JP2014109499A - 曳航式電界検出装置、電界検出方法、及びプログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】移動体によって曳航され、海中の電界を検出する、曳航式電界検出装置1であって、海中の電界を、曳航方向である第1方向と第1方向と直交する第2方向の各成分で検出する2軸電界検出センサ10と、海中の磁界を、第1及び第2方向と直交する第3方向の成分で検出する磁界検出センサ2と、当該曳航式電界検出装置1の第1方向の速度を検出する潮流計3と、第1方向の速度及び第3方向の磁界の値に基づいて、当該曳航式電界検出装置1の移動により発生した電界ノイズを検出する電界ノイズ検出手段4と、電界ノイズの値に基づき、検出された海中の電界のうち、第2方向の成分の値を補正する電界補正手段5と、を備えたことを特徴とする。
【選択図】図6
Description
図1は、実施の形態1に係る曳航式電界検出装置1を曳航する様子を示す図である。
図2は、実施の形態1に係る曳航式電界検出装置1の構成を示す図である。
図1及び図2に示すように、曳航式電界検出装置1は、海面を航行する船舶20(曳航船)と曳航ケーブル21により接続され、船舶20によって曳航されて海中の電界を検出するものである。なお、ここでは船舶20によって曳航式電界検出装置1が曳航される場合を説明するが、本発明はこれに限らず、海面又は海中を航行する任意の移動体によって曳航されるものであればよい。また、例えばヘリコプターなど空中を航行する移動体によって曳航式電界検出装置1を曳航しても良い。
2軸電界検出センサ10は、海水と接する電極12−1、12−2、13−1、13−2を有している。
図3に示すように、2軸電界検出センサ10は、電極12−1及び12−2の2点間の電位差と、その電極間の距離とから、電極12−1及び12−2の軸方向(2つの電極を結ぶ方向)の電界を検出する。即ち、電極12−1における電位をφx1、電極12−2における電位をφx2とし、電極間の距離をdxとすると、曳航方向における海中の電界Exは、Ex=(φx1−φx2)/dx、となる。
また、2軸電界検出センサ10は、電極13−1及び13−2の2点間の電位差と、その電極間の距離とから、電極13−1及び13−2の軸方向(2つの電極を結ぶ方向)の電界を検出する。即ち、電極13−1における電位をφz1、電極13−2における電位をφz2とし、電極間の距離をdzとすると、鉛直方向における海中の電界Ezは、Ez=(φz1−φz2)/dz、となる。
曳航式電界検出装置1が曳航されると、導電性媒質である海水中を2軸電界検出センサ10が移動する。このような移動は、地磁気及び船舶から発生する磁界を横切ることとなり、電磁誘導によって誘導起電力が生じる。この誘導起電力は、2軸電界検出センサ10によって検出する電界に対するノイズ(電界ノイズE’)となり得る。例えば図4に示すように、電界信号発生源となる船舶20からの電界を検出する場合、この船舶20から生じる船舶磁界と地磁気とが合成された磁界を横切ることとなる。
図5において、地磁気及び船舶磁界の合成磁界信号H(Hx,Hy,Hz)を、2軸電界検出センサ10が曳航速度Vx(x軸方向)で横切る場合の電界ノイズを考える。
上記式(1)より、合成磁界信号Hに起因する電界ノイズE’の各軸成分(ex,ey,ez)は、以下となる。
ex=0
ey=Vx・Hz
ez=Vx・Hy
一方、検出された電界Ezには、電界ノイズE’のz軸成分(ez=Vx・Hy)が重畳することとなる。
以下、このような電界ノイズE’の影響を低減する曳航式電界検出装置1の構成について、説明する。
図6に示すように、実施の形態1に係る曳航式電界検出装置1は、2軸電界検出センサ10と、磁界検出センサ2と、潮流計3と、電界ノイズ検出手段4と、電界補正手段5とを備えている。なお、潮流計3は、本発明における「速度検出手段」に相当する。
磁界検出センサ2は、海中の磁界を、前記2軸電界検出センサ10の各軸と直交する方向(y軸)の成分で検出する。
潮流計3は、当該曳航式電界検出装置1の曳航方向の速度(曳航速度Vx)を検出する。なお、曳航式電界検出装置1の動揺を検出するジャイロセンサをさらに備え、このジャイロセンサにより検出された3軸方向の揺動角度によって、潮流計3の検出値を補正することで、曳航方向の速度(曳航速度Vx)がより正確に算出することができる。
電界補正手段5は、電界ノイズ検出手段4によって検出された電界ノイズの値に基づき、2軸電界検出センサ10により検出された海中の電界(Ex,Ez)のうち、曳航方向と直交する方向(z軸)の成分の値(Ez)を補正する。即ち、電界補正手段5は、検出された電界Ezから電界ノイズのz軸成分(ez)を減算して出力する。なお、2軸電界検出センサ10により検出された曳航方向の電界Exは、補正すること無く出力される。
また、2軸電界検出センサ10のうち1つの軸の方向は、曳航式電界検出装置1の曳航方向と平行となるように配置されているので、2軸電界検出センサ10により検出する電界Exに重畳する電界ノイズの影響を低減することができる。よって、海中の電界を精度良く検出することができる曳航式電界検出装置1を得ることができる。
本実施の形態2では、海水中の船舶等の移動体(曳航船以外の船舶を除く)から発生する電界信号3軸成分を検出する形態について説明する。
図7に示すように、実施の形態2に係る曳航式電界検出装置1は、2軸磁界検出センサ6と、3軸電界検出センサ14と、潮流計3と、電界ノイズ検出手段4と、電界補正手段5とを備えている。
2軸磁界検出センサ6は、海中の磁界を、曳航方向と直交する鉛直方向(z軸)と、曳航方向と直交する水平方向(y軸)との各成分で検出する。なお、2軸磁界検出センサ6を3軸磁界検出センサにより構成し、3軸の検出成分のうちの2軸成分のみを用いても良い。
潮流計3は、当該曳航式電界検出装置1の曳航方向の速度(曳航速度Vx)を検出する。なお、曳航式電界検出装置1の動揺を検出するジャイロセンサをさらに備え、このジャイロセンサにより検出された3軸方向の揺動角度によって、潮流計3の検出値を補正することで、曳航方向の速度(曳航速度Vx)がより正確に算出することができる。
また、3軸電界検出センサ14のうち1つの軸の方向は、曳航式電界検出装置1の曳航方向と平行となるように配置されているので、3軸電界検出センサ14により検出する電界Exに重畳する電界ノイズの影響を低減することができる。よって、海中の電界を精度良く検出することができる曳航式電界検出装置1を得ることができる。
本実施の形態3では、潮流の影響を考慮して、更に、海中の電界を精度良く検出することができる曳航式電界検出装置1について説明する。
なお、本実施の形態3においては、上記実施の形態1で説明した2軸電界検出センサ10によって、x軸及びz軸方向の電界を検出する場合を例に説明する。
船舶20によって曳航される曳航式電界検出装置1は、潮流によって、曳航方向以外の方向に移動する場合がある。この移動によっても、2軸電界検出センサ10は、地磁気及び船舶から発生する磁界を横切ることとなり、電磁誘導によって誘導起電力が生じる。
図8に示す例では、曳航式電界検出装置1が船舶20によってx軸方向に曳航されつつ、潮流によってy軸方向にも移動している場合を示している。
このように、2軸電界検出センサ10が潮流速度Vy(y軸方向)で横切る場合の電界ノイズE’の各軸成分(ex,ey,ez)は、上記式(1)より、以下となる。
ex=Vy・Hz
ey=Vx・Hz
ez=Vx・Hy−Vy・Hx
また、検出された電界Ezには、曳航による移動に起因する誘導起電力と、潮流による移動に起因する誘導起電力とが合成された、電界ノイズE’のz軸成分(ez=Vx・Hy−Vy・Hx)が重畳することとなる。
以下、このような電界ノイズE’の影響を低減する曳航式電界検出装置1の構成について、説明する。
図9に示すように、実施の形態3に係る曳航式電界検出装置1は、2軸電界検出センサ10と、3軸磁界検出センサ7と、2軸潮流計8と、電界ノイズ検出手段4と、電界補正手段5とを備えている。なお、2軸潮流計8は、本発明における「速度検出手段」及び「潮流検出手段」に相当する。
3軸磁界検出センサ7は、海中の磁界を、曳航方向と直交する鉛直方向(z軸)と、曳航方向と直交する水平方向(y軸)及び鉛直方向(z軸)との各成分で検出する。
2軸潮流計8は、当該曳航式電界検出装置1の曳航方向の速度(曳航速度Vx)と、曳航方向と直交する水平方向の海水の速度(潮流速度Vy)とを検出する。
例えば図10に示すように、電界ノイズ検出手段4は、2軸潮流計8によって検出された曳航速度Vx及び潮流速度Vy、並びに、3軸磁界検出センサ7によって検出された磁界の値(Hx,Hy,Hz)に基づいて、上記式(1)より、合成磁界信号Hに起因する電界ノイズE’の各成分(ex=Vy・Hz,ey=Vx・Hz,ez=Vx・Hy−Vy・Hx)を算出する。そして、電界補正手段5は、電界ノイズ検出手段4によって検出された電界ノイズの値に基づき、3軸電界検出センサ14により検出された海中の電界(Ex,Ey,Ez)の各成分の値を補正する。このような構成によって、潮流により曳航方向以外に移動する場合であっても、電界ノイズの影響を低減することができる。よって、海中の電界を精度良く検出することができる曳航式電界検出装置1を得ることができる。
Claims (9)
- 移動体によって曳航され、海中の電界を検出する、曳航式電界検出装置であって、
海中の電界を、当該曳航式電界検出装置の曳航方向である第1方向と、該第1方向と直交する第2方向の各成分で検出する2軸電界検出手段と、
海中の磁界を、前記第1及び第2方向と直交する第3方向の成分で検出する磁界検出手段と、
当該曳航式電界検出装置の前記第1方向の速度を検出する速度検出手段と、
検出された前記第1方向の速度及び前記第3方向の磁界の値に基づいて、当該曳航式電界検出装置の移動により発生した電界ノイズを検出する電界ノイズ検出手段と、
前記電界ノイズの値に基づき、前記2軸電界検出手段により検出された前記海中の電界のうち、前記第2方向の成分の値を補正する電界補正手段と、
を備えた
ことを特徴とする曳航式電界検出装置。 - 前記第2の方向は、前記第1方向と直交する鉛直方向である
ことを特徴とする請求項1に記載の曳航式電界検出装置。 - 移動体によって曳航され、海中の電界を検出する、曳航式電界検出装置であって、
海中の電界を、当該曳航式電界検出装置の曳航方向である第1方向と、該第1方向と直交する鉛直方向である第2方向と、前記第1方向と直交する水平方向である第3方向との各成分で検出する3軸電界検出手段と、
海中の磁界を、前記第2方向及び前記第3方向の各成分で検出する磁界検出手段と、
当該曳航式電界検出装置の前記第1方向の速度を検出する速度検出手段と、
検出された前記第1方向の速度、前記第2方向の磁界、及び前記第3方向の磁界の値に基づいて、当該曳航式電界検出装置の移動により発生した電界ノイズを検出する電界ノイズ検出手段と、
前記電界ノイズの値に基づき、前記2軸電界検出手段により検出された前記海中の電界のうち、前記第2方向の成分の値及び前記第3方向の成分の値を補正する電界補正手段と、
を備えた
ことを特徴とする曳航式電界検出装置。 - 前記第3方向の海水の速度を検出する潮流検出手段を備え、
前記磁界検出手段は、海中の磁界を前記第2方向の成分で検出し、
前記電界ノイズ検出手段は、検出された前記第3方向の海水の速度及び前記第2方向の磁界の値に基づいて、当該曳航式電界検出装置の移動により発生した電界ノイズを検出し、
前記電界補正手段は、前記電界ノイズの値に基づき、検出された前記海中の電界のうち、前記第1方向の成分の値を補正する
ことを特徴とする請求項2又は3に記載の曳航式電界検出装置。 - 移動体によって曳航される電界検出手段により、海中の電界を検出する電界検出方法であって、
海中の電界を、前記電界検出手段の曳航方向である第1方向と、該第1方向と直交する第2方向の各成分で検出する2軸電界検出ステップと、
海中の磁界を、前記第1及び第2方向と直交する第3方向の成分で検出する磁界検出ステップと、
前記電界検出手段の前記第1方向の速度を検出する速度検出ステップと、
検出された前記第1方向の速度及び前記第3方向の磁界の値に基づいて、前記電界検出手段の移動により発生した電界ノイズを検出する電界ノイズ検出ステップと、
前記電界ノイズの値に基づき、前記2軸電界検出ステップにより検出された前記海中の電界のうち、前記第2方向の成分の値を補正する電界補正ステップと、
を有する
ことを特徴とする電界検出方法。 - 前記第2の方向は、前記第1方向と直交する鉛直方向である
ことを特徴とする請求項5に記載の電界検出方法。 - 移動体によって曳航される電界検出手段により、海中の電界を検出する電界検出方法であって、
海中の電界を、前記電界検出手段の曳航方向である第1方向と、該第1方向と直交する鉛直方向である第2方向と、前記第1方向と直交する水平方向である第3方向との各成分で検出する3軸電界検出ステップと、
海中の磁界を、前記第2方向及び前記第3方向の各成分で検出する磁界検出ステップと、
前記電界検出手段の前記第1方向の速度を検出する速度検出ステップと、
検出された前記第1方向の速度、前記第2方向の磁界、及び前記第3方向の磁界の値に基づいて、前記電界検出手段の移動により発生した電界ノイズを検出する電界ノイズ検出ステップと、
前記電界ノイズの値に基づき、前記3軸電界検出ステップにより検出された前記海中の電界のうち、前記第2方向の成分の値及び前記第3方向の成分の値を補正する電界補正ステップと、
を備えた
ことを特徴とする電界検出方法。 - 前記第3方向の海水の速度を検出する潮流検出ステップを有し、
前記磁界検出ステップは、海中の磁界を前記第2方向の成分で検出し、
前記電界ノイズ検出ステップは、検出された前記第3方向の海水の速度及び前記第2方向の磁界の値に基づいて、前記電界検出手段の移動により発生した電界ノイズを検出し、
前記電界補正ステップは、前記電界ノイズの値に基づき、検出された前記海中の電界のうち、前記第1方向の成分の値を補正する
ことを特徴とする請求項6又は7に記載の電界検出方法。 - 請求項5〜8の何れか一項に記載の電界検出方法をコンピュータに実行させる
ことを特徴とするプログラム。
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