JP2008180673A - Azimuth sensor and electronic device - Google Patents

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JP2008180673A JP2007016050A JP2007016050A JP2008180673A JP 2008180673 A JP2008180673 A JP 2008180673A JP 2007016050 A JP2007016050 A JP 2007016050A JP 2007016050 A JP2007016050 A JP 2007016050A JP 2008180673 A JP2008180673 A JP 2008180673A
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Toshinari Oyama
俊成 大山
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve a problem wherein the magnetometric sensor output trajectory is not a circle near a movable magnetic substance, so that offset of a magnetometric sensor cannot be determined and accurate azimuth cannot be calculated. <P>SOLUTION: A constitution is employed that comprises the magnetometric sensor 1 for detecting terrestrial magnetism of two or more axes and outputting a magnetometric sensor output, the movable magnetic substance 2 for making a magnetic flux generation source movable, a controlling means 3 for driving the movable magnetic substance and outputting attitude information on the movable magnetic substance, a memory 4 for previously storing the variation amount of the output of the magnetometric sensor varying dependently on the attitude of the movable magnetic substance, a correcting means 5 for correcting the magnetometric sensor output based on the attitude information and the variation amount of the output of the magnetometric sensor and outputting the magnetometric sensor output after the correction, an offset calculating means 6 for calculating the offset from the magnetometric sensor after the correction, and an azimuth calculating means 7 for calculating the azimuth based on the offset. Thus, the offset can be determined, and therefore the azimuth can be calculated. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、地磁気を検出し方位を算出する方位センサおよびそれを備えた電子機器に関するものである。   The present invention relates to an azimuth sensor that detects geomagnetism and calculates an azimuth and an electronic apparatus including the azimuth sensor.

近年、自動車の走行ナビゲーションシステムや、携帯電話を用いた歩行者用ナビゲーションシステムの実用化が急速化している。このようなシステムでは、地磁気を検出し方位を求める方位センサの搭載が必須である。進行方向を検出する方位センサの誤差が直接ナビゲーションシステムの性能にかかわってくるので、磁気センサを方位センサとして使用したシステムでは磁気センサに高い精度が要求される。   In recent years, the practical use of travel navigation systems for automobiles and navigation systems for pedestrians using mobile phones has been accelerated. In such a system, it is essential to mount an orientation sensor that detects geomagnetism and determines the orientation. Since the error of the direction sensor that detects the direction of travel directly affects the performance of the navigation system, a high accuracy is required for the magnetic sensor in a system that uses the magnetic sensor as the direction sensor.

一般にナビゲーションシステム等の機器には金属の部品が搭載されるが、これらの部品は強い磁界の中を通過するなどの影響により、それ自体が磁気を帯びることがある。この様な状態を着磁と呼ぶ。   In general, metal parts are mounted on a device such as a navigation system, but these parts may be magnetized by themselves due to the influence of passing through a strong magnetic field. Such a state is called magnetization.

磁気センサが地磁気を検出するときの出力電圧は、着磁が全く無い場合は、基準電圧を中心とした出力電圧が得られる。ところが、機器内に着磁した部品が存在すると、磁気センサの出力は、基準電圧にオフセットが加わった電圧を中心とした出力となってしまう。このようなオフセットを含んだ出力から方位を算出すると実際の方位とは一致しなくなる。   When the magnetic sensor detects geomagnetism, an output voltage centered on the reference voltage is obtained when there is no magnetization. However, if there are magnetized parts in the device, the output of the magnetic sensor is an output centered on a voltage obtained by adding an offset to the reference voltage. If the azimuth is calculated from the output including such an offset, it does not coincide with the actual azimuth.

この方位誤差を補正するため、磁気センサを搭載している機器では機器全体を1回転させ、磁気センサの出力電圧の最大値と最小値の平均を算出して新たな基準電圧(補正値)とする方法を取ることがある。   In order to correct this azimuth error, in the device equipped with the magnetic sensor, the entire device is rotated once, the average of the maximum value and the minimum value of the output voltage of the magnetic sensor is calculated, and a new reference voltage (correction value) May take a way to.

しかし、着磁の状況が変化するたびに機器を回転させ補正する手段は、ユーザにとって非常に煩わしいという問題があるため、機器を回転させずとも磁気センサの複数回の出力値よりオフセットを演算により求める方法が提案された(例えば、特許文献1参照。)。   However, there is a problem that the means for rotating and correcting the device each time the magnetization state changes is very troublesome for the user, so the offset can be calculated from the output value of the magnetic sensor multiple times without rotating the device. A method of obtaining was proposed (see, for example, Patent Document 1).

この特許文献1に記載の方法は、周辺の部品の着磁に応じたオフセットを演算にて取得し、そのオフセットを使って方位を補正する方法である。具体的には、着磁後であっても、その後着磁状態が変化しない間にサンプリングされた複数の測定点から、適切なオフセットを算出し、このオフセットを使用して正しい方位を得ようとするものである。   The method described in Patent Document 1 is a method of obtaining an offset according to the magnetization of peripheral components by calculation and correcting the azimuth using the offset. Specifically, even after magnetization, an appropriate offset is calculated from a plurality of measurement points sampled while the magnetization state does not change, and an attempt is made to obtain a correct orientation using this offset. To do.

この方法について、更に詳細に図面を用いて説明を行う。図6は、方位センサを含む機器を水平状態下で一周回させたときのX軸、Y軸磁気センサのそれぞれの出力の関係を示したものである。本図に示す横軸VxがX軸の磁気センサ出力であり、縦軸VyがY軸の磁気センサ出力である。これらX軸、Y軸磁気センサを備えた機器を一周回させたとき、これら磁気センサ出力は円形状の軌跡をとる。   This method will be described in more detail with reference to the drawings. FIG. 6 shows the relationship between the outputs of the X-axis and Y-axis magnetic sensors when a device including the azimuth sensor is rotated once in a horizontal state. The horizontal axis Vx shown in this figure is the X-axis magnetic sensor output, and the vertical axis Vy is the Y-axis magnetic sensor output. When a device equipped with these X-axis and Y-axis magnetic sensors is rotated once, these magnetic sensor outputs take a circular locus.

図6において、実線で示した円は着磁が全く無い場合の磁気センサ出力の軌跡であり、円の中心値は座標原点Oに一致する。   In FIG. 6, the circle indicated by the solid line is the locus of the magnetic sensor output when there is no magnetization, and the center value of the circle coincides with the coordinate origin O.

図6において、点線で示した円は着磁が発生した場合の磁気センサ出力の軌跡であり、円の中心値は座標原点からO’に移動する。   In FIG. 6, a circle indicated by a dotted line is a locus of the magnetic sensor output when magnetization is generated, and the center value of the circle moves from the coordinate origin to O ′.

従来の方位センサは磁気センサ出力軌跡の円の中心値であるオフセットO’を以下のよ
うな方法で算出する。
The conventional azimuth sensor calculates the offset O ′, which is the center value of the circle of the magnetic sensor output locus, by the following method.

計測し取得した磁気センサの出力値を(xn、yn)とし(n=1,2,・・・)、
オフセットO’を(xo,yo)とすると、次の式が成り立つ。
(xn−xo)+(yn−yo)=R ・・・(1)
ただし、Rは円の半径。
The output value of the magnetic sensor measured and acquired is (xn, yn) (n = 1, 2,...)
When the offset O ′ is (xo, yo), the following equation is established.
(Xn−xo) 2 + (yn−yo) 2 = R 2 (1)
Where R is the radius of the circle.

ここで未知数はxo、yo、Rの3つなので、最低3つの連立方程式があれば、xo、yoを求めることができる。つまり3回以上の計測を行うことにより、xo、yoを求めることができる。具体的には、
(x1−xo)+(y1−yo)=R
(x2−xo)+(y2−yo)=R
(x3−xo)+(y3−yo)=R ・・・(2)
の連立方程式が得られ、上記式(2)を展開して、
xo={−(y3−y2)(y2−y1)(y1−y3)+x1(y3−y2)+x2(y1−y3)+x3(y2−y1)}/{2(x1(y3−y2)+x2(y1−y3)+x3(y2−y1))} ・・・(3)
yo={−(x3−x2)(x2−x1)(x1−x3)+y1(x3−x2)+y2(x1−x3)+y3(x2−x1)}/{2(y1(x3−x2)+y2(x1−x3)+y3(x2−x1))} ・・・(4)
を得て、式(3)、式(4)を用いて目的のオフセット(xo,yo)を得ることが出来る。
Since there are three unknowns, xo, yo, and R, xo and yo can be obtained if there are at least three simultaneous equations. That is, xo and yo can be obtained by performing measurement three times or more. In particular,
(X1−xo) 2 + (y1−yo) 2 = R 2
(X2−xo) 2 + (y2−yo) 2 = R 2
(X3−xo) 2 + (y3−yo) 2 = R 2 (2)
The following simultaneous equations are obtained, and the above equation (2) is expanded,
xo = {-(y3-y2) (y2-y1) (y1-y3) + x1 2 (y3-y2) + x2 2 (y1-y3) + x3 2 (y2-y1)} / {2 (x1 ( y3-y2) + x2 (y1-y3) + x3 (y2-y1))} (3)
yo = {-(x3-x2) (x2-x1) (x1-x3) + y1 2 (x3-x2) + y2 2 (x1-x3) + y3 2 (x2-x1)} / {2 (y1 ( x3-x2) + y2 (x1-x3) + y3 (x2-x1))} (4)
And the target offset (xo, yo) can be obtained using the equations (3) and (4).

このようにして得たオフセット(xo、yo)を基に、磁気センサ出力(xn、yn)から下記のように方位を求めることで正しい方位θを算出することができる。
θ=arctan{(yn−yo)/(xn−xo)} ・・・(5)
Based on the offset (xo, yo) obtained in this way, the correct orientation θ can be calculated by obtaining the orientation from the magnetic sensor output (xn, yn) as follows.
θ = arctan {(yn−yo) / (xn−xo)} (5)

特開昭56−6169号公報(第2頁、図2)Japanese Patent Laid-Open No. 56-6169 (2nd page, FIG. 2)

しかしながら、特許文献1に示した従来の方位センサは、モータなどの可動磁性体が近接している場合には、可動磁性体が刻々と磁場が変動させてしまうため磁気センサの出力軌跡が円を描かず、その結果、オフセットを算出することが不可能となり、方位を算出することも不可能となってしまうという欠点あった。   However, in the conventional azimuth sensor shown in Patent Document 1, when a movable magnetic body such as a motor is close, the magnetic field of the movable magnetic body fluctuates every moment. As a result, it is impossible to calculate the offset and to calculate the azimuth.

特にアナログ腕時計の場合、可動磁性体である指針を駆動するステップモータが必要であり、かつ機器自体が極めて小さいため、磁気センサをステップモータの極めて近傍に配置しなければならず、従来からアナログ腕時計へ磁気センサを搭載することは不可能とされてきた。   In particular, in the case of an analog wristwatch, a step motor for driving a pointer that is a movable magnetic body is necessary, and the device itself is extremely small. Therefore, a magnetic sensor must be disposed very close to the step motor. It has been considered impossible to mount a magnetic sensor.

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決しようとするもので、可動磁性体が近接している場合でも、正しいオフセットを算出し、方位を得ることができる方位センサおよび電子機器を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-described problems, and to provide an orientation sensor and an electronic device that can calculate a correct offset and obtain an orientation even when a movable magnetic body is in proximity. It is in.

上記目的を達成するため、本発明の方位センサおよびそれを備えた電子機器は、基本的に下記に示す構造を採用するものである。   In order to achieve the above object, the azimuth sensor of the present invention and the electronic apparatus including the azimuth sensor basically adopt the following structure.

本発明の方位センサは、地磁気を検出し方位を算出する方位センサであって、2軸以上
の地磁気を検出して磁気センサ出力を出力する磁気センサと、磁束発生源を移動可能とした可動磁性体と、当該可動磁性体を駆動すると共に可動磁性体の姿勢情報を出力する制御手段と、可動磁性体の姿勢により変化する磁気センサ出力の変化量を予め記憶するメモリと、制御手段が出力する姿勢情報と、メモリに予め記憶されている磁気センサ出力の変化量とに基づき、磁気センサ出力を補正して補正後の磁気センサ出力を出力する補正手段と、補正後の磁気センサ出力の中心値であるオフセットを算出して出力するオフセット算出手段と、当該オフセット算出手段が出力したオフセットに基づき方位を算出して出力する方位算出手段とを備えたことを特徴とするものである。
The azimuth sensor of the present invention is a azimuth sensor that detects geomagnetism and calculates azimuth, a magnetic sensor that detects geomagnetism of two or more axes and outputs a magnetic sensor output, and a movable magnetic that can move a magnetic flux generation source. Body, a control means for driving the movable magnetic body and outputting posture information of the movable magnetic body, a memory for storing in advance a change amount of the magnetic sensor output that changes depending on the posture of the movable magnetic body, and the control means Correction means for correcting the magnetic sensor output based on the posture information and the change amount of the magnetic sensor output stored in advance in the memory and outputting the corrected magnetic sensor output, and the center value of the corrected magnetic sensor output Offset calculating means for calculating and outputting an offset, and azimuth calculating means for calculating and outputting an orientation based on the offset output by the offset calculating means. It is an butterfly.

また、本発明の方位センサは、前述した可動磁性体が、高透磁率の材料で形成された磁芯と、当該磁芯に巻回した導線と、磁芯に磁気的に接続されたステータと、当該ステータのほぼ中央に回転可能に配設されたロータ磁石とを有することを特徴とするものである。   The azimuth sensor of the present invention includes a magnetic core in which the above-described movable magnetic body is formed of a material having a high magnetic permeability, a conductive wire wound around the magnetic core, a stator magnetically connected to the magnetic core, , And a rotor magnet rotatably disposed in the center of the stator.

本発明の電子機器は、前述した方位センサを有し、方位算出手段にて出力する方位を表示する方位表示手段をさらに備えることを特徴とするものである。   An electronic apparatus according to the present invention includes the above-described azimuth sensor, and further includes azimuth display means for displaying the azimuth output by the azimuth calculation means.

本発明の方位センサおよびそれを備えた電子機器は、可動磁性体を駆動すると共に可動磁性体の姿勢情報を出力する制御手段と、姿勢情報に基づき磁気センサ出力を補正する補正手段とを設けたため、常に安定した正しいオフセットを求めることができ、それによって正しい方位を得ることができる。   The azimuth sensor of the present invention and the electronic apparatus including the azimuth sensor include a control unit that drives the movable magnetic body and outputs posture information of the movable magnetic body, and a correction unit that corrects the magnetic sensor output based on the posture information. It is possible to always obtain a stable and correct offset, thereby obtaining a correct orientation.

以下図面により本発明の実施の形態を詳述する。
図1は、本発明の方位センサを示す構成図である。図2は、本発明の方位センサの可動磁性体を示す構成図である。図3は、本発明の方位センサの磁気センサ出力を示す図である。図4は、本発明の方位センサのメモリに記憶される差分のテーブルを示す図である。図5は、本発明の方位センサの動作のフローチャートである。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing an orientation sensor of the present invention. FIG. 2 is a configuration diagram showing a movable magnetic body of the direction sensor of the present invention. FIG. 3 is a diagram showing the magnetic sensor output of the direction sensor of the present invention. FIG. 4 is a diagram showing a difference table stored in the memory of the direction sensor of the present invention. FIG. 5 is a flowchart of the operation of the direction sensor of the present invention.

[構造説明:図1、図2]
まず、本発明の方位センサ100の構成について図1を用いて説明する。
図1に示す様に、本発明の方位センサ100は、2軸以上の地磁気を検出する検出し、現在の磁気センサ出力1aを出力する、磁気抵抗素子(MR素子)や、フラックスゲート型の磁気センサからなる磁気センサ1と、ステップモータのように特定の磁気を帯び、磁束発生源を移動可能とした、例えば、所定の周期で2つ以上の姿勢を取って繰り返し移動する磁束発生源を備えた可動磁性体2とを有して構成される。この可動磁性体2の構成については、後段で詳述する。
[Description of structure: Fig. 1 and Fig. 2]
First, the configuration of the direction sensor 100 of the present invention will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 1, the azimuth sensor 100 of the present invention detects a magnetic field of two or more axes, and outputs a current magnetic sensor output 1a, a magnetoresistive element (MR element), or a fluxgate type magnetism. A magnetic sensor 1 comprising a sensor, and a magnetic flux generation source that has specific magnetism like a step motor and that can move the magnetic flux generation source, such as a magnetic flux generation source that repeatedly moves with two or more postures in a predetermined cycle, for example. The movable magnetic body 2 is configured. The configuration of the movable magnetic body 2 will be described in detail later.

また、方位センサ100は、所定の周期で2つ以上の姿勢を取って、磁束発生源を繰り返し移動する様に可動磁性体2を駆動すると共に、可動磁性体2の姿勢情報3bを出力するマイクロコントローラからなる制御手段3と、可動磁性体2における磁束発生源の各姿勢により変化する磁気センサ出力の変化量を予め記憶するEPROMやフラッシュメモリからなるメモリ4と、制御手段3が出力する姿勢情報3bとメモリ4の情報(差分4a)とに基づき磁気センサ1から出力される、現在の磁気センサ出力1aを補正して補正後の磁気センサ出力5aを出力する補正手段5とを有する。   The azimuth sensor 100 takes two or more postures at a predetermined cycle, drives the movable magnetic body 2 so as to repeatedly move the magnetic flux generation source, and outputs the posture information 3b of the movable magnetic body 2. Control means 3 composed of a controller, memory 4 composed of EPROM or flash memory for storing in advance the amount of change in magnetic sensor output that varies depending on each posture of the magnetic flux generation source in the movable magnetic body 2, and posture information output by the control means 3. 3b and correction means 5 for correcting the current magnetic sensor output 1a output from the magnetic sensor 1 based on the information (difference 4a) in the memory 4 and outputting the corrected magnetic sensor output 5a.

さらに、方位センサ100は、補正後の磁気センサ出力5aの中心値であるオフセット6aを算出して方位算出手段7に出力するオフセット算出手段6と、オフセット算出手段6が出力したオフセット6aに基づき方位θを算出して出力する方位算出手段7とを有して構成される。   Further, the azimuth sensor 100 calculates an offset 6a that is the center value of the corrected magnetic sensor output 5a and outputs the offset 6a to the azimuth calculation means 7. The azimuth sensor 100 is based on the offset 6a output from the offset calculation means 6. and an azimuth calculating means 7 for calculating and outputting θ.

次に、上述した可動磁性体2の構成について図2を用いて説明する。
図2に示す様に、可動磁性体2は、高透磁率の材料で形成された磁芯10と、電流を流し磁場を発生するための磁芯に巻回した導線11と、磁芯に磁気的に接続されたステータ12と、ステータ12のほぼ中央に回転可能に配設されたロータ磁石13とを有して構成される。このロータ磁石13は、上述した磁束発生源に相当するものである。
Next, the configuration of the above-described movable magnetic body 2 will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 2, the movable magnetic body 2 includes a magnetic core 10 made of a material having a high magnetic permeability, a lead wire 11 wound around a magnetic core for generating a magnetic field by passing an electric current, and a magnetic core. Are connected to each other and a rotor magnet 13 rotatably disposed at substantially the center of the stator 12. The rotor magnet 13 corresponds to the magnetic flux generation source described above.

[動作説明:図1、図2、図3、図4]
次に、本発明の方位センサ100における可動磁性体2の動作について図2を用いて説明する。
まず、制御手段3は、可動磁性体2における導線11に、1秒ごとに逆方向の電流を流すことで、磁芯10、ステータ12に1秒ごとに反転磁場を発生させる。
[Description of operation: FIG. 1, FIG. 2, FIG. 3, FIG. 4]
Next, operation | movement of the movable magnetic body 2 in the direction sensor 100 of this invention is demonstrated using FIG.
First, the control means 3 causes a reverse magnetic field to be generated in the magnetic core 10 and the stator 12 every second by passing a current in the reverse direction through the conducting wire 11 in the movable magnetic body 2 every second.

本図に示すロータ磁石13は2極の円柱形をした永久磁石(磁束発生源)であり、前記の1秒ごとの反転磁場に応じて、180度ごと回転する。図示しないが、アナログ腕時計は、このロータ磁石13の回転を輪列歯車によって力を伝達して秒針、分針、時針等からなる指針を駆動し、所定の時刻を表示する。そして、このアナログ式電子時計に上述した方位センサ100を搭載することで、時刻表示と共に、方位表示手段によって方位を表示できる様になっている。なお、この方位表示手段とは、アナログ式電子時計に搭載される液晶パネル等により機器が向いている方位を表示したり、秒針、分針、時針とは異なる指針によって、機器の方位を表示することを意味する。   The rotor magnet 13 shown in the figure is a two-pole cylindrical permanent magnet (magnetic flux generation source), and rotates every 180 degrees in accordance with the reversal magnetic field per second. Although not shown, the analog wristwatch transmits a force by rotating the rotor magnet 13 using a gear wheel and drives a pointer including a second hand, a minute hand, an hour hand, etc., and displays a predetermined time. By mounting the above-mentioned direction sensor 100 on the analog electronic timepiece, the direction can be displayed by the direction display means together with the time display. Note that this direction display means displays the direction in which the device is facing by means of a liquid crystal panel or the like mounted on an analog electronic timepiece, or displays the direction of the device using a pointer that is different from the second, minute, and hour hands. Means.

次に、可動磁性体2の近傍に配置した磁気センサ1の出力について、図3を用いて説明する。図3は、方位センサ100を含む電子機器を水平状態下で一周回させたときのX軸、Y軸磁気センサのそれぞれの磁気センサ出力の関係を示したものである。図3に示す横軸VxがX軸の磁気センサ出力であり、縦軸VyがY軸の磁気センサ出力である。   Next, the output of the magnetic sensor 1 arranged in the vicinity of the movable magnetic body 2 will be described with reference to FIG. FIG. 3 shows a relationship between magnetic sensor outputs of the X-axis and Y-axis magnetic sensors when the electronic device including the azimuth sensor 100 is rotated once in a horizontal state. The horizontal axis Vx shown in FIG. 3 is the X-axis magnetic sensor output, and the vertical axis Vy is the Y-axis magnetic sensor output.

これらX軸、Y軸磁気センサを備えた電子機器を一周回させたとき、これら磁気センサ出力は円形状の軌跡をとる。ただし、前記のようにロータ磁石13は1秒ごとに180度回転する。すなわちロータ磁石13の姿勢が2つ存在し、この影響によって磁気センサ出力は、一方の姿勢の場合は、図3に示すP0点を中心とする円C0上に、他方の姿勢の場合は、P1点を中心とする円C1上に現れる。   When an electronic device provided with these X-axis and Y-axis magnetic sensors is rotated once, these magnetic sensor outputs take a circular trajectory. However, as described above, the rotor magnet 13 rotates 180 degrees every second. That is, there are two postures of the rotor magnet 13, and as a result, the output of the magnetic sensor is on a circle C0 centered on the point P0 shown in FIG. 3 in one posture, and P1 in the other posture. Appears on a circle C1 centered at a point.

ここで重要なのは、電子機器の着磁等によって、円の中心座標P0、P1は移動するが、P0とP1の相対的な差分(Δx1、Δy1)は変化しない。これは、(Δx1、Δy1)がロータ磁石13の磁力にのみ依存した値であるためである。   What is important here is that the center coordinates P0 and P1 of the circle move due to the magnetization of the electronic device, but the relative difference (Δx1, Δy1) between P0 and P1 does not change. This is because (Δx1, Δy1) is a value that depends only on the magnetic force of the rotor magnet 13.

次に、本発明の方位センサ100の動作について図1〜図4を用いて説明する。
図1に示す様に、磁気センサ1は地磁気を検出して、現在の磁気センサ出力1aを出力する。
Next, the operation of the direction sensor 100 of the present invention will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 1, the magnetic sensor 1 detects geomagnetism and outputs the current magnetic sensor output 1a.

また、制御手段3は、導線11(図2参照)に電流を流すなどの方法で制御信号3aを導線11に入力して、可動磁性体2内のロータ磁石13を所定の周期(1秒毎の180度の周期)で回転駆動させる。また、制御手段3は、可動磁性体2の駆動状態(導線11に流す電流の方向)によって現在の可動磁性体2におけるロータ磁石13の姿勢を判別できるので、これを姿勢情報3bとして補正手段5に出力する。   Moreover, the control means 3 inputs the control signal 3a into the conducting wire 11 by a method such as passing a current through the conducting wire 11 (see FIG. 2), and causes the rotor magnet 13 in the movable magnetic body 2 to move at a predetermined cycle (every second). (Rotation of 180 degrees). Moreover, since the control means 3 can discriminate | determine the attitude | position of the rotor magnet 13 in the present movable magnetic body 2 with the drive state (direction of the electric current sent through the conducting wire 11) of the movable magnetic body 2, this is used as attitude | position information 3b, and the correction means 5 Output to.

メモリ4には、予め可動磁性体2の姿勢に応じた磁気センサ出力の差分を記憶しておく。例えば、図3で示したように、ロータ磁石13の姿勢が2つ存在する場合は、一方の姿勢(例えば、出力円がC0上に現れる姿勢)を基準姿勢とし、他方の姿勢(出力円がC1
上に現れる姿勢)の時の出力の差分(Δx1、Δy1)を、図4(a)のようなルックアップテーブルとして記憶しておく。なお、ロータ磁石13の姿勢が2つ以上の場合は、その姿勢の数だけ、あるいはロータ磁石13自体が複数ある場合は、それぞれのロータ磁石13の姿勢の組み合わせの数だけ、図4(b)のようにしてルックアップテーブルを作成して、差分を記憶しておけばよい。
In the memory 4, a difference in magnetic sensor output corresponding to the posture of the movable magnetic body 2 is stored in advance. For example, as shown in FIG. 3, when there are two postures of the rotor magnet 13, one posture (for example, the posture in which the output circle appears on C0) is set as the reference posture, and the other posture (the output circle is C1
The output difference (Δx1, Δy1) at the time of the (appearing posture) is stored as a lookup table as shown in FIG. In addition, when there are two or more postures of the rotor magnet 13, only the number of the postures, or when there are a plurality of rotor magnets 13, the number of combinations of the postures of the respective rotor magnets 13 is as shown in FIG. The lookup table is created as described above and the difference is stored.

補正手段5は、制御手段3が出力する現在の姿勢情報3bを基に、メモリ4に記憶されている、図4(a)に示したルックアップテーブルを参照し、現在の姿勢に対応する差分4aを得て、磁気センサ1の出力である現在の磁気センサ出力1aから、この差分4aを差し引き、現在の磁気センサ出力1aの補正を行い、オフセット算出手段6および方位算出手段7に、補正後の磁気センサ出力5aを出力する。この様に現在の磁気センサ出力1aを補正することで、補正後の磁気センサの出力5aは、基準姿勢の出力円上に現れる。つまり、図3の場合、円C1上の現在の磁気センサ出力1aは補正されることで、すべて基準姿勢の出力円であるC0上に現れる。   The correction unit 5 refers to the lookup table shown in FIG. 4A stored in the memory 4 based on the current posture information 3b output from the control unit 3, and the difference corresponding to the current posture. 4a is obtained, the difference 4a is subtracted from the current magnetic sensor output 1a which is the output of the magnetic sensor 1, the current magnetic sensor output 1a is corrected, and the offset calculating means 6 and the azimuth calculating means 7 The magnetic sensor output 5a is output. By correcting the current magnetic sensor output 1a in this way, the corrected magnetic sensor output 5a appears on the output circle of the reference posture. That is, in the case of FIG. 3, the current magnetic sensor output 1 a on the circle C <b> 1 is corrected, and all appear on C <b> 0 that is the output circle of the reference posture.

オフセット算出手段6は、一般に良く知られた数学的手法、例えば従来技術で示した式(1)から(4)を用いることで、補正後の磁気センサ出力5aの内から任意の円上の点を選択して、円の中心座標であるオフセット6aを算出し、方位算出手段7に出力する。なお、ここで示した任意の円状の点とは、磁気センサ出力の内の異常出力値を除いた点であり、かつできるだけ離れた3点以上の点を選択して、オフセット6aを算出することが望ましい。
なお、上記式(1)〜式(4)を用いた従来技術の手法のみならず、ニュートンラプソン法などの数値計算手法を用いてオフセット6aを求めても構わない。
The offset calculation means 6 uses a generally well-known mathematical method, for example, the equations (1) to (4) shown in the prior art, so that a point on an arbitrary circle is selected from the corrected magnetic sensor output 5a. Is selected, and an offset 6a, which is the center coordinate of the circle, is calculated and output to the azimuth calculating means 7. The arbitrary circular point shown here is a point excluding the abnormal output value of the magnetic sensor output, and three or more points separated as much as possible are selected to calculate the offset 6a. It is desirable.
Note that the offset 6a may be obtained using not only a conventional technique using the above formulas (1) to (4) but also a numerical calculation technique such as the Newton-Raphson method.

また、方位算出手段7は、オフセット算出手段6が算出したオフセット6aと、補正手段5が出力した補正後の磁気センサ出力5aから、方位θを下記の式により算出して出力する。
θ=arctan{(yn−yo)/(xn−xo)} ・・・(6)
ただし、(xo,yo)はオフセット6aを、(xn,yn)は補正後の磁気センサ出力5aを示している。
Further, the azimuth calculating unit 7 calculates the azimuth θ from the offset 6a calculated by the offset calculating unit 6 and the corrected magnetic sensor output 5a output from the correcting unit 5 by the following formula and outputs the calculated value.
θ = arctan {(yn−yo) / (xn−xo)} (6)
However, (xo, yo) indicates the offset 6a, and (xn, yn) indicates the corrected magnetic sensor output 5a.

次に、本発明の方位センサ100の動作フローについて図1、図2、図5を用いて説明する。
まず、制御手段3で可動磁性体2を駆動する(ステップS1)。
Next, an operation flow of the azimuth sensor 100 of the present invention will be described with reference to FIGS.
First, the movable magnetic body 2 is driven by the control means 3 (step S1).

次に、ステップS1で可動磁性体2を駆動した後に、ロータ磁石13の姿勢が安定化するのを待つ(ステップS2)。具体的には、制御信号3aを可動磁性体2に入力してからロータ磁石13が180度回転駆動して一旦静止するのを待つ。これは、ロータ磁石13の姿勢が安定していない内に磁気センサ1からの磁気センサ出力を得てしまい、その出力値を使って次の演算を行うのを避けるためである。   Next, after the movable magnetic body 2 is driven in step S1, it waits for the posture of the rotor magnet 13 to be stabilized (step S2). Specifically, after the control signal 3a is input to the movable magnetic body 2, the rotor magnet 13 is driven to rotate 180 degrees and waits for a moment. This is to avoid obtaining the magnetic sensor output from the magnetic sensor 1 while the posture of the rotor magnet 13 is not stable and performing the next calculation using the output value.

ステップS2でロータ磁石13の姿勢が安定化した後、制御手段3からロータ磁石13の姿勢情報3bを取得し(ステップS3)、さらにこの姿勢情報3bに基づく差分4aをメモリ4から取得する(ステップS4)。   After the posture of the rotor magnet 13 is stabilized in step S2, the posture information 3b of the rotor magnet 13 is obtained from the control means 3 (step S3), and further a difference 4a based on this posture information 3b is obtained from the memory 4 (step S3). S4).

次に、磁気センサ1から現在の磁気センサ出力1aを得て(ステップS5)、この現在の磁気センサ出力1aからステップS4で取得した差分4aを差し引くことで、現在の磁気センサ出力1aを補正して補正後の磁気センサ出力5aを得る(ステップS6)。   Next, the current magnetic sensor output 1a is obtained by obtaining the current magnetic sensor output 1a from the magnetic sensor 1 (step S5), and subtracting the difference 4a obtained in step S4 from the current magnetic sensor output 1a. Thus, the corrected magnetic sensor output 5a is obtained (step S6).

この補正後の磁気センサ出力5aを用いてオフセット6aを算出し(ステップS7)、
最後に、オフセット6aと補正後の磁気センサ出力5aから方位θを算出する(ステップS7)。なお、ステップS3、S4、S5の順序は入れ替わっても良い。
The offset 6a is calculated using the corrected magnetic sensor output 5a (step S7),
Finally, the azimuth θ is calculated from the offset 6a and the corrected magnetic sensor output 5a (step S7). Note that the order of steps S3, S4, and S5 may be changed.

これまでは、説明を簡単にするため、2軸の磁気センサを用いた方位センサ100の構成、演算手法およびそれを備えた電子機器について説明を行ったが、XYZの3軸磁気センサを設け、メモリに3軸分の差分を記憶することで、本発明の方位センサ100の構成を容易に3軸へ拡張できることは明白である。   So far, in order to simplify the explanation, the configuration of the azimuth sensor 100 using the biaxial magnetic sensor, the calculation method, and the electronic apparatus including the azimuth sensor have been described. However, an XYZ triaxial magnetic sensor is provided, It is obvious that the configuration of the azimuth sensor 100 of the present invention can be easily expanded to three axes by storing the difference for three axes in the memory.

また、これまでは、本発明の方位センサ100をアナログ腕時計に搭載した構成例ついて説明を行ったが、本発明はこれに限定するものではなく、例えば、磁束発生源が一定の周期に則って2つ以上の姿勢となり、この2つ以上の姿勢毎に、所定の磁場が発生する電子機器全般に適用することができる。   Further, the configuration example in which the azimuth sensor 100 of the present invention is mounted on an analog wristwatch has been described so far. However, the present invention is not limited to this. For example, the magnetic flux generation source is in accordance with a constant cycle. There are two or more postures, and each of the two or more postures can be applied to all electronic devices that generate a predetermined magnetic field.

また、磁束発生源が非周期的に異なる姿勢を取る場合、例えば、非周期的な情報である温度や気圧を指針で指示するため、ロータ磁石を有しているアナログ腕時計などの場合についても、同様の方法を適用するできる。   In addition, when the magnetic flux generating source takes a different posture aperiodically, for example, in the case of an analog wristwatch having a rotor magnet in order to indicate the temperature and pressure that are aperiodic information with a pointer, A similar method can be applied.

このように、本発明の方位センサ100は、可動磁性体2を駆動すると共に可動磁性体2に含まれる磁束発生源の姿勢情報3bを出力する制御手段3と、この姿勢情報3bに基づき現在の磁気センサ出力1aを補正する補正手段5とを設けたため、正しいオフセット6aを求めることができ、それによって正しい方位θを得ることができる。   As described above, the azimuth sensor 100 of the present invention drives the movable magnetic body 2 and outputs the attitude information 3b of the magnetic flux generation source included in the movable magnetic body 2 and the current information based on the attitude information 3b. Since the correcting means 5 for correcting the magnetic sensor output 1a is provided, the correct offset 6a can be obtained, and thereby the correct azimuth θ can be obtained.

本発明の方位センサ100は、高精度な方位θを求められる機器に適用することができる。特に、小型の携帯型機器に本発明の方位センサ100を搭載するのに好適である。   The azimuth sensor 100 of the present invention can be applied to a device that requires a highly precise azimuth θ. In particular, it is suitable for mounting the orientation sensor 100 of the present invention on a small portable device.

本発明の方位センサを示す構成図である。It is a block diagram which shows the azimuth | direction sensor of this invention. 本発明の方位センサの可動磁性体を示す構成図である。It is a block diagram which shows the movable magnetic body of the direction sensor of this invention. 本発明の方位センサの磁気センサ出力を示す図である。It is a figure which shows the magnetic sensor output of the direction sensor of this invention. 本発明の方位センサのメモリに記憶される差分のテーブルを示す図である。It is a figure which shows the table of the difference memorize | stored in memory of the direction sensor of this invention. 本発明の方位センサの動作のフローチャートである。It is a flowchart of operation | movement of the direction sensor of this invention. 従来の方位センサを示す出力軌跡図である。It is an output locus | trajectory figure which shows the conventional azimuth | direction sensor.

符号の説明Explanation of symbols

1 磁気センサ
1a 現在の磁気センサ出力
2 可動磁性体
3 制御手段
3a 制御信号
3b 姿勢情報
4 メモリ
4a 差分
5 補正手段
5a 補正後の磁気センサ出力
6 オフセット算出手段
6a オフセット
7 方位算出手段
10 磁芯
11 導線
12 ステータ
13 ロータ磁石
100 方位センサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Magnetic sensor 1a Current magnetic sensor output 2 Movable magnetic body 3 Control means 3a Control signal 3b Attitude information 4 Memory 4a Difference 5 Correction means 5a Magnetic sensor output after correction 6 Offset calculation means 6a Offset 7 Direction calculation means 10 Magnetic core 11 Conductor 12 Stator 13 Rotor magnet 100 Direction sensor

Claims (3)

地磁気を検出し方位を算出する方位センサであって、
2軸以上の地磁気を検出して磁気センサ出力を出力する磁気センサと、
磁束発生源を移動可能とした可動磁性体と、
前記可動磁性体を駆動すると共に前記磁束発生源の姿勢情報を出力する制御手段と、
前記磁束発生源の姿勢により変化する磁気センサ出力の変化量を予め記憶するメモリと、
前記制御手段が出力する前記姿勢情報と、前記メモリに予め記憶されている前記磁気センサ出力の変化量とに基づき、前記磁気センサ出力を補正して補正後の磁気センサ出力を出力する補正手段と、
前記補正後の磁気センサ出力の中心値であるオフセットを算出して出力するオフセット算出手段と、
前記オフセット算出手段が出力した前記オフセットに基づき方位を算出して出力する方位算出手段と、
を備えたことを特徴とする方位センサ。
An orientation sensor that detects geomagnetism and calculates an orientation,
A magnetic sensor that detects geomagnetism of two or more axes and outputs a magnetic sensor output;
A movable magnetic body capable of moving the magnetic flux generation source;
Control means for driving the movable magnetic body and outputting posture information of the magnetic flux generation source;
A memory that stores in advance a change amount of the magnetic sensor output that changes depending on the attitude of the magnetic flux generation source;
Correction means for correcting the magnetic sensor output based on the attitude information output by the control means and the change amount of the magnetic sensor output stored in advance in the memory and outputting the corrected magnetic sensor output; ,
Offset calculating means for calculating and outputting an offset that is a center value of the corrected magnetic sensor output;
An azimuth calculating means for calculating and outputting an azimuth based on the offset output by the offset calculating means;
An azimuth sensor comprising:
前記磁束発生源は、ロータ磁石であり、
前記可動磁性体は、
高透磁率の材料で形成された磁芯と、
前記磁芯に巻回した導線と、
前記磁芯に磁気的に接続されたステータと、
前記ステータのほぼ中央に回転可能に配設された前記ロータ磁石と、
を有することを特徴とする請求項1に記載の方位センサ。
The magnetic flux generation source is a rotor magnet,
The movable magnetic body is
A magnetic core made of a material with high magnetic permeability,
A conducting wire wound around the magnetic core;
A stator magnetically connected to the magnetic core;
The rotor magnet rotatably disposed substantially in the center of the stator;
The direction sensor according to claim 1, comprising:
請求項1または2の方位センサを有し、前記方位算出手段にて出力する方位を表示する方位表示手段をさらに備える
ことを特徴とする電子機器。
An electronic device comprising the azimuth sensor according to claim 1 or 2, and further comprising azimuth display means for displaying the azimuth output by the azimuth calculation means.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2013002908A (en) * 2011-06-15 2013-01-07 Yamaha Corp Geomagnetism measuring device, off-set determination method and off-set determination program

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