JP5439325B2 - 電磁ログセンサ - Google Patents

Description

本発明は、船舶の航行速度を測定する電磁ログセンサに関する。

電磁ログセンサは、ファラデーの電磁誘導の法則を利用したセンサであり、船舶の船速距離計として用いられる。この電磁ログセンサは、コア（鉄心）に巻回されたコイル及び船舶の進行方向に対して左右に配設された一対の電極を有するセンサ部と、センサ部のコイルを励磁する励磁回路と、センサ部の一対の電極間に発生する信号（起電力）を増幅する増幅回路とを備えており、船舶の船底部分に設けられる。

上記構成の電磁ログセンサは、励磁回路によりセンサ部のコイルを励磁して磁界を発生させ、海水（水）を導体と考えた場合に、コイルの励磁によって発生する磁界と導体との相対移動によってセンサ部の一対の電極間に発生する信号を増幅回路で増幅して出力する。ここで、センサ部の一対の電極間に発生する信号の大きさは、磁界と導体との相対速度（つまり、船舶の航行速度）に比例するため、電磁ログセンサから出力される信号の大きさから船舶の航行速度を測定することができる。

以下の特許文献１には、センサ部の電極を覆う絶縁体を設けて電極と海水（水）とを絶縁して電極の汚損を防止することにより、出力変動を抑制し、定期的なメンテナンス作業を不要とし、流体浮遊物との接触によるノイズの発生を解消した電磁ログセンサが開示されている。また、以下の特許文献２には、船体が水上に浮上しつつ航行する船舶の航行速度を安定した精度で測定することが可能な電磁ログセンサが開示されている。

特開平１１−２３３１０号公報 特開平９−１９６９５６号公報

ところで、上述した電磁ログセンサは、船舶の船底に取り付けられているため交換作業が容易ではない。このため、電磁ログセンサの不具合が生じた場合には、その要因を正確に特定し、真に交換が必要な場合のみ電磁ログセンサの交換作業を行うことが望ましい。こうすることによって、不要な交換作業を削減することができ、船舶のメンテナンスに要するコスト及び時間を省くことができる。

ここで、電磁ログセンサの不具合の要因としては、センサ部に設けられるコイルや電極等の絶縁低下又は汚れ、或いは、励磁回路や増幅回路の故障等が考えられる。コイルや電極等の絶縁低下については抵抗値を測定することで交換が必要な程の故障であるか否かを判断することができる。また、コイルや電極等の汚れについても、例えば目視により交換が必要であるか否かを判断することができる。しかしながら、励磁回路や増幅回路については、交換が必要な程の故障であるか否かを容易に判断することはできない。

従来、このような各種回路の故障の診断は、電磁ログセンサを取り外して特殊なセンサチェッカを用いて行っていたり、或いは船舶を規定の船速で航行させて電磁ログセンサから規定の信号が出力されているか否かを試験する実流速試験等により行っていた。しかしながら、このような診断は、大がかりなものとなり、時間とコストを要してしまうという問題があった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、故障が生じているか否かを容易に診断することができる電磁ログセンサを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の電磁ログセンサは、水中に磁界を発生させるコイル（１２）及び前記水中の磁界中に発生する起電力を検出する電極（１３）を有するセンサ部（１０）と、前記コイルを励磁する励磁回路（２０）と、前記電極で検出される起電力を増幅する増幅回路（３０）とを備える電磁ログセンサ（１）において、前記コイルが発生する磁界を検出する磁気センサ（４０）と、前記磁気センサの検出信号と前記電極の検出信号との何れを前記増幅回路に入力させるかを切り替える切替部（６０）とを備えることを特徴としている。
この発明によると、増幅回路に入力される検出信号が、切替部によってセンサ部に設けられた電極の検出信号からコイルで発生される磁界を検出する磁気センサの検出信号に切り替えられ、この磁気センサの検出信号を用いて電磁ログセンサの自己診断が行われる。
また、本発明の電磁ログセンサは、前記切替部の前段に設けられ、前記磁気センサの検出信号を予め定められた増幅率で増幅する増幅部（５０）を備えることを特徴としている。
また、本発明の電磁ログセンサは、上位制御装置（Ｕ２）から出力される制御信号（Ｓ１）に基づいて、前記切替部の切り替え制御を行う切替制御部（７０）を備えることを特徴としている。
また、本発明の電磁ログセンサは、前記磁気センサが、ホール効果を利用して前記コイルが発生する磁界を検出するホール素子であることを特徴としている。

本発明によれば、増幅回路に入力される電極の検出信号を切替部によって磁気センサの検出信号に切り替え、この磁気センサの検出信号を用いて電磁ログセンサの自己診断が行われるため、故障が生じているか否かを容易に診断することができるという効果がある。

本発明の一実施形態による電磁ログセンサの船舶に対する取り付け例を模式的に示す図である。 本発明の一実施形態による電磁ログセンサの要部構成を示すブロック図である。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態による電磁ログセンサについて詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態による電磁ログセンサの船舶に対する取り付け例を模式的に示す図である。図１に示す通り、電磁ログセンサ１は、センサユニットＵ１とマスタユニットＵ２（上位制御装置）とを備えており、センサユニットＵ１の検出結果を用いてマスタユニットＵ２が船舶ＳＨの航行速度を測定する。

センサユニットＵ１は、船舶ＳＨの船底に配設されており、ファラデーの電磁誘導の法則を利用して船舶ＳＨの航行速度に応じた大きさの信号を出力する。具体的に、センサユニットＵ１は、水中に発生させた磁界と海水（水）との相対移動（船舶ＳＨが航行することによる相対移動）によって磁界中に発生する起電力を検出する。ここで、センサユニットＵ１で検出される起電力は、その大きさが磁界と導体との相対速度（つまり、船舶の航行速度）に比例するため、センサユニットＵ１からは船舶ＳＨの航行速度に応じた大きさの信号が出力されることになる。

マスタユニットＵ２は、船舶ＳＨのブリッジ（船橋）に配設されており、センサユニットＵ１から出力される信号の大きさに応じて船舶ＳＨの航行速度を測定する。尚、図１では図示を省略しているが、マスタユニットＵ２で測定された船舶ＳＨの航行速度は、船舶ＳＨのブリッジに配設された速力指示器に表示される。また、マスタユニットＵ２は、センサユニットＵ１に対して制御信号を出力し、センサユニットＵ１内に設けられた各種回路に故障が生じていないか否かを診断する。

図２は、本発明の一実施形態による電磁ログセンサの要部構成を示すブロック図である。図２に示す通り、電磁ログセンサ１のセンサユニットＵ１は、センサ部１０、励磁回路２０、増幅回路３０、磁気センサ４０、プリアンプ部５０（増幅部）、信号切替部６０（切替部）、及び切替制御部７０を備えており、マスタユニットＵ２に対して検出信号Ｄ１を出力する。尚、マスタユニットＵ２からは自己診断ステータス信号Ｓ１（制御信号）が出力されており、この信号がセンサユニットＵ１に入力されている。

センサ部１０は、コア１１、コイル１２、及び一対の電極１３を備えており、水中に磁界を発生させるためにセンサユニットＵ１の最底部に配設される。コイル１２は、コア１１に巻回されており、励磁回路２０に励磁されることにより水中に磁界を発生させる。一対の電極１３は、コイル１２が水中に発生させた磁界と海水（水）との相対移動（船舶ＳＨが航行することによる相対移動）によって磁界中に発生する起電力を検出する。

励磁回路２０は、定電圧回路２１、オペアンプ２２、トランジスタ２３、及び励磁電流出力回路２４を備えており、増幅回路３０から出力される同期信号ＳＹに同期してセンサ部１０に設けられたコイル１２を励磁する電流を出力する。定電圧回路２１は、コイル１２に供給すべき電流の大きさを示す信号を出力する。オペアンプ２２は、定電圧回路２１から出力される信号とコイル１２に印加される電圧の差分に応じた誤差信号を出力する。トランジスタ２３は、オペアンプ２２から出力される誤差信号に応じた電流を励磁電流出力回路２４に供給する。励磁電流出力回路２４は、同期信号ＳＹに同期して、トランジスタ２３からの電流をコイル１２に供給する。

増幅回路３０は、差動増幅部３１、同期整流部３２、信号出力部３３、及び同期制御部３４を備えており、センサ部１０から出力される検出信号、或いはプリアンプ部５０から出力される検出信号（詳細は後述する）を増幅して検出信号Ｄ１として出力する。差動増幅部３１は、電極１３から出力される検出信号（一対の検出信号）、或いはプリアンプ部５０から出力される検出信号（一対の検出信号）の差分を求め、その差分を予め設定された増幅率で増幅する。同期整流部３２は、同期制御部３４の制御の下で、差動増幅部３１から出力される信号に対して同期整流を行う。

信号出力部３３は、同期整流部３２から出力される信号を増幅して検出信号Ｄ１として出力する。尚、図２に示す信号出力部３３の可変抵抗Ｒ１の抵抗値を変えることで検出信号Ｄ１のオフセット（ＤＣオフセット）を調整することができ、可変抵抗Ｒ２の抵抗値を変えることで検出信号Ｄ１の増幅率を調整することができる。同期制御部３４は、同期整流部３２及び励磁回路２０に対して同期信号ＳＹを出力し、センサ部１０のコイル１２が励磁されるタイミングと同期整流部３２で行われる同期整流のタイミングとを同期させる制御を行う。

磁気センサ４０は、センサ部１０の近傍に設けられており、コイル１２が励磁回路２０に励磁されることによって発生する磁界を検出する。この磁気センサ４０は、センサユニットＵ１に設けられたセンサ部１０や励磁回路２０等の故障を診断するために設けられる。この磁気センサ４０としては、例えばホール効果を利用してコイル１２が発生する磁界を検出するホール素子を用いることができる。

プリアンプ部５０は、信号切替部６０の前段に設けられ、磁気センサ４０から出力される検出信号（一対の検出信号）を予め設定された増幅率で増幅する。このプリアンプ部５０は、磁気センサ４０から出力される微弱な検出信号を増幅するために設けられる。信号切替部６０は、切替制御部７０の制御の下で、センサ部１０から出力される検出信号とプリアンプ部５０から出力される検出信号（磁気センサ４０の検出信号）との何れを増幅回路３０に入力させるかを切り替える。図２に示す通り、信号切替部６０は一対のスイッチ６１を備えており、この一対のスイッチ６１が図中「Ｓ」側に切り替えられた場合にはセンサ部１０から出力される検出信号が増幅回路３０に入力され、「Ｈ」側に切り替えられた場合には磁気センサ４０の検出信号が増幅回路３０に入力される。

切替制御部７０は、マスタユニットＵ２から自己診断ステータス信号Ｓ１が出力された場合には、信号切替部６０を制御して信号切替部６０に設けられた一対のスイッチ６１を「Ｈ」側に切り替える。尚、マスタユニットＵ２から自己診断ステータス信号Ｓ１が出力されていない場合（通常の場合）には、切替制御部７０は、信号切替部６０に設けられた一対のスイッチ６１が「Ｓ」側に維持されるように制御する。

図２に示す通り、電磁ログセンサ１のマスタユニットＵ２は、Ｄ／Ａコンバータ（ディジタル／アナログコンバータ）８０を備えており、上述した自己診断ステータス信号Ｓ１以外に所定の基準信号（例えば、電圧が一定の直流信号）Ｓ２の出力が可能である。このＤ／Ａコンバータ８０は、電磁ログセンサ１に何らかの異常が生じた場合に、その要因がセンサユニットＵ１側にあるのか、或いはマスタユニットＵ２側にあるのかを切り分けるために用いられる。

マスタユニットＵ２は、上述したセンサユニットＵ１とスイッチＳＷを介して接続されている。スイッチＳＷは、センサユニットＵ１から出力される検出信号Ｄ１が入力される入力端と、マスタユニットＵ２に設けられたＤ／Ａコンバータ８０から出力される基準信号Ｓ２が入力される入力端と、マスタユニットＵ２に接続された出力端とを備えており、自己診断ステータス信号Ｓ１によって出力端に接続される入力端の切り替えが行われる。尚、自己診断ステータス信号Ｓ１による切替制御部７０の切り替えとスイッチＳＷの切り替えとは別個独立に行うことが可能である。

次に、上記構成における電磁ログセンサ１の動作について簡単に説明する。まず、船舶ＳＨが通常の航行を行っている場合には、マスタユニットＵ２から自己診断ステータス信号Ｓ１は出力されない。このため、切替制御部７０の制御によって信号切替部６０に設けられた一対のスイッチ６１は「Ｓ」側に維持され、スイッチＳＷはセンサユニットＵ１からの検出信号Ｄ１がマスタユニットＵ２に入力される状態にある。

以上の状態のときに、励磁回路２０によりセンサ部１０に設けられたコイル１２が励磁されると水中に磁界が発生し、船舶ＳＨが航行することによる水中の磁界と海水（水）との相対移動によって磁界中に起電力が発生する。この起電力は、センサ部１０に設けられた電極１３によって検出され、その検出信号が信号切替部６０を介して増幅回路３０に入力される。増幅回路３０に入力された検出信号は、差動増幅部３１で差動増幅され、同期整流部３２で同期整流され、信号出力部３３で増幅されて検出信号Ｄ１としてマスタユニットＵ２に出力される。マスタユニットＵ２は、センサユニットＵ１からの検出信号Ｄ１の大きさに応じて船舶ＳＨの航行速度を測定する。このようにして、船舶ＳＨの航行速度が測定される。

次いで、センサユニットＵ１からの検出信号Ｄ１に異常が生じた場合、或いは、船舶ＳＨの搭乗者等によって指示器（図示省略）が操作されて自己診断の指示がなされた場合には、マスタユニットＵ２は自己診断ステータス信号Ｓ１を出力してスイッチＳＷの切り替えを行う。つまり、Ｄ／Ａコンバータ８０からの基準信号Ｓ１がマスタユニットＵ２に入力される状態に切り替える。

以上の切り替えを行った場合に、Ｄ／Ａコンバータ８０から出力される基準信号Ｓ２が正常に検出できたときには、マスタユニットＵ２はセンサユニットＵ１側に異常があると判断する。これに対し、基準信号Ｓ２が正常に検出できないときには、マスタユニットＵ２はマスタユニットＵ２側に異常があると判断する。尚、マスタユニットＵ２側に異常があると判断した場合には、その旨を上記の指示器に表示しても良い。

センサユニットＵ１側に異常があると判断した場合には、マスタユニットＵ２は、自己診断ステータス信号Ｓ１を出力してスイッチＳＷの切り替えを行い、センサユニットＵ１からの検出信号Ｄ１がマスタユニットＵ２に入力される状態にする。次いで、マスタユニットＵ２は、自己診断ステータス信号Ｓ１を出力してセンサユニットＵ１の信号切替部６０に設けられた一対のスイッチ６１を「Ｈ」側に切り替える。

以上の切り替えが終了した後に、励磁回路２０によりセンサ部１０に設けられたコイル１２が励磁されると、コイル１２で発生した磁界が磁気センサ４０で検出される。磁気センサ４０の検出信号は、プリアンプ部５０で増幅された後に信号切替部６０及び増幅回路３０を順に介して検出信号Ｄ１としてマスタユニットＵ２に出力される。マスタユニットＵ２は、センサユニットＵ１からの検出信号Ｄ１の大きさが予め設定された正常範囲内であるか否かを判断する。

ここで、船舶ＳＨが通常の航行を行っている間にセンサユニットＵ１から出力されていた検出信号Ｄ１が異常であり、以上の自己診断によって得られた検出信号Ｄ１の大きさが正常範囲内である場合には、マスタユニットＵ２は、異常の要因がセンサ部１０の電極１３にあると判断する。つまり、自己診断によって得られた検出信号Ｄ１の大きさが正常範囲内である場合には励磁回路２０が正常に動作し、コイル１２からは磁界が正常に発生していると考えられるため、電極１３が異常の要因であると判断する。

これに対し、船舶ＳＨが通常の航行を行っている間にセンサユニットＵ１から出力されていた検出信号Ｄ１が異常であり、以上の自己診断によって得られた検出信号Ｄ１の大きさが正常範囲外である場合には、マスタユニットＵ２は、異常の要因が励磁回路２０或いはコイル１２にあると判断する。つまり、励磁回路２０によってコイル１２が正常に励磁されず、或いは励磁回路２０によって正常に励磁されているのにも拘わらず磁界が正常に発生していないと考えられるため、励磁回路２０或いはコイル１２が異常の要因であると判断する。尚、センサユニットＵ１側に異常があると判断した場合には、その旨及び異常の要因を上記の指示器に表示しても良い。

以上の通り、本実施形態では、センサ部１０に設けられたコイル１２が発生する磁界を検出する磁気センサ４０を設けるとともに、磁気センサ４０の検出信号とセンサ部１０に設けられた電極１３の検出信号との何れを増幅回路３０に入力させるかを切り替える信号切替部６０を設けているため、故障が生じているか否かを容易に診断することができる。また、本実施形態では、磁気センサ４０の検出信号に基づいて、異常のおおよその要因を切り分けることが可能である。その結果として、不要な交換作業を削減することができ、船舶ＳＨのメンテナンスに要するコスト及び時間を省くことができる。

以上、本発明の一実施形態による電磁ログセンサについて説明したが、本発明は上記実施形態に制限される訳ではなく、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上記実施形態では磁気センサ４０がホール素子である場合を例に挙げて説明したが、コイル１２から発生される磁界を検出することが可能であればホール素子に限られない。また、磁気センサ４０は、コイル１２から発生される磁界を検出できるのであれば、センサ部１０の近傍に設けられていても良く、センサ部１０の内部に設けられていても良い。

１ 電磁ログセンサ
１０ センサ部
１２ コイル
１３ 電極
２０ 励磁回路
３０ 増幅回路
４０ 磁気センサ
５０ プリアンプ部
６０ 信号切替部
７０ 切替制御部
Ｓ１ 自己診断ステータス信号
Ｕ２ マスタユニット

Claims (4)

1. 水中に磁界を発生させるコイル及び前記水中の磁界中に発生する起電力を検出する電極を有するセンサ部と、前記コイルを励磁する励磁回路と、前記電極で検出される起電力を増幅する増幅回路とを備える電磁ログセンサにおいて、
   前記コイルが発生する磁界を検出する磁気センサと、
   前記磁気センサの検出信号と前記電極の検出信号との何れを前記増幅回路に入力させるかを切り替える切替部と
   を備えることを特徴とする電磁ログセンサ。
2. 前記切替部の前段に設けられ、前記磁気センサの検出信号を予め定められた増幅率で増幅する増幅部を備えることを特徴とする請求項１記載の電磁ログセンサ。
3. 上位制御装置から出力される制御信号に基づいて、前記切替部の切り替え制御を行う切替制御部を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の電磁ログセンサ。
4. 前記磁気センサは、ホール効果を利用して前記コイルが発生する磁界を検出するホール素子であることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載の電磁ログセンサ。

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