが、一般には測定を複数回繰り返して、平均をとるこ
とにより測定誤差を低減する必要がある。このために、
掘削を中断して測定を行う必要があり、作業効率が低下
する。なお、1回の測定で得られた磁束密度を用いて位
置を算出し、これを複数回繰り返して、算出した位置を
平均して誤差を取り除く方法も原理的には可能である
が、一般に、位置の算出は繰り返し演算により最適解を
求める方法によるために、測定誤差が大きいと繰り返し
演算が収束しない可能性が高くなる。また、仮に収束し
ても磁束密度の誤差以上に算出された位置の誤差が大き
くなるのが普通である。したがって、この方法は実用的
な方法とは言えない。
However, this conventional measuring method has the following problems. That is, when the measurement error of the measured value of the magnetic flux density is sufficiently low, the position of the drill head can be accurately calculated by using the magnetic flux density obtained by the above-described conventional method. It is necessary to reduce the measurement error by repeating the measurement a plurality of times and taking the average. For this,
It is necessary to interrupt the excavation and perform the measurement, which reduces the work efficiency. In addition, a method of calculating a position using the magnetic flux density obtained by one measurement, repeating this plural times, and averaging the calculated positions to remove an error is possible in principle, but generally, Since the calculation of the position is based on a method of obtaining an optimal solution by repetitive calculation, if the measurement error is large, the possibility that the repetitive calculation does not converge increases. Even if the convergence occurs, the error of the calculated position is usually larger than the error of the magnetic flux density. Therefore, this method is not a practical method.

【0008】また、礫や玉石がある土中を掘削する場合
には、加速度センサに衝撃的な加速度が加わり、ローパ
スフィルタで高周波数成分を除去しないと、ドリルヘッ
ドの姿勢測定の誤差が大きくなる。しかしながらローパ
スフィルタを用いた場合には、ドリルヘッドは1秒間に
数回回転するから、姿勢検出の位相遅れによる誤差が問
題になる。以上の問題点は十分に高い精度の加速度セン
サを用いた場合のものであるが、水平ドリリング工法の
ドリルヘッドには径に厳しい制限があるために、その中
に入るような加速度センサは高性能なものが入手しにく
い、あるいは、極めて高価であるという問題点もある。
In the case of excavating soil with gravel or cobblestone, an impulsive acceleration is applied to the acceleration sensor, and unless a high-frequency component is removed by a low-pass filter, an error in measuring the attitude of the drill head increases. . However, when a low-pass filter is used, the drill head rotates several times per second, so that an error due to a phase delay in posture detection becomes a problem. The above problems are when a sufficiently high-accuracy acceleration sensor is used. However, since the drill head of the horizontal drilling method has a severe restriction on the diameter, an acceleration sensor that fits inside it has a high performance. However, there is also a problem that such products are difficult to obtain or extremely expensive.

【0009】以上のような状況に鑑み、本発明は、ドリ
ルヘッドが回転中でも精度が高い磁束密度の測定が可能
であり、かつ、いわゆるマイクロマシニングで製造され
た安価な加速度センサによっても十分な精度の測定が可
能な磁界測定方法および装置を提供することを目的とし
ている。
In view of the above situation, the present invention is capable of measuring a magnetic flux density with high accuracy even while the drill head is rotating, and has sufficient accuracy even with an inexpensive acceleration sensor manufactured by so-called micromachining. It is an object of the present invention to provide a magnetic field measuring method and device capable of measuring the magnetic field.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の磁界測定方法は、互いに直交する3方向に
それぞれ感度軸を有する3個の磁気センサを有する3軸
磁気センサと、互いに直交する2方向にそれぞれ感度軸
を有する2個の加速度センサを有する2軸加速度センサ
を、前記2軸加速度センサの感度軸と前記3軸磁気セン
サの2個の感度軸とが平行であるように空間的に配置
し、前記2個の加速度センサのうちの第1の加速度セン
サの感度軸を回転軸とし、前記3軸磁気センサおよび前
記2軸加速度センサを相互の姿勢を保ったまま同時に回
転させることができるようになされた測定手段を用いて
静磁界を測定する磁界測定方法であって、前記回転軸方
向に感度軸を有する磁気センサを第1の磁気センサと
し、前記磁気センサのうちの感度軸が第2の加速度セン
サの感度軸と直交する磁気センサを第2の磁気センサと
し、残りの磁気センサを第3の磁気センサとするとき、
前記第1の磁気センサの出力の低周波数成分から前記回
転軸方向の磁界を算出し、前記第2の加速度センサの出
力と前記第2の磁気センサの出力の積である積1の低周
波数成分と前記第2の加速度センサの出力と前記第3の
磁気センサの出力の積である積2の低周波数成分から、
前記回転軸と鉛直方向が張る面に含まれ前記回転軸に直
交する第2の方向の磁界および前記回転軸および前記第
2の方向に直交する第3の方向の磁界を算出するもので
ある。
In order to achieve the above object, a magnetic field measuring method according to the present invention comprises: a three-axis magnetic sensor having three magnetic sensors each having a sensitivity axis in three directions orthogonal to each other; A two-axis acceleration sensor having two acceleration sensors having sensitivity axes in two orthogonal directions, respectively, such that the sensitivity axis of the two-axis acceleration sensor is parallel to the two sensitivity axes of the three-axis magnetic sensor. The three-axis magnetic sensor and the two-axis acceleration sensor are arranged spatially, and the three-axis magnetic sensor and the two-axis acceleration sensor are simultaneously rotated while maintaining a mutual attitude, with a sensitivity axis of a first acceleration sensor of the two acceleration sensors as a rotation axis. A magnetic field measuring method for measuring a static magnetic field using a measuring means adapted to be able to perform the method, wherein a magnetic sensor having a sensitivity axis in the rotation axis direction is a first magnetic sensor, Chino sensitivity axis of the magnetic sensor orthogonal to the sensitivity axis of the second acceleration sensor and the second magnetic sensor, when the remaining magnetic sensors and the third magnetic sensor,
A magnetic field in the direction of the rotation axis is calculated from a low frequency component of the output of the first magnetic sensor, and a low frequency component of a product 1, which is a product of an output of the second acceleration sensor and an output of the second magnetic sensor. And the low frequency component of the product 2, which is the product of the output of the second acceleration sensor and the output of the third magnetic sensor,
And calculating a magnetic field in a second direction perpendicular to the rotation axis and a magnetic field in a third direction perpendicular to the rotation axis and the rotation axis, the magnetic field being included in a plane perpendicular to the rotation axis.

【0011】また、前記第2の加速度センサの出力の交
流成分を重力加速度で除したものを2乗し、その低周波
数成分の平方根の2の平方根倍を余弦1とするとき、前
記積1の低周波数成分を前記余弦1で除したものから、
前記第3の方向の磁界を算出し、前記積2の低周波数成
分を前記余弦1で除したものから、前記第2の方向の磁
界を算出するものである。あるいは、前記第2の加速度
センサの出力の交流成分を重力加速度で除したものを2
乗し、その低周波数成分の平方根の2の平方根倍を余弦
1とし、該余弦1を余弦とする角度1を算出し、前記第
1の加速度センサの出力の交流成分を重力加速度で除し
たものの低周波数成分を前記角度1の正弦で除したもの
を余弦2とするとき、前記第1の磁気センサの出力の低
周波数成分を前記余弦2で除したものから前記回転軸方
向の磁界を算出し、前記積1の低周波数成分を前記余弦
1および余弦2で除したものから、前記第3の方向の磁
界を算出し、前記積2の低周波数成分を前記余弦1で除
したものから、前記第2の方向の磁界を算出するもので
ある。あるいはまた、前記第2の加速度センサの出力の
交流成分を重力加速度で除したものを2乗し、その低周
波数成分の平方根の2の平方根倍を余弦1とし、前記第
1の加速度センサの出力の交流成分を重力加速度で除し
たものの2乗の低周波数成分を前記余弦1の2乗で除し
たものの平方根を正弦2とし、該正弦2の2乗を1から
減算したものの平方根を余弦2とするとき、前記第1の
磁気センサの出力の低周波数成分を前記余弦2で除した
ものから回転軸方向の磁界を算出し前記積1の低周波数
成分を前記余弦1および余弦2で除したものから、前記
第3の方向の磁界を算出し、前記積2の低周波数成分を
前記余弦1で除したものから、前記第3の方向の磁界を
算出するものである。
When the AC component of the output of the second acceleration sensor divided by the gravitational acceleration is squared, and the square root of 2 of the square root of the low frequency component is set as cosine 1, the product of the product 1 is obtained. From the low frequency component divided by the cosine 1,
The magnetic field in the second direction is calculated by calculating the magnetic field in the third direction and dividing the low frequency component of the product 2 by the cosine 1. Alternatively, the value obtained by dividing the AC component of the output of the second acceleration sensor by the gravitational acceleration is 2
Raised to the power of 2, the square root of 2 of the square root of the low frequency component is taken as cosine 1, the angle 1 with cosine 1 is calculated, and the AC component of the output of the first acceleration sensor is divided by the gravitational acceleration. When the low frequency component divided by the sine of the angle 1 is cosine 2, the magnetic field in the rotation axis direction is calculated from the low frequency component of the output of the first magnetic sensor divided by the cosine 2. Calculating the magnetic field in the third direction from the low frequency component of the product 1 divided by the cosine 1 and the cosine 2 and calculating the magnetic field in the third direction by dividing the low frequency component of the product 2 by the cosine 1 The magnetic field in the second direction is calculated. Alternatively, the AC component of the output of the second acceleration sensor divided by the gravitational acceleration is squared, and the square root of 2 of the square root of the low frequency component is set as cosine 1, and the output of the first acceleration sensor is output. The square root of the low frequency component of the square of the AC component divided by the gravitational acceleration divided by the square of the cosine 1 is sine 2, and the square root of the square of the sine 2 subtracted from 1 is the cosine 2 When calculating, the magnetic field in the rotation axis direction is calculated from the low frequency component of the output of the first magnetic sensor divided by the cosine 2, and the low frequency component of the product 1 is divided by the cosine 1 and the cosine 2. , The magnetic field in the third direction is calculated, and the magnetic field in the third direction is calculated from the value obtained by dividing the low frequency component of the product 2 by the cosine 1.

【0012】さらにまた、本発明の他の磁界測定方法
は、互いに直交する3方向にそれぞれ感度軸を有する3
個の磁気センサを有する3軸磁気センサと、感度軸が前
記3個の磁気センサのうちの1個の感度軸に平行である
ように空間的に配置された1個の加速度センサを有し、
前記3軸磁気センサのうちの前記加速度センサの感度軸
と直交する2個の感度軸のうちのいずれか1個に平行な
軸を回転軸とし、前記3軸磁気センサおよび前記加速度
センサを相互の姿勢を保ったまま同時に回転させること
ができるようになされた測定手段を用いて静磁界を測定
する磁界測定方法であって、前記回転軸方向に感度軸を
有する磁気センサを第1の磁気センサとし、残りの磁気
センサのうち、感度軸が前記加速度センサと直交する磁
気センサを第2の磁気センサとし、他の磁気センサを第
3の磁気センサとするとき、前記第1の磁気センサの出
力の低周波数成分から前記回転軸方向の磁界を算出し、
前記加速度センサの出力と前記第3の磁気センサの出力
との積の低周波数成分と前記加速度センサの出力と前記
第2の磁気センサの出力との積の低周波数成分から、前
記回転軸と鉛直方向が張る面に含まれ前記回転軸に直交
する第2の方向の磁界および前記回転軸および前記第2
の方向に直交する第3の方向の磁界を算出するものであ
る。
Still another method of measuring a magnetic field according to the present invention is a magnetic field measuring method having three sensitivity axes in three directions orthogonal to each other.
A three-axis magnetic sensor having three magnetic sensors, and one acceleration sensor spatially arranged so that the sensitivity axis is parallel to one of the three magnetic sensors;
An axis parallel to any one of the two sensitivity axes orthogonal to the sensitivity axis of the acceleration sensor among the three-axis magnetic sensors is a rotation axis, and the three-axis magnetic sensor and the acceleration sensor are mutually connected. A magnetic field measuring method for measuring a static magnetic field using measuring means adapted to be able to rotate simultaneously while maintaining a posture, wherein a magnetic sensor having a sensitivity axis in a direction of the rotation axis is a first magnetic sensor. Of the remaining magnetic sensors, when the magnetic sensor whose sensitivity axis is orthogonal to the acceleration sensor is the second magnetic sensor, and the other magnetic sensors are the third magnetic sensors, the output of the first magnetic sensor is Calculate the magnetic field in the rotation axis direction from the low frequency component,
From the low frequency component of the product of the output of the acceleration sensor and the output of the third magnetic sensor and the low frequency component of the product of the output of the acceleration sensor and the output of the second magnetic sensor, A magnetic field in a second direction that is included in a plane extending in the direction and is orthogonal to the rotation axis;
Is calculated in a third direction orthogonal to the direction of.

【0013】さらにまた、本発明のさらに他の磁界測定
方法は、互いに直交する3方向にそれぞれ感度軸を有す
る3個の磁気センサを有する3軸磁気センサと、互いに
直交する2方向にそれぞれ感度軸を有する2個の加速度
センサを有する2軸加速度センサを、前記2軸加速度セ
ンサの感度軸と前記3軸磁気センサの2個の感度軸とが
平行であるように空間的に配置し、前記2個の加速度セ
ンサのうちの第1の加速度センサの感度軸を回転軸と
し、前記3軸磁気センサおよび前記2軸加速度センサを
相互の姿勢を保ったまま同時に回転させることができる
ようになされた測定手段を用いて所定の周波数の交流磁
界を測定する磁界測定方法であって、前記回転軸方向に
感度軸を有する磁気センサを第1の磁気センサとし、前
記磁気センサのうちの感度軸が第2の加速度センサの感
度軸と直交する磁気センサを第2の磁気センサとし、残
りの磁気センサを第3の磁気センサとするとき、前記第
1の磁気センサの出力の前記所定の周波数の成分から前
記回転軸方向の磁界を算出し、前記第2の加速度センサ
の出力と前記第2の磁気センサの出力の積である積1の
前記所定の周波数の成分と前記第2の加速度センサの出
力と前記第3の磁気センサの出力の積である積2の前記
所定の周波数の成分から、前記回転軸と鉛直方向が張る
面に含まれ前記回転軸に直交する第2の方向の磁界およ
び前記回転軸および前記第2の方向に直交する第3の方
向の磁界を算出するものである。
Still another magnetic field measuring method according to the present invention comprises a three-axis magnetic sensor having three magnetic sensors each having a sensitivity axis in three directions orthogonal to each other, and a sensitivity axis in two directions orthogonal to each other. A two-axis acceleration sensor having two acceleration sensors having the following two spatially arranged so that the sensitivity axis of the two-axis acceleration sensor and the two sensitivity axes of the three-axis magnetic sensor are parallel to each other; A measurement performed so that the sensitivity axis of the first acceleration sensor among the acceleration sensors can be a rotation axis, and the three-axis magnetic sensor and the two-axis acceleration sensor can be simultaneously rotated while maintaining their mutual postures. A magnetic field measuring method for measuring an alternating magnetic field of a predetermined frequency by using a means, wherein a magnetic sensor having a sensitivity axis in a direction of the rotation axis is a first magnetic sensor; When the magnetic sensor whose sensitivity axis is orthogonal to the sensitivity axis of the second acceleration sensor is the second magnetic sensor, and the remaining magnetic sensors are the third magnetic sensors, the predetermined magnetic field of the output of the first magnetic sensor is determined. The magnetic field in the rotation axis direction is calculated from the frequency component, and the predetermined frequency component of the product 1 which is a product of the output of the second acceleration sensor and the output of the second magnetic sensor, and the second acceleration From a component of the predetermined frequency of a product 2 which is a product of an output of the sensor and an output of the third magnetic sensor, a component in a second direction perpendicular to the rotation axis, which is included in a plane extending in the vertical direction with respect to the rotation axis, A magnetic field and a magnetic field in a third direction orthogonal to the rotation axis and the second direction are calculated.

【0014】さらにまた、前記第2の加速度センサの出
力の交流成分を重力加速度で除したものを2乗し、その
前記所定の周波数の成分の平方根の2の平方根倍を余弦
1とするとき、前記積1の前記所定の周波数の成分を前
記余弦1で除したものから、前記第3の方向の磁界を算
出し、前記積2の前記所定の周波数の成分を前記余弦1
で除したものから、前記第2の方向の磁界を算出するも
のである。あるいは、前記第2の加速度センサの出力の
交流成分を重力加速度で除したものを2乗し、その前記
所定の周波数の成分の平方根の2の平方根倍を余弦1と
し、該余弦1を余弦とする角度1を算出し、前記第1の
加速度センサの出力の交流成分を重力加速度で除したも
のの前記所定の周波数の成分を前記角度1の正弦で除し
たものを余弦2とするとき、前記第1の磁気センサの出
力の前記所定の周波数の成分を前記余弦2で除したもの
から前記回転軸方向の磁界を算出し、前記積1の前記所
定の周波数の成分を前記余弦1および余弦2で除したも
のから、前記第3の方向の磁界を算出し、前記積2の前
記所定の周波数の成分を前記余弦1で除したものから、
前記第2の方向の磁界を算出するものである。あるいは
また、前記第2の加速度センサの出力の交流成分を重力
加速度で除したものを2乗し、その前記所定の周波数の
成分の平方根の2の平方根倍を余弦1とし、前記第1の
加速度センサの出力の交流成分を重力加速度で除したも
のの2乗の前記所定の周波数の成分を前記余弦1の2乗
で除したものの平方根を正弦2とし、該正弦2の2乗を
1から減算したものの平方根を余弦2とするとき、前記
第1の磁気センサの出力の前記所定の周波数の成分を前
記余弦2で除したものから回転軸方向の磁界を算出し、
前記積1の前記所定の周波数の成分を前記余弦1および
余弦2で除したものから、前記第3の方向の磁界を算出
し、前記積2の前記所定の周波数の成分を前記余弦1で
除したものから、前記第3の方向の磁界を算出するもの
である。
Furthermore, when the AC component of the output of the second acceleration sensor divided by the gravitational acceleration is squared, and the square root of the square root of the component of the predetermined frequency is 2 as cosine 1, The magnetic field in the third direction is calculated from the value obtained by dividing the component of the predetermined frequency of the product 1 by the cosine 1 and the component of the predetermined frequency of the product 2 is calculated by the cosine 1
The magnetic field in the second direction is calculated from the value divided by Alternatively, the AC component of the output of the second acceleration sensor divided by the gravitational acceleration is squared, and the square root of 2 times the square root of the component of the predetermined frequency is defined as cosine 1, and the cosine 1 is defined as cosine. When an angle 1 to be calculated is calculated and an AC component of the output of the first acceleration sensor is divided by a gravitational acceleration, a component obtained by dividing the component of the predetermined frequency by a sine of the angle 1 is set as a cosine 2, The magnetic field in the direction of the rotational axis is calculated by dividing the component of the predetermined frequency of the output of the magnetic sensor 1 by the cosine 2, and the component of the predetermined frequency of the product 1 is calculated by the cosine 1 and the cosine 2. From the division, the magnetic field in the third direction is calculated, and the component of the product 2 at the predetermined frequency is divided by the cosine 1,
The magnetic field in the second direction is calculated. Alternatively, the AC component of the output of the second acceleration sensor divided by the gravitational acceleration is squared, and the square root of 2 times the square root of the component of the predetermined frequency is set as cosine 1, and the first acceleration is calculated. The square root of the component of the predetermined frequency of the square of the output of the sensor divided by the gravitational acceleration divided by the square of the cosine 1 is defined as a sine 2, and the square of the sine 2 is subtracted from 1. When the square root of the object is cosine 2, a magnetic field in the direction of the rotation axis is calculated from a value obtained by dividing the component of the predetermined frequency of the output of the first magnetic sensor by the cosine 2,
A magnetic field in the third direction is calculated from a value obtained by dividing the component of the predetermined frequency of the product 1 by the cosine 1 and the cosine 2, and the component of the predetermined frequency of the product 2 is divided by the cosine 1. From the result, the magnetic field in the third direction is calculated.

【0015】さらにまた、本発明のさらに他の磁界測定
方法は、互いに直交する3方向にそれぞれ感度軸を有す
る3個の磁気センサを有する3軸磁気センサと、感度軸
が前記3個の磁気センサのうちの1個の感度軸に平行で
あるように空間的に配置された1個の加速度センサを有
し、前記3軸磁気センサのうちの前記加速度センサの感
度軸と直交する2個の感度軸のうちのいずれか1個に平
行な軸を回転軸とし、前記3軸磁気センサおよび前記加
速度センサを相互の姿勢を保ったまま同時に回転させる
ことができるようになされた測定手段を用いて所定の周
波数の交流磁界を測定する磁界測定方法であって、前記
回転軸方向に感度軸を有する磁気センサを第1の磁気セ
ンサとし、残りの磁気センサのうち、感度軸が前記加速
度センサと直交する磁気センサを第2の磁気センサと
し、他の磁気センサを第3の磁気センサとするとき、前
記第1の磁気センサの出力のうちの前記所定の周波数の
成分から前記回転軸方向の磁界を算出し、前記加速度セ
ンサの出力と前記第3の磁気センサの出力との積の前記
所定の周波数の成分と前記加速度センサの出力と前記第
2の磁気センサの出力との積の前記所定の周波数の成分
から、前記回転軸と鉛直方向が張る面に含まれ前記回転
軸に直交する第2の方向の磁界および前記回転軸および
前記第2の方向に直交する第3の方向の磁界を算出する
ものである。
Still another magnetic field measuring method according to the present invention is directed to a three-axis magnetic sensor having three magnetic sensors each having a sensitivity axis in three directions orthogonal to each other, and the three magnetic sensors having three sensitivity axes. One of the three-axis magnetic sensors, two of which are orthogonal to the sensitivity axis of the acceleration sensor. An axis parallel to any one of the axes is set as a rotation axis, and the predetermined axis is measured using a measuring unit configured to be able to simultaneously rotate the three-axis magnetic sensor and the acceleration sensor while maintaining a mutual attitude. A magnetic sensor having a sensitivity axis in the rotation axis direction as a first magnetic sensor, and among the remaining magnetic sensors, the sensitivity axis is orthogonal to the acceleration sensor. When the magnetic sensor is the second magnetic sensor and the other magnetic sensor is the third magnetic sensor, the magnetic field in the direction of the rotation axis is calculated from the component of the predetermined frequency in the output of the first magnetic sensor. The predetermined frequency component of the product of the output of the acceleration sensor and the output of the third magnetic sensor and the predetermined frequency component of the product of the output of the acceleration sensor and the output of the second magnetic sensor Calculating a magnetic field in a second direction orthogonal to the rotation axis and a magnetic field in a third direction orthogonal to the rotation axis and the second direction, the magnetic field being included in a plane perpendicular to the rotation axis and extending perpendicularly to the rotation axis; It is.

【0016】さらにまた、前記各磁界測定方法におい
て、前記測定手段が、水平ドリリング工法の掘削手段あ
るいはその近傍に設けられた格納部分に格納されてお
り、該格納部分近傍の磁界を測定するようになされてい
るものである。さらにまた、前記測定手段が、水平ドリ
リング工法の掘削手段あるいはその近傍に設けられた収
納部分に格納されており、前記回転がドリルパイプの回
転によって与えられるようになされているものである。
Further, in each of the magnetic field measuring methods, the measuring means is stored in a horizontal drilling excavating means or a storage part provided in the vicinity thereof, and measures the magnetic field near the storage part. Is what is being done. Still further, the measuring means is stored in a horizontal drilling method drilling means or a storage part provided in the vicinity thereof, and the rotation is given by rotation of a drill pipe.

【0017】さらにまた、本発明の磁界測定装置は、静
磁界を測定する磁界測定装置であって、互いに直交する
3方向にそれぞれ感度軸を有する3個の磁気センサを有
する3軸磁気センサと、互いに直交する2方向にそれぞ
れ感度軸を有する2個の加速度センサを有する2軸加速
度センサを、前記2軸加速度センサの感度軸と前記3軸
磁気センサの2個の感度軸とが平行であるように空間的
に配置し、前記2個の加速度センサのうちの第1の加速
度センサの感度軸を回転軸とし、前記3軸磁気センサお
よび前記2軸加速度センサを相互の姿勢を保ったまま同
時に回転させることができるようになされた測定手段
と、前記回転軸方向に感度軸を有する磁気センサを第1
の磁気センサとし、前記磁気センサのうちの感度軸が第
2の加速度センサの感度軸と直交する磁気センサを第2
の磁気センサとし、残りの磁気センサを第3の磁気セン
サとするとき、前記第1の磁気センサの出力の低周波数
成分から前記回転軸方向の磁界を算出する手段と、前記
第2の加速度センサの出力と前記第2の磁気センサの出
力の積である積1の低周波数成分と前記第2の加速度セ
ンサの出力と前記第3の磁気センサの出力の積である積
2の低周波数成分から、前記回転軸と鉛直方向が張る面
に含まれ前記回転軸に直交する第2の方向の磁界および
前記回転軸および前記第2の方向に直交する第3の方向
の磁界を算出する手段とを有するものである。
Further, the magnetic field measuring apparatus of the present invention is a magnetic field measuring apparatus for measuring a static magnetic field, wherein the magnetic field measuring apparatus has three magnetic sensors having sensitivity axes in three directions orthogonal to each other. A two-axis acceleration sensor having two acceleration sensors each having a sensitivity axis in two directions orthogonal to each other, such that the sensitivity axis of the two-axis acceleration sensor is parallel to the two sensitivity axes of the three-axis magnetic sensor. The three-axis magnetic sensor and the two-axis acceleration sensor are simultaneously rotated while maintaining the mutual attitude, with the sensitivity axis of the first acceleration sensor of the two acceleration sensors as the rotation axis. And a magnetic sensor having a sensitivity axis in the rotation axis direction.
A magnetic sensor whose sensitivity axis is perpendicular to the sensitivity axis of the second acceleration sensor.
Means for calculating the magnetic field in the direction of the rotation axis from a low-frequency component of the output of the first magnetic sensor, wherein the second magnetic sensor is a third magnetic sensor; and the second acceleration sensor From the low frequency component of the product 1, which is the product of the output of the second magnetic sensor, and the low frequency component of the product 2, which is the product of the output of the second acceleration sensor and the output of the third magnetic sensor. Means for calculating a magnetic field in a second direction orthogonal to the rotation axis and a magnetic field in a third direction orthogonal to the rotation axis and the second direction, the magnetic field being included in a plane extending perpendicularly to the rotation axis. Have

【0018】さらにまた、本発明の他の磁界測定装置
は、静磁界を測定する磁界測定装置であって、互いに直
交する3方向にそれぞれ感度軸を有する3個の磁気セン
サを有する3軸磁気センサと、感度軸が前記3個の磁気
センサのうちの1個の感度軸に平行であるように空間的
に配置された1個の加速度センサを有し、前記3軸磁気
センサのうちの前記加速度センサの感度軸と直交する2
個の感度軸のうちのいずれか1個に平行な軸を回転軸と
し、前記3軸磁気センサおよび前記加速度センサを相互
の姿勢を保ったまま同時に回転させることができるよう
になされた測定手段と、前記回転軸方向に感度軸を有す
る磁気センサを第1の磁気センサとし、残りの磁気セン
サのうち、感度軸が前記加速度センサと直交する磁気セ
ンサを第2の磁気センサとし、他の磁気センサを第3の
磁気センサとするとき、前記第1の磁気センサの出力の
低周波数成分から前記回転軸方向の磁界を算出する手段
と、前記加速度センサの出力と前記第3の磁気センサの
出力との積の低周波数成分と前記加速度センサの出力と
前記第2の磁気センサの出力との積の低周波数成分か
ら、前記回転軸と鉛直方向が張る面に含まれ前記回転軸
に直交する第2の方向の磁界および前記回転軸および前
記第2の方向に直交する第3の方向の磁界を算出する手
段とを有するものである。
Still another magnetic field measuring device of the present invention is a magnetic field measuring device for measuring a static magnetic field, wherein the three-axis magnetic sensor has three magnetic sensors each having a sensitivity axis in three directions orthogonal to each other. And one acceleration sensor spatially disposed such that a sensitivity axis is parallel to one of the three magnetic sensors, and the acceleration of the three-axis magnetic sensor 2 perpendicular to the sensitivity axis of the sensor
Measuring means configured to be capable of rotating the three-axis magnetic sensor and the acceleration sensor at the same time while maintaining a mutual attitude, with an axis parallel to any one of the sensitivity axes as a rotation axis. A magnetic sensor having a sensitivity axis in the rotation axis direction as a first magnetic sensor, and a magnetic sensor having a sensitivity axis orthogonal to the acceleration sensor as a second magnetic sensor among the remaining magnetic sensors; Is a third magnetic sensor, means for calculating the magnetic field in the rotation axis direction from the low frequency component of the output of the first magnetic sensor, and the output of the acceleration sensor and the output of the third magnetic sensor From the low frequency component of the product of the low frequency component of the product of the product of the acceleration sensor and the output of the second magnetic sensor, a second component perpendicular to the rotation axis that is included in a plane extending vertically to the rotation axis Who Of those having a means for calculating a magnetic field in a third direction perpendicular to the magnetic field and the rotation axis and the second direction.

【0019】さらにまた、本発明のさらに他の磁界測定
装置は、所定の周波数の交流磁界を測定する磁界測定装
置であって、互いに直交する3方向にそれぞれ感度軸を
有する3個の磁気センサを有する3軸磁気センサと、互
いに直交する2方向にそれぞれ感度軸を有する2個の加
速度センサを有する2軸加速度センサを、前記2軸加速
度センサの感度軸と前記3軸磁気センサの2個の感度軸
とが平行であるように空間的に配置し、前記2個の加速
度センサのうちの第1の加速度センサの感度軸を回転軸
とし、前記3軸磁気センサおよび前記2軸加速度センサ
を相互の姿勢を保ったまま同時に回転させることができ
るようになされた測定手段と、前記回転軸方向に感度軸
を有する磁気センサを第1の磁気センサとし、前記磁気
センサのうちの感度軸が第2の加速度センサの感度軸と
直交する磁気センサを第2の磁気センサとし、残りの磁
気センサを第3の磁気センサとするとき、前記第1の磁
気センサの出力の前記所定の周波数の成分から前記回転
軸方向の磁界を算出する手段と、前記第2の加速度セン
サの出力と前記第2の磁気センサの出力の積である積1
の前記所定の周波数の成分と前記第2の加速度センサの
出力と前記第3の磁気センサの出力の積である積2の前
記所定の周波数の成分から、前記回転軸と鉛直方向が張
る面に含まれ前記回転軸に直交する第2の方向の磁界お
よび前記回転軸および前記第2の方向に直交する第3の
方向の磁界を算出する手段とを有するものである。
Still another magnetic field measuring apparatus according to the present invention is a magnetic field measuring apparatus for measuring an alternating magnetic field of a predetermined frequency, comprising three magnetic sensors having sensitivity axes in three directions orthogonal to each other. A two-axis acceleration sensor having a three-axis magnetic sensor and two acceleration sensors each having a sensitivity axis in two directions orthogonal to each other, a sensitivity axis of the two-axis acceleration sensor and two sensitivities of the three-axis magnetic sensor The three-axis magnetic sensor and the two-axis acceleration sensor are disposed spatially so that their axes are parallel to each other, and the sensitivity axis of the first acceleration sensor of the two acceleration sensors is the rotation axis. A first magnetic sensor includes a measuring unit configured to be able to rotate simultaneously while maintaining a posture, and a magnetic sensor having a sensitivity axis in the rotation axis direction. When the magnetic sensor whose axis is orthogonal to the sensitivity axis of the second acceleration sensor is the second magnetic sensor, and the remaining magnetic sensors are the third magnetic sensors, the predetermined frequency of the output of the first magnetic sensor is used. Means for calculating the magnetic field in the direction of the rotation axis from the component of the second component, and a product 1 which is a product of the output of the second acceleration sensor and the output of the second magnetic sensor.
From the component of the predetermined frequency of the product of the predetermined frequency, the product of the output of the second acceleration sensor, and the output of the third magnetic sensor. Means for calculating a magnetic field in a second direction orthogonal to the rotation axis and a magnetic field in a third direction orthogonal to the rotation axis and the second direction.

【0020】さらにまた、本発明のさらに他の磁界測定
装置は、所定の周波数の交流磁界を測定する磁界測定装
置であって、互いに直交する3方向にそれぞれ感度軸を
有する3個の磁気センサを有する3軸磁気センサと、感
度軸が前記3個の磁気センサのうちの1個の感度軸に平
行であるように空間的に配置された1個の加速度センサ
を有し、前記3軸磁気センサのうちの前記加速度センサ
の感度軸と直交する2個の感度軸のうちのいずれか1個
に平行な軸を回転軸とし、前記3軸磁気センサおよび前
記加速度センサを相互の姿勢を保ったまま同時に回転さ
せることができるようになされた測定手段と、前記回転
軸方向に感度軸を有する磁気センサを第1の磁気センサ
とし、残りの磁気センサのうち、感度軸が前記加速度セ
ンサと直交する磁気センサを第2の磁気センサとし、他
の磁気センサを第3の磁気センサとするとき、前記第1
の磁気センサの出力の前記所定の周波数の成分から前記
回転軸方向の磁界を算出する手段と、前記加速度センサ
の出力と前記第3の磁気センサの出力との積の前記所定
の周波数の成分と前記加速度センサの出力と前記第2の
磁気センサの出力との積の前記所定の周波数の成分か
ら、前記回転軸と鉛直方向が張る面に含まれ前記回転軸
に直交する第2の方向の磁界および前記回転軸および前
記第2の方向に直交する第3の方向の磁界を算出する手
段とを有するものである。
Still another magnetic field measuring apparatus according to the present invention is a magnetic field measuring apparatus for measuring an alternating magnetic field of a predetermined frequency, comprising three magnetic sensors having sensitivity axes in three directions orthogonal to each other. A three-axis magnetic sensor having a three-axis magnetic sensor and an acceleration sensor spatially arranged so that a sensitivity axis is parallel to one of the three magnetic sensors. Of the two, the axis parallel to any one of the two sensitivity axes orthogonal to the sensitivity axis of the acceleration sensor is set as a rotation axis, and the three-axis magnetic sensor and the acceleration sensor are maintained in a mutual attitude. Measuring means capable of rotating at the same time and a magnetic sensor having a sensitivity axis in the direction of the rotation axis are defined as a first magnetic sensor, and among the remaining magnetic sensors, a magnetic sensor whose sensitivity axis is orthogonal to the acceleration sensor is used. The sensor and the second magnetic sensor, when the other magnetic sensor and the third magnetic sensor, the first
Means for calculating the magnetic field in the rotation axis direction from the component of the predetermined frequency of the output of the magnetic sensor; and the component of the predetermined frequency of the product of the output of the acceleration sensor and the output of the third magnetic sensor. From the component of the predetermined frequency of the product of the output of the acceleration sensor and the output of the second magnetic sensor, a magnetic field in a second direction, which is included in a plane extending perpendicularly to the rotation axis and perpendicular to the rotation axis, Means for calculating a magnetic field in a third direction orthogonal to the rotation axis and the second direction.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】本発明の磁界測定方法及び装置
は、静磁界を検出する場合および所定の周波数の交流磁
界を検出する場合のいずれにも適用することができる
が、ここでは、まず、静磁界を検出する場合について説
明を行う。なお、所定の周波数の磁界を測定する場合に
は、後述するように、以下の説明において低周波数成分
の代わりにその周波数成分を取り出すようにすればよ
い。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The magnetic field measuring method and apparatus of the present invention can be applied to both the case of detecting a static magnetic field and the case of detecting an AC magnetic field of a predetermined frequency. The case where a static magnetic field is detected will be described. When a magnetic field having a predetermined frequency is measured, as described later, a frequency component may be extracted instead of a low frequency component in the following description.

【0022】本発明の磁界測定方法では、それぞれの感
度軸が互いに直交するように3個の磁気センサを配置す
る。その内の1個は感度軸がドリルヘッドの回転軸に平
行になるようにする。回転軸の方向をx軸とし、x軸と
鉛直方向が張る平面に平行で回転軸に直交する方向をz
軸、これらx軸とz軸に直交する右手系の方向をy軸方
向とする。この座標系の定義では座標系が既に水平から
傾いている場合も含んでいる。また、3個の加速度セン
サのそれぞれの感度軸が互いに直交し、かつ、各加速度
センサがそれぞれ前記x軸、y軸、z軸に平行になるよ
うに配置する。説明を簡単にするために、この状態で感
度軸がx軸、y軸、z軸に平行な感度軸を持つ加速度セ
ンサをそれぞれx方向加速度センサ、y方向加速度セン
サ、z方向加速度センサと呼び、磁気センサについて
も、同様に、x方向磁気センサ、y方向磁気センサ、z
方向磁気センサと呼ぶこととする。
In the magnetic field measuring method of the present invention, three magnetic sensors are arranged so that their sensitivity axes are orthogonal to each other. One of them has the sensitivity axis parallel to the axis of rotation of the drill head. The direction of the rotation axis is the x-axis, and the direction parallel to the plane extending vertically from the x-axis and perpendicular to the rotation axis is z.
The direction of the right-handed system orthogonal to the x-axis and the z-axis is defined as the y-axis direction. This definition of the coordinate system includes a case where the coordinate system is already inclined from horizontal. The three acceleration sensors are arranged so that their sensitivity axes are orthogonal to each other, and each acceleration sensor is parallel to the x-axis, y-axis, and z-axis, respectively. For the sake of simplicity, in this state, the acceleration sensors whose sensitivity axes are parallel to the x-axis, y-axis, and z-axis are called an x-direction acceleration sensor, a y-direction acceleration sensor, and a z-direction acceleration sensor, respectively. Similarly, for the magnetic sensor, the x-direction magnetic sensor, the y-direction magnetic sensor,
It is referred to as a directional magnetic sensor.

【0023】本発明の静磁界を測定する磁界測定方法で
は、z方向磁気センサとy方向加速度センサの出力の積
の低周波数成分から磁束密度のz方向成分を、y方向磁
気センサとz方向加速度センサの出力の積の低周波数成
分から磁束密度のy方向成分を求めている。さらに、x
方向磁気センサの出力の低周波数成分から磁束密度のx
方向成分を求めている。また、z方向加速度センサある
いはy方向加速度センサの出力の2乗の低周波数成分に
より、首振り運動(歳差運動)の影響を考慮した実効的
な水平からの傾きを求め、上記の磁束密度のz方向およ
びy方向成分を補正している。さらに、x方向加速度セ
ンサの出力の2乗の低周波数成分により、首振り運動の
影響を推定し、磁束密度のx方向成分を補正している。
In the magnetic field measuring method for measuring a static magnetic field according to the present invention, the z-direction component of the magnetic flux density is determined from the low frequency component of the product of the outputs of the z-direction magnetic sensor and the y-direction acceleration sensor. The y-direction component of the magnetic flux density is determined from the low frequency component of the product of the sensor outputs. Furthermore, x
From the low frequency component of the output of the directional magnetic sensor, the magnetic flux density x
Find the directional component. In addition, an effective inclination from horizontal taking into account the influence of the swinging motion (precession motion) is obtained from the low-frequency component of the square of the output of the z-direction acceleration sensor or the y-direction acceleration sensor. The components in the z and y directions are corrected. Further, the influence of the swing motion is estimated based on the low-frequency component of the square of the output of the x-direction acceleration sensor, and the x-direction component of the magnetic flux density is corrected.

【0024】以下、本発明の各実施の形態について詳細
に説明する。図1に、本発明の磁界測定方法の一実施の
形態におけるセンサの配置の1例を示す。図中、AMXは
x方向加速度センサ、AMZはz方向加速度センサであ
り、このAMXとAMZにより2軸加速度センサDAMが構成さ
れている。また、MMXはx方向磁気センサ、MMYはy方向
磁気センサ、MMZはz方向磁気センサであり、これらに
より3軸磁気センサTMMが構成されている。
Hereinafter, each embodiment of the present invention will be described in detail. FIG. 1 shows an example of the arrangement of sensors in one embodiment of the magnetic field measuring method of the present invention. In the figure, AMX is an x-direction acceleration sensor, and AMZ is a z-direction acceleration sensor. A two-axis acceleration sensor DAM is constituted by the AMX and the AMX. MMX is an x-direction magnetic sensor, MMY is a y-direction magnetic sensor, MMZ is a z-direction magnetic sensor, and these constitute a three-axis magnetic sensor TMM.

【0025】このように、本発明の磁界測定方法では、
前述した従来の方法と異なり、2軸の加速度センサを用
いれば目的を達成することができる。ところで、水平ド
リリング工法のドリルヘッドではドリルヘッドに方向性
があるために、ドリルヘッドの傾斜角と回転角の両方を
知る必要がある。もちろん2軸加速度センサを用いれ
ば、この目的を達成することができるが、加速度センサ
で傾きを検知する場合、感度軸が重力の方向と平行に近
い場合には角度測定の分解能が悪いという欠点がある。
このために、3軸加速度センサを用いる場合がある。本
発明はこの場合にも当然適用することができる。また、
本発明で用いるz方向磁気センサMMZの出力は直流成分
を含まない。もし、直流成分がある場合には直流成分を
コンデンサなどで遮断する必要がある。これは一見本発
明の欠点であるように見えるが、実は非常な利点であ
る。マイクロマシニングで作られる小型の加速度センサ
は加速度が加わっていない場合のオフセットが大きく、
また、オフセットの温度変動や経時的な変動が大きい。
したがって、直流成分を測定するような従来の方法で
は、十分な測定精度が得られないか、あるいは煩雑な温
度補償が必要である。一方このような小型の加速度セン
サにおいても、感度はオフセットに比べて格段に安定で
ある場合が多い。本発明では直流成分は不要であるの
で、このようなマイクロマシニングで作られる小型の加
速度センサを使っても、精度の良い測定が可能である。
As described above, according to the magnetic field measuring method of the present invention,
Unlike the conventional method described above, the object can be achieved by using a two-axis acceleration sensor. By the way, in the drill head of the horizontal drilling method, since the drill head has directionality, it is necessary to know both the inclination angle and the rotation angle of the drill head. Of course, if a two-axis acceleration sensor is used, this object can be achieved. However, when the inclination is detected by the acceleration sensor, the resolution of the angle measurement is poor when the sensitivity axis is nearly parallel to the direction of gravity. is there.
For this reason, a three-axis acceleration sensor may be used. The present invention can naturally be applied to this case as well. Also,
The output of the z-direction magnetic sensor MMZ used in the present invention does not include a DC component. If there is a DC component, the DC component needs to be cut off by a capacitor or the like. Although this appears to be a drawback of the present invention, it is a significant advantage. Small acceleration sensors made by micromachining have a large offset when no acceleration is applied,
In addition, the temperature fluctuation of the offset and the fluctuation over time are large.
Therefore, in the conventional method for measuring a DC component, sufficient measurement accuracy cannot be obtained or complicated temperature compensation is required. On the other hand, even in such a small acceleration sensor, the sensitivity is often much more stable than the offset. Since a direct current component is not required in the present invention, accurate measurement is possible even with a small acceleration sensor made by such micromachining.

【0026】さて、図1において、前記3軸磁気センサ
TMMと前記2軸加速度センサDAMは相互の姿勢が固定され
て保持されている。すなわち、x方向磁気センサMMXの
感度軸とx方向加速度センサAMXの感度軸、z方向磁気
センサMMZの感度軸とz方向加速度センサAMZの感度軸は
それぞれ平行とされている。y方向磁気センサMMYの感
度軸はこれら2個の方向と直交している。以後、3軸磁
気センサTMMと2軸加速度センサDAMの対をセンサ系と呼
び、参照することにする。センサ系に固定された座標系
をセンサ座標系と呼ぶことにする。
Now, referring to FIG. 1, the three-axis magnetic sensor
The TMM and the two-axis acceleration sensor DAM are held with their mutual postures fixed. That is, the sensitivity axis of the x-direction magnetic sensor MMX and the sensitivity axis of the x-direction acceleration sensor AMX, the sensitivity axis of the z-direction magnetic sensor MZ, and the sensitivity axis of the z-direction acceleration sensor AMX are respectively parallel. The sensitivity axis of the y-direction magnetic sensor MMY is orthogonal to these two directions. Hereinafter, a pair of the three-axis magnetic sensor TMM and the two-axis acceleration sensor DAM will be referred to as a sensor system and will be referred to. The coordinate system fixed to the sensor system is called a sensor coordinate system.

【0027】まず始めに、本発明が対象とするセンサ系
を記述するための座標系とセンサ系の運動について説明
する(図1の(b)を参照されたい)。初めセンサ系
(センサ座標系)のz軸が鉛直と反対方向を向いている
とする。つまり、センサ系のx軸とy軸は水平であると
する。また、センサ系はx軸に平行な軸の周りに回転す
る。すなわち、ドリルヘッドの回転軸はx軸と平行とな
っている。このときのセンサ座標系を座標系1と呼ぶこ
とにする。まず、この座標系1のy軸の周りにセンサ系
を角度θy回転したとする。つまり、ドリルヘッドが水
平から傾いているとする。この回転後のセンサ座標系を
座標系2と呼ぶことにする。さらに座標系2のx軸の周
りにセンサ系が角度θx回転されたとし、回転後の座標
系を座標系3と呼ぶことにする。センサ系は座標系3
(座標系2でも同じ)のx軸を中心に回転するが、セン
サ座標系のx軸は座標系3のx軸を中心に歳差運動をす
る。歳差運動の振れはランダムに変化してもよい。
First, a coordinate system for describing a sensor system targeted by the present invention and the movement of the sensor system will be described (see FIG. 1B). First, it is assumed that the z-axis of the sensor system (sensor coordinate system) faces in the direction opposite to the vertical. That is, it is assumed that the x-axis and the y-axis of the sensor system are horizontal. Also, the sensor system rotates about an axis parallel to the x-axis. That is, the rotation axis of the drill head is parallel to the x-axis. The sensor coordinate system at this time is called a coordinate system 1. First, it is assumed that the sensor system is rotated around the y-axis of the coordinate system 1 by an angle θy. That is, it is assumed that the drill head is inclined from the horizontal. The sensor coordinate system after this rotation will be referred to as a coordinate system 2. Further, it is assumed that the sensor system is rotated around the x-axis of the coordinate system 2 by an angle θx, and the rotated coordinate system is referred to as a coordinate system 3. Sensor system is coordinate system 3
(The same applies to the coordinate system 2). The x-axis of the sensor coordinate system rotates about the x-axis of the sensor coordinate system. The swing of the precession may change randomly.

【0028】次に、磁束密度をベクトル的に測定する方
法について説明する。センサ系は水平な姿勢からセンサ
座標系のy軸の周りに角度θy回転しているから、これ
を表す回転行列Ryは、次の式(6)で表わされる。
Next, a method for measuring the magnetic flux density in a vector manner will be described. Since the sensor system is rotated about the y-axis of the sensor coordinate system by an angle θy from a horizontal posture, a rotation matrix Ry representing this is represented by the following equation (6).

【数6】 また、座標系1で表した重力加速度ベクトルGwは、(Equation 6) Also, the gravitational acceleration vector Gw represented by the coordinate system 1 is

【数7】 であるから、これを座標系2で表すと、(Equation 7) Therefore, if this is represented by the coordinate system 2,

【数8】 となる。磁束密度ベクトルBについては、角度θy回転
した後のセンサ座標系(上記の座標系2)で表現した値
を磁束密度ベクトルBのx成分、y成分、z成分と呼ぶ
ことにする。すなわち、
(Equation 8) Becomes Regarding the magnetic flux density vector B, the values expressed in the sensor coordinate system (the above-described coordinate system 2) after rotating the angle θy are referred to as the x component, the y component, and the z component of the magnetic flux density vector B. That is,

【数9】 (Equation 9)

【0029】さらに、座標系2のx軸の周りに角度θx
回転した座標系3では、重力加速度ベクトルおよび磁束
密度ベクトルは、
Further, an angle θx around the x-axis of the coordinate system 2
In the rotated coordinate system 3, the gravitational acceleration vector and the magnetic flux density vector are

【数10】 となる。ここで、(Equation 10) Becomes here,

【数11】 である。[Equation 11] It is.

【0030】次いで、歳差運動を織り込む。歳差運動
は、角度θxからオフセット△θx方向に角度△θy振れ
るものとする。これを表す変換行列Rpreは、
Next, a precession movement is incorporated. The precession motion is assumed to swing from the angle θx in the direction of the offset Δθx by an angle Δθy. The transformation matrix Rpre representing this is

【数12】 となる。ただし、(Equation 12) Becomes However,

【数13】 である。(Equation 13) It is.

【0031】3軸磁気センサTMMおよび2軸加速度セン
サDAMで検知される磁束密度ベクトルBsおよび加速度ベ
クトルGsはこの歳差運動の影響を受けるから、それぞ
れ、
The magnetic flux density vector Bs and the acceleration vector Gs detected by the three-axis magnetic sensor TMM and the two-axis acceleration sensor DAM are affected by the precession.

【数14】 と表される。これらを成分ごとに表すと、[Equation 14] It is expressed as If these are expressed for each component,

【数15】 となる。(Equation 15) Becomes

【0032】ここで、本発明でセンサにより実際に検知
する必要があるのは、磁束密度成分Bsx、Bsy、Bsz、
加速度成分GsxおよびGszあるいはGsyである。加速度
成分はGszあるいはGsyのいずれを検知しても良いが、
ここではz方向加速度成分Gszを検知するとして説明す
る。
Here, what needs to be actually detected by the sensor in the present invention is that the magnetic flux density components Bsx, Bsy, Bsz,
The acceleration components are Gsx and Gsz or Gsy. Although the acceleration component may detect either Gsz or Gsy,
Here, a description will be given on the assumption that the z-direction acceleration component Gsz is detected.

【0033】図2は前記3軸磁気センサTMMおよび2軸
加速度センサDAMで検知した各磁束密度成分Bsx、Bs
y、Bszおよび加速度成分Gsx、Gszから、前記式
(9)に示した磁束密度成分Bx、ByおよびBzを算出
する手順を示す図である。図中、矢印は情報の流れを示
している。図2において、y方向磁束密度乗算部MPY-BY
は磁束密度のy方向成分Bsyと加速度のz方向成分Gsz
の積をとる処理を、z方向磁束密度乗算部MPY-BZは磁束
密度のz方向成分Bszと加速度のz方向成分Gszの積を
とる処理を、z方向加速度乗算部MPY-GZは加速度のz方
向成分Gszの2乗をとる処理を表わす。
FIG. 2 shows the magnetic flux density components Bsx and Bs detected by the three-axis magnetic sensor TMM and the two-axis acceleration sensor DAM.
It is a figure which shows the procedure which calculates the magnetic flux density components Bx, By, and Bz shown in said Formula (9) from y, Bsz and acceleration components Gsx, Gsz. In the figure, arrows indicate the flow of information. In FIG. 2, the y-direction magnetic flux density multiplying unit MPY-BY
Is the y-direction component Bsy of the magnetic flux density and the z-direction component Gsz of the acceleration.
The z-direction magnetic flux density multiplying unit MPY-BZ calculates the product of the z-direction component Bsz of the magnetic flux density and the z-direction component Gsz of the acceleration, and the z-direction acceleration multiplying unit MPY-GZ calculates the product of the acceleration z This represents a process of taking the square of the direction component Gsz.

【0034】また、x方向磁束密度ローパスフィルタLP
FXはx方向磁気センサMMXの出力(磁束密度のx方向成
分Bsx)に対するローパスフィルタ処理を、y方向磁束
密度ローパスフィルタLPFYは磁束密度のy方向成分Bsy
と加速度のz方向成分Gszの積に対するローパスフィル
タ処理を、z方向磁束密度ローパスフィルタLPFZは磁束
密度のz方向成分Bszと加速度のz方向成分Gszの積に
対するローパスフィルタ処理を実行し、x方向加速度ロ
ーパスフィルタALPFXはx方向加速度センサAMXの出力
(加速度のx方向成分Gsx)に対するローパスフィルタ
処理を、z方向加速度ローパスフィルタALPFZはz方向
加速度センサAMZの出力の2乗に対するローパスフィル
タ処理を表わす。これらのローパスフィルタ処理は、測
定データを平均化することと同等であるから、回転中に
も関わらず簡単に平均化を行うことができ、しかも、自
動的に平均化が行われることを意味している。
The x-direction magnetic flux density low-pass filter LP
FX performs low-pass filtering on the output of the x-direction magnetic sensor MMX (x-direction component Bsx of the magnetic flux density), and y-direction magnetic flux density low-pass filter LPFY applies the y-direction component Bsy of the magnetic flux density.
Low-pass filter LPFZ performs low-pass filtering on the product of the z-direction component Bsz of the magnetic flux density and the z-direction component Gsz of the acceleration. The low-pass filter ALPFX represents low-pass filtering for the output of the x-direction acceleration sensor AMX (x-direction component Gsx of acceleration), and the z-direction acceleration low-pass filter ALPZ represents low-pass filtering for the square of the output of the z-direction acceleration sensor AZ. Since these low-pass filtering processes are equivalent to averaging the measured data, averaging can be performed easily even during rotation, and the averaging is performed automatically. ing.

【0035】さらに、x方向磁束密度補正部DCXは磁束
密度のx方向成分Bxを求めるための補正演算処理を、
y方向磁束密度補正部DCYは磁束密度のy方向成分Byを
求めるための補正演算処理を、z方向磁束密度補正部DC
Zは磁束密度のz方向成分Bzを求めるための補正演算処
理を表しており、傾斜余弦算出部CTAは傾斜角の余弦あ
るいは正弦を算出する処理を、歳差余弦算出部CPAは平
均的な歳差運動の振れ角を算出する処理を、傾斜角算出
部CPTは傾斜角θyを求めるための計算処理を表してい
る。
Further, the x-direction magnetic flux density correction unit DCX performs a correction calculation process for obtaining the x-direction component Bx of the magnetic flux density.
The y-direction magnetic flux density correction unit DCY performs a correction operation for obtaining the y-direction component By of the magnetic flux density by the z-direction magnetic flux density correction unit DC.
Z represents a correction calculation process for obtaining a z-direction component Bz of the magnetic flux density. The inclination cosine calculation unit CTA calculates the cosine or sine of the inclination angle, and the precession cosine calculation unit CPA calculates the average cosine. The process of calculating the swing angle of the differential motion and the process of calculating the tilt angle calculation unit CPT to obtain the tilt angle θy are shown.

【0036】まず、x方向磁束密度ローパスフィルタLP
FXの処理内容について説明する。この処理は磁束密度の
x方向成分Bsxの低周波数成分〈Bsx〉を求めるもの
で、(19)式でcos(θx−Δθx)およびsin(θx−
Δθx)を含む項を除去する操作にあたるから、操作に
より得られる磁束密度のx成分の低周波数成分〈Bsx〉
は、
First, the x-direction magnetic flux density low-pass filter LP
The processing contents of FX will be described. This processing is for obtaining the low frequency component <Bsx> of the x-direction component Bsx of the magnetic flux density, and the cos (θx−Δθx) and sin (θx−
Δθx), the low-frequency component <Bsx> of the x component of the magnetic flux density obtained by the operation.
Is

【数16】 となる。ここで、記号〈A〉はAの低周波数成分を取り
出すローパスフィルタ処理を表している。
(Equation 16) Becomes Here, the symbol <A> represents a low-pass filter process for extracting a low-frequency component of A.

【0037】y方向磁束密度ローパスフィルタLPFYの処
理は、磁束密度のy方向成分Bsyと加速度のz方向成分
Gszの積の低周波数成分〈BsyGsz〉を求めるもので、
処理の結果を重力加速度Gで除算したもの〈BsyGsz/
G〉は、
The process of the y-direction magnetic flux density low-pass filter LPFY is for obtaining a low frequency component <BsyGsz> of the product of the y-direction component Bsy of the magnetic flux density and the z-direction component Gsz of the acceleration.
The result of the processing divided by the gravitational acceleration G <BsyGsz /
G>

【数17】 となる。ここで、他の項に比べて微小であるΔθy2を含
む項を無視すると、
[Equation 17] Becomes Here, ignoring the term including Δθy 2 which is small compared to the other terms,

【数18】 となる。(Equation 18) Becomes

【0038】z方向磁束密度ローパスフィルタLPFZの処
理は、磁束密度のz方向成分Bszと加速度のz方向成分
Gszの積の低周波数成分〈BszGsz〉を求めるもので、
処理の結果を重力加速度Gで除算したもの〈BszGsz/
G〉は、
The processing of the z-direction magnetic flux density low-pass filter LPFZ is for obtaining a low frequency component <BszGsz> of the product of the z-direction component Bsz of the magnetic flux density and the z-direction component Gsz of the acceleration.
The result of the processing divided by the gravitational acceleration G <BszGsz /
G>

【数19】 となる。なお、この式(27)では前記式(26)と同
様に、Δθy2の項を小さいとして無視している。
[Equation 19] Becomes In this equation (27), similarly to the equation (26), the term Δθy 2 is ignored because it is small.

【0039】x方向加速度ローパスフィルタALPFXの処
理は、加速度のx方向成分Gsxの低周波数成分〈Gsx〉
を求めるもので、(22)式でsin(θx−Δθx)を含
む項を除去する操作にあたる。この操作により得られる
加速度のx成分Gsxの低周波数成分を重力加速度Gで除
算したもの〈Gsx/G〉は、
The processing of the x-direction acceleration low-pass filter ALPFX is based on the low-frequency component <Gsx> of the x-direction component Gsx of the acceleration.
This is an operation for removing a term including sin (θx−Δθx) in the equation (22). <Gsx / G> obtained by dividing the low frequency component of the x component Gsx of the acceleration obtained by this operation by the gravitational acceleration G is

【数20】 となる。(Equation 20) Becomes

【0040】z方向加速度ローパスフィルタALPFZの処
理は、加速度のz方向成分Gszの2乗Gsz2の低周波数
成分〈Gsz2〉を求めるもので、処理の結果を重力加速
度Gの2乗で除算したもの〈(Gsz/G)2〉は、
The processing of the z-direction acceleration low-pass filter ALPFZ is for obtaining the low frequency component <Gsz 2 > of the square Gsz 2 of the z-direction component Gsz of the acceleration, and the processing result is divided by the square of the gravitational acceleration G. The thing <(Gsz / G) 2 >

【数21】 となる。この式(29)では前記式(26)と同様に、
Δθy2の項を小さいとして無視している。
(Equation 21) Becomes In equation (29), as in equation (26),
The term Δθy 2 is ignored because it is small.

【0041】この式(29)から、From this equation (29),

【数22】 を求めることができ、さらに、(Equation 22) Can be sought, and

【数23】 を求めることができる。この処理は傾斜余弦算出部CTA
での処理内容である。
(Equation 23) Can be requested. This processing is performed by the inclination cosine calculation unit CTA
This is the content of processing.

【0042】前記式(28)すなわち〈Gsx/G〉で
は、前記式(29)すなわち〈(Gsz/G)2〉に比べ
て、〈cosΔθy〉の効果が直接的に反映されている。そ
のため、この式(31)と式(28)から、〈cosΔθ
y〉を良好に推定することができる。すなわち、
In the equation (28), that is, <Gsx / G>, the effect of <cosΔθy> is directly reflected as compared with the equation (29), that is, <(Gsz / G) 2 >. Therefore, from the equations (31) and (28), <cosΔθ
y> can be estimated well. That is,

【数24】 ここで、符号は〈cosΔθy〉が正になるように決めれば
よい。この処理は歳差余弦算出部CPAにより行われる。
(Equation 24) Here, the sign may be determined so that <cosΔθy> is positive. This process is performed by the precession cosine calculation unit CPA.

【0043】前記式(26)、式(30)および式(3
2)から、磁束密度のy方向成分Byを求めるのがy方
向磁束密度補正部DCYであり、ここで、
Equations (26), (30) and (3)
The y-direction magnetic flux density correction unit DCY obtains the y-direction component By of the magnetic flux density from 2).

【数25】 なる計算処理を行う。また、前記式(27)および式
(30)から磁束密度のz方向成分Bzを求めるのがz
方向磁束密度補正部DCZであり、ここで、
(Equation 25) Is performed. Further, the z-direction component Bz of the magnetic flux density is obtained from the above equations (27) and (30).
Directional magnetic flux density correction unit DCZ, where:

【数26】 なる計算処理を行う。さらに、x方向磁束密度補正部DC
Xでは、前記式(25)および式(32)から磁束密度
のx方向成分Bxを求める。つまり、
(Equation 26) Is performed. Further, the x-direction magnetic flux density correction unit DC
In X, the x-direction component Bx of the magnetic flux density is obtained from the equations (25) and (32). That is,

【数27】 なる計算処理を行う。[Equation 27] Is performed.

【0044】最後に、傾斜角算出部CPTは、以下の処
理、
Finally, the inclination angle calculation unit CPT performs the following processing:

【数28】 または、[Equation 28] Or

【数29】 により、傾斜角θyを算出する。このようにして、3軸
磁気センサTMMおよび2軸加速度センサDAMで検知した各
磁束密度成分Bsx、Bsy、Bszおよび加速度成分Gsx、
Gszから、磁束密度ベクトルのx、y、z方向の各成分
Bx、By、Bzおよび傾斜角θyを求めることができる。
なお、必要であれば、この結果から、傾斜角θyが0で
ある座標系1における磁束密度を算出することができ
る。
(Equation 29) To calculate the inclination angle θy. In this way, the magnetic flux density components Bsx, Bsy, Bsz and the acceleration components Gsx, detected by the three-axis magnetic sensor TMM and the two-axis acceleration sensor DAM,
From Gsz, the components Bx, By, Bz of the magnetic flux density vector in the x, y, and z directions and the inclination angle θy can be obtained.
If necessary, the magnetic flux density in the coordinate system 1 where the inclination angle θy is 0 can be calculated from the result.

【0045】もし、歳差運動の振れ角Δθyが小さけれ
ば、〈cosΔθy〉に関する補正は不要である。この場合
の信号処理の一実施の形態を図3に示す。前記図2と比
較して明らかなように、この実施の形態では、歳差余弦
算出部CPAが省略されている。本実施の形態では、y方
向磁束密度補正部DCYの処理の内容は以下のようにな
る。すなわち、前記式(26)および式(30)から、
If the deflection angle Δθy of the precession is small, it is not necessary to correct <cosΔθy>. One embodiment of the signal processing in this case is shown in FIG. As is clear from the comparison with FIG. 2, in this embodiment, the precession cosine calculation unit CPA is omitted. In the present embodiment, the content of the processing of the y-direction magnetic flux density correction unit DCY is as follows. That is, from the equations (26) and (30),

【数30】 なる処理により磁束密度のy方向成分Byを求める。ま
た、傾斜角算出部CPTは、前記式(37)を用いて傾斜
角θyを算出する。
[Equation 30] By the processing described above, the y-direction component By of the magnetic flux density is obtained. Further, the inclination angle calculation unit CPT calculates the inclination angle θy using the above equation (37).

【0046】また、前記図3に示した処理の流れの変形
として傾斜角算出部CPTが算出した傾斜角θyから〈cos
θy〉を算出して、x方向磁束密度補正部DCX、y方向磁
束密度補正部DCY、z方向磁束密度補正部DCZに与える方
法も可能である。この場合、z方向加速度乗算部MPY-GZ
とz方向加速度ローパスフィルタALPFZは不要であり、
傾斜余弦算出部CTAは、傾斜角算出部CPTが算出した傾斜
角θyから〈cosθy〉を算出して、x方向磁束密度補正
部DCX、y方向磁束密度補正部DCY、z方向磁束密度補正
部DCZに与えるようにすればよい。
Also, as a modification of the processing flow shown in FIG. 3, the inclination angle θy calculated by the inclination angle calculation unit CPT is calculated as <cos
θy> can be calculated and given to the x-direction magnetic flux density correction unit DCX, the y-direction magnetic flux density correction unit DCY, and the z-direction magnetic flux density correction unit DCZ. In this case, the z-direction acceleration multiplication unit MPY-GZ
And the z-direction acceleration low-pass filter ALPFZ are unnecessary,
The inclination cosine calculation unit CTA calculates <cos θy> from the inclination angle θy calculated by the inclination angle calculation unit CPT, and calculates the x-direction magnetic flux density correction unit DCX, the y-direction magnetic flux density correction unit DCY, and the z-direction magnetic flux density correction unit DCZ. Should be given.

【0047】もし、歳差運動の振れ角Δθyが小さけれ
ば、本発明は1軸の加速度センサつまりz方向加速度セ
ンサAMZを用いて実現することができる。この実施の形
態におけるセンサの配置例を図4に示す。また、この配
置の場合の処理の流れを図5に示す。本実施の形態で
は、y方向磁束密度補正部DCYは、前記式(38)にし
たがって処理を行う。また、傾斜角算出部CPTは式(3
6)を用いて傾斜角θyを算出する。本実施の形態で
は、直流成分を必要とするx方向加速度センサAMXを必
要としないので、オフセットの安定性に問題があるマイ
クロマシニングで作られる小型の加速度センサだけで精
度の良い測定が可能であるという優れた特徴を有してい
る。
If the deflection angle Δθy of the precession is small, the present invention can be realized using a uniaxial acceleration sensor, that is, a z-direction acceleration sensor AMZ. FIG. 4 shows an example of sensor arrangement in this embodiment. FIG. 5 shows a processing flow in this arrangement. In the present embodiment, the y-direction magnetic flux density correction unit DCY performs a process according to the equation (38). In addition, the inclination angle calculation unit CPT calculates the equation (3)
The inclination angle θy is calculated using 6). In the present embodiment, since the x-direction acceleration sensor AMX that requires a DC component is not required, accurate measurement can be performed only with a small acceleration sensor made of micromachining having a problem with offset stability. It has such an excellent feature.

【0048】さて、前記図2および図3に示した実施の
形態では、x方向加速度センサAMXは直流成分を含む信
号を出力する必要があった。そこで、x方向加速度セン
サAMX出力の交流成分のみを利用するようにして、オフ
セットやその温度ドリフトが大きな加速度センサのみを
用いて、歳差運動の補正を行うことができるようにした
実施の形態について説明する。図6は、この実施の形態
における処理の流れの1例を示す図である。この図6と
前記図2とを比較すると明らかなように、この実施の形
態の方法では、前記図2の場合と比べて、x方向加速度
乗算部MPY-GXが付け加わっている点が相違している。
In the embodiment shown in FIGS. 2 and 3, the x-direction acceleration sensor AMX needs to output a signal containing a DC component. Therefore, an embodiment in which only the AC component of the output of the x-direction acceleration sensor AMX is used to correct the precession motion using only the acceleration sensor having a large offset and its temperature drift. explain. FIG. 6 is a diagram showing an example of a processing flow in this embodiment. As is apparent from a comparison between FIG. 6 and FIG. 2, the method of this embodiment is different from the method of FIG. 2 in that an x-direction acceleration multiplication unit MPY-GX is added. I have.

【0049】本実施の形態では、x方向加速度センサAM
Xは交流成分のみを出力する。x方向加速度乗算部MPY-G
Xはこのx方向加速度センサAMXが出力する交流成分Gsx
の2乗を作り出す処理をする。(交流成分であることを
Gの上に波線状の記号(tilde)を付すことで表記す
る。)ここで、
In this embodiment, the x-direction acceleration sensor AM
X outputs only the AC component. x direction acceleration multiplier MPY-G
X is the AC component Gsx output from the x-direction acceleration sensor AMX.
Is performed to generate the square of (It is indicated by adding a wavy symbol (tilde) above G to indicate that it is an AC component.)

【数31】 である。したがって、x方向加速度乗算部MPY-GXの出力
は、
(Equation 31) It is. Therefore, the output of the x-direction acceleration multiplication unit MPY-GX is

【数32】 となる。したがって、前述の場合と同様に、x方向加速
度ローパスフィルタALPFXの出力は、
(Equation 32) Becomes Therefore, as in the case described above, the output of the x-direction acceleration low-pass filter ALPFX is

【数33】 となる。[Equation 33] Becomes

【0050】歳差余弦算出部CPAは、これから、The precession cosine calculator CPA will now

【数34】 の演算により、歳差運動の振れ角の平均的余弦〈cos△
θy〉を算出する。なお、他の処理は前述した図2の場
合と同様である。
(Equation 34) By the calculation of, the average cosine of the deflection angle of the precession <cos 運動
θy> is calculated. The other processing is the same as in the case of FIG. 2 described above.

【0051】以上、静磁界を測定する本発明の各実施の
形態について説明してきたが、本発明は測定対象が交流
磁界の場合でも同様に測定することができる。ただし、
交流磁界を測定する場合には、前述した静磁界を測定す
る場合に、x方向磁気センサMMXの出力、y方向磁束密
度乗算部MPY-BYの処理結果およびz方向磁束密度乗算部
MPY-BZの処理結果から低周波数成分を取り出すために用
いているx方向磁束密度ローパスフィルタLPFX、y方向
磁束密度ローパスフィルタLPFYおよびz方向磁束密度ロ
ーパスフィルタLPFZの代わりに、測定対象磁界の周波数
成分を取り出すためのバンドパスフィルタであるx方向
磁束密度バンドパスフィルタBFPX、y方向磁束密度バン
ドパスフィルタBFPY、z方向磁束密度バンドパスフィル
タBFPZをそれぞれ用いる。前述した図2、図3、図5お
よび図6に示したと同様の方法で交流磁界を測定する場
合の処理の流れを、それぞれ、図7、図8、図9および
図10に示す。
Although the embodiments of the present invention for measuring a static magnetic field have been described above, the present invention can similarly measure a static magnetic field even when the object to be measured is an AC magnetic field. However,
When measuring the AC magnetic field, when measuring the static magnetic field described above, the output of the x-direction magnetic sensor MMX, the processing result of the y-direction magnetic flux density multiplying unit MPY-BY, and the z-direction magnetic flux density multiplying unit
Instead of the x-direction magnetic flux density low-pass filter LPFX, y-direction magnetic flux density low-pass filter LPFY, and z-directional magnetic flux density low-pass filter LPFZ used to extract low frequency components from the processing results of MPY-BZ, the frequency component of the magnetic field to be measured An x-direction magnetic flux density band-pass filter BFPX, a y-direction magnetic flux density band-pass filter BFPY, and a z-direction magnetic flux density band-pass filter BFPZ, which are band-pass filters for extracting the magnetic field, are used. FIGS. 7, 8, 9, and 10 show the flow of processing when measuring an AC magnetic field by the same method as that shown in FIGS. 2, 3, 5, and 6, respectively.

【0052】交流磁界を測定する場合、この交流磁界の
角周波数をωBとすると、前記式(9)の代わりに、
When measuring the AC magnetic field, assuming that the angular frequency of the AC magnetic field is ω B , instead of the equation (9),

【数35】 を用いる必要がある。このとき、x方向磁気センサMMX
の出力からx方向磁束密度バンドパスフィルタBPFXによ
って取り出される周波数ωBの成分(低周波数成分を取
り出す場合の前記式(25)に相当)は、
(Equation 35) Must be used. At this time, the x-direction magnetic sensor MMX
The component of the frequency ω B taken out by the x-direction magnetic flux density band-pass filter BPFX from the output (corresponding to the equation (25) when the low frequency component is taken out) is

【数36】 となる。[Equation 36] Becomes

【0053】また、y方向磁束密度乗算部MPY-BYからy
方向磁束密度バンドパスフィルタBPFYによって取り出さ
れる周波数ωBの成分(低周波数成分を取り出す場合の
式(26)に相当)は、
Further, the y-direction magnetic flux density multiplying unit MPY-BY to y
Component of the frequency omega B drawn by magnetic flux density bandpass filter BPFY (corresponding to formula (26) in the case of taking out the low frequency component),

【数37】 となる。最後に、z方向磁束密度乗算部MPY-BZからy方
向磁束密度バンドパスフィルタBPFZによって取り出され
る周波数ωBの成分(低周波数成分を取り出す場合の前
記式(27)に相当)は、
(37) Becomes Finally, the component of the frequency ω B extracted from the z-direction magnetic flux density multiplying unit MPY-BZ by the y-direction magnetic flux density band-pass filter BPFZ (corresponding to the above equation (27) when extracting the low frequency component) is

【数38】 となる。また、加速度については、前述した静磁界を測
定する場合と同じ式にしたがって処理を行えばよい。
(38) Becomes Further, the acceleration may be processed according to the same formula as that for measuring the static magnetic field described above.

【0054】ところで、交流磁界を測定する場合、x方
向磁束密度補正部DCX、y方向磁束密度補正部DCY、z方
向磁束密度補正部DCZは基本的に静磁界を測定する場合
と同様の処理を行えばよい。しかし、交流磁界を測定す
る場合、x方向磁束密度補正部DCX、y方向磁束密度補
正部DCY、z方向磁束密度補正部DCZが処理するのは周波
数がωBの量であるから、静磁界を測定する場合に行っ
た処理を行う前に、それぞれ振幅を取り出す操作、すな
わち、
When measuring the AC magnetic field, the x-direction magnetic flux density correction unit DCX, the y-direction magnetic flux density correction unit DCY, and the z-direction magnetic flux density correction unit DCZ basically perform the same processing as that for measuring the static magnetic field. Just do it. However, when measuring the alternating magnetic field, x-direction magnetic flux density correction unit DCX, y-direction magnetic flux density correction unit DCY, because the frequency is to process the z-direction magnetic flux density correction unit DCZ is an amount of omega B, a static magnetic field Before performing the processing performed when measuring, the operation of extracting the respective amplitudes, that is,

【数39】 なる処理を行う。また、静磁界を測定する場合と同様の
処理をした後で、振幅を取り出す方法も可能であるが、
事前に振幅を取り出した方が演算量が少なくなる。
[Equation 39] Is performed. Also, after performing the same processing as when measuring the static magnetic field, a method of extracting the amplitude is also possible,
Extracting the amplitude in advance reduces the amount of calculation.

【0055】なお、蛇足ではあるが、本発明は、センサ
系が回転していない場合には、従来と同様な方法で磁束
密度を測定できることはもちろんである。また、上記に
おいては、水平ドリリング工法におけるドリルヘッドの
位置を測定するための磁界測定を例にとって説明した
が、本発明の磁界測定方法および装置は、これに限られ
ることはなく、回転する装置において磁界を測定する場
合に広く適用することができる。
It should be noted that the magnetic flux density can be measured by the same method as that of the related art when the sensor system is not rotating. Further, in the above description, the magnetic field measurement for measuring the position of the drill head in the horizontal drilling method has been described as an example, but the magnetic field measurement method and apparatus of the present invention are not limited to this. It can be widely applied when measuring a magnetic field.

【0056】[0056]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
従来より少ない個数の加速度センサを用いて精度の良い
測定が可能であるばかりでなく、マイクロマシニングで
作られる小型で安価な加速度センサを用いて精度の良い
測定が可能になる。また、低周波数成分から磁界を測定
するために、回転中であるにも関わらずデータの平均化
が自動的に行われ安定な測定が可能である。さらに、ド
リルヘッドの回転中に磁束密度の測定を行うことができ
るため、掘削を中断することなく連続的にドリルヘッド
の位置の測定を行うことができる。水平ドリリング工法
でのドリルヘッドの回転は必ずしも滑らかでなく、ドリ
ルヘッドの回転にともないドリルヘッドが首振り運動を
するのが普通である。本発明によれば、ドリルヘッドの
回転が滑らかでない場合やドリルヘッドが首振り運動を
する場合にも適用可能であり、これらの影響を軽減する
ことができる。さらに、静磁界ばかりでなく、交流磁界
の測定も行うことができる。
As described above, according to the present invention,
Not only can accurate measurements be made using a smaller number of acceleration sensors than in the past, but also accurate measurements can be made using a small and inexpensive acceleration sensor made by micromachining. In addition, since the magnetic field is measured from the low frequency component, the data is automatically averaged even during rotation, and stable measurement is possible. Further, since the magnetic flux density can be measured while the drill head is rotating, the position of the drill head can be continuously measured without interrupting the excavation. The rotation of the drill head in the horizontal drilling method is not always smooth, and the drill head normally swings with the rotation of the drill head. According to the present invention, the present invention can be applied to the case where the rotation of the drill head is not smooth or the case where the drill head makes a swinging motion, and can reduce these effects. Further, not only a static magnetic field but also an alternating magnetic field can be measured.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の一実施の形態における磁気センサと
加速度センサの配置例を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing an arrangement example of a magnetic sensor and an acceleration sensor according to an embodiment of the present invention.

【図2】 本発明の一実施の形態における処理の流れを
模式的に示す図である。
FIG. 2 is a diagram schematically showing a processing flow in the embodiment of the present invention.

【図3】 歳差運動の振れ角が小さい場合の実施の形態
における処理の流れを模式的に示す図である。
FIG. 3 is a diagram schematically showing a flow of processing in the embodiment when the deflection angle of the precession is small.

【図4】 1軸加速度センサを用いた場合の実施形態に
おけるセンサの配置例を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing an example of sensor arrangement in an embodiment using a one-axis acceleration sensor.

【図5】 1軸加速度センサを用いた場合の実施の形態
における信号処理の流れの例を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing an example of a flow of signal processing in the embodiment when a one-axis acceleration sensor is used.

【図6】 加速度センサの交流成分のみを用いる実施の
形態における信号処理の流れを示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a flow of signal processing in an embodiment using only an AC component of the acceleration sensor.

【図7】 2軸加速度センサを用いて交流磁界を測定す
る実施の形態における信号処理の流れを示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a flow of signal processing in an embodiment for measuring an AC magnetic field using a two-axis acceleration sensor.

【図8】 2軸加速度センサを用いて交流磁界を測定す
る別の実施の形態における信号処理の流れを示す図であ
る。
FIG. 8 is a diagram showing a flow of signal processing in another embodiment for measuring an AC magnetic field using a two-axis acceleration sensor.

【図9】 1軸加速度センサを用いて交流磁界を測定す
る実施の形態の信号処理の流れを示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing a flow of signal processing in an embodiment for measuring an AC magnetic field using a one-axis acceleration sensor.

【図10】 2軸加速度センサ交流成分のみを用いて交
流磁界を測定する実施の形態における信号処理の流れを
示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing a flow of signal processing in an embodiment in which an AC magnetic field is measured using only an AC component of a two-axis acceleration sensor.

【図11】従来の測定方法におけるセンサの配置を示す
図である。
FIG. 11 is a diagram showing an arrangement of sensors in a conventional measuring method.

【図12】従来の測定方法における処理の流れを示す図
である。
FIG. 12 is a diagram showing a flow of processing in a conventional measurement method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

ALPFX x方向加速度ローパスフィルタ ALPFZ z方向加速度ローパスフィルタ AMX x方向加速度センサ AMY y方向加速度センサ AMZ z方向加速度センサ BFPX x方向磁束密度バンドパスフィルタ BFPY y方向磁束密度バンドパスフィルタ BFPZ z方向磁束密度バンドパスフィルタ CPA 歳差余弦算出部 CPT 傾斜角算出部 DAM 2軸加速度センサ DCX x方向磁束密度補正部 DCY y方向磁束密度補正部 DCZ z方向磁束密度補正部 CTA 傾斜余弦算出部 LPFX x方向磁束密度ローパスフィルタ LPFY y方向磁束密度ローパスフィルタ LPFZ z方向磁束密度ローパスフィルタ MMX x方向磁気センサ MMY y方向磁気センサ MMZ z方向磁気センサ MPY-BY y方向磁束密度乗算部 MPY-BZ z方向磁束密度乗算部 MPY-GX x方向加速度乗算部 MPY-GZ z方向加速度乗算部 TAM 3軸加速度センサ TMM 3軸磁気センサ ALPFX x-direction acceleration low-pass filter ALPFZ z-direction acceleration low-pass filter AMX x-direction acceleration sensor AMY y-direction acceleration sensor AMZ z-direction acceleration sensor BFPX x-direction magnetic flux density bandpass filter BFPY y-direction magnetic flux density bandpass filter BFPZ z-direction magnetic flux density bandpass Filter CPA Precession cosine calculation unit CPT Inclination angle calculation unit DAM 2-axis acceleration sensor DCX x-direction magnetic flux density correction unit DCY y-direction magnetic flux density correction unit DCZ z-direction magnetic flux density correction unit CTA tilt cosine calculation unit LPFX x-direction magnetic flux density low-pass filter LPFY y-direction magnetic flux density low-pass filter LPFZ z-direction magnetic flux density low-pass filter MMX x-direction magnetic sensor MMY y-direction magnetic sensor MMZ z-direction magnetic sensor MPY-BY y-direction magnetic flux density multiplying unit MPY-BZ z-directional magnetic flux density multiplying unit MPY-GX x-direction acceleration multiplier MPY-GZ z-direction acceleration multiplier TAM 3-axis acceleration sensor TMM 3-axis magnetic sensor Support

Claims (16)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 互いに直交する3方向にそれぞれ感度軸
を有する3個の磁気センサを有する3軸磁気センサと、
互いに直交する2方向にそれぞれ感度軸を有する2個の
加速度センサを有する2軸加速度センサを、前記2軸加
速度センサの感度軸と前記3軸磁気センサの2個の感度
軸とが平行であるように空間的に配置し、前記2個の加
速度センサのうちの第1の加速度センサの感度軸を回転
軸とし、前記3軸磁気センサおよび前記2軸加速度セン
サを相互の姿勢を保ったまま同時に回転させることがで
きるようになされた測定手段を用いて静磁界を測定する
磁界測定方法であって、 前記回転軸方向に感度軸を有する磁気センサを第1の磁
気センサとし、前記磁気センサのうちの感度軸が第2の
加速度センサの感度軸と直交する磁気センサを第2の磁
気センサとし、残りの磁気センサを第3の磁気センサと
するとき、 前記第1の磁気センサの出力の低周波数成分から前記回
転軸方向の磁界を算出し、 前記第2の加速度センサの出力と前記第2の磁気センサ
の出力の積である積1の低周波数成分と前記第2の加速
度センサの出力と前記第3の磁気センサの出力の積であ
る積2の低周波数成分から、前記回転軸と鉛直方向が張
る面に含まれ前記回転軸に直交する第2の方向の磁界お
よび前記回転軸および前記第2の方向に直交する第3の
方向の磁界を算出することを特徴とする磁界測定方法。
A three-axis magnetic sensor having three magnetic sensors each having a sensitivity axis in three directions orthogonal to each other;
A two-axis acceleration sensor having two acceleration sensors each having a sensitivity axis in two directions orthogonal to each other, such that the sensitivity axis of the two-axis acceleration sensor is parallel to the two sensitivity axes of the three-axis magnetic sensor. The three-axis magnetic sensor and the two-axis acceleration sensor are simultaneously rotated while maintaining the mutual attitude, with the sensitivity axis of the first acceleration sensor of the two acceleration sensors as the rotation axis. A magnetic field measuring method for measuring a static magnetic field using measuring means adapted to be capable of causing a magnetic sensor having a sensitivity axis in a rotation axis direction to be a first magnetic sensor; When the magnetic sensor whose sensitivity axis is orthogonal to the sensitivity axis of the second acceleration sensor is the second magnetic sensor and the remaining magnetic sensors are the third magnetic sensor, the low frequency of the output of the first magnetic sensor is low. Calculating the magnetic field in the rotation axis direction from several components; and calculating a low frequency component of a product 1, which is a product of an output of the second acceleration sensor and an output of the second magnetic sensor, and an output of the second acceleration sensor. From the low frequency component of the product 2, which is the product of the output of the third magnetic sensor, a magnetic field in a second direction perpendicular to the rotation axis and included in a plane extending perpendicularly to the rotation axis and the rotation axis A magnetic field measuring method comprising calculating a magnetic field in a third direction orthogonal to the second direction.
【請求項2】 前記第2の加速度センサの出力の交流成
分を重力加速度で除したものを2乗し、その低周波数成
分の平方根の2の平方根倍を余弦1とするとき、 前記積1の低周波数成分を前記余弦1で除したものか
ら、前記第3の方向の磁界を算出し、 前記積2の低周波数成分を前記余弦1で除したものか
ら、前記第2の方向の磁界を算出することを特徴とする
請求項1記載の磁界測定方法。
2. A square obtained by dividing an AC component of an output of the second acceleration sensor by a gravitational acceleration to obtain a square root of 2 times a square root of a low-frequency component thereof. The magnetic field in the third direction is calculated from the low frequency component divided by the cosine 1, and the magnetic field in the second direction is calculated from the low frequency component of the product 2 divided by the cosine 1. 2. The magnetic field measuring method according to claim 1, wherein:
【請求項3】 前記第2の加速度センサの出力の交流成
分を重力加速度で除したものを2乗し、その低周波数成
分の平方根の2の平方根倍を余弦1とし、該余弦1を余
弦とする角度1を算出し、前記第1の加速度センサの出
力の交流成分を重力加速度で除したものの低周波数成分
を前記角度1の正弦で除したものを余弦2とするとき、 前記第1の磁気センサの出力の低周波数成分を前記余弦
2で除したものから前記回転軸方向の磁界を算出し、 前記積1の低周波数成分を前記余弦1および余弦2で除
したものから、前記第3の方向の磁界を算出し、 前記積2の低周波数成分を前記余弦1で除したものか
ら、前記第2の方向の磁界を算出することを特徴とする
請求項1記載の磁界測定方法。
3. A square obtained by dividing an AC component of the output of the second acceleration sensor by a gravitational acceleration, and taking a square root of 2 times a square root of a low frequency component thereof as a cosine 1, and the cosine 1 is a cosine. When an angle 1 to be calculated is calculated, and a low frequency component obtained by dividing an AC component of an output of the first acceleration sensor by a gravitational acceleration and a sine of the angle 1 is obtained as a cosine 2, the first magnetism is obtained. The magnetic field in the direction of the rotation axis is calculated from the low frequency component of the output of the sensor divided by the cosine 2, and the third frequency is calculated from the low frequency component of the product 1 divided by the cosine 1 and the cosine 2. The magnetic field measurement method according to claim 1, wherein a magnetic field in a direction is calculated, and a magnetic field in the second direction is calculated from a value obtained by dividing a low-frequency component of the product 2 by the cosine 1.
【請求項4】 前記第2の加速度センサの出力の交流成
分を重力加速度で除したものを2乗し、その低周波数成
分の平方根の2の平方根倍を余弦1とし、前記第1の加
速度センサの出力の交流成分を重力加速度で除したもの
の2乗の低周波数成分を前記余弦1の2乗で除したもの
の平方根を正弦2とし、該正弦2の2乗を1から減算し
たものの平方根を余弦2とするとき、 前記第1の磁気センサの出力の低周波数成分を前記余弦
2で除したものから回転軸方向の磁界を算出し、 前記積1の低周波数成分を前記余弦1および余弦2で除
したものから、前記第3の方向の磁界を算出し、 前記積2の低周波数成分を前記余弦1で除したものか
ら、前記第3の方向の磁界を算出することを特徴とする
請求項1記載の磁界測定方法。
4. The first acceleration sensor, wherein the AC component of the output of the second acceleration sensor divided by the gravitational acceleration is squared, and the square root times two of the square root of the low frequency component is set as cosine 1. The square root of the low frequency component of the square of the output AC component divided by the gravitational acceleration divided by the square of cosine 1 is sine 2, and the square root of the square of the sine 2 subtracted from 1 is the cosine. 2, the magnetic field in the rotation axis direction is calculated from the value obtained by dividing the low frequency component of the output of the first magnetic sensor by the cosine 2, and the low frequency component of the product 1 is calculated by the cosine 1 and the cosine 2. The magnetic field in the third direction is calculated from the divided value, and the magnetic field in the third direction is calculated from the value obtained by dividing the low frequency component of the product 2 by the cosine 1. 2. The magnetic field measurement method according to 1.
【請求項5】 互いに直交する3方向にそれぞれ感度軸
を有する3個の磁気センサを有する3軸磁気センサと、
感度軸が前記3個の磁気センサのうちの1個の感度軸に
平行であるように空間的に配置された1個の加速度セン
サを有し、前記3軸磁気センサのうちの前記加速度セン
サの感度軸と直交する2個の感度軸のうちのいずれか1
個に平行な軸を回転軸とし、前記3軸磁気センサおよび
前記加速度センサを相互の姿勢を保ったまま同時に回転
させることができるようになされた測定手段を用いて静
磁界を測定する磁界測定方法であって、 前記回転軸方向に感度軸を有する磁気センサを第1の磁
気センサとし、残りの磁気センサのうち、感度軸が前記
加速度センサと直交する磁気センサを第2の磁気センサ
とし、他の磁気センサを第3の磁気センサとするとき、 前記第1の磁気センサの出力の低周波数成分から前記回
転軸方向の磁界を算出し、 前記加速度センサの出力と前記第3の磁気センサの出力
との積の低周波数成分と前記加速度センサの出力と前記
第2の磁気センサの出力との積の低周波数成分から、前
記回転軸と鉛直方向が張る面に含まれ前記回転軸に直交
する第2の方向の磁界および前記回転軸および前記第2
の方向に直交する第3の方向の磁界を算出することを特
徴とする磁界測定方法。
5. A three-axis magnetic sensor having three magnetic sensors each having a sensitivity axis in three directions orthogonal to each other,
One acceleration sensor spatially disposed so that a sensitivity axis is parallel to one of the three magnetic sensors; and an acceleration sensor of the three-axis magnetic sensor. Any one of two sensitivity axes orthogonal to the sensitivity axis
A magnetic field measuring method for measuring a static magnetic field by using a measuring means adapted to be able to simultaneously rotate the three-axis magnetic sensor and the acceleration sensor while maintaining a mutual attitude while using an axis parallel to the rotation axis as a rotation axis. Wherein a magnetic sensor having a sensitivity axis in the direction of the rotation axis is a first magnetic sensor, and among the remaining magnetic sensors, a magnetic sensor whose sensitivity axis is orthogonal to the acceleration sensor is a second magnetic sensor. When the third magnetic sensor is used as the third magnetic sensor, the magnetic field in the rotation axis direction is calculated from the low frequency component of the output of the first magnetic sensor, and the output of the acceleration sensor and the output of the third magnetic sensor are calculated. From the low frequency component of the product of the product of the above and the low frequency component of the product of the output of the acceleration sensor and the output of the second magnetic sensor, it is included in a plane extending vertically to the rotation axis and is orthogonal to the rotation axis. 2 in the direction of the magnetic field and the rotating shaft and the second
A magnetic field in a third direction orthogonal to the direction of (i).
【請求項6】 互いに直交する3方向にそれぞれ感度軸
を有する3個の磁気センサを有する3軸磁気センサと、
互いに直交する2方向にそれぞれ感度軸を有する2個の
加速度センサを有する2軸加速度センサを、前記2軸加
速度センサの感度軸と前記3軸磁気センサの2個の感度
軸とが平行であるように空間的に配置し、前記2個の加
速度センサのうちの第1の加速度センサの感度軸を回転
軸とし、前記3軸磁気センサおよび前記2軸加速度セン
サを相互の姿勢を保ったまま同時に回転させることがで
きるようになされた測定手段を用いて所定の周波数の交
流磁界を測定する磁界測定方法であって、 前記回転軸方向に感度軸を有する磁気センサを第1の磁
気センサとし、前記磁気センサのうちの感度軸が第2の
加速度センサの感度軸と直交する磁気センサを第2の磁
気センサとし、残りの磁気センサを第3の磁気センサと
するとき、 前記第1の磁気センサの出力の前記所定の周波数の成分
から前記回転軸方向の磁界を算出し、 前記第2の加速度センサの出力と前記第2の磁気センサ
の出力の積である積1の前記所定の周波数の成分と前記
第2の加速度センサの出力と前記第3の磁気センサの出
力の積である積2の前記所定の周波数の成分から、前記
回転軸と鉛直方向が張る面に含まれ前記回転軸に直交す
る第2の方向の磁界および前記回転軸および前記第2の
方向に直交する第3の方向の磁界を算出することを特徴
とする磁界測定方法。
6. A three-axis magnetic sensor having three magnetic sensors each having a sensitivity axis in three directions orthogonal to each other,
A two-axis acceleration sensor having two acceleration sensors each having a sensitivity axis in two directions orthogonal to each other, such that the sensitivity axis of the two-axis acceleration sensor is parallel to the two sensitivity axes of the three-axis magnetic sensor. The three-axis magnetic sensor and the two-axis acceleration sensor are simultaneously rotated while maintaining the mutual attitude, with the sensitivity axis of the first acceleration sensor of the two acceleration sensors as the rotation axis. A magnetic field measuring method for measuring an alternating magnetic field of a predetermined frequency using a measuring means adapted to be capable of causing a magnetic field having a sensitivity axis in a rotation axis direction as a first magnetic sensor, When the magnetic sensor whose sensitivity axis is orthogonal to the sensitivity axis of the second acceleration sensor is the second magnetic sensor and the remaining magnetic sensors are the third magnetic sensor, the first magnetic sensor Calculating the magnetic field in the direction of the rotation axis from the component of the output of the predetermined frequency in the direction of the rotation axis; and calculating the product of the predetermined frequency of the product 1 which is the product of the output of the second acceleration sensor and the output of the second magnetic sensor. From the component of the predetermined frequency of the product 2, which is the product of the component, the output of the second acceleration sensor, and the output of the third magnetic sensor, is included in a plane extending in the vertical direction with respect to the rotation axis. A magnetic field measurement method comprising: calculating a magnetic field in a second direction orthogonal to the first direction and a magnetic field in a third direction orthogonal to the rotation axis and the second direction.
【請求項7】 前記第2の加速度センサの出力の交流成
分を重力加速度で除したものを2乗し、その前記所定の
周波数の成分の平方根の2の平方根倍を余弦1とすると
き、 前記積1の前記所定の周波数の成分を前記余弦1で除し
たものから、前記第3の方向の磁界を算出し、 前記積2の前記所定の周波数の成分を前記余弦1で除し
たものから、前記第2の方向の磁界を算出することを特
徴とする請求項6記載の磁界測定方法。
7. A square obtained by dividing an AC component of an output of the second acceleration sensor by a gravitational acceleration to obtain a square root of a square root of 2 of a square root of the component of the predetermined frequency. The magnetic field in the third direction is calculated from the component obtained by dividing the component of the predetermined frequency of the product 1 by the cosine 1, and the magnetic field obtained by dividing the component of the predetermined frequency of the product 2 by the cosine 1. 7. The magnetic field measuring method according to claim 6, wherein the magnetic field in the second direction is calculated.
【請求項8】 前記第2の加速度センサの出力の交流成
分を重力加速度で除したものを2乗し、その前記所定の
周波数の成分の平方根の2の平方根倍を余弦1とし、該
余弦1を余弦とする角度1を算出し、前記第1の加速度
センサの出力の交流成分を重力加速度で除したものの前
記所定の周波数の成分を前記角度1の正弦で除したもの
を余弦2とするとき、 前記第1の磁気センサの出力の前記所定の周波数の成分
を前記余弦2で除したものから前記回転軸方向の磁界を
算出し、 前記積1の前記所定の周波数の成分を前記余弦1および
余弦2で除したものから、前記第3の方向の磁界を算出
し、 前記積2の前記所定の周波数の成分を前記余弦1で除し
たものから、前記第2の方向の磁界を算出することを特
徴とする請求項6記載の磁界測定方法。
8. A square obtained by dividing an AC component of an output of the second acceleration sensor by a gravitational acceleration, and taking a square root of two times a square root of a component of the predetermined frequency as a cosine 1, When the cosine 2 is obtained by calculating the angle 1 with cosine as the cosine and dividing the AC component of the output of the first acceleration sensor by the gravitational acceleration, but dividing the component of the predetermined frequency by the sine of the angle 1 Calculating a magnetic field in the direction of the rotation axis from a value obtained by dividing the component of the output of the first magnetic sensor at the predetermined frequency by the cosine 2, and calculating the predetermined frequency component of the product 1 by the cosine 1 and Calculating the magnetic field in the third direction from the result of division by cosine 2 and calculating the magnetic field in the second direction from the result of dividing the component of the product 2 at the predetermined frequency by the cosine 1 7. The magnetic field measuring method according to claim 6, wherein: .
【請求項9】 前記第2の加速度センサの出力の交流成
分を重力加速度で除したものを2乗し、その前記所定の
周波数の成分の平方根の2の平方根倍を余弦1とし、前
記第1の加速度センサの出力の交流成分を重力加速度で
除したものの2乗の前記所定の周波数の成分を前記余弦
1の2乗で除したものの平方根を正弦2とし、該正弦2
の2乗を1から減算したものの平方根を余弦2とすると
き、 前記第1の磁気センサの出力の前記所定の周波数の成分
を前記余弦2で除したものから回転軸方向の磁界を算出
し、 前記積1の前記所定の周波数の成分を前記余弦1および
余弦2で除したものから、前記第3の方向の磁界を算出
し、 前記積2の前記所定の周波数の成分を前記余弦1で除し
たものから、前記第3の方向の磁界を算出することを特
徴とする請求項6記載の磁界測定方法。
9. A square obtained by dividing an AC component of an output of the second acceleration sensor by a gravitational acceleration, and taking a square root of 2 times a square root of a component of the predetermined frequency as a cosine 1, A square root of a component obtained by dividing the AC component of the output of the acceleration sensor by the gravitational acceleration and dividing the component of the predetermined frequency by the square of the cosine 1 is defined as a sine 2.
When the square root of a value obtained by subtracting the square of? From 1 is cosine 2, a magnetic field in the rotation axis direction is calculated from a value obtained by dividing the component of the predetermined frequency of the output of the first magnetic sensor by the cosine 2, A magnetic field in the third direction is calculated from the product of the predetermined frequency component of the product 1 divided by the cosine 1 and the cosine 2, and the predetermined frequency component of the product 2 is divided by the cosine 1. 7. The magnetic field measuring method according to claim 6, wherein the magnetic field in the third direction is calculated from the result.
【請求項10】 互いに直交する3方向にそれぞれ感度
軸を有する3個の磁気センサを有する3軸磁気センサ
と、感度軸が前記3個の磁気センサのうちの1個の感度
軸に平行であるように空間的に配置された1個の加速度
センサを有し、前記3軸磁気センサのうちの前記加速度
センサの感度軸と直交する2個の感度軸のうちのいずれ
か1個に平行な軸を回転軸とし、前記3軸磁気センサお
よび前記加速度センサを相互の姿勢を保ったまま同時に
回転させることができるようになされた測定手段を用い
て所定の周波数の交流磁界を測定する磁界測定方法であ
って、 前記回転軸方向に感度軸を有する磁気センサを第1の磁
気センサとし、残りの磁気センサのうち、感度軸が前記
加速度センサと直交する磁気センサを第2の磁気センサ
とし、他の磁気センサを第3の磁気センサとするとき、 前記第1の磁気センサの出力のうちの前記所定の周波数
の成分から前記回転軸方向の磁界を算出し、 前記加速度センサの出力と前記第3の磁気センサの出力
との積の前記所定の周波数の成分と前記加速度センサの
出力と前記第2の磁気センサの出力との積の前記所定の
周波数の成分から、前記回転軸と鉛直方向が張る面に含
まれ前記回転軸に直交する第2の方向の磁界および前記
回転軸および前記第2の方向に直交する第3の方向の磁
界を算出することを特徴とする磁界測定方法。
10. A three-axis magnetic sensor having three magnetic sensors each having a sensitivity axis in three directions orthogonal to each other, and the sensitivity axis is parallel to one of the three magnetic sensors. Having one acceleration sensor spatially arranged as described above, and an axis parallel to any one of two sensitivity axes orthogonal to the sensitivity axis of the acceleration sensor among the three-axis magnetic sensors Is a rotation axis, and a magnetic field measuring method for measuring an AC magnetic field of a predetermined frequency by using a measuring unit configured to be able to simultaneously rotate the three-axis magnetic sensor and the acceleration sensor while maintaining a mutual posture. A magnetic sensor having a sensitivity axis in the direction of the rotation axis is defined as a first magnetic sensor, and a magnetic sensor having a sensitivity axis orthogonal to the acceleration sensor is defined as a second magnetic sensor. Magnetic When the sensor is a third magnetic sensor, the magnetic field in the rotation axis direction is calculated from the component of the predetermined frequency in the output of the first magnetic sensor, and the output of the acceleration sensor and the third magnetic field are calculated. From the component of the predetermined frequency of the product of the product of the sensor output and the product of the output of the acceleration sensor and the output of the second magnetic sensor, A magnetic field measurement method comprising calculating a magnetic field in a second direction orthogonal to the rotation axis and a magnetic field in a third direction orthogonal to the rotation axis and the second direction.
【請求項11】 前記測定手段が、水平ドリリング工法
の掘削手段あるいはその近傍に設けられた格納部分に格
納されており、該格納部分近傍の磁界を測定することを
特徴とする請求項1〜10のいずれかに記載の磁界測定
方法。
11. The apparatus according to claim 1, wherein said measuring means is stored in a storage part provided at or near the excavation means of the horizontal drilling method, and measures a magnetic field near the storage part. The magnetic field measurement method according to any one of the above.
【請求項12】 前記測定手段が、水平ドリリング工法
の掘削手段あるいはその近傍に設けられた収納部分に格
納されており、前記回転がドリルパイプの回転によって
与えられることを特徴とする請求項1〜10のいずれか
に記載の磁界測定方法。
12. The apparatus according to claim 1, wherein said measuring means is stored in a drilling means of a horizontal drilling method or a storage part provided in the vicinity thereof, and said rotation is given by rotation of a drill pipe. 11. The method for measuring a magnetic field according to any one of 10).
【請求項13】 静磁界を測定する磁界測定装置であっ
て、 互いに直交する3方向にそれぞれ感度軸を有する3個の
磁気センサを有する3軸磁気センサと、互いに直交する
2方向にそれぞれ感度軸を有する2個の加速度センサを
有する2軸加速度センサを、前記2軸加速度センサの感
度軸と前記3軸磁気センサの2個の感度軸とが平行であ
るように空間的に配置し、前記2個の加速度センサのう
ちの第1の加速度センサの感度軸を回転軸とし、前記3
軸磁気センサおよび前記2軸加速度センサを相互の姿勢
を保ったまま同時に回転させることができるようになさ
れた測定手段と、 前記回転軸方向に感度軸を有する磁気センサを第1の磁
気センサとし、前記磁気センサのうちの感度軸が第2の
加速度センサの感度軸と直交する磁気センサを第2の磁
気センサとし、残りの磁気センサを第3の磁気センサと
するとき、 前記第1の磁気センサの出力の低周波数成分から前記回
転軸方向の磁界を算出する手段と、 前記第2の加速度センサの出力と前記第2の磁気センサ
の出力の積である積1の低周波数成分と前記第2の加速
度センサの出力と前記第3の磁気センサの出力の積であ
る積2の低周波数成分から、前記回転軸と鉛直方向が張
る面に含まれ前記回転軸に直交する第2の方向の磁界お
よび前記回転軸および前記第2の方向に直交する第3の
方向の磁界を算出する手段とを有することを特徴とする
磁界測定装置。
13. A magnetic field measuring apparatus for measuring a static magnetic field, comprising: a three-axis magnetic sensor having three magnetic sensors each having a sensitivity axis in three directions orthogonal to each other; and a sensitivity axis in two directions orthogonal to each other. A two-axis acceleration sensor having two acceleration sensors having the following two spatially arranged so that the sensitivity axis of the two-axis acceleration sensor and the two sensitivity axes of the three-axis magnetic sensor are parallel to each other; The sensitivity axis of the first acceleration sensor among the plurality of acceleration sensors as the rotation axis,
A measuring unit configured to be able to simultaneously rotate the axial magnetic sensor and the two-axis acceleration sensor while maintaining a mutual posture; and a magnetic sensor having a sensitivity axis in the rotational axis direction as a first magnetic sensor; When the magnetic sensor whose sensitivity axis is orthogonal to the sensitivity axis of the second acceleration sensor is the second magnetic sensor and the remaining magnetic sensors are the third magnetic sensor, the first magnetic sensor Means for calculating the magnetic field in the direction of the rotational axis from the low frequency component of the output of the second sensor; and the low frequency component of the product 1, which is the product of the output of the second acceleration sensor and the output of the second magnetic sensor, From the low frequency component of the product 2, which is the product of the output of the acceleration sensor and the output of the third magnetic sensor, a magnetic field in a second direction which is included in a plane extending perpendicularly to the rotation axis and perpendicular to the rotation axis. And before Magnetic field measuring apparatus characterized by having means for calculating a magnetic field in a third direction perpendicular to the rotational axis and the second direction.
【請求項14】 静磁界を測定する磁界測定装置であっ
て、 互いに直交する3方向にそれぞれ感度軸を有する3個の
磁気センサを有する3軸磁気センサと、感度軸が前記3
個の磁気センサのうちの1個の感度軸に平行であるよう
に空間的に配置された1個の加速度センサを有し、前記
3軸磁気センサのうちの前記加速度センサの感度軸と直
交する2個の感度軸のうちのいずれか1個に平行な軸を
回転軸とし、前記3軸磁気センサおよび前記加速度セン
サを相互の姿勢を保ったまま同時に回転させることがで
きるようになされた測定手段と、 前記回転軸方向に感度軸を有する磁気センサを第1の磁
気センサとし、残りの磁気センサのうち、感度軸が前記
加速度センサと直交する磁気センサを第2の磁気センサ
とし、他の磁気センサを第3の磁気センサとするとき、 前記第1の磁気センサの出力の低周波数成分から前記回
転軸方向の磁界を算出する手段と、 前記加速度センサの出力と前記第3の磁気センサの出力
との積の低周波数成分と前記加速度センサの出力と前記
第2の磁気センサの出力との積の低周波数成分から、前
記回転軸と鉛直方向が張る面に含まれ前記回転軸に直交
する第2の方向の磁界および前記回転軸および前記第2
の方向に直交する第3の方向の磁界を算出する手段とを
有することを特徴とする磁界測定装置。
14. A magnetic field measuring apparatus for measuring a static magnetic field, comprising: a three-axis magnetic sensor having three magnetic sensors each having a sensitivity axis in three directions orthogonal to each other;
One acceleration sensor spatially disposed so as to be parallel to one sensitivity axis of the three magnetic sensors, and orthogonal to a sensitivity axis of the acceleration sensor of the three-axis magnetic sensors. Measuring means configured to be able to rotate the three-axis magnetic sensor and the acceleration sensor at the same time while maintaining a mutual attitude, with a rotation axis being an axis parallel to any one of the two sensitivity axes. And a magnetic sensor having a sensitivity axis in the rotation axis direction as a first magnetic sensor, and among the remaining magnetic sensors, a magnetic sensor having a sensitivity axis orthogonal to the acceleration sensor as a second magnetic sensor; When the sensor is a third magnetic sensor, means for calculating the magnetic field in the rotation axis direction from a low frequency component of the output of the first magnetic sensor; output of the acceleration sensor and output of the third magnetic sensor When From the low frequency component of the product of the low frequency component of the product, the output of the acceleration sensor, and the output of the second magnetic sensor, a second component that is included in a plane extending vertically to the rotation axis and that is orthogonal to the rotation axis Magnetic field and the axis of rotation and the second
Means for calculating a magnetic field in a third direction orthogonal to the direction of the magnetic field.
【請求項15】 所定の周波数の交流磁界を測定する磁
界測定装置であって、 互いに直交する3方向にそれぞれ感度軸を有する3個の
磁気センサを有する3軸磁気センサと、互いに直交する
2方向にそれぞれ感度軸を有する2個の加速度センサを
有する2軸加速度センサを、前記2軸加速度センサの感
度軸と前記3軸磁気センサの2個の感度軸とが平行であ
るように空間的に配置し、前記2個の加速度センサのう
ちの第1の加速度センサの感度軸を回転軸とし、前記3
軸磁気センサおよび前記2軸加速度センサを相互の姿勢
を保ったまま同時に回転させることができるようになさ
れた測定手段と、 前記回転軸方向に感度軸を有する磁気センサを第1の磁
気センサとし、前記磁気センサのうちの感度軸が第2の
加速度センサの感度軸と直交する磁気センサを第2の磁
気センサとし、残りの磁気センサを第3の磁気センサと
するとき、 前記第1の磁気センサの出力の前記所定の周波数の成分
から前記回転軸方向の磁界を算出する手段と、 前記第2の加速度センサの出力と前記第2の磁気センサ
の出力の積である積1の前記所定の周波数の成分と前記
第2の加速度センサの出力と前記第3の磁気センサの出
力の積である積2の前記所定の周波数の成分から、前記
回転軸と鉛直方向が張る面に含まれ前記回転軸に直交す
る第2の方向の磁界および前記回転軸および前記第2の
方向に直交する第3の方向の磁界を算出する手段とを有
することを特徴とする磁界測定装置。
15. A magnetic field measuring apparatus for measuring an alternating magnetic field of a predetermined frequency, comprising: a three-axis magnetic sensor having three magnetic sensors each having a sensitivity axis in three directions orthogonal to each other; A two-axis acceleration sensor having two acceleration sensors each having a sensitivity axis is spatially arranged such that the sensitivity axis of the two-axis acceleration sensor and the two sensitivity axes of the three-axis magnetic sensor are parallel to each other. And a sensitivity axis of a first acceleration sensor of the two acceleration sensors as a rotation axis;
A measuring unit configured to be able to simultaneously rotate the axial magnetic sensor and the two-axis acceleration sensor while maintaining a mutual posture; and a magnetic sensor having a sensitivity axis in the rotational axis direction as a first magnetic sensor; When the magnetic sensor whose sensitivity axis is orthogonal to the sensitivity axis of the second acceleration sensor is the second magnetic sensor and the remaining magnetic sensors are the third magnetic sensor, the first magnetic sensor Means for calculating a magnetic field in the direction of the rotation axis from a component of the predetermined frequency of the output of the second frequency sensor; and the predetermined frequency of a product 1, which is a product of an output of the second acceleration sensor and an output of the second magnetic sensor. From the component of the predetermined frequency of the product 2, which is the product of the output of the second acceleration sensor and the output of the third magnetic sensor, the rotation axis included in a plane extending in the vertical direction with the rotation axis. Directly Magnetic field measuring apparatus characterized by having means for calculating a third magnetic field in the direction of the perpendicular to the second magnetic field and the rotating shaft and the second direction in a direction.
【請求項16】 所定の周波数の交流磁界を測定する磁
界測定装置であって、 互いに直交する3方向にそれぞれ感度軸を有する3個の
磁気センサを有する3軸磁気センサと、感度軸が前記3
個の磁気センサのうちの1個の感度軸に平行であるよう
に空間的に配置された1個の加速度センサを有し、前記
3軸磁気センサのうちの前記加速度センサの感度軸と直
交する2個の感度軸のうちのいずれか1個に平行な軸を
回転軸とし、前記3軸磁気センサおよび前記加速度セン
サを相互の姿勢を保ったまま同時に回転させることがで
きるようになされた測定手段と、 前記回転軸方向に感度軸を有する磁気センサを第1の磁
気センサとし、残りの磁気センサのうち、感度軸が前記
加速度センサと直交する磁気センサを第2の磁気センサ
とし、他の磁気センサを第3の磁気センサとするとき、 前記第1の磁気センサの出力の前記所定の周波数の成分
から前記回転軸方向の磁界を算出する手段と、 前記加速度センサの出力と前記第3の磁気センサの出力
との積の前記所定の周波数の成分と前記加速度センサの
出力と前記第2の磁気センサの出力との積の前記所定の
周波数の成分から、前記回転軸と鉛直方向が張る面に含
まれ前記回転軸に直交する第2の方向の磁界および前記
回転軸および前記第2の方向に直交する第3の方向の磁
界を算出する手段とを有することを特徴とする磁界測定
装置。
16. A magnetic field measuring apparatus for measuring an AC magnetic field having a predetermined frequency, comprising: a three-axis magnetic sensor having three magnetic sensors each having a sensitivity axis in three directions orthogonal to each other;
One acceleration sensor spatially disposed so as to be parallel to one sensitivity axis of the three magnetic sensors, and orthogonal to a sensitivity axis of the acceleration sensor of the three-axis magnetic sensors. Measuring means configured to be able to rotate the three-axis magnetic sensor and the acceleration sensor at the same time while maintaining a mutual attitude, with a rotation axis being an axis parallel to any one of the two sensitivity axes. And a magnetic sensor having a sensitivity axis in the rotation axis direction as a first magnetic sensor, and among the remaining magnetic sensors, a magnetic sensor having a sensitivity axis orthogonal to the acceleration sensor as a second magnetic sensor; When the sensor is a third magnetic sensor, means for calculating a magnetic field in the direction of the rotation axis from a component of the predetermined frequency of an output of the first magnetic sensor; and an output of the acceleration sensor and the third magnetic field. Sen From the component of the predetermined frequency of the product of the product of the predetermined frequency and the product of the output of the acceleration sensor and the output of the second magnetic sensor, a component of the product of the predetermined frequency is included in a plane extending in the vertical direction with the rotation axis. Means for calculating a magnetic field in a second direction orthogonal to the rotation axis and a magnetic field in a third direction orthogonal to the rotation axis and the second direction.
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