JP5256494B2 - 磁気検出システム - Google Patents

Description

この発明は、磁気検出システム、特に地磁気補償がなされた磁気検出システムに関する。

従来、一般に、複数の磁気センサを用いて磁気検出を行う場合、図１に示すように複数の磁気センサ１−１、１−２、・・・の磁気検出信号を信号処理装置(計算機)２に取り込むようにしている。そして磁気センサ１−１、１―２、・・・のあるセンサの地磁気補償を行う場合、予め補償用に用いる磁気センサ（補償センサ）１−３（１−ｃ）を決めておき、この補償センサ１−ｃの検出磁界を他の被補償磁気センサ（磁気センサ１―１、１−２、・・・）の検出磁界から引き算し、地磁気補償している。この場合の補償前と、補償後の磁気センサ１−１，１−２、補償センサ１−ｃの波形の例を図７の（ａ）と（ｂ）に示している。

具体的には補償方法として、例えば、時間ｔにおける磁気センサ１―１、磁気センサ１−２、補償センサ１−ｃの検出磁界をＦＤ１（ｔ），ＦＤ２（ｔ）、ＦＤｃ（ｔ）、とすると

で表せる。

ここで、Ｓ１、Ｓ２、Ｓｃは、各磁気センサ周囲での局所的な磁界変動成分であり、目標体がセンサ近傍に存在することを判断するための信号である。

Ｎｏｉｓｅは地磁気変動成分である、磁気センサ１―１、磁気センサ１−２にて検出される地磁気変動成分（Ｎｏｉｓｅ）を打ち消すために、以下の計算により、地磁気補償を行う。

ここで、Ｂ１、Ｂ２は、最終的な磁気センサ１―１、磁気センサ１−２の検出磁界となり、α１、α２は以下の関係を満たすようにした定数となる。

なお、地磁気補償をするために補償センサの検出磁界を補償センサに隣接する２つの被補償用磁気センサの検出磁界より減算して地磁気補償し、２つの被補償磁気センサの検出磁界の相関を取り、相関があれば、補償センサの近傍に磁気変動、相関がなければ２つの磁気センサのいずれか一方の近傍に磁気変動があると判別する方法が開示されている(例えば特許文献１参照)。

特開平２−２５４３９４号公報

上記した従来の地磁気補償では、補償センサ近傍で局所的な磁界変動があった場合に、上記（２）式より、磁気センサ１―１、１−２の波形に大きく影響する。つまり、図８に示すように補償センサ１−ｃの検出磁気を減算した磁気センサ１―１、磁気センサ１−２の検出磁気も大きく変動する。そのため、磁気センサ１―１、磁気センサ１−２の波形のみでは磁気センサ１−１、１−２の検出磁気波形の大きな変化が目標体の到来による磁気変動と判断され、磁気センサ１−１，１−２の近傍に目標体が存在すると判断される可能性がある。この場合、局所的な磁界変動があったのが磁気センサ１―１、磁気センサ１−２の近傍なのか補償センサ１−ｃの近傍なのかは、観測者が波形を見て判断するため経験を要し、被補償磁気センサの数が多ければ、そのセンサ数分の波形を個々に見る必要があるため確認作業に時間を要する。

又、磁気センサ１―１の近傍と補償センサ１−ｃの近傍で同時に局所的な磁界変動があった場合（図９参照）磁気センサ１−１の磁気変動波形を補償センサ１−ｃの波形で打ち消したようになり、磁気センサ１―１の近傍での磁気変動を見逃してしまう可能性があり、微妙な波形の差より判断せねばならず、これも見逃せないため波形観測に経験を要する。

また、上記引用文献１に記載の技術では、２つの磁気センサのいずれか一方の近傍に磁気変動があると判別できるが、しかし、時間がなければ、２つの磁気センサのどちらの近傍で局所的な磁界変動が起こっているのか直に把握でき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、磁気波形を観測している観測者が、客観的に観測している磁気センサ（対象被補償磁気センサ）の近傍で局所的な磁界変動が起こっているのか否かを短時間で容易に判断し得る磁気検出システムを提供することを目的とする。

この、出願の請求項１に係る発明の磁気検出システムは、補償センサと、この補償センサの検出磁界値によって磁気補償される複数の被補償磁気センサと、前記補償センサの検出磁界値によって前記被補償磁気センサにて検出される磁界の地磁気成分を打ち消す地磁気補償演算手段とを有する磁気測定システムにおいて、前記補償センサの検出磁界値と、前記被補償磁気センサの検出磁界値と前記補償センサの検出磁界値とから地磁気成分を打ち消す処理を行った後の信号との相関を求める相関演算手段と、求められた相関結果から前記補償センサの近傍にて磁気変動が起こっているか、前記被補償磁気センサの近傍で磁気変動が起こっているかを判別する磁気変動判別手段と、を備えることを特徴とする。
また、請求項２に係る発明の磁気検出システムは、請求項１に係る発明において、前記磁気変動判別手段が、前記求められた相関結果値が所定値以下か否かを判別する判別手段を含み、相関結果値が所定値以下でないとの判別に応じ前記被補償磁気センサ近傍にて磁気変動有と判定するようにしたことを特徴とする。
また、請求項３に係る発明の磁気検出システムは、補償センサと、この補償センサの検出磁界値によって磁気補償される複数の被補償磁気センサと、前記補償センサの検出磁界値によって前記被補償磁気センサにて検出される磁界の地磁気成分を打ち消す地磁気補償演算手段とを有する磁気測定システムにおいて、前記補償センサの検出磁界値と、前記被補償磁気センサの検出磁界値と前記補償センサの検出磁界値とから地磁気成分を打ち消す処理を行った後の信号との相関を求める相関演算手段と、求められた相関結果値が所定値以下か否かを判別する手段と、この判別手段による相関結果値が所定値以下でないとの判定に応じて、その旨を示す出力を出し、相関結果値が所定値以下であるとの判定に応じて前記その旨を示す出力をしない出力手段と、を備えることを特徴とする。

また請求項４に係る発明の磁気検出システムは、複数の磁気センサ中の少なくとも一つが設定される補償センサと、この補償センサ以外の磁気センサである被補償磁気センサと、前記補償センサの検出磁界値によって前記被補償磁気センサにて検出される磁界の地磁気成分を打ち消す地磁気演算手段とを有する磁気検出システムにおいて、前記補償センサの検出磁界値と、前記被補償磁気センサの検出磁界値と前記補償センサの検出磁界値とから地磁気成分を打ち消す処理を行った後の信号との相関を求める相関演算手段と、求められた相関結果値が所定値以下か否かを判別する手段と、この判別手段による相関結果値が所定値以下であるとの判定に基づいて、当該相関を求めた前記被補償磁気センサを新たな補償センサと設定し、当該相関を求めた前記補償センサを新たな被補償磁気センサと設定するセンサ切替手段と、を備え、センサ切替後に、新たな補償センサの検出磁界によって新たな被補償磁気センサにて検出された磁界の地磁気成分を打ち消すようにしたことを特徴とする。

請求項１、請求項２に係る発明によれば、補償センサと被補償磁気センサとの検出磁界の相関を求め、求められた相関結果から前記補償センサ近傍にて磁気変動が起こっているか、前記被補償磁気センサの近傍で磁気変動が起こっているかを判別するので、磁気波形を観測している観測者が、客観的に観測している被補償磁気センサの近傍で磁界変動が起こっているか否かを容易に判断することができる。

また、被補償磁気センサが複数ある場合、ある値以下の波形のみを一括で選択表示機能を付加することにより、波形を一つ一つ確認する作業時間を軽減出来る。

また、請求項３に係る発明によれば、磁気センサの近傍に磁気変動が生じた場合に相当する相関結果値が所定値以下でないとの判定でのみその旨を示す出力をし、相関結果値が所定値以下であるとの判定では何らの出力もしないので、観測者は、対象磁気センサの近傍に磁気変動が生じた場合のみを確実に知ることができる。
また請求項４に係る発明によれば、当初補償センサとしていたセンサの近傍で磁気変動があったとされた場合に、その磁気センサでの磁気変動をきっちりと確認出来る。また最適な補償センサを自動的に設定できる。

この発明の一実施形態に係る磁気検出システムの概略機器構成を説明する図である。 同実施形態に係る磁気検出システムの回路構成を示すブロック図である。 同実施形態磁気検出測定システムの処理動作を説明するフロー図である。 この発明の第２の実施形態磁気検出システムの処理動作を説明するフロー図である。 同第２の実施形態磁気検出システムにおける、処理動作を説明するための磁気センサと補償センサの波形例を示す図である。 この発明の第３の実施形態磁気検出システムの処理動作を説明するフロー図である。 従来の磁気検出システムにおける補償前と補償後の磁気センサ及び補償センサの波形例を示す図である。 従来の磁気検出システムにおける磁気センサおよび補償センサの他の波形例を示す図である。 従来の磁気検出システムにおける磁気センサおよび補償センサの、さらに他の例を示す波形図である。

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。
〈実施形態１〉
図１は、この発明の一実施形態に係る磁気検出システムの機器構成を示す概略図である。図２は、同磁気検出システムの回路構成を示すブロック図である。

この実施形態の磁気検出システムは、複数の磁気センサ１−１、１−２、・・・が例えば海中に設置され、それぞれの磁気センサ１−１、１−２、・・・で検出された各磁気は、信号処理装置２に取り込まれるようになっている。実際の磁気検出においては、磁気センサ１−１、１−２、・・・のいずれかが地磁気補償センサとして使用される。例えば磁気センサ１−３を補償センサ１−ｃとして使用する。

信号処理装置２は、図２に示すように、磁気センサ１−１、１−２、・・・から取り込んだ磁気データにつき所要の演算処理をする信号処理部３と、取込んだ磁気データ及び演算データを記憶するデータ記憶部４と、演算データや観測波形を表示する表示部５と、観測中に必要な報知を行うブザー６と備えている。

もっとも、ここで示す磁気検出システムの機器構成は、従来のものと変わるところはない。

この実施形態磁気検出システムは、信号処理装置２に、対象とする磁気センサと補償センサとの検出値の相関係数を求める機能、求めた相関係数が所定値以下かを判断し、被補償磁気センサの近傍で磁気変動があったか、補償センサの近傍で磁気変動があったかを判断する機能を備えている。

この磁気検出システムにおいて、磁気検出を時間ｔにおいて行うと、磁気センサ１−１と、補償センサ１−ｃで検出される磁界は以下のように表される。

時間ｔがｔ１からｔ１＋Δｔの間で測定されたデータに対して、以下の式で両者の相関係数ｒを求める。

ここでｎはＢ１及びＢｃの時間ｔ１からｔ１＋Δｔの間に測定されたデータ点数
以上のようにして求めた磁気センサ１−１と、補償センサ１−ｃの磁気検出状況について以下の各パターンが考えられる。

<パターン１>磁気センサ１−１のみ近傍にて局所的な磁気変動が起こった場合
この場合、式（４）について、Ｓｃ＝０となり、計測波形は以下のようになる。

この場合、Ｂ１とＢｃには相関がないので、磁気センサ１−１の近傍で局所的な磁気
変動が起こったと判断できる。
<パターン２>補償センサ1−ｃのみ近傍にて局所的な磁気変動が起こった場合
この場合、式（４）において、Ｓ１＝０となり、計測波形は以下のようになる。

ここで、ＳｃがＮｏｉｓｅ値よりも大きく、

と近似できる場合、式（７）は、

となり、Ｂ１とＢｃには負の相関が成り立つため、磁気センサ１−１の近傍で局所的な磁気変動が起こっていないと判断できる。
<パターン３>磁気センサ１―１、補償センサ１−ｃ両方の近傍にて局所的な磁気変動が起こった場合
計測波形は、式（４）のままとなり、Ｂ１とＢｃには相関がないので、磁気センサ１―１の近傍で局所的な磁気変動が起こったと判断できる。

この実施形態磁気検出システムでは、上記パターン１〜３の場合分けの判断処理を実行することにより、客観的に観測している磁気センサの近傍で局所的な磁気変動が起こっているか否かを判断している。

なお、各磁気センサの実際の検出磁界値には、オフセットが存在するため、式（４）は厳密には以下のようになる。

ここで、Ａ１、Ａｃは磁気センサ１−１、補償センサ１−ｃのオフセット分で定数である。

しかし、式（５）を用いて相関係数を算出するため、オフセット分は相関係数に影響しない。そのため、各磁気センサのオフセット調整が厳密に出来ていない場合であっても、問題はない。

次に、図３に示すフロー図を参照して実施形態磁気検出システムの処理動作を説明する。処理が開始されると、先ずステップＳＴ１において、各磁気センサの検出磁界値ＦＤ１（ｔ）、ＦＤ２（ｔ）、・・・を取得する。次にステップステップＳＴ２へ移行する。

ステップＳＴ２においては、各磁器センサ１−１，１−２、・・・の検出磁界値より補償センサ１−ｃの検出磁界値を減算して地磁気補償を行い、補償後の磁界値Ｂ１（Ｔ），Ｂ２（ｔ）、・・・を得る。続いてステップＳＴ３へ移行する。

ステップＳＴ３においては、磁気センサ１−１，１−２、・・・の測定値が所定値以上か否か判定し、測定値が所定値以上の場合には、磁気センサの近傍で磁気変動がったものとして、ステップＳＴ４へ移行する。一方、測定値が所定値以上でない場合は、処理を終了する。

ステップＳＴ４においては、測定値が所定値以上と判断したタイミングｔ＝ｔ１を記憶する。次に、ステップＳＴ５へ移行する。

ステップＳＴ５においては、時間ｔがｔ＝ｔ１＋Δｔであるか否か、つまり、時間ｔ１からΔｔの時間が経過したか否か判断する。時間ｔがｔ１+Δｔに達した場合には次にステップＳＴ６へ移行する。一方ｔ１+Δｔに達していない場合は、処理を終了する。

ステップＳＴ６においては、Δｔの間で得た磁気センサ１―１と補償センサ１−ｃの各ｎ個のデータを用い、上記式（５）により両センサの検出値の相関係数ｒを求める。次にステップＳＴ７へ移行する。

ステップＳＴ７においては、求めた相関係数ｒが所定値以下か否かを判定する。相関係数ｒが所定値以下でない場合には、ステップＳＴ８へ移行する。一方、所定値以下の場合は、ステップＳＴ９へ移行する。

ステップＳＴ８は、上記した<パターン１>,<パターン３>の場合に相当し、磁気センサ１―１近傍で磁気変動があったものとする。一方，ステップＳＴ９においては、<パターン２>の場合に相当し、補償センサ１−ｃの近傍で局所的な磁気変動があったものとする。この場合は、磁気センサ１−１の近傍で局所的な磁気変動が起こっていないことになる。

なお、上記説明では、ステップＳＴ６以降では、磁気センサ１−１について補償センサ１−ｃの相関をとる場合について説明したが、他の複数の磁気センサ１−２、・・・について、それぞれと補償センサ１−ｃとの相関を図３のフロー図の処理にて順次求め、磁気センサ１−１と同様に、その磁気センサの近傍に磁気変動が生じたのか、補償センサの近傍に磁気変動が生じたのかを判断することが出来る。

この場合において、図３のフローでは示していないが、観測者が各波形を表示部５に表示して各波形を観測する場合がある。

この場合に、ステップＳＴ３での測定値が所定値以下となる磁気センサが多数あると、所定値以下の波形のみ一括して選択表示する機能を信号処理装置２に付加しておくことにより、それらの波形を同時に確認でき、確認の必要がある沢山の波形を１つ１つ順次表示して確認するという手間、作業時間を軽減出来る。

〈実施形態２〉
上記第１の実施形態では、磁気センサと補償センサとの相関係数を求め、相関係数が所定値以下でない場合にその磁気センサ近傍で磁気変動があったことし、所定値以下の場合に補償センサの近傍で磁気変動があったことを判別するようにしているが、この相関係数が所定値以下であるか否かの判別結果に応じ、以下でない場合は磁気センサ（被補償磁気センサ）近傍で磁気変動があったとしてその旨を報知し、相関係数が所定値以下である場合は磁気変動が生じていないとして磁気センサ近傍で磁気変動があったとする旨の報知をしないようにすることができる。この処理を採用した磁気検出システムを以下に第２の実施形態として説明する。

第2の実施形態磁気検出システムの機器構成、回路構成は図１、図２に示すものと同様である。この実施形態磁気検出システムの処理動作を図４に示すフロー図を参照して説明する。この第２の実施形態は、観測対象の磁気センサの検出磁気が所定値以上を超えた場合に、ブザー６をＯＮして鳴動させ、その観測対象の磁気センサの近傍で局所的に磁気変動が生じたことを観測者まで知らせるものであり、観測対象の磁気センサの検出磁気が所定値以上を超えた場合であっても、それが補償磁気センサの近傍で局所的に磁気変動が生じたものによる場合は、ブザー６をＯＮしないようにしている。

処理が開始されると、先ずステップＳＴ１１において、上記した第１の実施形態のステップＳＴ１と同様に、各磁気センサの検出磁界値ＦＤ１（ｔ）、ＦＤ２（ｔ）、・・・を取得する。次にステップＳＴ１２へ移行する。

ステップＳＴ１２においても、第1の実施形態のステップＳＴ２と同様に、各磁器センサ１−１、１−２、・・・の検出値磁界値より補償センサ１−ｃの検出磁界値を減算して地磁気補償を行い、補償後の磁界値Ｂ１（ｔ）、Ｂ２（ｔ）、・・・を得る。続いてステップＳＴ１３へ移行する。

ステップＳＴ１３においては、磁気センサ１−１、１−２、・・・の測定値が所定値以上か否か判定し、測定値が所定値以上の場合には、磁気センサの近傍で磁気変動があったものとして、ステップＳＴ１４へ移行する。図５に、磁気センサ１−１と補償センサ１−ｃの磁気検出波形例が示してあり、ｔ１とｔ１^、で磁気センサ１−１の測定値が所定値を越えた例を示している。

ステップＳＴ１４においては、測定値が所定値以上と判断したタイミングｔ＝ｔ１を記憶する。次に、ステップＳＴ１５へ移行する。

ステップＳＴ１５においては、時間ｔがｔ＝ｔ１の現時点よりΔｔ前の時間ｔ1―Δｔまで戻り，ｔ１−Δｔ〜ｔ１における磁気センサ１−１と補償センサ１−ｃの検出データを取り出し上記式（５）により両センサの検出値の相関係数ｒを求める。次にステップＳＴ１６へ移行する。

ステップＳＴ１６においては、求めた相関係数ｒが所定値以下か否かを判定する。相関係数ｒが所定値以下でない場合には、ステップＳＴ１７へ移行する。一方所定値以下の場合には、ステップＳＴ１８へ移行する。図５では、ｔ１においては、磁気センサ１−１近傍にて磁気変動が生じた場合の波形となっており、ｔ１−Δｔ〜ｔ１では相関係数が所定値を越えている。そのためこの場合は、ステップＳＴ１７へ移行する。

ステップＳＴ１７においては、上記した実施形態１のステップＳＴ８で示すように磁気センサ１―１で磁気変動があったとして、ブザー６をＯＮし、鳴動させる。このブザー６の鳴動により、観測者は対象とする磁気センサの近傍で局所的に磁気変動が検出されたことを知ることができる。

一方、図５の時間ｔ１^、を想定すると、ここでは補償センサ１−ｃの近傍で磁気変動が生じておりｔ１^、−Δｔ〜ｔ１^、では相関係数が所定値以下である。そのためステップＳＴ１６の判定はＹＥＳで、ステップＳＴ１８へ移行する。ステップＳＴ１８においては、補償センサ１−ｃ近傍で磁気変動があったとして、ブザー６をＯＮしない。したがって、磁気センサ１−１の検出磁界値が所定値を越えていても、ブザー６がＯＮしないので、つまり何らの報知もしないので、観測者は対象とする磁気センサ１−１の近傍で局所的に磁気変動が検出されたと誤って知らされることがない。

この実施形態で、磁気センサの近傍で磁気変動が生じた旨の報知は、ブザー６を使用しているが、これに代えて点滅表示などの報知手段を用いても良い。




〈実施形態３〉
次に、実施形態３として、上記実施形態１の図３のフロー図のステップＳＴ７以下を図６に示すように処理しても良い。
この実施形態においては、ステップＳＴ１〜ＳＴ７までは、図３と同様の処理を行う（ＳＴ１〜ＳＴ６図示省略）。ステップＳＴ７において、相関係数が所定値以下であると判定されるとステップＳＴ９へ移行する。ステップＳＴ９においては、補償センサ１−ｃ（１−３）近くで磁気変動があったものと判断する。そして、ステップＳＴ２１へ移行する。

ステップＳＴ２１においては、磁気センサ１−１を補償センサに切替える。つまり、図２において磁気センサ１−１、１−２、１−３、１−４、・・・というセンサグル−プにおいて、事前に磁気センサ１−３を補償センサ１−ｃとして設定されたものを、補償センサ１−ｃの近傍にて磁気変動が生じている、との判断をトリガとして、磁気センサ１−１を補償センサに切替える。続いて、ステップＳＴ２２へ移行する。
ステップＳＴ２２においては、時間をｔ＝ｔ１の時点まで戻してデータを取り出し、上記（２）式を演算することにより、地磁気補償された磁気センサ１−３の検出磁気を得ることが出来る。

以上のようにすることにより、当初補償センサとしていたセンサの近傍で磁気変動があったとされた場合に、その磁気センサでの磁気変動を明確に確認出来る。
この実施形態では、最適な補償センサが自動的に設定されるという、大きな特徴がある。

１−１，１−２、・・・ 磁気センサ
１−ｃ 補償センサ
２ 信号処理装置
３ 信号処理部
４ データ記憶部
５ 表示部
６ ブザー

Claims (4)

1. 補償センサと、この補償センサの検出磁界値によって磁気補償される複数の被補償磁気センサと、前記補償センサの検出磁界値によって前記被補償磁気センサにて検出される磁界の地磁気成分を打ち消す地磁気補償演算手段とを有する磁気測定システムにおいて、
   前記補償センサの検出磁界値と、前記被補償磁気センサの検出磁界値と前記補償センサの検出磁界値とから地磁気成分を打ち消す処理を行った後の信号との相関を求める相関演算手段と、
   求められた相関結果から前記補償センサの近傍にて磁気変動が起こっているか、前記被補償磁気センサの近傍で磁気変動が起こっているかを判別する磁気変動判別手段と、
   を備えることを特徴とする磁気検出システム。
2. 前記磁気変動判別手段は、前記求められた相関結果値が所定値以下か否かを判別する判別手段を含み、相関結果値が所定値以下でないとの判別に応じ前記被補償磁気センサ近傍にて磁気変動有と判定するようにしたことを特徴とする請求項１記載の磁気検出システム。
3. 補償センサと、この補償センサの検出磁界値によって磁気補償される複数の被補償磁気センサと、前記補償センサの検出磁界値によって前記被補償磁気センサにて検出される磁界の地磁気成分を打ち消す地磁気補償演算手段とを有する磁気測定システムにおいて、
   前記補償センサの検出磁界値と、前記被補償磁気センサの検出磁界値と前記補償センサの検出磁界値とから地磁気成分を打ち消す処理を行った後の信号との相関を求める相関演算手段と、
   求められた相関結果値が所定値以下か否かを判別する手段と、
   この判別手段による相関結果値が所定値以下でないとの判定に応じて、その旨を示す出力を出し、相関結果値が所定値以下であるとの判定に応じて前記その旨を示す出力をしない出力手段と、
   を備えることを特徴とする磁気検出システム。
4. 複数の磁気センサ中の少なくとも一つが設定される補償センサと、この補償センサ以外の磁気センサである被補償磁気センサと、前記補償センサの検出磁界値によって前記被補償磁気センサにて検出される磁界の地磁気成分を打ち消す地磁気演算手段とを有する磁気検出システムにおいて
   記補償センサの検出磁界値と、前記被補償磁気センサの検出磁界値と前記補償センサの検出磁界値とから地磁気成分を打ち消す処理を行った後の信号との相関を求める相関演算手段と、
   求められた相関結果値が所定値以下か否かを判別する手段と、
   この判別手段による相関結果値が所定値以下であるとの判定に基づいて、当該相関を求めた前記被補償磁気センサを新たな補償センサと設定し、当該相関を求めた前記補償センサを新たな被補償磁気センサと設定するセンサ切替手段と、を備え、
   センサ切替後に、新たな補償センサの検出磁界によって新たな被補償磁気センサにて検出された磁界の地磁気成分を打ち消すようにしたことを特徴とる磁気検出システム。

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