JPH08179021A - 3軸磁力計の磁気測定値の補正方法 - Google Patents

3軸磁力計の磁気測定値の補正方法

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JPH08179021A
JPH08179021A JP33641794A JP33641794A JPH08179021A JP H08179021 A JPH08179021 A JP H08179021A JP 33641794 A JP33641794 A JP 33641794A JP 33641794 A JP33641794 A JP 33641794A JP H08179021 A JPH08179021 A JP H08179021A
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JP
Japan
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magnetic field
axis
measured
equation
magnetometer
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JP33641794A
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English (en)
Inventor
Mitsuhiro Numata
光弘 沼田
Teruhiro Nishizaki
照洋 西崎
Katsumi Ikeda
克巳 池田
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Ishikawa Seisakusho Ltd
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Ishikawa Seisakusho Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 磁力計で、磁界強さの各成分値を測定する
際、複雑で、高精度な設備あるいは、特殊な治具を用い
ることなく、簡単且つ精度良く磁気測定値の補正をす
る。 【構成】1軸方向の磁界成分を測定できる3個のセンサ
ーを、互いにほぼ直交させて配列して成る3軸磁力計
で、X,Y,Zの直交座標系の磁界成分を測定するに際
し、任意の位置における少なくとも9以上の異なる姿勢
でX,Y,Z3方向の出力電圧を測定する。そして、こ
の測定電圧及びその位置の全磁力の大きさを知って、そ
れぞれ各センサーの検出軸の感度、オフセット、干渉及
び直交性についての未知の補正係数を含む所定の式に入
力せしめて、これらの式を解いてその未知の補正係数を
求める。しかる後、この補正係数を含む式に所望の測定
位置におけるX,Y,Z3個のセンサーの測定電圧を入
力せしめて、その結果を直交磁界成分として出力する

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は3軸磁力計で、磁界強さ
の各成分値を測定するに際し、各検出軸の感度及びオフ
セットが異なる場合、各検出軸が磁気的に相互に正しく
直交していない場合並びに各検出軸が磁気的に干渉し合
う場合に生じる検出磁界誤差の補正方法に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】3軸磁力計は、図1に示すように磁界成
分検出用の3個のセンサーを機械的にお互いに直交する
よう組み合わせたものであるが、磁気上の各検出軸は必
ずしもお互いに直交していない。そこで、従来の3軸磁
力計は磁気上の各検出軸を正確に3軸直交座標系のX、
Y、Z軸に合致させる必要があった。この場合、磁気シ
ールドされた空間に正確かつ均等で発生磁界の大きさ及
び方向が既知の磁界発生コイルシステムを設け、さらに
同コイルシステムと関連した面内で回転可能な回転台に
3軸磁力計を取り付け、各検出軸の電圧の値を測定しな
がらコイルシステムの既知発生磁界を基準として各検出
軸の感度及びオフセットの調整していた。また、同シス
テムを使用し、直交性誤差を許容値内に収めるために各
センサーの配置方向を試行錯誤で調整していた。
【0003】あるいは、非磁性材料で作成した直角精度
の優れたサイコロ状の6面体及び基準台を使用し、地磁
気の中の空間上に固定した任意の直交座標系において、
その軸まわりに所定の角度で回転させて得られる任意の
5姿勢における3軸磁力計の各検出軸の出力電圧を測定
し、この測定値から求めた各検出軸の感度、オフセット
及び直交性についての補正係数で所望の測定位置におけ
る磁気測定値を補正していた。(特開平4−25987
2)
【0004】
【発明が解決しようとしている課題】ところが、上述の
ように、これまでの方法では、複雑で高精度な設備ある
いは特殊な治具が必要な上、多大な調整及び測定時間を
要していた。また、磁界発生コイルシステムあるいはサ
イコロ状の6面体自体にも誤差を含むため精度確保が難
しいという欠点があった。そこで、本発明の目的とする
ところは、複雑で高精度な設備あるいは特殊な治具を用
いることなく、簡単かつ精度良く3軸磁力計を補正する
方法を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】地磁気の中で空間上に固
定した任意の直交座標系に於いて、できる限りいろいろ
な方向(少なくとも9方向以上)に向けて得られる任意
の姿勢に於ける3軸磁力計の各検出軸の出力電圧を測定
する。この測定電圧及びその位置の全磁力の大きさを知
って、それぞれ各センサーの検出軸の感度、オフセッ
ト、干渉及び直交性についての未知の補正係数を含む下
記の数3式に入力せしめて、これらの式を解いてその未
知の補正係数を求め、しかる後、この補正係数を含む下
記の数4式に所望の測定位置におけるX,Y,Z3個の
センサーの測定電圧を入力せしめて、その結果を直交磁
界成分として出力することを特徴とする。なお、上述の
全磁力は別の全磁力測定器で測定すればよいが、全磁力
の変動が少なく概略値が既に判っている場合は、その値
を使用しても3軸磁力計の磁気測定値の補正は可能であ
る。但し、例えば全磁力の真の値が50000nTである場合
に47000nTと概略値を使用した場合は各成分値が一様に4
7000/50000倍になる。
【数3】 但し、x1, x2, ・・・・・, x9:未知の補正係数 vxi,vyi,vzi:測定電圧 htti:全磁力
【数4】 但し、hrx,hry,hrz:補正された直交磁界成分 vx,vy,vz:所望の位置における測定電圧
【0006】
【実施例】本発明を図面に基づいて具体的に説明する
と、図2において、1は3軸磁力計で、この磁力計は、
図1に示すような1軸方向の磁界成分値を測定できる3
個のセンサー1aが、それぞれ直角座標系のX、Y、Z
軸に合致するようにお互いにほぼ直交するように構成さ
れていて、タ−ンテ−ブル6(後述する)に着脱自在に
取付られるものである。2は前記3軸磁力計1で磁気を
測定する時、その姿勢変更用の治具で、該治具は非磁性
材料からなり、垂直方向の姿勢を変更する門型の垂直フ
レーム4及び傾斜角保持板7と、垂直フレーム4と直角
な平面内での姿勢を変更するタ−ンテ−ブル6及び回転
角目盛板5とから構成されている。即ち、水平方向に長
方形状の基盤となる水平フレーム3が配置され、この水
平フレーム3には、門型の垂直フレーム4が垂直方向前
後に回動可能にピン4aによって軸支されている。一
方、この門型の垂直フレーム4の上部には、円周方向に
目盛が刻設された回転角目盛板5が固定されている。更
に、この回転角目盛板5の上にターンテーブル6が垂直
フレーム4に垂直な平面内で回転自在に支持されてい
る。又、垂直フレーム4の側面に穿設された孔と傾斜角
保持板7に穿設された孔とを貫通してピン4bが取り付
けられ垂直フレーム4を所定の角度に固定するように構
成されている。そして、垂直フレーム4の回動による傾
斜角度と、ターンテーブル6の回転角度の組み合わせ
で、3軸磁力計1が、任意の姿勢で、その位置における
磁気を安定して測定できるように構成されている。
【0007】今、3軸磁力計1で、任意の位置における
磁気を測定するに際し、先ず、治具2の水平フレーム3
をその長手方向が図2に示すように、概ね北に向くよう
に配置する。次いで、ターンテーブル6に3軸磁力計1
を取り付ける。この時、3軸磁力計1のX軸を北向きに
して設置する。次に、垂直フレーム4を北向き水平面か
ら30度傾ける。この状態で、図 3に示すように、タ
ーンテーブル6を30度づつ回転した位置毎(0〜33
0゜)での3軸磁力計1にかかる磁界を測定する。 次
いで、垂直フレーム4を、150度になるまで30度回
転した位置毎で、ターンテーブル6を上述のように30
度づつ回転させて、合計9以上の異なる姿勢で、(この
場合は、60姿勢となる)その都度、その位置における
磁気を測定する作業を繰り返す。
【0008】<演算式の説明>ところで、ここで図4に
示す如く、3軸磁力計1に固定する直交座標系XoYoZoを
次のように定める。即ち、Xo軸を検出軸Xsに一致させ、
検出軸Xsと検出軸Ysを含む面内にYoを定め、Zo軸を右手
系直交座標系となるように定める。この直交座標系XoYo
Zoに於ける3軸磁力計の各検出軸(Xs,Ys,Zs)の方向余
弦をそれぞれXs(1 0 0)、Ys(a21 a22 0)、Zs(a31 a32 a
33)とする。全磁力httの直交座標系XoYoZoに於ける各軸
成分を(hox hoy hoz)、その時に3軸磁力計の各検出軸
に加わる磁界成分を(hsx_true hsy_true hsz_true)とす
れば、次式が成り立つ。
【数5】
【0009】さて、実際に3軸磁力計1の各検出軸で測
定される磁界成分(hsx hsy hsz)は、(hsx_true hsy_tru
e hsz_true)のみでなく、各検出軸間との干渉があり、
干渉係数をpij(j軸の磁界成分hsjがi軸に対して+pijx
hsjだけ加わる干渉が生じる。)とすれば、次式が成
り立つ。
【数6】 また、各検出軸の出力電圧(vx vy vz)は、実際に各軸に
加わっている磁界成分(hsx hsy hsz)と線形関係にあ
り、各磁界成分が零の時のオフセット出力電圧を(voffxvoffy
voffz)と表せば、次式が得られる。 但し、gvx,gvy,g
vzは出力電圧に対する磁界感度(nT/volt)である。
【数7】 数式5〜数式7より
【数8】
【数9】 が得られる。ここで、数式8の意味を考えてみる。 数
式9の右辺[v-voff]に単位ヘ゛クトルを代入すると、次の3個
の式が得られる。
【数10】
【数11】
【数12】
【0010】これより、明らかに(bo11 bo21 bo31)、(b
o12 bo22 bo32)、及び(bo13 bo23 bo33)は、それぞれ図
4で述べられている直交座標系XoYoZoに於ける成分で表
された3個のヘ゛クトルを表している。このヘ゛クトルをBx(bo11 b
o21 bo31)、By(bo12 bo22 bo32)、Bz(bo13 bo23 bo33)
と表し、図4にこれを示す。
【0011】ここで、再びこれまでとは異なる直交座標
軸XrYrZrを次のように定める。図5に示す如く、Xr軸を
Bxの方向と一致させ、かつYr軸をBx及びByを含む面内に
定め、Zr軸を右手系直交座標系となるように定める。こ
の直交座標系XrYrZrに於ける全磁力httの成分を(hrx,hr
y,hrz)と表すとすれば、次式が得られる。
【数13】 ここで、次の9個の変数x1,x2,x3,...,x9を導入し、
【数14】 とし、数式12に代入すれば、
【数15】 hrx, hry, hrzは定義より明らかに、全磁界httの直交座
標成分であるから、
【数16】 従って、求める最小化評価計算式は、
【数17】 即ち、
【数18】 均等磁界httの中で3軸磁力計をできる限りいろいろな方
向(少なくとも変数が9個あるので、9以上の方向)に向
けて、その時の各検出軸の出力電圧を記録し、その値を
数式1に代入し、その方程式群を非線形最小自乗法など
を用いて解けばよい。
【0012】例えば、全磁力の真の値が47400nT
の一様な磁界の中での、図6のような従来の方法による
各軸磁界成分Hx’、Hy’、Hz’の検出値と全磁力
値Ht’及び、その変動値△Ht’を第1表に、さらに
図7のような本発明を用いた各軸磁界成分Hx、Hy、
Hzの検出値と全磁力値Ht、及びその変動値△Htを
第2表に示す。ここで、3軸磁力計の各軸が完全に直交
していれば同磁力計により検出された全磁力値はどのよ
うな姿勢で測定しても、一定の値を示す。(変動値が零
となる)つまり、全磁力の変動が小さいほど直交精度が
高いといえ、本発明を用いることにより、全磁力の変動
が補正前は693nTであったものが、補正後は、16n
Tとなり約43倍の精度の向上と成っている。
【表1】
【表2】
【0013】
【効果】本発明は上述のように、複雑で高精度な設備あ
るいは特殊な治具を必要とせずまた組み立てられた3軸
磁力計の調整をすることなしに、地磁気の中で、できる
限りいろいろな方向(少なくとも9方向以上)に向けて
得られる任意の姿勢に於ける3軸磁力計の各検出軸の出
力電圧を測定するのみで、極めて簡単で精度の良い直交
軸磁界成分値を得ることができ、また、3軸磁力計の動
揺に対しても全磁力値の変動は微小に抑制できる効果を
奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】3軸磁力計の検出軸を表す図である。
【図2】測定に用いる道具の説明図である。
【図3】磁気測定要領の説明図である。
【図4】空間固定座標系XoYoZoの説明図である。
【図5】空間固定座標系XrYrZrの説明図である。
【図6】従来の方法により各軸磁界成分値及び全磁力値
を検出するブロック図である。
【図7】本発明を用い各軸磁界成分値及び全磁力値を検
出するブロック図である。
【符号の説明】
1 3軸磁力計 1a センサー 2 測定用治具 4 垂直フレーム 5 回転角目盛板 6 タ−ンテ−ブル 7 傾斜角保持板

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 1軸方向の磁界成分を測定できる3個の
    センサーを、互いにほぼ直交させて配列して成る3軸磁
    力計で、X,Y,Zの直交座標系の磁界成分を測定する
    に際し、任意の位置における少なくとも9以上の異なる
    姿勢でX,Y,Z3方向の出力電圧を測定し、この測定
    電圧及びその位置の全磁力の大きさを知って、それぞれ
    各センサーの検出軸の感度、オフセット、干渉及び直交
    性についての未知の補正係数を含む下記の数1式に入力
    せしめて、これらの式を解いてその未知の補正係数を求
    め、しかる後、この補正係数を含む下記の数2式に所望
    の測定位置におけるX,Y,Z3個のセンサーの測定電
    圧を入力せしめて、その結果を直交磁界成分として出力
    することを特徴とする3軸磁力計の磁気測定値の補正方
    法。 【数1】 但し、x1, x2, ・・・・・, x9:未知の補正係数 vxi,vyi,vzi:測定電圧 htti:全磁力 【数2】 但し、hrx,hry,hrz:補正された直交磁界成分 vx,vy,vz:所望の位置における測定電圧
JP33641794A 1994-12-22 1994-12-22 3軸磁力計の磁気測定値の補正方法 Pending JPH08179021A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106560721A (zh) * 2015-09-30 2017-04-12 苹果公司 磁力计传感器组件的高效测试
CN111044942A (zh) * 2018-10-11 2020-04-21 Tdk株式会社 磁传感器装置
CN113325353A (zh) * 2021-07-09 2021-08-31 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 一种磁强计空间姿态标定方法及系统

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