JP4826836B2 - 艦艇の消磁コイル自動調定装置 - Google Patents

Description

この発明は艦艇の消磁コイル自動調定装置に関する。

一般に、艦艇は船体の消磁を行うために、船体に複数の消磁コイルを設け、この消磁コイルに電流を流して発生する磁界により、艦艇自体が発生する外部磁界を打ち消し、艦艇による外部発生磁界が最小になるようにしている。

艦艇から発生する船体磁気は、図１に示すように、船体の垂直方向の磁気ＶＭ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ ｃｏｍｐｏｒｎｅｎｔ ｏｆ ｓｈｉｐｓ Ｍａｇｎｅｔｉｚａｔｉｏｎ）と、船首尾方向の磁気ＬＭ（Ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ ｃｏｍｐｏｒｎｅｎｔ ｏｆ ｓｈｉｐｓ Ｍａｇｎｅｔｉｚａｔｉｏｎ）と、左右舷方向の磁気ＡＭ（Ａｔｈｗａｒｔｓｈｉｐｓ ｃｏｍｐｏｒｎｅｎｔ ｏｆ ｓｈｉｐｓ Ｍａｇｎｅｔｉｚａｔｉｏｎ）とから構成される。

これらの磁気ＶＭ，ＬＭ，ＡＭの各船体磁気を打ち消すために、図２に示すように先ず船体１の垂直方向の磁気ＶＭを消磁するために船体１に水平にＭコイル2を配置し、図3に示すように船体１の船首尾方向の磁気ＬＭを消磁するために船体１にコイル面が垂直かつ左右舷方向の姿勢となるＬコイル３を複数配置し、さらに図4に示すように、船体１の左右舷方向の磁気ＡＭを消磁するために、コイル面が垂直かつ船首尾方向の姿勢となるＡコイル４を複数配置する。以上のＭコイル２、Ｌコイル３、Ａコイル４に流れる電流を調定して、主として船底下のＺ成分を最小とすることで、消磁を行う。

もっとも、近年は、各磁気源及び消磁コイルの向きに発生する磁界（例えば、ＶＭ，ＭコイルであればＺ成分、ＬＭ、ＬコイルであればＸ成分、ＡＭ，ＡコイルであればＹ成分）を消磁する傾向がある。

また、遠方磁界については、磁気センサの設置上被測定艦艇の側方に設置して測定される場合が多い。消磁コイル調定は非消磁状態測定後、先ず第１にＭコイル最適消磁状態測定（Ｍコイル調定）を行い、次に(第２に)全コイル最適消磁状態測定〔ＬＰ（船首尾方向永久磁気の消磁コイル）、ＬＩ（船首尾方向誘導磁気の消磁コイル）、ＡＰ（左右舷方向永久磁気の消磁コイル）、ＡＩ（左右舷方向誘導磁気の消磁コイル）等のコイル調定〕）の手順で実施している。消磁コイル自動調定は、以上の調定条件・手順で自動的に行われる。各消磁コイルの最適化の手法として、最急降下法、ＧＡなどが用いられている。

従来、消磁コイルのアンペアターン（電流×ターン数）決定方法として、基準磁界とコイル効果を測定し、これらを、分割し、分割点毎にその差値を求め、差値と基準値を比較しつつ、コイルのアンペアターンを初期値からアンペアターン数を順次固定していく方法が開示されている(例えば特許文献１参照)
特公平５−２５７１７号公報

従来、消磁コイル自動調定では、側方磁界のあるポイントをみて、コイル調定することは、特に行っていない。

側方磁界をみて消磁する場合、側方磁気波形での磁気中心点位置〔ＩＬＭ（船首尾方向誘導磁気）のＺ成分がゼロクロスする、あるいはＩＬＭのＸ成分が最大となる点〕でのＺ成分には，ＬＭの存在しない特徴のある磁界値であるため、このポイントをみて消磁することが考えられるが、この点のＺ成分には、ＶＭとＡＭの両方の成分が混在する。このため、側方磁界を消磁する場合、単に側方のＺ成分をＭコイルで最小にすると，ＡＭによるＺ成分も消してしまうことになり、過消磁状態となる。

また、従来方式では、Ｍコイル調定をキール下ＶＭ＋ＰＬＭ（船首尾方向永久磁気）波形成分を対象として最適化している。この方式では、軸方向と異なる不適切な消磁コイルにより消磁して（例えばＰＬＭをＭコイルで消す）側方の磁界が減少しない、という問題がある。

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、過消磁状態となることなく、側方磁界も低減し得る艦艇の消磁コイル自動調定装置を提供することを目的とする。

この発明の艦艇の消磁コイル自動調定装置は、船体の垂直方向の磁気ＶＭを消磁するために船体に水平に配置されたＭコイルと、船体の船首尾方向の磁気ＬＭを消磁するために船体にコイル面が垂直かつ左右舷方向の姿勢となるように配置されたＬコイルと、船体の左右舷方向の磁気ＡＭを消磁するために船体にコイル面が垂直かつ船首尾方向の姿勢となるように配置されたＡコイルと、垂直方向磁気ＶＭの消磁のためにＭコイルに流れる電流を調定するＭコイル調定を行う前に、船体キール下（船底下）の磁気中心点位置の磁界Ｙ成分に対して左右舷方向磁気ＡＭの消磁のためにＡコイルに流れる電流を調定するＡコイル調定を行う手段と、Ａコイル調定により、船体に対する側方位置における磁気中心点位置の側方磁界Ｚ成分に対して左右舷方向磁気ＡＭの影響を除いた垂直方向磁気ＶＭのみの側方磁界Ｚ成分とした後に、このＺ成分についてＭコイル調定を行う手段と、Ｍコイル調定終了後に船首尾方向磁気ＬＭの消磁のためにＬコイルに流れる電流を調定するＬコイル調定を行う手段と、Ｌコイル調定終了後に再度、側方磁界の磁気中心点位置の側方磁界Ｙ成分がゼロとなるようにＡコイル調定の微調整を行う手段と、を備えることを特徴とする。

この発明の艦艇の消磁コイル自動調定装置は、前記Ｍコイル調定において、側方位置における磁気中心点位置の船首尾方向磁気ＬＭを構成する船首尾方向永久磁気ＰＬＭと船首尾方向誘導磁気ＩＬＭとのＸ成分比率から船体キール下の船首尾方向永久磁気ＰＬＭを推定する手段と、船体キール下の垂直方向磁気ＶＭ＋船首尾方向永久磁気ＰＬＭから前記推定の船首尾方向永久磁気ＰＬＭを減算して垂直方向磁気ＶＭを分離し、この垂直方向磁気ＶＭの磁界Ｚ成分についてＭコイル調定を行う手段と、を備えることができる。

この発明によれば、Ｍコイル調定前に、船底下（船体キール下）の磁気中心点位置のＹ成分に対してＡコイル調定を行い、側方磁界Ｚ成分に対しＡＭの影響を除いてＶＭのみのＺ成分についてＭコイル調定を行なえるため、従来発生していた過消磁状態が回避され、側方磁界の低減率が上がる。

また、この発明によれば、Ｍコイル調定において、側方のＰＬＭとＩＬＭの磁気中心点位置のＸ成分比率から船底下のＰＬＭを推定し、キール下ＶＭ＋ＰＬＭから推定ＰＬＭを差し引くことによりＶＭを分離して、この分離されたＶＭについてＭコイルで消磁し、ＰＬＭについてはＬＰコイルで消磁できるため、従来発生していたＰＬＭをＭコイルで消すなどの軸方向と異なる不適切な消磁コイルによる消磁がなくなり、側方磁界の低減率が上がる。

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５はこの発明の一実施形態艦艇消磁システムを示すブロック図である。この艦艇消磁システムは、艦艇に設置される消磁演算処理装置１０に、海底に設置された艦艇の船体磁気を測定する磁気検知器ＭＤ１，ＭＤ２、・・・、ＭＤＰと、艦艇の消磁コイルＬ１、Ｌ２、・・・、Ｌｍが接続されて構成されている。消磁コイルＬ１、Ｌ２、・・・、Ｌｍは、複数のＭコイル２、複数のＬコイル３、複数のＡコイル４を、それぞれ一般化して示したものである。消磁演算処理装置１０は、船体磁気測定時の演算、コイル電流調定時の演算、その他の処理・制御演算を実行するＣＰＵ１１と、計測時の磁気データなどを記憶する磁気メモリ１２と、電流調定時のデータを記憶する電流調定メモリ１３と、磁気検知器ＭＤ１，ＭＤ２、・・・、ＭＤＰを接続するためのＩ／Ｏポート１４と、消磁コイルＬ１，Ｌ２、・・・、Ｌｍを接続するためのＩ／Ｏポート１５とを、備えている。この消磁演算処理装置１０は、消磁コイル自動調定機能を有する。

この実施形態艦艇消磁システムにより、艦艇の消磁コイルＬ１、Ｌ２、・・・、Ｌｍ、具体的には例えば複数のＭコイル、複数のＬコイル、複数のＡコイルの自動調定を行う。電流調定を行う艦艇の船体磁気は、予め磁気検知器ＭＤ１，ＭＤ２、・・・、ＭＤＰで記憶され、あるいは別の計測装置で計測され、磁気メモリ１２に記憶されている。ここでは、消磁演算処理装置１０は、Ｍコイル調定を行う前にＡコイル仮調定を行う機能、側方磁界中心点位置Ｘ成分からＰＬＭ／ＩＬＭ比率を計算する機能、キール下ＩＬＭにＰＬＭ／ＩＬＭを乗算してキール下ＰＬＭを計算する機能、キール下ＶＭ＋ＰＬＭからＰＬＭを引き算してキール下ＶＭを計算する機能、求めたキール下ＶＭに対してＭコイル調定を行う機能を備えている。

なお、この実施形態では、船体磁気を測定するための磁気検知器ＭＤ１，ＭＤ２、・・・、ＭＤＰを、消磁演算処理装置１０に接続しているが、磁気検知器ＭＤ１，ＭＤ２、・・・、ＭＤＰを接続することなく、電流調定算出に使用する船体磁気は、予め別に測定したものを磁気メモリ１２に記憶したものであってもよい。また、この実施形態では、消磁コイルＬ１、Ｌ２、・・・、Ｌｍを消磁演算処理装置１０に接続しており、調定電流を消磁演算処理装置１０で制御できるようにしているが、消磁コイルＬ１、Ｌ２、・・・、Ｌｍを接続することなく、算出した電流調定値は、電流調定メモリ１３に記憶しておき、必要時に、記憶している電流調定値を読み出し、消磁コイル駆動部に与えてもよい。また、消磁演算処理装置１０は、艦艇ではなく、例えば陸上の管理塔内に設けるものであってもよい。

この、実施形態艦艇消磁システムのＭコイルの電流調定処理を、図６に示すフロー図を参照して説明する。この実施形態システムでは、特徴の一つとして、Ｍコイル調定を行う前に、キール下の磁気中心点位置の磁界Ｙ成分に対して、仮のＡコイル調定を行い、側方磁界Ｚ成分に対してＡＭの影響を除いたＶＭのみのＺ成分とした後に、このＺ成分についてＭコイル調定を行うようにしている。したがって、Ｍコイルの消磁のための自動調定処理に入ると、先ずステップＳＴ１において、Ａコイル仮調定を実行する。

今、図７に示すＹ＝−１００ｍ、Ｚ＝２０ｍの側方位置に着目すると、その位置の磁界成分、すなわち側方磁界成分は、ＶＭ、ＬＭ、ＡＭで構成されている。ただし、磁気中心点位置（５０％）では、図８に示すようにＬＭのＺ成分は、ゼロであり、側方磁界のＺ成分は，ＶＭとＡＭから発生した磁界のみである。このため，ＡＭについて，Ａコイルでキール下Ｙ成分をゼロとなるように調定することで、側方磁界の磁気中心点位置Ｚ成分をＶＭのみとすることができる。ステップＳＴ１では、Ａコイル調定を実行し、船体キール下でのＹ成分をゼロとし、磁気中心点位置Ｚ成分をＶＭのみとしている。次にステップＳＴ２へ移行する。

この実施形態システムでは、特徴の他の一つとして、側方のＰＬＭとＩＬＭの磁気中心点位置のＸ成分比率からキール下（船底下）のＰＬＭを推定し、キール下ＶＭ＋ＰＬＭから、ＶＭを分離して、このＶＭのＺ成分についてＭコイル最適調定値を求めるようにしている。それゆえ、ステップＳＴ２においては、キール下ＶＭ推定計算を実行する。この、ステップＳＴ２においては、ステップＳＴ２１において、ＰＬＭ／ＩＬＭ比率を計算し、ステップＳＴ２２において、キール下ＰＬＭを計算し、ステップＳＴ２３において、キール下ＶＭを計算する。

図９に示すように、側方磁界の磁気中心点位置のＸ成分は、ＬＭ（ＩＬＭ及びＰＬＭ）の発生磁界しか現れない。異なる２方位のデータによりＰＬＭとＩＬＭの分離が可能である。そして、ＰＬＭとＩＬＭの大きさの比率を側方磁界磁気中心点位置でのＸ成分値（図１０図参照）で読み取ることができる。ステップＳＴ２１においては、側方磁界磁気中心点位置でのＰＬＭとＩＬＭのＸ成分値からＰＬＭ／ＩＬＭ比率を計算する。続いてステップＳＴ２２へ移行する。

鋼鉄船の場合、ＰＬＭはＩＬＭ(既知)と同様な波形形状に着磁する場合が多い。両者は相似形であると仮定し、キール下（例えば図１１に示すＹ＝０ｍ、Ｚ＝２０ｍの位置）ＩＬＭ波形に、側方ＰＬＭ／ＩＬＭ比率を乗算してキール下位置のＰＬＭを推定できる。図１２の（ａ）にキール下ＩＬＭ波形を、図１２の（ｂ）にキール下ＰＬＭ波形の例を示す。ステップＳＴ２２においては、既知のキール下ＩＬＭに、ステップＳＴ２１で求めたＰＬＭ／ＩＬＭ比率を乗算して、キール下ＰＬＭを推定計算する。次に，ステップＳＴ２３へ移行する。

キール下(例えば図１１に示すＹ＝０ｍ，Ｚ＝２０ｍ)ＶＭ＋ＰＬＭ波形は図１３の（ａ）に例示する。この波形から、図１３の（ｂ）に示すキール下推定ＰＬＭ波形を差し引いてキール下推定ＶＭ波形〔図１３の（ｃ）参照〕を得ることができる。ステップＳＴ２３においては、キール下ＶＭ＋ＰＬＭ波形からステップＳＴ２２で求めたＰＬＭを引き算してキール下ＶＭを計算する。続いてステップＳＴ３へ移行する。

ステップＳＴ３においては、ステップＳＴ２３で求めたＶＭ、つまりＰＬＭを除いたＶＭのみのＺ成分に対してＭコイル調定を行う。このように、推定ＶＭのＺ成分に対してＭコイル最適消磁を行えば、ＰＬＭまでＭコイルで消磁してしまうという過消磁を回避できる。次にステップＳＴ４ヘ移行する。

ステップＳＴ４においては、ステップＳＴ３において得た調定値により側方磁界Ｚ成分を計算する。続いてステップＳＴ５へ移行する。ステップＳＴ５においては、ステップＳＴ４において求めた側方磁界のＺ成分の絶対値がほぼ０となったか否かを判定する。判定の結果、側方磁界のＺ成分の絶対値が、なお大きくほぼ０でない場合は、ステップＳＴ６へ移行する。一方、側方磁界のＺ成分の絶対値がほぼ０となっていればＭコイルの調定処理を終了する。

ステップＳＴ６においては、側方磁界のＺ成分の絶対値が０となるように、Ｍコイル全体の電流値を調整する。調整を終えると、Ｍコイルの調定処理を終了する。Ｍコイルの調定終了で、次にＬコイルの調定へ移る。最後にＡコイルの側方磁気中心点位置Ｙ成分をゼロとするように調定して自動調定を終了する。

なお、上記実施形態において、キール下推定計算をＡコイル仮調定の後にしているが，Ａコイル仮調定よりも前に実行してもよい。

艦艇が発生する磁気の各方向成分を説明する図である。 艦艇の垂直方向磁気成分と、これを消磁するＭコイルの配置を説明する図である。 艦艇の船首尾方向磁気成分と、これを消磁するＬコイルの配置を説明する図である。 艦艇の左右舷方向磁気成分と、これを消磁するＡコイルの配置を説明する図である。 この発明の一実施形態艦艇消磁システムの機器構成を示すブロック図である。 同実施形態艦艇消磁システムのＭコイルの電流調定処理を説明するフロー図である。 艦船の側方位置の磁界測定を説明する概略図である。 同側方位置の磁界波形Ｚ成分のＡＭによるＺ成分をゼロする説明図である。 艦船の側方位置におけるＰＬＭ，ＩＬＭの測定を説明する概略図である。 前記ＰＬＭ，ＩＬＭの側方磁界波形Ｘ成分の一例を示す図である。 艦船のキール下位置におけるＰＬＭ，ＩＬＭの測定を説明する概略図である。 艦船のキール下位置におけるＩＬＭ波形、推定ＰＬＭ波形の一例を示す図である。 艦船のキール下位置におけるＶＭ＋ＰＬＭ波形から，推定ＰＬＭ波形を差引いて、キール下推定ＶＭ波形のみを得る過程を説明する図である。

符号の説明

１ 艦艇
２ Ｍコイル
３ Ｌコイル
４ Ａコイル
１０ 消磁演算制御装置
１１ ＣＰＵ
１２ 磁気メモリ
１３ 電流調定メモリ
１４、１５ Ｉ／Ｏポート
ＭＤ１、ＭＤ２、・・・、ＭＤＰ 磁気検知器
Ｌ１、Ｌ２、・・・、Ｌｍ 消磁コイル

Claims (2)

1. 船体の垂直方向の磁気ＶＭを消磁するために船体に水平に配置されたＭコイルと、
   船体の船首尾方向の磁気ＬＭを消磁するために船体にコイル面が垂直かつ左右舷方向の姿勢となるように配置されたＬコイルと、
   船体の左右舷方向の磁気ＡＭを消磁するために船体にコイル面が垂直かつ船首尾方向の姿勢となるように配置されたＡコイルと、
   垂直方向磁気ＶＭの消磁のためにＭコイルに流れる電流を調定するＭコイル調定を行う前に、船体キール下の磁気中心点位置の磁界Ｙ成分に対して左右舷方向磁気ＡＭの消磁のためにＡコイルに流れる電流を調定するＡコイル調定を行う手段と、
   Ａコイル調定により、船体に対する側方位置における磁気中心点位置の側方磁界Ｚ成分に対して左右舷方向磁気ＡＭの影響を除いた垂直方向磁気ＶＭのみの側方磁界Ｚ成分とした後に、このＺ成分についてＭコイル調定を行う手段と、
   Ｍコイル調定終了後に船首尾方向磁気ＬＭの消磁のためにＬコイルに流れる電流を調定するＬコイル調定を行う手段と、
   Ｌコイル調定終了後に再度、側方磁界の磁気中心点位置の側方磁界Ｙ成分がゼロとなるようにＡコイル調定の微調整を行う手段と、
   を備えることを特徴とする艦艇の消磁コイル自動調定装置。
2. 前記Ｍコイル調定において、側方位置における磁気中心点位置の船首尾方向磁気ＬＭを構成する船首尾方向永久磁気ＰＬＭと船首尾方向誘導磁気ＩＬＭとのＸ成分比率から船体キール下の船首尾方向永久磁気ＰＬＭを推定する手段と、
   船体キール下の垂直方向磁気ＶＭ＋船首尾方向永久磁気ＰＬＭから前記推定の船首尾方向永久磁気ＰＬＭを減算して垂直方向磁気ＶＭを分離し、この垂直方向磁気ＶＭの磁界Ｚ成分についてＭコイル調定を行う手段と、
   を備えることを特徴とする請求項１記載の艦艇の消磁コイル自動調定装置。