JPH01219588A - 航空磁探装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ０発明の目的 （１）　　産業上の利用分野 本発明は、航空磁探装置に関し、特に、磁気センサーを
航空機に搭載または曳航（引っ張る）して、磁場の勾配
を捉える事により海上に存在する船舶または海中に存在
する潜水艦等の磁性物体を探知する航空磁探装置に関す
る。

（２）従来の技術 従来、航空磁探技術は、地質調査、磁性岩盤の調査、磁
性鉱脈または潜水艦の発見等に用いられている。

この種の航空磁探技術により例えば潜水艦を探知する際
には、遠方（海底あるいは地中深く）に存在する磁性岩
石や岩盤の影響を排除して、目的とする潜水艦のみを捉
える為、磁場そのものを測定する代わりに磁場の勾配を
測定している。これは、地球磁場は、局所的には方向及
び大きさが一定で変化しないのに対して、磁性物体の付
近では、磁場は局所的に変化し、特にその磁場の勾配は
ｉｎ性物体からの距離の４乗に比例することを利用して
いる。

この理由を第２図により説明する。

簡単のため、第２−Ａ図に示される２次元平面を考える
と、原点（ｒ＝ｏ）に存在する磁気モーメントＭにより
点（ｒ、　　θ）の位置に生ずる磁場は、 ４πμ　　　　　　ｒ３ ４πμ　　　　　ｒ３ 但しμは空気の透磁率である。

（３）式より ４πμ　　　　　　ｒ　３　　　　ｒ　″そして、この
Ｂの距離ｒ方向の磁場勾配は、θｒ　　　　　　　４π
μ　　　　　　ｒ４■□・・・・・・（５） となる、これは、磁場は距離の３乗に反比例し、磁場勾
配は距離の４乗に反比例して減少する事を示している。

そこで、第２−Ｂ図に示すごとく、目的物体に相当する
磁気モーメントＭ、及び遠方に存在するノイズに相当す
る磁気モーメントＭｎが存在する場合を考える。Ｇは、
磁場の勾配検出手段である。

横軸は磁場勾配検出手段Ｇからの距Ｍｒを示すが、右半
分と左半分では、スケールが異なっていることに注意さ
れたい。

いま、例えば磁気モーメントＭの目的物体がｒ＝３００
ｍの位置に存在し、磁気Ｍｎの非目的物体（外乱要因）
がｒ＝５０００ｍの位置に存在したとすると、磁場勾配
検出手段Ｇが測定する磁場勾配は、遠方に存在する磁気
モーメント′Ｍｎの影響をほとんど受けず（距離ｒの４
乗で減衰するから）、もっばら磁気モーメントＭ（目的
物体に相当する）による磁気勾配であることが理解され
る。

磁場勾配は、近似的に、ｒ方向に距離りを於いて配置さ
れた２つの磁場センス部Ｄ＋、Ｄｔの出力差ΔＢで与え
られる。このとき、測定感度は距離りを大きくするほど
高くなる。

磁場センサーとしては、さぐりコイル型、ホール素子型
、磁気変調器型、スクイド（ＳＱＵＩＤ）型等、原理的
にはいずれも可能であるが、感度と分解能の点でスクイ
ド型が最も適している。

次に、従来の磁場勾配測定の具体的手段の一例として、
スクイド（ＳＱＵ　Ｉ　Ｄ）を用いたものを、第３図に
示す。

第３−Ａ図に於いて、３１はピックアップコイル、３２
はスクイド、３３は帰還線を示す、その動作の概略は、
ＬＣタンク回路にその共振周波数を印加しておき、ピッ
クアップコイル３１を通過する磁束の変化に伴う有効イ
ンダクタンスの変化を電圧の変化として測定する。信号
の線形化の為、ロックインアンプの出力を積分器を通し
て素子部に帰還する。この帰還電流が素子部に作る磁場
が、外磁場の変化を補償し、もともとの周期的出力信号
の山または谷の１つにロックするように働く。

そのときの帰還電流の大きさはそのまま外磁場の変化に
対応している。

ピンクアンプコイル３１は、外磁場の勾配を検出する為
、第３−Ｂ図に示すような、反対方向に巻かれて結合さ
れた（従って、差動的に動作する）２つのループ部を位
置的に離して設けられた差動コイルを用いる。ここで、
１つのループ部が、前記の磁場センス部Ｄ＋、Ｄｉに相
当している。

第３−Ｂ図において、３４は磁場（磁束密度）の２方向
底分Ｂｚの２方向の勾配θＢｚ／θ２測定用のピックア
ップコイル、３５はＢｚのｘ方ｒｔＱの勾配θＢｚ／θ
Ｘ測定用のピックアップコイル、３６はＢｚのｙ方向の
勾配θＢｚ／θｙ測定用のピックアップコイルを示して
いる。また、同様にして、ＺＸ平面に平行な平面内に２
つのループ部を配置したピックアンプコイルを３組用い
れば、磁場のｙ方向成分Ｂｙの各方向の勾配 （θＢｙ／θＸ、θＢｙ／θｙ、θＢｙ／θ２）を検出
することができる。また、同様にｚｙ平面に平行な平面
内に２つのループ部を配置したピックアップコイルを３
組用いれば、磁場のＸ方向成分Ｂｘの各方向の勾配（θ
Ｂｘ／θＸ、θＢｘ／θｙ、θＢｘ／θ２）を測定する
ことができる。

このように、磁場勾配は正確には９つの成分からなるテ
ンソル量となるが、近くに磁性物体が存在する時は、通
常いずれの成分も存在するので実際上そのうちの一部の
みを測定しても、目的とする近くの磁性物体を検知する
ことができる。

（３）発明が解決しようとする課題 ところが、第３−Ｂ図に示すような前記２つのループ部
からなるピックアップコイルにより磁場勾配を検出する
手段だと、次の■〜■のような問題点があった。

■　２つのループ部間の距離が固定されてしまい、従っ
て感度も固定されてしまう。

■　２つのループ部の面積を正確に同一にする必要があ
ると共に、２つのループ部を正確に平行に配置する必要
があり、機械的な制約を受ける。

■　２つのループ部の機械的不平衡を、近傍に設けた距
離調整可能な補償用のコイルにより抑制できるが、補償
用のコイルの位置決め精度に制約を受ける。

■　感度を上げる為には、２つのループ部間の距離を大
きくする必要があるが、該距離を大きく設定すれば、セ
ンサーが太き（なるとともに、２つのループ部を平衡さ
せるのがますます困難となる。

■　２つのループ部間の距離を航空機の長さより大きく
することが困難である。

■　複数の磁場センス部間の距離を微小距離とすること
は、機械的に困難である。

また、これらの問題点は、磁場センス部としてループコ
イル部を有する磁場センサーに限らず、ホール素子型を
含む前述の全ての磁場センサーに当てはまることである
。

本発明は、前述の事情に鑑みてなされたもので、前記問
題点を回避して、しかも、前記２つの磁場センス部Ｄ＋
、Ｄｔによる磁場勾配検出と同様の効果、利点を持つ手
段を提供することを課題とする。

Ｂ０発明の構成 （１）課題を解決するための手段 前記課題を解決する為に、本出廓の発明の航空磁探装置
は、一方向につき単一の磁場センス部を有する磁場セン
サーと、遅延時間設定手段と、前記磁場センサーにより
得た磁場信号を前記遅延時間設定手段により設定された
遅延時間だけ遅延させる遅延手段と、前記磁場信号と前
記遅延手段により得た遅延磁場信号との差信号を算出す
る差信号算出手段と、前記差信号を目的磁性物体の存在
の有無の評価信号として出力する出力手段とで構成した
ことを特徴とする特 （２）作　用 前述の構成から成る本出願の発明の航空磁探装置は、航
空機等に搭載または曳航して飛行しながら行う航空磁探
に使用される。

第１−Ａ図のごとく、本出願の発明の航空磁探装置りを
航空機Ａに搭載して、一定方向に、速度■で飛行しなか
ら磁探を行なうと、その検出出力（目的磁性物体の存在
の有無の評価信号）は、直線距離Ｌ−ＶＴだけ離れた２
つの検出位置Ｐ１゜Ｐ２での磁場の差ΔＢ（近似的に勾
配を示す）を意味することになり、これは、実質的に、
距離りを於いて固定配置された２つの磁場センス部の出
力差と同等であって、第２−Ｂ図で説明したように、従
来例のものと同等の作用を奏することができる。

すなわち、本出願の発明の航空磁探装置りの出力ΔＢは
、検出位置Ｐ、より比較的遠方に存在する磁気モーメン
トには影響されず、比較的近くに存在する磁気モーメン
トのみに左右される。従って、第１−Ａ図に示されてい
るような大きい磁気モーメン）Ｍｎを有する磁性岩盤Ｒ
が遠方に存在しても検出されず、近くにある潜水艦等と
誤認することはない、一方、近くに潜水艦ＳＩや船舶Ｓ
、などの磁性物体が存在すれば、その磁気モーメントＭ
によって出力ΔＢを生じるので、その磁性物体を検出す
ることができる。

そして、本出願の発明では、磁場勾配を測定するための
磁場検出位置間の距ｊｌＬ（これにより検出感度が決ま
る）は、遅延時間設定手段を用いて設定した遅延時間Ｔ
と磁探作業中の航空機の一定飛行速度（以下、「磁探飛
行速度」という。）■により（磁探飛行速度■）×（遅
延時間Ｔ）＝（距離Ｌ）で算出することができる。逆に
、上記式により逆算することによって、距ＭＬを広範囲
にわたり設定可能となる。

（３）実施例 以下、図面に基づいて本発明の第１実施例について説明
する。

第１−Ｂ図に第１実施例を示す。

任意の一方向の磁場センサー１は、分解能及び感度に於
いて有利なスクイドを用いた磁場センサーで構成する。

前記任意の一方向がＸ方向の場合の例について述べる。

磁場センサーｌは、単一の磁場センス部としてのピック
アップコイル２、スクイド３、検出回路４からなり、該
磁場センサーｌにより磁場信号Ｂｘが検出される。５は
磁場信号Ｂｘを遅延時間設定装置１１で設定された時間
遅延する遅延回路である。８は航空機の飛行速度センサ
ー、９は勾配を測定する為の磁場検出位置間の距離を設
定するポテンシゴンメータ、１０は前記ポテンシッンメ
ータ９により設定された距離信号りと前記航空機の飛行
速度センサー８により得た飛行速度信号■との比をとる
比演算回路であり、これら８゜９．１０によって遅延回
路５の遅延時間設定装置１１が構成される。６は磁場セ
ンサー１から直接得た磁場信号Ｂｘと、遅延回路５によ
り遅延された遅延磁場信号との差をとる差動増幅部であ
り、該差動増幅部６により得た差信号ΔＢｘは、目的磁
性物体の存在の有無の評価を与える信号として出力手段
としての表示装置７により表示出力される。

検出回路４は公知のものであって、第３−Ａ図に示した
ようなものを用いる。

次に、前述の構成から成る第１実施例の作用を、第１−
Ａ図を参照して説明する。

前記のような航空磁探装置りを航空機Ａに搭載して、一
定方向に、速度■で飛行しなから磁探を行なうと、その
検出出力ΔＢ（目的磁性物体の存在の有無の評価信号）
は、 直線路１ｉｉＩＬ＝ＶＴだけ離れた２つの検出位置Ｐ。

、Ｐ２での磁場の差（近似的に勾配を示す）を意味する
ことになる。第２−Ｂ図で説明したように、この磁場の
差ΔＢは、検出位置Ｐ１より比較的遠方に存在する磁気
モーメントには影響されず、比較的近くに存在する磁気
モーメントのみに左右される。従って、第１−Ａ図に於
いては、大きい磁気モーメントＭｎを持つ磁性岩盤が遠
くにあるので、磁気モーメントＭｎによってＰ＋　　　
Ｐｇ位置間にΔＢを生ずることはない、一方、近くに潜
水艦Ｓｌや船舶Ｓ８が存在すれば、その磁気モーメント
ＭによってＰ、−Ｐ、位置間にΔＢを生ずることになる
。

そして、勾配を測定するための磁場検出位置間の距ｔ＠
Ｌ（これにより検出感度が決まる）を、距離設定手段と
してのポテンションメータ９により一部設定しておけば
、航空機の飛行速度■が変化しても該変化に応じて遅延
時間Ｔが自動的に調節されるので、磁場検出位置間の距
離りは一定に保たれる。すなわち、磁場検出位置間の距
離、従って検出感度は、航空機の飛行速度に無関係とな
る。

なお、磁場検出位置間の距離りを設定しなおすことによ
り、感度、及び磁気モーメントを認識し得る範囲（距離
）を自由に変更できる。

次に、本出願の発明の第２実施例を、第１−Ｃ図に基づ
いて説明する。本図に於いて、第１−Ｂ図と共通のもの
には、共通の数字、記号を用いている。

第１実施例では、Ｘ方向の磁場成分Ｂｘのみを検出した
が、第２実施例では、ｘ、ｙ、ｚの３方向の磁場成分を
検出し、それぞれの差のノルマル値ΔＢを検出出力（評
価信号）とする。すなわち、検出面の方向の異なる３つ
のピックアップコイル２ｘ、２ｙ、２ｚ、及び、これら
３つのコイルに対応してスクイド３、検出回路４、遅延
回路５、差動増幅部６を、ｘ、ｙ、ｚ方向成分の磁場勾
配信号ΔＢｘ、ΔＢｙ、ΔＢｚ測定用に３系統とし、３
つの差動増幅部６の次段にノルマル演算部１２を設けて
、ΔＢ＝（ΔＢｘ”＋ΔＢｙＺ＋ΔＢｚｔ　）　ｌ／！
の演算処理により、ノルマル値ΔＢを算出し、これを表
示装置７の入力とするのである。

第２実施例によれば、航空機の飛行速度■方向の磁場勾
配のノルマル値（絶対値） ΔＢ＝１（θＢｘ／θｖ）ｌ＋（θＢｙ／θＶ）　Ｊ＋
（θＢｚ／θｖ）ｋｌ を、評価信号とするので、精度の向上を計ることができ
る。

前述の本出願の発明の各実施例では、前記距離りは、距
離設定手段により直接設定することができる。そして、
距離設定手段により一度りを設定しておけば、磁探を行
っている間の航空機の飛行速度（すなわち、磁探飛行速
度）■を一定に保ちさえすれば、飛行速度■がどんな値
であってもその値に応じて遅延時間Ｔが自動的に調節さ
れるので、磁場検出位置Ｐ＋、Ｐｇ間の距離りは一定に
保たれる。すなわち、磁場検出位置間の距離、従って検
出感度は、航空機の磁探飛行速度の大きさに無関係とな
る。さらに、磁場検出位置間の距離りを設定しなおすこ
とにより、感度、及び磁気モーメントを認識し得る範囲
（距離）を自由且つ広範囲に変更できる。

以上、本発明による航空磁探の磁場信号処理法の実施例
を詳述したが、本発明は、前述の実施例に限定されるも
のではなく、特許請求の範囲に記載された各発明を逸脱
することなく、種々の変更を行なうことが可能である。

例えば、磁場センサーとしては、スクイドを用いたもの
に限らず、さぐりコイル型、ホール素子型、磁気変調器
型のもの等を使用することも可能である。さぐりコイル
型の場合、磁場センス部はさぐりコイルであり、ホール
素子型の場合、磁場センス部はホール素子自身であり、
磁気変調器型の場合、磁場センス部は高周波励振される
磁心である。

さらに、第１−Ｂ、Ｃ図の磁場信号処理を、Ａ／Ｄ変換
、メモリ、ＭＰＵ等を用いてディジタル処理することも
可能である。

さらにまた、航空機の速度信号、加速度信号等を積分し
て航空機の移動距離を検出し、前記遅延時間を航空機が
実際に移動した距離によって設定することも可能であり
、この場合には、航空機は磁探を行っている間、必ずし
も所定の飛行速度で航行する必要がな（なる。

Ｃ８発明の効果 前述の本出願の発明の航空磁探装置によれば、一方向に
つき単一の磁場センス部を有する磁場センサーと、遅延
時間設定手段と、前記磁場センサーにより得た磁場信号
を前記遅延時間設定手段により設定された遅延時間だけ
遅延させる遅延手段と、前記磁場信号と前記遅延手段に
より得た遅延磁場信号との差をとる差演算手段と、該差
演算手段により得た差信号を目的磁性物体の存在の有無
の評価信号として出力するようにしたので、一方向につ
き複数の磁場センス部を有する磁場勾配センサーを用い
ることによる前述の■〜■の問題点を回避しつつ、航空
磁探において有利な磁場勾配検出を、簡単で安価に、か
つ、広範囲にわたって感度調整自在に達成することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１−Ａ図は本出願の発明による航空磁探装置の作用説
明図、第１−Ｂ図は本出願の発明の航空磁探装置の共通
の第１実施例、第ｔ−Ｃ図は本発明の航空磁探装置の第
２実施例、第２−Ａ図および第２−Ｂ図は磁場勾配検出
の利点を説明する図、第３−Ａおよび第３−Ｂ図は従来
の航空磁探装置における磁場勾配検出を説明する図であ
る。 Ａ・・・航空機、Ｓ、・・・潜水艦、Ｓ２・・・船舶、
Ｒ・・・磁性岩盤、Ｄ・・・航空磁探装置、ＤＩ、Ｄ２
・・・磁場センス部、Ｇ・・・磁場勾配検出手段、Ｐ、
、Ｐ、・・・磁場検出位置、Ｌ・・・Ｐ、と２２間の距
離、■・・・航空機の飛行速度、Ｔ・・・遅延時間、Ｍ
、Ｍｎ・・・物体の磁気モーメント、

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 一方向につき単一の磁場センス部を有する磁場センサー
   と、遅延時間設定手段と、前記磁場センサーにより得た
   磁場信号を前記遅延時間設定手段により設定された遅延
   時間だけ遅延させる遅延手段と、前記磁場信号と前記遅
   延手段により得た遅延磁場信号との差信号を算出する差
   信号算出手段と、前記差信号を目的磁性物体の存在の有
   無の評価信号として出力する出力手段とからなる航空磁
   探装置。