JP5049397B2 - 方位角計測装置 - Google Patents
方位角計測装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP5049397B2 JP5049397B2 JP2011024104A JP2011024104A JP5049397B2 JP 5049397 B2 JP5049397 B2 JP 5049397B2 JP 2011024104 A JP2011024104 A JP 2011024104A JP 2011024104 A JP2011024104 A JP 2011024104A JP 5049397 B2 JP5049397 B2 JP 5049397B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- output
- hall element
- azimuth
- value
- calculation unit
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Images
Landscapes
- Navigation (AREA)
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
Description
歩行者の進行方向を計測するために、従来から行われている方法として、感度の高いフラックスゲートセンサにより地磁気を検出して方位を求める方法があった。なお、このような従来技術としては、例えば、特許文献1が挙げられる。
そこで、本発明の目的は、感度の低い磁気センサを用いたか、近くに地磁気より大きな磁気を発生する物がある移動機器内に搭載された場合においても、地磁気から方位を計測することが可能な方位角計測装置を提供することである。
また、請求項2記載の方位角計測装置によれば、前記出力増幅値は、4つの位相ごとに入力端子及び出力端子を切り替えながら前記ホール素子を駆動して得られる4つの信号を前記アンプにより差動増幅し、該差動増幅された4つの信号を加減算することによって前記ホール素子によって生じるオフセットおよび前記アンプによって生じる電気的なオフセットが減じられた出力値であることを特徴とする。
また、請求項3記載の方位角計測装置によれば、前記4つの位相が、0°、90°、180°、270°の位相であり、前記出力増幅値は、0°の位相における信号と90°の位相における信号の和から、180°の位相における信号と270°における信号を減じた出力値であることを特徴とする。
また、請求項7記載の方位角計測装置によれば、移動機器内に搭載される方位角計測装置であって、前記2軸以上の磁気センサの感度比を記憶する第2の補正値記憶部をさらに備えると共に、前記磁気センサの出力値に前記感度比を乗算する第2の補正計算部を備えることを特徴とする。
また、請求項9記載の方位角計測装置によれば、前記チョッパ部を利用して前記ホール素子の出力に含まれるオフセットの大部分を相殺した後に、前記基準値を減算する第3の補正計算部を備えることを特徴とする。
図1は、本発明の第1実施形態に係る方位角計測装置の構成を示すブロック図である。
図1において、2軸磁気センサ1、チョッパ部2、磁気センサ駆動電源部3、差動入力アンプ4、A/D変換部5、補正計算部6、補正値記憶部7および方位角計算部8が設けられ、2軸磁気センサ1には、x軸ホール素子HExおよびy軸ホール素子HEyが設けられている。
チョッパ部2はx軸ホール素子HExおよびy軸ホール素子HEyを駆動する端子を切り換えるためのもので、磁気センサ駆動電源部3から出力された駆動電圧をx軸ホール素子HExおよびy軸ホール素子HEyに印加する。
また、360°チョッパ駆動では、x軸ホール素子HExおよびy軸ホール素子HEyの出力に含まれるホール素子自身のオフセット項だけでなく、後段のアンプ自身による電気的なオフセット項もキャンセルすることができる。
図2において、x軸ホール素子HExおよびy軸ホール素子HEyには4つの端子T1〜T4が設けられている。そして、360°チョッパ駆動方法では、4つの位相ごとに、入力端子および出力端子を切り換えながら、x軸ホール素子HExおよびy軸ホール素子HEyを駆動する。
(D0+D90−D180−D270)=H1+H2+F2
ここで、補正値記憶部7には、上記H2+F2に相当するx軸ホール素子HExおよびy軸ホール素子HEyの基準値Lx、Lyが記憶され、補正計算部6は、この基準値Lx、Lyを用いることにより、x軸ホール素子HExおよびy軸ホール素子HEyの出力増幅値Dx、Dyを補正し、上記H1に相当する地磁気の各軸成分に比例した値α、βだけを取り出す。
そして、補正計算部6は、x軸ホール素子HExおよびy軸ホール素子HEyの出力増幅値Dx、Dyから、この基準値Lx、Lyを減算することにより、x軸ホール素子HExおよびy軸ホール素子HEyの出力から、地磁気の各軸成分に比例した値α、βだけを取り出すことができる。
これにより、たとえ地磁気から得られる信号が微弱なため、チョッパ部2でオフセットをキャンセルした後の残留オフセット値が、信号成分と同等レベル以上残っている場合においても、また、携帯機器の近くに、スピーカ等地磁気より大きい磁気を発生するものがある場合においても、方位角の算出を行うことが可能となる。
図3において、補正計算部6は、x軸ホール素子HExおよびy軸ホール素子HEyの出力増幅値Dx、Dyを取得すると(ステップS1)、x軸ホール素子HExおよびy軸ホール素子HEyの基準値Lx、Lyを補正値記憶部7から取得する(ステップS2)。
次に、方位角算出部8は、地磁気の各軸成分に比例した値α、βを用いることにより、方位角θを算出し(ステップS4)、算出した方位角θを出力する(ステップS5)。
図4において、図1の補正計算部6の後段には、補正計算部6から出力された信号を積算平均するための積算平均部9が設けられている。そして、方位角計算部8は、この積算平均値に基づいて方位角θを算出する。
通常、携帯機器、特に、携帯電話等電源容量に限りがある機器の場合には、消費電力を抑えたり、計算速度を速めたりするために、固定小数点演算を行うことが多い。
これにより、地磁気の各軸成分に比例した値α、βのみを積算平均して、S/N比を向上させることができ、感度の低いx軸ホール素子HExおよびy軸ホール素子HEyを用いた場合においても、歩行者の進行方向を計測するために必要な角度分解能を確保することができる。
図5において、3軸磁気センサ11、チョッパ部12、磁気センサ駆動電源部13、差動入力アンプ14、A/D変換部15、補正計算部16、補正値記憶部17、方位角計算部18、積算平均部19、傾斜角計算部2F2軸傾斜センサ21および傾斜センサ駆動電源部22が設けられ、3軸磁気センサ11には、x軸ホール素子HEx、y軸ホール素子HEyおよびz軸ホール素子HEzが設けられている。
ここで、x軸ホール素子HEx、y軸ホール素子HEyおよびz軸ホール素子HEzはチョッパ部12により駆動端子が入れ換えられる。そして、x軸ホール素子HEx、y軸ホール素子HEyおよびz軸ホール素子HEzから出力された信号は、差動入力アンプ14で増幅され、ここで増幅された出力増幅値Dx、Dy、DzがA/D変換部15でデジタル信号に変換された後、補正計算部16に入力される。
また、2軸傾斜センサ21は、方位角計測装置が搭載される携帯端末の傾きを計測し、その計測結果Ka、Kbを補正計算部16に出力する。
そして、補正計算部16は、これらの基準値Lx、Ly、Lzおよび感度比Gx、Gy、Gzを用いることにより、x軸ホール素子HEx、y軸ホール素子HEyおよびz軸ホール素子HEzの出力増幅値Dx、Dy、Dzを補正し、地磁気の各軸成分に比例した値α、β、γだけを取り出す。
図6において、各ホール素子HEx、HEy、HEzの地磁気感度値(地磁気水平成分の最大値に対応する各ホール素子HEx、HEy、HEzの出力値)は、17.3、15.9、18.0である。
また、地磁気感度値として、ホール素子感磁軸が水平になるように配置し、水平面で1周等速回転させて、この時の最大出力と最小出力との差を2で割った値を用いた。
また、オフセット値として、ホール素子感磁軸が水平になるように配置し、水平面で1周等速回転させて、この時の出力を1周積分平均した値を用いた。
また、携帯機器のスピーカなどに使用される磁石からの磁気の影響のため、方位角計測装置を携帯機器に入れる前後で、各ホール素子HEx、HEy、HEzのオフセット値は大きく異なり、その差はチョッパを用いた場合においても、地磁気を測定した場合の各ホール素子HEx、HEy、HEzの信号成分と同等レベルかそれ以上ある。
そして、図5の補正計算部16は、x軸ホール素子HEx、y軸ホール素子HEyおよびz軸ホール素子HEzの出力増幅値Dx、Dyを、補正値記憶部17に記憶されている感度補正値および方位角計測装置を携帯機器に入れた後の状態で測定した基準値を用いて補正する。
これにより、方位角計測装置が搭載された携帯端末が傾いている場合においても、微弱な地磁気を用いて方位を算出することができる。
例えば、折り畳み式の携帯電話では、携帯電話を折り畳んだ状態と、携帯電話を閉じた状態とでは、各ホール素子HEx、HEy、HEzのオフセット値が異なる。
ここで、感度とオフセットが補正された3軸の地磁気データα、β、γおよび2軸の傾斜角データφ、ηを用いて方位角θを算出する場合、以下の計算アルゴリズムを用いることができる。
図7において、地磁気ベクトル(x、y、z)に対応してTMx軸を設定し、このTMx軸に直交する2軸をTMy軸、TMz軸とする。
また、方位角計測装置を携帯端末10に搭載して用いる場合において、地磁気ベクトル(x、y、z)に対する携帯端末10の方位をθ、俯角をδとする。また、携帯端末10は水平面から長手方向にφ、短手方向にηだけ傾いているものとする。
次に、HZ軸の周りに、θだけ回転させ、この回転後の軸をM1x、M1y、M1zとする。
次に、M1y軸の周りに、−φだけ回転させ、この回転後の軸をM2x、M2y、M2zとし、さらに、M2x軸の周りに、−ηだけ回転させる。
これらの回転により、地磁気ベクトル(x、y、z)と各ホール素子H1〜H3からの出力(α、β、γ)との間には、以下の(1)式が成り立つ。
図8は、図5の補正計算部16、傾斜角計算部20および方位角算出部18の動作例を示すフローチャートである。
図8において、補正計算部16は、x軸ホール素子HEx、y軸ホール素子HEyおよびz軸ホール素子HEzの出力増幅値Dx、Dy、Dzを取得すると(ステップS11)、x軸ホール素子HEx、y軸ホール素子HEyおよびz軸ホール素子HEzの基準値Lx、Ly、Lzを補正値記憶部17から取得する(ステップS12)。
次に、方位角計算部18は、地磁気の各軸成分に比例した値α、β、γと傾斜角φ、ηとを用いることにより、方位角θを算出し(ステップS17)、算出した方位角θを出力する(ステップS18)。
なお、上述した実施形態では、傾斜角φ、ηを求めるために、2軸傾斜センサ21の計測値を用いる方法について説明したが、傾斜角を使用者が設定し、この設定値を用いて、方位角θを算出するようにしてもよい。
11 3軸磁気センサ
HEx x軸ホール素子
HEy y軸ホール素子
HEz z軸ホール素子
2、12 チョッパ部
3、13 磁気センサ駆動電源部
4、14 差動入力アンプ
5、15 A/D変換部
6、16 補正計算部
7、17 補正値記憶部
8、18 方位角計算部
9、19 積算平均部
20 傾斜角計算部
10 携帯端末 21 2軸傾斜センサ
22 傾斜センサ駆動電源部
Claims (9)
- 移動機器内に搭載される方位角計測装置であって、
地磁気を検出する2軸以上の磁気センサと、
前記磁気センサの少なくとも1つとして設けられたホール素子の各軸出力に対する基準値を記憶する第1の補正値記憶部と、
前記磁気センサの出力増幅値から前記基準値を減算する第1の補正計算部と、
前記第1の補正計算部による出力補正値に基づいて、前記移動機器が向かっている方位を計算する方位角計算部と、
前記ホール素子を駆動する電源の入力端子と、前記ホール素子の電圧出力端子と、の接続を切り替えるチョッパ部と、
前記チョッパ部によって前記ホール素子の入力端子と出力端子とが順次切り替えられる状態において、前記出力端子から出力される信号を差動増幅し、前記出力増幅値を出力するアンプと、
を備え、
前記ホール素子は、互いに対向する位置に設けられた2つの端子でなる第1端子対及び第2端子対を有し、前記チョッパ部は、前記第1端子対が入力端子として使用されるときには前記第2端子対が出力端子として使用され、前記第2端子対が入力端子として使用されるときには前記第1端子対が出力端子として使用されるように入力端子と出力端子とを切り替え、
前記出力増幅値は、前記入力端子と前記出力端子とを切り替えながら前記ホール素子の前記出力端子から出力された出力電圧を加減算することにより、前記ホール素子によって生じるオフセットおよび前記アンプによって生じる電気的なオフセットが減じられた出力値であることを特徴とする方位角計測装置。 - 前記出力増幅値は、4つの位相ごとに入力端子及び出力端子を切り替えながら前記ホール素子を駆動して得られる4つの信号を前記アンプにより差動増幅し、該差動増幅された4つの信号を加減算することによって前記ホール素子によって生じるオフセットおよび前記アンプによって生じる電気的なオフセットが減じられた出力値であることを特徴とする請求項1に記載の方位角計測装置。
- 前記4つの位相は、0°、90°、180°、270°の位相であり、
前記出力増幅値は、0°の位相における信号と90°の位相における信号の和から、180°の位相における信号と270°における信号を減じた出力値であることを特徴とする請求項2に記載の方位角計測装置。 - 前記磁気センサは、地磁気を検出する3軸以上の磁気センサであり、
2軸以上の傾斜センサと、
前記傾斜センサの各軸出力値に基づいて、前記移動機器が水平面に対して傾いている傾斜角を計算する傾斜角計算部と、
前記第1の補正計算部による磁気センサ出力補正値および前記2軸以上の傾斜角計算値に基づいて、前記移動機器が向かっている水平面の方位を計算する方位角計算部と、を備えることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の方位角計測装置。 - 前記磁気センサは、地磁気を検出する3軸以上の磁気センサであり、
傾斜角を設定する傾斜角設定手段と、
前記第1の補正計算部による磁気センサ出力補正値および前記傾斜角設定手段により設定された傾斜角に基づいて、前記移動機器が向かっている水平面の方位を計算する方位角計算部と、を備えることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の方位角計測装置。 - 前記第1の補正値記憶部は、前記移動機器の使用状態に対応した複数の基準値を記憶し、
前記第1の補正計算部は、前記移動機器の使用状態に対応した基準値を選択して減算を行うことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の方位角計測装置。 - 移動機器内に搭載される方位角計測装置であって、
前記2軸以上の磁気センサの感度比を記憶する第2の補正値記憶部をさらに備えると共に、前記磁気センサの出力値に前記感度比を乗算する第2の補正計算部を備えることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の方位角計測装置。 - 移動機器内に搭載される方位角計測装置であって、
前記2軸以上の磁気センサの出力増幅値から前記基準値を減算した出力補正値を積算平均する積算平均部を備えることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の方位角計測装置。 - 前記チョッパ部を利用して前記ホール素子の出力に含まれるオフセットの大部分を相殺した後に、前記基準値を減算する第3の補正計算部を備えることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の方位角計測装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011024104A JP5049397B2 (ja) | 2011-02-07 | 2011-02-07 | 方位角計測装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011024104A JP5049397B2 (ja) | 2011-02-07 | 2011-02-07 | 方位角計測装置 |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001252997A Division JP5079952B2 (ja) | 2001-08-23 | 2001-08-23 | 方位角計測装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2011099872A JP2011099872A (ja) | 2011-05-19 |
JP5049397B2 true JP5049397B2 (ja) | 2012-10-17 |
Family
ID=44191125
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2011024104A Expired - Lifetime JP5049397B2 (ja) | 2011-02-07 | 2011-02-07 | 方位角計測装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5049397B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6297782B2 (ja) * | 2013-02-28 | 2018-03-20 | 旭化成エレクトロニクス株式会社 | ホール起電力信号検出回路及びその電流センサ |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0843120A (ja) * | 1994-07-27 | 1996-02-16 | Mitsubishi Electric Corp | 方位計測装置 |
JPH11325904A (ja) * | 1998-05-20 | 1999-11-26 | Japan Aviation Electronics Ind Ltd | 地磁気方位センサ |
JP3323446B2 (ja) * | 1998-08-20 | 2002-09-09 | 大崎電気工業株式会社 | 磁気センサ回路 |
JP4004166B2 (ja) * | 1998-12-18 | 2007-11-07 | Necトーキン株式会社 | 地磁気検出装置 |
DE19943128A1 (de) * | 1999-09-09 | 2001-04-12 | Fraunhofer Ges Forschung | Hall-Sensoranordnung zur Offset-kompensierten Magnetfeldmessung |
-
2011
- 2011-02-07 JP JP2011024104A patent/JP5049397B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2011099872A (ja) | 2011-05-19 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7119533B2 (en) | Method, system and device for calibrating a magnetic field sensor | |
JP2007240202A (ja) | 磁気検出装置及びそれを用いた電子方位計 | |
JP2004012416A (ja) | 方位角計測装置、キャリブレーション方法およびキャリブレーションプログラム | |
JPS6151244B2 (ja) | ||
CN105091872B (zh) | 一种电子指南针消除干扰方法及装置 | |
JPWO2005003683A1 (ja) | 方位角計測装置及び方位角計測方法 | |
WO2011056875A1 (en) | Calibrating multi-dimensional sensor for offset, sensitivity, and non-orthogonality | |
KR20110081205A (ko) | 전자 나침반 | |
JP5079952B2 (ja) | 方位角計測装置 | |
WO2006088057A1 (ja) | 方位計測装置 | |
JP5155966B2 (ja) | 位置検出装置 | |
WO2007102332A1 (ja) | オフセット補正プログラム及び電子コンパス | |
US8261458B2 (en) | Geomagnetic sensor device and digital compass with the same | |
JP5049397B2 (ja) | 方位角計測装置 | |
JP5144694B2 (ja) | 磁気センサユニット | |
JP5054831B2 (ja) | 方位角計測装置 | |
JP5070428B2 (ja) | 電子コンパス及び方位測定方法 | |
JP2005156560A (ja) | 3軸フラックスゲート型磁気検出装置および地磁気検出方法 | |
JP2003294447A (ja) | 方位角計測装置 | |
JPS60135814A (ja) | 方位検出装置 | |
JP4657742B2 (ja) | 携帯端末装置 | |
JP2007256161A (ja) | 電子方位計 | |
KR101298845B1 (ko) | 오브젝트에 구비된 지자기 센서의 방위각 보정 방법 및 장치 | |
KR20060051899A (ko) | 자기검출장치 및 그것을 사용한 전자방위계 | |
JP4149344B2 (ja) | 地磁気方位センサおよび地磁気方位センサの使用方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20111122 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20120120 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20120717 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20120720 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150727 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5049397 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
EXPY | Cancellation because of completion of term |