JP2005106569A - 地磁気方位センサおよび地磁気方位センサの使用方法 - Google Patents
地磁気方位センサおよび地磁気方位センサの使用方法 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】 傾斜によらず磁気方位を検出することができる地磁気方位センサおよび地磁気方位センサの演算方法を提供する。
【解決手段】 3軸磁気センサ12により傾斜角度を補正する機能を持ち、3軸磁気センサ12の地磁気ベクトルと地磁気伏角情報のみで1軸の傾斜補正を行う地磁気方位センサとする。
【選択図】 図2
Description
1)傾斜角度が標準傾斜角度±45°の範囲にあること、
2)前回選択したものと同じ候補を選び、傾斜角度補正前の方位角度の時間微分が前回から反転になった場合、もうひとつの候補に切り替える地磁気方位センサである。
1)傾斜角度が標準傾斜角度±45°の範囲にあること、
2)前回選択したものと同じ候補を選び、傾斜角度補正前の方位角度の時間微分が前回から反転になった場合、もうひとつの候補に切り替える地磁気方位センサの使用方法である。
図2は、本発明の実施の形態1による地磁気方位センサの説明図である。ケース1内の取り付け基板10には、ディスプレイ11、3軸磁気センサ12及び信号処理回路13と方位及び傾斜角計算回路14が実装されている。
M・G=|M|cos(θ)・・・・・・・(1)
ただし、θ=90°+伏角となる。
m=M/|M| ・・・・・・・(2)
とおく。GベクトルのY軸との成す角をφとおくと、
G=[0,cos(φ),sin(φ)] ・・・・・・・(3)
さらに、mベクトルのYZ平面への射影ベクトルがY軸と成す角をα、X軸とmベクトルの成す角をβとおくと、
m=[cos(β),sin(β)cos(α),sin(β)sin(α)]・・・・・・・(4)
sin(β)[cos(φ)cos(α)+sin(φ)sin(α)]
=sin(β)cos(φ−α)=cos(θ) ・・・・・・・・(5)
地磁気ベクトルM=(Mx,My,Mz)
α=arc tan(Mz/My)
β=arc tan[(My2)1/2+(Mz2)1/2/Mx]
(arc tanの2つの解はMx、Myの符号より正しい解を判別する)
θ=伏角+90°
φ=α±arc cos{cos(θ)/sin(β)}
G=[0,cos(φ),sin(φ)]
m=M/|M|により単位ベクトルに直して、
m=[cos(β),sin(β)cos(α),sin(β)sin(α)]により角度α、βを求める。
sin(β)[cos(φ)cos(α)+sin(φ)sin(α)]
=sin(β)cos(φ−α)=cos(θ)
により、傾斜角を求める。
1)傾斜角度が標準傾斜角度±45°の範囲にある解を選ぶ。
2)前回選択したものと同じ解を選ぶ、しかし、傾斜角度補正前の時間に対する検出地磁気ベクトル成分の変分量の差ΔHx−ΔHzの正負の符号が一定の場合、傾斜補正後の方位角度の時間微分に対して前回と極性反転になった場合、もうひとつの解に切り替える。
2 地磁気センサチップ
3 巻線ボビン
10 基板
11 ディスプレイ
12 3軸磁気センサ
13 信号処理回路
14 傾斜角計算回路
20 誘電体基板
21 磁性体
22 電極
23 半田
24 基板電極
31 発振回路
32 信号検出回路
33 増幅回路
Claims (9)
- 3軸の磁気センサにより傾斜角度を補正する機能を持つ地磁気方位センサにおいて、3軸の地磁気ベクトルと地磁気伏角情報のみで1軸の傾斜補正を行うことを特徴とする地磁気方位センサ。
- 請求項1記載の地磁気方位センサにおいて、地磁気方位センサの水平面内傾斜角度軸をX軸、同平面内でX軸と直交する軸をY軸、地磁気方位センサ垂直軸をZ軸とした場合、傾斜角度Φとして持ちうるX軸と直交する地面鉛直ベクトル候補は、地磁気ベクトルとのなす角αが、α=90°+Φとなるものを選び、決定した地面鉛直ベクトルがZ軸と重なるように3軸地磁気ベクトルのY軸、Z軸成分をX軸を中心に傾斜角度分だけ座標回転変換し、変換後地磁気ベクトルのX成分をHx、Y成分をHyとした場合、傾斜角度補正後のX軸方向を基準とした方位角度θを、
θ=tan-1(Hy/Hx)
として検出することを特徴とする地磁気方位センサ。 - 請求項2記載の地磁気方位センサにおいて、地面鉛直ベクトルとして、α=90°+Φの式を満たすものが2個あった場合、
1)傾斜角度が標準傾斜角度±45°の範囲にあること、
2)前回選択したものと同じ候補を選び、傾斜角度補正前の時間に対する検出地磁気ベクトル成分の変分量の差ΔHx−ΔHzの正負の符号が一定の場合、傾斜補正後の方位角度の時間微分が前回から反転になった場合、もうひとつの候補に切り替える、
上記の優先順位で決定することを特徴とする地磁気方位センサ。 - 請求項3記載の地磁気方位センサにおいて、傾斜角度が極となった場合、2つの傾斜角度でのHyの2つの候補が異なっている場合、地磁気伏角設定値を減少させ、2つの候補が共に0の場合は地磁気伏角設定値を増加させることを特徴とする地磁気方位センサ。
- 請求項1から4のいずれかに記載の地磁気方位センサは、取り付け基板面に対して約35度の成す角を持つ磁気センサを互いにほぼ正三角形となるように配置した磁気センサであることを特徴とする地磁気方位センサ。
- 請求項1から5のいずれかに記載の地磁気方位センサは、長手方向に垂直に磁化容易軸がある細長い磁性体に1MHz以上の高周波電流を通電し外部磁場に対して細長い磁性体のインピーダンスが変化することを利用した磁気インピーダンスセンサであることを特徴とする地磁気方位センサ。
- 3軸の磁気センサにより傾斜角度を補正する地磁気方位センサの演算を行い、前記3軸の磁気センサと地磁気伏角情報のみで1軸の傾斜補正を行う地磁気方位センサの使用方法であって、前記地磁気方位センサの水平面内傾斜角度軸をX軸、同平面内でX軸と直交する軸をY軸、地磁気方位センサ垂直軸をZ軸とした場合、傾斜角度Φとして持ちうるX軸と直交する地面鉛直ベクトル候補は、地磁気ベクトルとのなす角αが、α=90°+Φとなるものを選び、決定した地面鉛直ベクトルがZ軸と重なるように3軸地磁気ベクトルのY軸、Z軸成分をX軸を中心に傾斜角度分だけ座標回転変換し、変換後、地磁気ベクトルのX成分をHx、Y成分をHyとした場合、傾斜角度補正後のX軸方向を基準とした方位角度θを、
θ=tan-1(Hy/Hx)
として検出することを特徴とする地磁気方位センサの使用方法。 - 請求項7記載の地磁気方位センサの使用方法において、地面鉛直ベクトルとして、α=90°+Φを満たすものが2個あった場合、
1)傾斜角度が標準傾斜角度±45°の範囲にあること、
2)前回選択したものと同じ候補を選び、傾斜角度補正前の時間に対する検出地磁気ベクトル成分の変分量の差ΔHx−ΔHzの正負の符号が一定の場合、傾斜補正後の方位角度の時間微分が前回から反転になった場合、もうひとつの候補に切り替えることを特徴とする地磁気方位センサの使用方法。 - 請求項8記載の地磁気方位センサの使用方法において、傾斜角度が極となった場合、2つの傾斜角度でのHyの2つの候補が異なっている場合、地磁気伏角設定値を減少させ、2つの候補が共に0の場合は地磁気伏角設定値を増加させることを特徴とする地磁気方位センサの使用方法。
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