JPH01277794A - 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】 Ａ１発明の目的 （１）産業上の利用分野 本発明は、磁探装置に関し、特に、磁気センサーを航空
機または船舶等に搭載または曳航（引っ張る）して、磁
場及び磁場の勾配を捉えることにより潜水艦等の磁性物
体を探知する磁探装置に関する。

（２）従来の技術 従来、この種の磁探技術は、地質調査、磁性岩盤の調査
、磁性鉱脈の発見等に用いられている。

この種の磁探技術により、例えば潜水艦を探知する際に
は、海底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磁性物体からの距離の４乗
に反比例することを利用している。

この理由を、第５〜９図により説明する。

簡単のため、第５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、但しμは空気の透
磁率である。

（３）式より ４πμ　　　　　　ｒＪ　　　　　ｒ＋そして、このＢ
の距離ｒ方向の磁場勾配は、δｒ　　　　　　　　　４
π〃ｒ　４ ■□　・・・・・・（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６図に示すごと（、目的物体に相当する磁気
モーメント材、及び遠方に存在するノイズに相当する磁
気モーメント富ｎ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
の距離ｒ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富の目的物体が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
モーメント富ｎ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ｆｎ磁気勾配あることが理解され
る。

磁気勾配は、近似的に、ｒ方向に距離りを於いて配置さ
れた２つの６Ｗ場センス部り、、Ｄ、の出力差ΔＢで与
えられる。このとき、測定悪疫は距離りを大きくするほ
ど高くなる。

参考までに、磁探装置りの出力である磁場信号と磁場の
Ｘ方向差信号がどのようになるかのシミュレーションを
、第７．８．９図に示す。

簡単の為、第５図と同様に２次元平面を考え、磁場のＸ
方向及び２方向について考えると、磁場のＸ方向成分Ｂ
ｘと、２方向酸分Ｂｚは、次の様に与えられる。

Ｂｘ＝Ｂｒｃｏｓθ＋Ｂｏｓｉｎθ Ｂｚ＝Ｂｒｓｉｎθ＋Ｂｏｃｏｓθ ４πμ 置の差Ｌ＝１とし、磁性物体Ｍから一定高度Ｈ＝５００
、及びＨ＝１０００でＸ方向に航行した場合（第７図参
照）の、磁場検出出力Ｂｘ、Ｂｚを第８図に、磁場の差
信号検出出力ΔＢｘＬ、θＩ３ｘ／θＸ、ΔＢｚζθＢ
ｚ／θＸを第９図に示す。

各最大値及び最小値に注目すると、Ｂｘ、Ｂｚは、高度
が２倍になると約（１／２）”倍になっており、ａＢｘ
／θＸ、θＢｚ／δＸは高度が２倍になると、（２／２
）’倍になっていることがわかる。

磁場センサーとしては、相対磁場（ある位置での磁場を
０としたときの相対的磁場強度）を検出できるものであ
れば、さぐりコイル型、ホール素子型、磁気変調器型、
スクイラド（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、
スクイラド（ＳＱＵ　Ｉ　Ｄ）を用いたものを、第１０
．１１図により説明する。第１Ｏ図に於いて、Ｏｌはピ
ンクアップコイル、０２はスフインド（ＳＱＵＩＤ）　
、０３は帰還線を示す。その動作の基本概略は、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０１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のである。信
号の線形化の為、移送検波器０４と磁場変調用発信器０
５を有するロックインアンプ０６の出力を積分器０７を
通してスクイド０２に帰還する。この帰還電流がスクイ
ド０２に作る磁場が、外磁基の変化を補償し、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基
の変化に対応している。すなわち、ある時点で外磁基Ｂ
。

とし、Ｒｏの両端電圧出力Ｖｏとした場合、任意の時点
で外磁基がＢ、出力■となったとすると、Ｂ−Ｂｏｏｃ
Ｖ−Ｖｏの関係が成立し、相対磁場センサーとして機能
している（但し第１０．１１図では、検出磁場は磁場自
体ではなく磁場勾配である）。

ピックアップコイル０１は、外磁基の勾配を検出する為
、第１１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に相当している。

第１１図において、０８は、磁場（磁束密度）のＺ方向
成分Ｂｚの２方向の勾配　θＢｚ／θ２測定用のピック
アンプコイル、０９は、Ｂｚのχ方向の勾配　θＢｚ／
θＸ測定用のピックアップコイル、０１０は、Ｂｚのｙ
方向の勾配　θＢｚ／θｙ測定用のピンクアップコイル
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
ープ部を配置すれば、磁場のｙ方向成分Ｂｙの各方向の
勾配 （θＢｙ／θＸ、θＢｙ／θｙ、θＢｙ／θ２）を、ｚ
ｙ平而面平行な平面内に２つのループ部を配置すれば、
磁場のＸ方向成分Ｂｘの各方向の勾配（θＢｘ／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１１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、 ■　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
ンサーが大きくなるとともに、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磁場センサーが搭載され
た乗物（たとえば、航空ｍ）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。

という問題点があった。

また、この問題点は、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
上述の全ての磁場センサーに当てはまることである。

一方、 ■　深海上を航行する時には、海底磁性岩盤との距離が
大きく該磁性岩盤の影響が無視できるので、出力の小さ
い磁場勾配を検出するよりも、出力の大きい磁場自体を
検出する方が得策であるにもかかわらず、常時磁場勾配
を検出していた。

■　比較的海中深い位置に、潜水艦が存在している場合
には、磁場なら検出できるが、磁場勾配は出力が微弱す
ぎて検出されないことがあった。

本発明は、前述の事情に鑑みてなされたもので、共通の
センサーから成る簡単な構成で、磁場及び磁場勾配を検
出することにより、探知海域の拡大を画ることを課題と
する。すなわち、浅海上を航行している時は磁場勾配か
ら、深海上を航行している時は磁場自体から、潜水艦等
を精度よく効率よく探知し得る手段を提供することを課
題とする。

Ｂ６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、本出願の発明の磁探装置は、
一方向につき単一の磁場センス部を有する少なくとも相
対磁場を検出し得る磁場センサーと、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
差信号及び前記磁場信号を目的磁性物体の存在の有無を
評価する為の信号として出力する出力手段とからなるこ
とを特徴とする。

（２）作　用 前述の構成から成る、本出願の発明の磁探装置は、航空
機、船舶等に搭載または曳航して巡航しながら行なう磁
探に使用される。

第３図または第４図のごとく、本発明の磁探装置りを航
空機Ａに搭載して、一定方向に、速度Ｖで巡航しなから
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）として、下記■、■の２つの信号が得
られる。

■　直線距離Ｌ＝ｖＴだけ離れた２つの検出位置Ｐｒ、
Ｐｔでの磁場の差信号ΔＢ（近似的に勾配を示す）。

■　検出位置Ｐ２での磁場信号Ｂ そこで、もし浅海上を航行している時ならば、前記差信
号ΔＢによって、また、深海上を航行している時ならば
、前記磁場信号Ｂによって、潜水艦Ｓの存在の有無を判
断することができる。

すなわち、第３図に示す浅海航行時には、本発明の磁探
装置？ｆＤの一方の出力である磁場信号Ｂは、磁性岩Ｉ
Ｒｓの有する大きい磁気モーメント富ｓに影響されてし
まい、潜水ｇ３の磁気モーメントＭのみを検出すること
ができない。しかし、磁探装置りの他方の出力である磁
場の差信号ΔＢは、距離の４乗に反比例して減衰する（
従って、距離に関して磁場よりも早（減衰する）ので、
磁性岩盤Ｒｓの有する大きい磁気モーメントａｓに影響
されず、潜水艦の磁気モーメント裔のみを検出すること
ができる。

一方、第４図に示す深海航行時には、本発明の磁探装置
りの一方の出力である磁場の差信号ΔＢは、距離の４乗
に反比例して減衰するので、潜水艦が比較的深い所に存
在している場合には、信号強度自体が小さすぎて潜水艦
Ｓを検出できないことが起こる。ところが、磁探装置り
の他方の出力である磁場信号Ｂは、潜水ｉ＝ｓが比較的
深い所に存在している場合であっても、距離の３乗に反
比例して減衰する（従って、距離に関して磁場勾配より
も減衰量が少ない）ので、潜水艦の磁気モーメント富を
検出することができる。このとき、磁性岩盤Ｒｄは深海
に存在するので、磁場信号Ｂが、磁気モーメント′ｇｉ
ｄに影響される可能性は少ない。

（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図に、第１実施例を示す。この実施例では磁探装置
は航空機に搭載されて使用されている。

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

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、スクイラド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。遅延
回路５は、磁場信号Ｂｘを遅延時間設定装置６で、設定
された時間遅延する遅延回路である。７は航空機の飛行
速度センサー、８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ョメータ、９は前記ポテンシ
ョメータ８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７により得た飛行速度信号Ｖとの比を
とる比演算回路であり、これら？、８．９によって遅延
回路５の遅延時間設定装置６が構成される。１０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１０により得た差信号ΔＢｘと、磁場
センサー１から直接得た磁場信号Ｂｘ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１１により表示出力される。

前記検出回路４は、公知のものであって、第１０図に示
したような相対磁場を検出できる回路を用いる。

次に、前述の構成から成る第１実施例の作用を、第３．
４図を参照して説明する。

前記のごとく磁探装置りを航空ｉＡに搭載して、一定方
向に、速度Ｖで巡航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）として、
下記■、■０２つの信号が得られる。

■　直線圧ＭＩＬ　＝　ｖ　Ｔだけ離れた２つの検出位
置Ｐ＋、ＰｇでのＸ方向磁場Ｂｘの差信号ΔａＸ（近似
的に勾配θＢｘ／θＸを示す）９■　検出位置Ｐ２での
Ｘ方向の磁場信号Ｂｘそこで、もし浅海上を航行してい
る時ならば、前記差信号ΔＢｘによって、また、深海上
を航行している時ならば、前記磁場信号Ｂｘによって、
潜水ＲＳＳの存在の有無を判断することができる。

すなわち、第３図に示す浅海航行時には、磁探装置りの
一方の出力であるＸ方向磁場信号Ｂｘは、磁性岩盤Ｒｓ
の有する大きい磁気モーメント富ｓに影響されてしまい
、潜水艦Ｓの磁気モーメント富のみを検出することがで
きない。しかし、磁探装置りの他方の出力であるＸ方向
磁場の差信号ΔＢｘは、距離の４乗に反比例して減衰す
る（従って、距離に関して磁場よりも早く減衰する）の
で、磁性岩ＩＲｓの有する大きい磁気モーメント双ｓに
影響されず、潜水艦の磁気モーメントＭのみを検出する
ことができる。

一方、第４図に示す深海航行時には、本実施例の磁探装
置りの一方の出力であるＸ方向磁場の差信号ΔＢｘは、
距離の４乗に反比例して減衰するので、潜水艦が比較的
深い所に存在している場合には、信号強度自体が小さす
ぎて潜水艦Ｓを検出できないことが起こる。ところが、
磁探装ａＤの他方の出力であるＸ方向磁場信号Ｂｘは、
距離の３乗に反比例して減衰する（磁場勾配よりも減衰
が遅い）ので潜水艦Ｓが比較的深い所に存在している場
合であっても、潜水艦の磁気モーメント富を検出するこ
とができる。このとき、磁性岩ｉＲｄは深海に存在する
ので、磁場信号Ｂｘが、６５１気モーメント双ｄに影響
される可能性は少ない。

そして、勾配を測定する為の磁場検出位置間の距離Ｌ（
これにより検出感度が決まる）を、距離設定手段として
のポテンショメータ８により一度設定しておけば、航空
機の飛行速度Ｖ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１ｌｉ
ｔｔＬ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ＭＬ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、本発明の第２実施例を、第２図に基づいて説明す
る。本図に於いて、第１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Ｂχに関してのみ検
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、それらのノルマル値Ｂと、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つのビックア・ンプコイ
ル２ｘ、２ｙ。

２ｚ、及びこれら３つのコイルに対応して、スクイノド
３、検出回路４、遅延回路５、差動増幅部ｌＯ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、検出回路４及び差動増幅部１０の
次段にノルマル演算部１２を設けて、 Ｂ＝　（Ｂｘ”　十Ｂｙ”　＋Ｂｚ”　）”２ΔＢ＝（
ΔＢｘ”　＋Δｆ３　ｙ　ｔ　＋ΔＢｚ２）ｌ／２の演
算処理により、ノルマル値Ｂ及びΔＢを形成し、これを
表示語Ｗｌｌの入力とするのである。

第２実施例によれば、磁場のノルマル値（絶対値）Ｂ、
及び航空機の飛行速度Ｖ方向の磁場勾配のノルマル値Δ
Ｂ Ｂ＝Ｉ　（Ｂｘ）７＋　（Ｂｙ）丁子（Ｂｚ）マ１ΔＢ
＝１　（θＢｘ／θＶ）了＋（θＢｘ／θ■）丁子（θ
Ｂｘ／θＶ）ｆｌ を、評価信号とするので、精度の向上を計ることができ
る。

以上、本発明による磁探装置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、評価信号の出力手段に、浅海上か深海上によっ
て、磁場の差信号または磁場信号のいずれか一方のみを
選択的に表示する為の選択手段を付加することも可能で
ある。

また、磁場センサーとしてはスクイノドを用いたものに
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。要は、相対的な
磁場強度を測定できるものであれば良い。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１．２図の磁場信号処理を、Ａ／Ｄ変換、メ
モリ、ＭＰＵ等を用いてデイジチル処理とすることも可
能である。

さらにまた、本発明の磁探装置は航空機以外の乗物たと
えば船舶、エアクツションビークル等に搭載して使用す
ることも可能である。

Ｃ９発明の効果 前述の本発明の磁探装置によれば、一方向につき単一の
磁場センス部を有する少な（とも相対磁場を検出し得る
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、前記差信号及び前記磁場
信号を目的磁性物体の存在の有無を評価する為の信号と
して出力するようにしたので、 簡単に、磁場勾配及び磁場の両方を検出することができ
、浅海上を航行している時も、深海上を航行している時
も、また、比較的深い位置に存在する潜水艦等に対して
も、精度良くまた、効率よく探知し得ることができる。

さらに、磁探において有利な磁場勾配検出を、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■〜■のごと（の問題点を回避し
て、簡単で安価に、かつ、広範囲にわたる感度調整自在
に達成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の磁探装置の第１実施例の説明図、第２
図は同第２実施例の説明図、第３．４図は同実施例の作
用説明図、第５．６図は磁場勾配検出の利点を説明する
図、第７，８．９図はる（１探における磁場及び磁場勾
配出力のシミュレーション図、第１０．１１図は従来の
航空磁探装置の説明図である。 Ｄ＋、Ｄｚ・・・磁場センス部、Ｔ・・・遅延時間、１
・・・磁場センサー

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少なくとも
   相対磁場を検出し得る磁場センサーと、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
   記差信号及び前記磁場信号を目的磁性物体の存在の有無
   を評価する為の信号として出力する出力手段とからなる
   磁探装置。