JP4222520B2 - 勾配型磁力計の調整方法 - Google Patents

Description

この発明は、２つの磁気センサからなる勾配型磁力計の調整方法に関する。

一般に、地磁気等の一様な磁界中にて、金属を探知するのに、２つの磁気センサを用いて、両磁気センサの出力の差動を取り、出力差がない場合は、地磁気のみであるとして、金属無しを検知し、極部的な磁界（磁気勾配）がある場合に、磁気勾配の差を検出して、金属有りの探知を行う金属探知用の勾配型磁力計が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平８−３３４５７０号公報

上記した２つの磁気センサからなる磁気勾配を計測する磁力計では、特性の同一のものを使用する必要がある。しかしながら、現実には、２つの磁気センサには、感度差、検出軸の平行度の差、センサ固有オフセット差があり、この差がエラーの原因となり、磁力計の検出限界を左右する。これら２つの磁気センサ間の特性差を小さくするため、従来は人が電気的、機械的に 値を変化させて試行錯誤的に調整していた。そのため、調整に多大の時間を要するという問題があった。

この発明は上記問題点に着目してなされたものであって、熟練度等に関係なく、誰もが短時間で作業し得る勾配型磁力計の調整方法を提供することを目的としている。

この発明の磁気勾配型磁力計の調整方法は、２つの磁気センサからなる勾配型磁力計における２つの磁気センサ間の感度、検出軸の平行度、及びオフセットを調整する方法であって、２つの磁気センサを揺動し、揺動中に複数のタイミングにおいて、２つの磁気センサの調整用磁気データを採取し、この採取磁気データに最小２乗法を用いて、感度、検出軸平行度、センサ固有オフセットの補正係数を求め、この補正係数をメモリに記憶しておき、以後の実計測にこの補正係数を用いて計測データを得るようにしている。

この磁気勾配型磁力計の調整方法では、２つの磁気センサを揺動させて、２つの磁気センサにつき、複数の磁気データを収集する。得られた収集磁気データに最小２乗法を適用して、補正係数を求めるのみなので、非常に短時間で補正係数、つまり調整結果を得ることができる。

この発明によれば、２つの磁気センサを揺動し、揺動中に複数のタイミングにおいて、２つの磁気センサの調整用磁気データを採取し、この採取磁気データに最小２乗法を用いて、感度、検出軸平行度、センサ固有オフセットの補正係数を求め、この補正係数をメモリに記憶しておき、以後の実計測にこの補正係数を用いて計測データを得るようにしているので、従来は、２つの磁気センサに対し、感度調整、オフセット調整作業が必要であったが、今回の方法では、基準となる第１の磁気センサのみについて実施すれば良い。従来は、軸平行度補正に数時間要していたが、今回の方法では、ｎ回のタイミングで調整用データを採集する期間程度で調整可能となる。調整結果が、作業者によらず、一定値となる。微調整回路あるいは微調整機構がなくても、高精度な補正が可能となる、などの効果がある。

以下、実施の形態により、この発明をさらに詳細に説明する。図１は、この発明が実施される勾配型磁力計の構成を示すブロック図である。この勾配型磁力計は、第１の磁気センサ１と、第２の磁気センサ２と、これら第１と第２の磁気センサ１、２を駆動する駆動回路３と、第１と第２の磁気センサ素子１、２からの検出信号を受け、検波、増幅し、個別の信号と差動信号を出力する受信回路４と、受信回路４からの出力信号をディジタル信号に変換するＡＤ変換器５と、プログラムにしたがい、調整のための処理、計測のための処理を実行するＣＰＵ６と、調整のために収集したデータ、求めた補正係数、係数値等を記憶するメモリ７とを備えている。第１と第２の磁気センサ１、２は、いずれもＸ軸成分、Ｙ軸成分、Ｚ軸成分を検出可能な３軸センサである。

次に、この実施形態勾配型磁力計において、調整処理を図２に示すフロー図を参照して説明する。以下では、第１の磁気センサ１の各Ｘ、Ｙ、Ｚ検出軸に、第２の磁気センサ２の各Ｘ、Ｙ、Ｚ軸が平行となるように調整する。

今、第１の磁気センサ１の測定磁界値をＨ１ｘ、Ｈ１ｙ、Ｈ１ｚとし、第２の磁気センサ２の測定磁界値をＨ２ｘ、Ｈ２ｙ、Ｈ２ｚとする。第２の磁気センサ２の補正後の磁界値Ｈ２ｘ’（Ｘ軸成分）、Ｈ２ｙ’（Ｙ軸成分）、Ｈ２ｚ’（Ｚ軸成分）は、それぞれ次式で表すことができる。

Ｈ２ｘ’＝α１１・Ｈ２ｘ＋α１２・Ｈ２ｙ＋α１３・Ｈ２ｚ＋β１
Ｈ２ｙ’＝α２１・Ｈ２ｘ＋α２２・Ｈ２ｙ＋α２３・Ｈ２ｚ＋β２
Ｈ２ｚ’＝α３１・Ｈ２ｘ＋α３２・Ｈ２ｙ＋α３３・Ｈ２ｚ＋β３
ただし、αｎｍ（ｎ≠ｍ）は検出軸方向不一致の補正係数、
αｎｍ（ｎ＝ｍ）は感度差の補正係数
βｎはオフセットの補正係数

第１の磁気センサ１の各軸と第２の磁気センサ２の補正後の各軸は平行となるので、
Ｈ２ｘ’＝Ｈ１ｘ、Ｈ２ｙ’＝Ｈ１ｙ、Ｈ２ｚ’＝Ｈ１ｚ
でなければならない。

そこで、実施形態勾配型磁力計の第１と第２の磁気センサ１、２を揺動装置（手段）で揺らし、ｎ個の調整用データを採取し、
Σ（Ｈ１ｘｉ−Ｈ２ｘ’ｉ）²
Σ（Ｈ１ｙｉ−Ｈ２ｙ’ｉ）²
Σ（Ｈ１ｚｉ−Ｈ２ｚ’ｉ）²
を最小にするように各補正係数を最小２乗法で算出する。この算出した各補正係数をメモリ７に格納する。実計測時に、この補正係数を用いて両磁気センサ間の差を補正する。

調整処理は、実施形態勾配型磁力計の第１と第２の磁気センサ１、２を揺動装置上で揺らしを開始し、図２のステップＳＴ１において、タイミング変数ｉを１とする。次に、ステップＳＴ２へ移行する。ステップＳＴ２においては、第１の磁気センサ１の計測値Ｈ１ｘ1 、Ｈ１ｙ1 、Ｈ１ｚ1 を取り込む。同様に、ステップＳＴ３において、第２の磁気センサ２の計測値Ｈ２ｘ1 、Ｈ２ｙ1 、Ｈ２ｚ1 を取り込む。次に、ステップＳＴ４へ移行する。ステップＳＴ４においては、タイミング変数ｉがｎか否か判定する。ここで定数ｎは、最小２乗法により、各補正係数を算出するのに十分なデータ数以上に設定している。最初は、ｉ＝１なので、判定ＮＯでステップＳＴ５へ移行する。ステップＳＴ５においては、変数ｉを１インクリメントして、ステップＳＴ２へ戻る。そして今度は、Ｈ１ｘ2 、Ｈ１ｙ2 、Ｈ１ｚ2 とＨ２ｘ2 、Ｈ２ｙ2 、Ｈ２ｚ2 を計測し、取り込む。そして、変数ｉがｎとなるまで、第１と第２の磁気センサ１、２の磁界計測値を取り込み、記憶する。ｉ＝ｎとなると、ステップＳＴ４の判定がＹＥＳとなり、次にステップＳＴ６へ移行する。

ステップＳＴ６においては、先ず、Ｘ軸に関し、採集記憶してある計測データを用いて、次式の演算を行う。
∂／∂α１１｛Σ（Ｈ１ｘｉ−Ｈ２ｘ’ｉ）^２｝
∂／∂α１２｛Σ（Ｈ１ｘｉ−Ｈ２ｘ’ｉ）^２｝
∂／∂α１３｛Σ（Ｈ１ｘｉ−Ｈ２ｘ’ｉ）^２｝
∂／∂β１ ｛Σ（Ｈ１ｘｉ−Ｈ２ｘ’ｉ）^２｝

この演算結果が０であるとする最小２乗法により、それぞれ補正係数α１１、α１２、α１３、β１を求める。これら求めた補正係数をメモリ７に記憶する。

続いて、ステップＳＴ７へ移行する。ここでは、Ｙ軸に関し、採集記憶してある計測データを用いて、次式の演算を行う。
∂／∂α２１｛Σ（Ｈ１ｙｉ−Ｈ２ｙ’ｉ）^２｝
∂／∂α２２｛Σ（Ｈ１ｙｉ−Ｈ２ｙ’ｉ）^２｝
∂／∂α２３｛Σ（Ｈ１ｙｉ−Ｈ２ｙ’ｉ）^２｝
∂／∂β２ ｛Σ（Ｈ１ｙｉ−Ｈ２ｙ’ｉ）^２｝
この演算結果が０であるとする最小２乗法により、それぞれ補正係数α２１、α２２、α２３、β２を求める。これらの補正係数もメモリ７に記憶する。次に、ステップＳＴ８へ移行する。

ステップＳＴ８においては、Ｚ軸に関し、採集記憶してある計測データを用いて、次式の演算を行う。
∂／∂α３１｛Σ（Ｈ１ｚｉ−Ｈ２ｚ’ｉ）^２｝
∂／∂α３２｛Σ（Ｈ１ｚｉ−Ｈ２ｚ’ｉ）^２｝
∂／∂α３３｛Σ（Ｈ１ｚｉ−Ｈ２ｚ’ｉ）^２｝
∂／∂β３ ｛Σ（Ｈ１ｚｉ−Ｈ２ｚ’ｉ）^２｝
やはり、この演算結果が０であるとして、それぞれ補正係数α３１、α３２、α３３、β３を求める。これらの補正係数もメモリ７に記憶する。

以上のようにして、メモリ７に記憶した補正係数は、実計測時に、冒頭に記載した式に代入することにより、第２の磁気センサ２の補正後の磁界値Ｈ２ｘ’、Ｈ２ｙ’、Ｈ２ｚ’を得る。

従来の方法で調整した場合は、約１日かけて調整しても、図３の左部Ａに示す程度の差となるが、本発明の調整方法によると、ｎ回のタイミングで調整用データを採集する期間程度で調整が完了し、図３の右部Ｂに示す差まで調整できる。図３において、正弦波状の波形部分は、地磁気中で磁気センサ部を揺らした期間であり、このピーク値が小さいほど良い。両者を比較すれば、時間効率、調整結果とも、本発明による方法が優れていることは明らかである。

この発明が実施される勾配型磁力計の構成を示すブロック図である。 同勾配型磁力計の補正係数算出の調整処理を説明するフロー図である。 従来例と本発明の調整方法による調整度合を説明する図である。

符号の説明

１ 第１の磁気センサ
２ 第２の磁気センサ
３ 駆動回路
４ 受信回路
５ ＡＤ変換器
６ ＣＰＵ
７ メモリ

Claims (1)

1. ２つの磁気センサからなる勾配型磁力計における２つの磁気センサ間の感度、検出軸の平行度、及びオフセットを調整する方法であって、
   ２つの磁気センサを揺動し、揺動中に複数のタイミングにおいて、２つの磁気センサの調整用磁気データを採取し、この採取磁気データに最小２乗法を用いて、感度、検出軸平行度、センサ固有オフセットの補正係数を求め、この補正係数をメモリに記憶しておき、以後の実計測にこの補正係数を用いて計測データを得るようにしたことを特徴とする勾配型磁力計の調整方法。
   

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