JPH09318357A - Three-dimensional bearing sensor - Google Patents

Three-dimensional bearing sensor

Info

Publication number
JPH09318357A
JPH09318357A JP13924496A JP13924496A JPH09318357A JP H09318357 A JPH09318357 A JP H09318357A JP 13924496 A JP13924496 A JP 13924496A JP 13924496 A JP13924496 A JP 13924496A JP H09318357 A JPH09318357 A JP H09318357A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
magnetic
sensor
magnetic sensor
output
dimensional
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP13924496A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Koichi Matsumura
恒一 松村
Naoko Kawamura
尚古 川村
Eisuke Miyairi
英輔 宮入
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
Priority to JP13924496A priority Critical patent/JPH09318357A/en
Publication of JPH09318357A publication Critical patent/JPH09318357A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a three-dimensional sensor which achieves a higher accuracy, a smaller size and a lower cost. SOLUTION: A three-dimensional bearing sensor is provided with two magnetic sensors 1 and 2 orthogonal to each other and a rotation mechanism 3 to allow the rotating of the two magnetic sensors 1 and 2 being kept orthogonal to each other with three axes orthogonal to each other of this sensor individually as the center. Then, the earth magnetism is measured by the magnetic sensors 1 and 2 while rotating the magnetic sensors 1 and 2 by the rotation mechanism 3 to detect the bearing at which outputs from the magnetic sensors 1 and 2 reach the peaks thereof. Thus, the bearing of the earth magnetism is detected as reference of bearing information at a three-dimensional space.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、3次元空間におけ
る方位を検出する3次元方位センサに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a three-dimensional azimuth sensor for detecting azimuth in a three-dimensional space.

【0002】[0002]

【従来の技術】3次元空間における方位を検出する3次
元方位センサとして利用されるセンサとしては、例え
ば、3次元空間における水準を検出する水準器がある。
水準器は、ガラス管に気泡を封入して気泡の移動状態を
検出することにより、傾き情報を得るものである。
2. Description of the Related Art As a sensor used as a three-dimensional azimuth sensor for detecting an azimuth in a three-dimensional space, for example, there is a level for detecting a level in a three-dimensional space.
The spirit level obtains tilt information by enclosing a bubble in a glass tube and detecting the moving state of the bubble.

【0003】ところで、センサによって検出された情報
は、他の機器への取り込んだり、コンピュータ等によっ
て演算処理を施したりできるように、電気信号として出
力されることが好ましい。しかし、水準器からの情報を
電気信号として取り出すには、気泡の動きを光学的な手
法等を用いて検出する必要がある。そのため、水準器か
らの情報を電気信号として取り出そうとすると構成が複
雑になり、小型化や低価格化を図ることが難しくなって
しまう。また、水準器は、ガラス管を使用するために衝
撃に弱く、耐久性及び信頼性の点でも問題がある。
By the way, it is preferable that the information detected by the sensor is output as an electric signal so that the information can be taken into another device or can be processed by a computer or the like. However, in order to take out the information from the level as an electric signal, it is necessary to detect the movement of the bubble by using an optical method or the like. Therefore, if the information from the electronic level is to be taken out as an electric signal, the configuration becomes complicated, and it becomes difficult to achieve miniaturization and cost reduction. Further, since the spirit level uses a glass tube, it is vulnerable to impact, and there is a problem in terms of durability and reliability.

【0004】また、3次元空間における水準を検出する
方法としては、物体に加わる重力を利用し、物体の重心
を求めることによって、3次元空間における水準を検出
する方法もある。しかし、この方法で十分な検出精度を
確保しようとすると、構成が非常に大がかりなものとな
ってしまい、小型化や低価格化を図ることは難しい。
Further, as a method for detecting the level in the three-dimensional space, there is also a method for detecting the level in the three-dimensional space by utilizing gravity applied to the object and obtaining the center of gravity of the object. However, if an attempt is made to secure sufficient detection accuracy by this method, the configuration becomes very large, and it is difficult to achieve miniaturization and cost reduction.

【0005】また、移動体の方位情報を検出する方法と
して、移動体の加速度を加速度センサによって検出し、
検出された加速度情報から方位情報を求める方法があ
る。しかし、この方法では、相対的な方位情報が検出さ
れることとなるため、一旦誤差が生じると、その誤差は
累積されてしまう。すなわち、この方法では、大きな累
積誤差が生じやすいという欠点がある。
As a method of detecting the azimuth information of the moving body, the acceleration of the moving body is detected by an acceleration sensor,
There is a method of obtaining azimuth information from the detected acceleration information. However, with this method, since relative azimuth information is detected, once an error occurs, the error is accumulated. That is, this method has a drawback that a large cumulative error is likely to occur.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来、
3次元空間における方位の検出に使用されている機器
は、精度が不十分であったり、また、小型化や低価格化
を図ることが難しいという問題があった。
As described above, conventionally,
The equipment used for detecting the orientation in the three-dimensional space has problems that the accuracy is insufficient and that it is difficult to reduce the size and cost.

【0007】そこで本発明は、このような従来の実情に
鑑みて提案されたものであり、より高精度で、且つ小型
化や低価格化を図ることができる3次元方位センサを提
供することを目的としている。
Therefore, the present invention has been proposed in view of such a conventional situation, and it is an object of the present invention to provide a three-dimensional azimuth sensor which is more accurate and can be downsized and reduced in price. Has an aim.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに完成された本発明に係る3次元方位センサは、互い
に直交する2つの磁気センサと、上記2つの磁気センサ
を直交させたまま、互いに直交する3つの軸をそれぞれ
中心として回転可能な回転機構とを備えている。
A three-dimensional azimuth sensor according to the present invention, which has been completed to achieve the above object, has two magnetic sensors which are orthogonal to each other and the two magnetic sensors which are orthogonal to each other. A rotation mechanism that can rotate about three axes that are orthogonal to each other is provided.

【0009】本発明に係る3次元方位センサにおいて、
互いに直交する2つの磁気センサは、各磁気センサに印
加している地磁気を検出する。また、回転機構は、地磁
気を検出している磁気センサを直交させたまま回転させ
る。
In the three-dimensional azimuth sensor according to the present invention,
The two magnetic sensors that are orthogonal to each other detect the geomagnetism applied to each magnetic sensor. Further, the rotating mechanism rotates the magnetic sensor detecting the geomagnetism while keeping the magnetic sensor orthogonal to each other.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】以下、本発明を適用した具体的な
実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明す
る。なお、本発明は以下の例に限定されるものではな
く、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成を任意に変
更することが可能であることは言うまでもない。なお、
以下の説明では、互いに直交する3軸をそれぞれX軸、
Y軸及びZ軸と称し、鉛直方向をZ軸、水平面内におい
て互いに直交する2軸をX軸及びY軸とする。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited to the following examples, and it goes without saying that the configuration can be arbitrarily changed without departing from the gist of the present invention. In addition,
In the following description, three axes orthogonal to each other are defined as the X axis,
The vertical direction is referred to as the Y-axis and the Z-axis, and the vertical direction is the Z-axis, and two axes orthogonal to each other in the horizontal plane are the X-axis and the Y-axis.

【0011】本実施の形態に係る3次元方位センサは、
図1に示すように、第1の磁気センサ1と、第1の磁気
センサ1と直交するように配された第2の磁気センサ2
と、第1の磁気センサ1及び第2の磁気センサ2が取り
付けられた回転機構3とを備えている。また、図示して
いないが、この3次元方位センサは、第1の磁気センサ
1によって検出された磁界の大きさを表示する第1の表
示装置と、第2の磁気センサ2によって検出された磁界
の大きさを表示する第2の表示装置とを備えている。
The three-dimensional azimuth sensor according to this embodiment is
As shown in FIG. 1, a first magnetic sensor 1 and a second magnetic sensor 2 arranged so as to be orthogonal to the first magnetic sensor 1.
And a rotation mechanism 3 to which the first magnetic sensor 1 and the second magnetic sensor 2 are attached. Although not shown, the three-dimensional azimuth sensor includes a first display device that displays the magnitude of the magnetic field detected by the first magnetic sensor 1 and a magnetic field detected by the second magnetic sensor 2. And a second display device for displaying the size of the.

【0012】上記3次元方位センサにおいて、第1の磁
気センサ1は、地磁気の水平方向の成分を検出するため
のものである。そして、この第1の磁気センサ1は、第
1の磁気センサ1のセンシング面1aに平行で、互いに
直交する一対のセンサ部を備えており、第1の磁気セン
サ1からの出力は、一方のセンサ部からの出力と、他方
のセンサ部からの出力との差動として出力される。一
方、第2の磁気センサ2は、地磁気の鉛直方向の成分を
検出するためのものであり、第1の磁気センサ1と同様
に、第2の磁気センサ2のセンシング面2aに平行で、
互いに直交する一対のセンサ部を備えており、第2の磁
気センサ2からの出力は、一方のセンサ部からの出力
と、他方のセンサ部からの出力との差動として出力され
る。
In the above three-dimensional azimuth sensor, the first magnetic sensor 1 is for detecting the horizontal component of geomagnetism. The first magnetic sensor 1 includes a pair of sensor portions that are parallel to the sensing surface 1a of the first magnetic sensor 1 and are orthogonal to each other, and the output from the first magnetic sensor 1 is one of It is output as a differential between the output from the sensor unit and the output from the other sensor unit. On the other hand, the second magnetic sensor 2 is for detecting the vertical component of the earth's magnetism, and like the first magnetic sensor 1, is parallel to the sensing surface 2a of the second magnetic sensor 2,
It has a pair of sensor units that are orthogonal to each other, and the output from the second magnetic sensor 2 is output as a differential between the output from one sensor unit and the output from the other sensor unit.

【0013】上記3次元方位センサにおいて、回転機構
3は、第1の磁気センサ1のセンシング面1aと、第2
の磁気センサ2のセンシング面2aとを互いに直交させ
たまま、互いに直交するX軸、Y軸及びZ軸を中心とし
て、第1の磁気センサ1及び第2の磁気センサ2を回転
させることが可能となっている。すなわち、この回転機
構3は、2つの磁気センサ1,2を直交させたまま、互
いに直交する3つの軸をそれぞれ中心として回転可能と
なっている。そして、この回転機構3は、例えば、第1
の磁気センサ1を水平面に対して平行に回転させ、第2
の磁気センサ2を水平面に対して垂直に回転させる。
In the above three-dimensional azimuth sensor, the rotation mechanism 3 includes the sensing surface 1a of the first magnetic sensor 1 and the second sensing surface 1a.
It is possible to rotate the first magnetic sensor 1 and the second magnetic sensor 2 about the mutually orthogonal X-axis, Y-axis, and Z-axis while keeping the sensing surface 2a of the magnetic sensor 2 of FIG. Has become. That is, the rotating mechanism 3 is rotatable about three axes which are orthogonal to each other while the two magnetic sensors 1 and 2 are orthogonal to each other. The rotating mechanism 3 is, for example, the first
The magnetic sensor 1 of is rotated parallel to the horizontal plane,
The magnetic sensor 2 is rotated perpendicular to the horizontal plane.

【0014】上記3次元方位センサにおいて、第1の磁
気センサ1及び第2の磁気センサ2には、地磁気のよう
な微弱な磁界を検出することができる磁気センサを使用
する。具体的には、後述するような、磁気抵抗効果素子
を用いた磁気センサ、フラックスゲートを用いた磁気セ
ンサ、又はマグネトロ・インダクタンス素子(以下、M
I素子と称する。)を用いた磁気センサ等が好適であ
る。そして、これらの磁気センサは、通常、小型化や低
価格化が容易であり、しかも、高精度に磁界を検出する
ことができるので、このような磁気センサを用いた本実
施の形態に係る3次元方位センサは、高精度に方位を検
出することが可能であり、しかも、小型化や低価格化を
容易に図ることができる。
In the three-dimensional azimuth sensor, the first magnetic sensor 1 and the second magnetic sensor 2 are magnetic sensors capable of detecting a weak magnetic field such as geomagnetism. Specifically, a magnetic sensor using a magnetoresistive effect element, a magnetic sensor using a fluxgate, or a magnetro inductance element (hereinafter referred to as M
It is called an I element. ) Is suitable. Further, these magnetic sensors are usually easy to be miniaturized and reduced in price, and can detect a magnetic field with high accuracy. Therefore, according to the third embodiment using such a magnetic sensor. The dimensional azimuth sensor can detect the azimuth with high accuracy, and can be easily reduced in size and cost.

【0015】ここで、磁気抵抗効果素子を用いた磁気セ
ンサの一構成例を図2を参照して説明する。
An example of the structure of the magnetic sensor using the magnetoresistive effect element will be described with reference to FIG.

【0016】この磁気センサは、90°間隔でギャップ
G10,G20,G30,G40が形成されるように、
4つの円弧状の強磁性体コアK10,K20,K30,
K40が円環状に組み合わされるとともに、4つのギャ
ップG10,G20,G30,G40に対応するように
地磁気検出用の4つの磁気抵抗効果素子M10,M2
0,M30,M40が配されて構成される。ここで、磁
気抵抗効果素子M10,M20,M30,M40は、N
i合金等からなる強磁性薄膜の磁気抵抗効果を応用した
磁電変換素子であり、印加された磁界の大きさに応じ
て、抵抗値が変化する特性を持っている。
In this magnetic sensor, the gaps G10, G20, G30 and G40 are formed at 90 ° intervals.
Four arc-shaped ferromagnetic cores K10, K20, K30,
K40 is combined in an annular shape, and four magnetoresistive effect elements M10, M2 for geomagnetic detection are provided so as to correspond to the four gaps G10, G20, G30, G40.
0, M30, M40 are arranged. Here, the magnetoresistive effect elements M10, M20, M30, M40 are
This is a magnetoelectric conversion element that applies the magnetoresistive effect of a ferromagnetic thin film made of an i alloy or the like, and has the characteristic that the resistance value changes according to the magnitude of the applied magnetic field.

【0017】上記強磁性体コアK10,K20,K3
0,K40には、それぞれ励磁用コイルC10,C2
0,C30,C40が巻回されており、この励磁用コイ
ルC10,C20,C30,C40に交流バイアス電流
Ibを流すことにより、ギャップG10,G20,G3
0,G40に対応するように配された各磁気抵抗効果素
子M10,M20,M30,M40に交流バイアス磁界
が印加される。
The ferromagnetic cores K10, K20, K3
0 and K40 have excitation coils C10 and C2, respectively.
0, C30, C40 are wound, and an AC bias current Ib is passed through the exciting coils C10, C20, C30, C40 so that the gaps G10, G20, G3.
An AC bias magnetic field is applied to each of the magnetoresistive effect elements M10, M20, M30, M40 arranged corresponding to 0, G40.

【0018】一方、磁気抵抗効果素子M10,M20,
M30,M40は、定電位電源Vcに接続されており、
この定電位電源Vcから、各磁気抵抗効果素子M10,
M20,M30,M40にセンス電流が供給される。そ
して、このセンス電流の電圧変化を検出することによ
り、磁気抵抗効果素子M10,M20,M30,M40
の抵抗変化が検出され、これにより、各磁気抵抗効果素
子M10,M20,M30,M40に印加している磁界
の大きさが検出されることとなる。
On the other hand, the magnetoresistive effect elements M10, M20,
M30 and M40 are connected to a constant potential power supply Vc,
From the constant potential power source Vc, the magnetoresistive effect elements M10,
A sense current is supplied to M20, M30 and M40. Then, by detecting the voltage change of the sense current, the magnetoresistive effect elements M10, M20, M30, M40 are detected.
Of the magnetic field applied to each of the magnetoresistive effect elements M10, M20, M30, M40 is detected.

【0019】なお、図2に示した磁気センサにおいてセ
ンス部となるのは、磁気抵抗効果素子M10,M20,
M30,M40である。そして、同じ方向を向くように
配置された一対の磁気抵抗効果素子M10,M30が、
これらの磁気抵抗効果素子M10,M30の長手方向に
直交する方向の磁界を検出する第1のセンサ部となる。
また、磁気抵抗効果素子M10,M30と直交するよう
に配置された一対の磁気抵抗効果素子M20,M40
が、これらの磁気抵抗効果素子M20,M40の長手方
向に直交する方向の磁界を検出する第2のセンサ部とな
る。
In the magnetic sensor shown in FIG. 2, the sensing parts are the magnetoresistive effect elements M10, M20,
They are M30 and M40. Then, the pair of magnetoresistive effect elements M10 and M30 arranged so as to face the same direction are
The first sensor unit detects the magnetic field in the direction orthogonal to the longitudinal direction of the magnetoresistive effect elements M10 and M30.
Further, a pair of magnetoresistive effect elements M20, M40 arranged so as to be orthogonal to the magnetoresistive effect elements M10, M30.
Serves as a second sensor unit that detects a magnetic field in a direction orthogonal to the longitudinal direction of these magnetoresistive effect elements M20 and M40.

【0020】つぎに、フラックスゲートを用いた磁気セ
ンサの一構成例を図3を参照して説明する。
Next, an example of the structure of the magnetic sensor using the flux gate will be described with reference to FIG.

【0021】この磁気センサは、外部磁界によってヒス
テリシス曲線がシフトする高透磁率材料からなる環状の
磁気コア110に、励磁用コイル111を巻回するとと
もに、互いに直交するように一対の検出用コイル11
2,113を巻回してなるものである。
In this magnetic sensor, an exciting coil 111 is wound around an annular magnetic core 110 made of a high magnetic permeability material whose hysteresis curve is shifted by an external magnetic field, and a pair of detecting coils 11 are arranged so as to be orthogonal to each other.
It is formed by winding 2,113.

【0022】ここで、一方の検出用コイル112は、磁
気コア110の左側の部分に巻回されたコイル112a
と、磁気コア110の右側の部分に巻回されたコイル1
12bとからなり、他方の検出用コイル113は、磁気
コア110の上側の部分に巻回されたコイル113a
と、磁気コア110の下側の部分に巻回されたコイル1
13bとからなる。
The one detection coil 112 is a coil 112a wound around the left side portion of the magnetic core 110.
And the coil 1 wound around the right side of the magnetic core 110.
12b, and the other detection coil 113 is a coil 113a wound around the upper part of the magnetic core 110.
And the coil 1 wound around the lower part of the magnetic core 110.
13b and.

【0023】この磁気センサで外部磁界を検出する際に
は、磁気コア110が過飽和状態にまで励磁されるよう
な高周波電流を励磁用コイル111に流しておく。この
とき、外部からの磁界が磁気コア110に作用していな
ければ、検出用コイル112の左右のコイル112a,
112bからの出力は同じ出力波形となる。そして、検
出用コイル112の左右のコイル112a,112bは
逆相に接続されているので、検出用コイル112の左側
のコイル112aからの出力と、検出用コイル112の
右側のコイル112bからの出力とが互いに打ち消し合
って、検出用コイル112全体からは何も出力されない
こととなる。同様に、検出用コイル113の左右のコイ
ル113a,113bも逆相に接続されているので、検
出用コイル113の左側のコイル113aからの出力
と、検出用コイル113の右側のコイル113bからの
出力とが互いに打ち消し合って、検出用コイル113全
体からは何も出力されないこととなる。
When detecting an external magnetic field with this magnetic sensor, a high-frequency current that excites the magnetic core 110 to a supersaturated state is passed through the exciting coil 111. At this time, if the magnetic field from the outside does not act on the magnetic core 110, the coils 112a on the left and right of the detection coil 112,
The output from 112b has the same output waveform. Since the left and right coils 112a and 112b of the detection coil 112 are connected in reverse phase, the output from the left coil 112a of the detection coil 112 and the output from the right coil 112b of the detection coil 112 are Cancel each other out, and nothing is output from the entire detection coil 112. Similarly, since the left and right coils 113a and 113b of the detection coil 113 are also connected in anti-phase, the output from the left coil 113a of the detection coil 113 and the output from the right coil 113b of the detection coil 113. And cancel each other out, and nothing is output from the entire detection coil 113.

【0024】一方、励磁用コイル111によって磁束B
が磁気コア110内に発生しているときに、検出用コイ
ル112の左右のコイル112a,112bを結ぶ線に
対して直交する方向の磁界が磁気コア110に加わる
と、この磁界がバイアス磁界として作用して、磁気コア
110の一方の側が早く飽和し、磁気コア110の他方
の側が遅れて飽和する。したがって、検出用コイル11
2の左側のコイル112aからの出力と、検出用コイル
112の右側のコイル112bからの出力との差分が、
磁気センサに印加している磁界の大きさに対応して出力
されることとなる。
On the other hand, the magnetic flux B is generated by the exciting coil 111.
Is generated in the magnetic core 110, when a magnetic field in a direction orthogonal to the line connecting the left and right coils 112a and 112b of the detection coil 112 is applied to the magnetic core 110, this magnetic field acts as a bias magnetic field. Then, one side of the magnetic core 110 saturates quickly and the other side of the magnetic core 110 saturates with a delay. Therefore, the detection coil 11
2 the difference between the output from the coil 112a on the left side and the output from the coil 112b on the right side of the detection coil 112 is
The magnetic field is output according to the magnitude of the magnetic field applied to the magnetic sensor.

【0025】同様に、励磁用コイル111によって磁束
Bが磁気コア110内に発生しているときに、検出用コ
イル113の上下のコイル113a,113bを結ぶ線
に対して直交する方向の磁界が磁気コア110に加わる
と、この磁界がバイアス磁界として作用して、磁気コア
110の一方の側が早く飽和し、磁気コア110の他方
の側が遅れて飽和する。したがって、検出用コイル11
3の上側のコイル113aからの出力と、検出用コイル
113の下側のコイル113bからの出力との差分が、
磁気センサに印加している磁界の大きさに対応して出力
されることとなる。
Similarly, when the magnetic flux B is generated in the magnetic core 110 by the exciting coil 111, the magnetic field in the direction orthogonal to the line connecting the upper and lower coils 113a and 113b of the detecting coil 113 is magnetic. When added to the core 110, this magnetic field acts as a bias magnetic field to saturate one side of the magnetic core 110 early and saturate the other side of the magnetic core 110 with a delay. Therefore, the detection coil 11
The difference between the output from the coil 113a on the upper side of 3 and the output from the coil 113b on the lower side of the detection coil 113 is
The magnetic field is output according to the magnitude of the magnetic field applied to the magnetic sensor.

【0026】なお、図3に示した磁気センサにおいてセ
ンス部となるのは、検出用コイル112,113の部分
である。そして、検出用コイル112が、左右のコイル
112a,112bを結ぶ線に対して直交する方向の磁
界を検出する第1のセンサ部となり、検出用コイル11
3が、上下のコイル113a,113bを結ぶ線に対し
て直交する方向の磁界を検出する第2のセンサ部とな
る。
In the magnetic sensor shown in FIG. 3, the sensing portions are the detection coils 112 and 113. The detection coil 112 serves as a first sensor unit that detects a magnetic field in a direction orthogonal to a line connecting the left and right coils 112a and 112b, and the detection coil 11
3 serves as a second sensor unit that detects a magnetic field in a direction orthogonal to a line connecting the upper and lower coils 113a and 113b.

【0027】つぎに、MI素子を利用した磁気センサの
一構成例を図4を参照して説明する。
Next, a configuration example of the magnetic sensor using the MI element will be described with reference to FIG.

【0028】この磁気センサは、一対のMI素子21
0,220が互いに直交するように配されて構成され
る。ここで、MI素子210は、数ガウス程度の微弱な
磁界で急峻な透磁率変化を示す角形特性の優れた磁性材
料からなる細長い磁性体211と、この磁性体211の
長手方向に巻回されたコイル212とから構成される。
同様に、MI素子220は、数ガウス程度の微弱な磁界
で急峻な透磁率変化を示す角形特性の優れた磁性材料か
らなる細長い磁性体221と、この磁性体221の長手
方向に巻回されたコイル222とから構成される。
This magnetic sensor includes a pair of MI elements 21.
0 and 220 are arranged so as to be orthogonal to each other. Here, the MI element 210 is an elongated magnetic body 211 made of a magnetic material having an excellent rectangular characteristic that exhibits a steep magnetic permeability change in a weak magnetic field of about several Gauss, and is wound in the longitudinal direction of the magnetic body 211. And a coil 212.
Similarly, the MI element 220 is composed of an elongated magnetic body 221 made of a magnetic material having an excellent rectangular characteristic that exhibits a steep magnetic permeability change in a weak magnetic field of about several Gauss, and is wound in the longitudinal direction of the magnetic body 221. And a coil 222.

【0029】このような構成を有するMI素子210,
220は、外部磁界の変化に応じて、磁性体211,2
21の透磁率が変化し、その結果、コイル212,22
2のインダクタンスが大きく変化する。したがって、コ
イル212のインダクタンスの変化を検出することによ
り、磁性体211の長手方向に平行な磁界を検出するこ
とができ、同様に、コイル222のインダクタンスの変
化を検出することにより、磁性体221の長手方向に平
行な磁界を検出することができる。
The MI element 210 having such a configuration,
220 is a magnetic body 211,2 according to the change of the external magnetic field.
21 changes its permeability, resulting in coils 212, 22
The inductance of 2 changes greatly. Therefore, the magnetic field parallel to the longitudinal direction of the magnetic body 211 can be detected by detecting the change in the inductance of the coil 212, and similarly, the change in the inductance of the coil 222 can be detected to detect the magnetic field of the magnetic body 221. A magnetic field parallel to the longitudinal direction can be detected.

【0030】この磁気センサにおいてセンス部となるの
は、各MI素子210,220である。すなわち、一方
のMI素子210が、そのMI素子210の磁性体21
1の長手方向に平行な磁界を検出する第1のセンサ部と
なり、他方のMI素子220が、そのMI素子220の
磁性体221の長手方向に平行な磁界を検出する第2の
センサ部となる。
In this magnetic sensor, the MI elements 210 and 220 are the sensing portions. That is, one MI element 210 is the magnetic body 21 of the MI element 210.
1 serves as a first sensor unit that detects a magnetic field parallel to the longitudinal direction of the first MI element 220, and the other MI element 220 serves as a second sensor unit that detects a magnetic field parallel to the longitudinal direction of the magnetic body 221 of the MI element 220. .

【0031】つぎに、上記3次元方位センサによる方位
の検出について説明する。
Next, the detection of the direction by the above three-dimensional direction sensor will be described.

【0032】図5に示すように、地球Eの北極近辺には
N磁極が存在し、南極近辺にはS磁極が存在しており、
これにより、地磁気Hが生じている。そして、この地磁
気Hは、水平方向における方位情報を含むとともに、伏
角を有しており鉛直方向における角度情報も含んでい
る。すなわち、地磁気Hは、3次元情報を有しているの
で、3次元情報の基準として活用することが可能であ
る。そこで、上記3次元方位センサでは、この地磁気H
を基準とすることによって、3次元空間における方位を
検出する。
As shown in FIG. 5, the N magnetic pole exists near the north pole of the earth E, and the S magnetic pole exists near the south pole.
As a result, geomagnetism H is generated. The geomagnetism H includes azimuth information in the horizontal direction, has a dip angle, and also includes angle information in the vertical direction. That is, since the geomagnetism H has three-dimensional information, it can be used as a reference for three-dimensional information. Therefore, in the above three-dimensional orientation sensor,
By using as a reference, the orientation in the three-dimensional space is detected.

【0033】具体的には、先ず、第1のステップとし
て、第1の磁気センサ1のセンシング面1aを水平面に
対してほぼ平行にした状態で、第1の磁気センサ1を回
転機構3によってZ軸を中心として回転させながら地磁
気Hを検出する。このとき、第1の磁気センサ1からの
出力は、地磁気Hの方向と、第1の磁気センサ1の向い
ている方向に依存している。したがって、第1の磁気セ
ンサ1によって検出された地磁気Hの大きさを表示する
第1の表示装置を参照して、第1の磁気センサ1からの
出力がピークとなる方位を検出することにより、地磁気
Hの水平面内における方位が分かることとなる。
Specifically, first, as a first step, the first magnetic sensor 1 is rotated by the rotating mechanism 3 in a state where the sensing surface 1a of the first magnetic sensor 1 is substantially parallel to the horizontal plane. The geomagnetism H is detected while rotating around the axis. At this time, the output from the first magnetic sensor 1 depends on the direction of the geomagnetism H and the direction in which the first magnetic sensor 1 is facing. Therefore, by referring to the first display device that displays the magnitude of the geomagnetism H detected by the first magnetic sensor 1, by detecting the azimuth at which the output from the first magnetic sensor 1 reaches a peak, The orientation of the geomagnetism H in the horizontal plane will be known.

【0034】ここで、実際に第1の磁気センサ1を用い
て、Y軸を中心とした第1の磁気センサ1の回転角度を
パラメータとして、第1の磁気センサ1をZ軸を中心と
して回転させながら地磁気Hを測定した実測値を図6に
示す。なお、図6において、縦軸は、第1の磁気センサ
1の一方のセンサ部からの出力と、他方のセンサ部から
の出力との差動を取り増幅した出力を示しており、横軸
は、Z軸を中心とした第1の磁気センサ1の回転角度を
示している。
Here, the first magnetic sensor 1 is actually used, and the first magnetic sensor 1 is rotated about the Z axis by using the rotation angle of the first magnetic sensor 1 about the Y axis as a parameter. FIG. 6 shows the actual measurement value of the geomagnetism H measured while performing the measurement. In FIG. 6, the vertical axis represents the output obtained by taking the differential between the output from one sensor unit of the first magnetic sensor 1 and the output from the other sensor unit, and the horizontal axis. , And the rotation angle of the first magnetic sensor 1 about the Z axis.

【0035】この図6に示すように、第1の磁気センサ
1からの出力は、第1の磁気センサ1の向いている方向
に依存しており、Z軸を中心として180°回転する毎
にピークとなっている。したがって、第1の磁気センサ
1からの出力がピークとなる方位を検出することによ
り、地磁気の水平面内における方位が分かることとな
る。
As shown in FIG. 6, the output from the first magnetic sensor 1 depends on the direction in which the first magnetic sensor 1 is facing, and is output every 180 ° about the Z axis. It is at the peak. Therefore, by detecting the azimuth in which the output from the first magnetic sensor 1 has a peak, the azimuth of the geomagnetism in the horizontal plane can be known.

【0036】次に、第2のステップとして、第2の磁気
センサ2の方向を、上述のように検出された地磁気Hに
対して平行となるように設定した上で、第2の磁気セン
サ2を回転機構3によって水平面に対して垂直に回転さ
せながら地磁気Hを検出する。このとき、第2の磁気セ
ンサ2からの出力は、地磁気Hの方向と、第2の磁気セ
ンサ2の向いている方向に依存している。したがって、
第2の磁気センサ2によって検出された地磁気Hの大き
さを表示する第2の表示装置を参照して、第2の磁気セ
ンサ2からの出力がピークとなる方位を検出することに
より、地磁気Hの伏角が分かることとなる。
Next, as the second step, the direction of the second magnetic sensor 2 is set to be parallel to the geomagnetism H detected as described above, and then the second magnetic sensor 2 is set. The geomagnetism H is detected by rotating the rotating mechanism 3 perpendicularly to the horizontal plane. At this time, the output from the second magnetic sensor 2 depends on the direction of the geomagnetism H and the direction in which the second magnetic sensor 2 is facing. Therefore,
By referring to a second display device that displays the magnitude of the geomagnetism H detected by the second magnetic sensor 2, the azimuth at which the output from the second magnetic sensor 2 reaches a peak is detected to detect the geomagnetism H. You can see the dip angle.

【0037】ここで、実際に第2の磁気センサ2を用い
て、第2の磁気センサ2を地磁気Hに対して平行となる
ように設定した上で、第2の磁気センサを回転機構3に
よって水平面に対して垂直に回転させながら、地磁気H
を測定した実測値を図7に示す。なお、図7において、
縦軸は、第2の磁気センサ2の一方のセンサ部からの出
力と、他方のセンサ部からの出力との差動を取り増幅し
た出力を示しており、横軸は、第2の磁気センサ2の回
転角度を示している。
Here, the second magnetic sensor 2 is actually used, the second magnetic sensor 2 is set to be parallel to the earth magnetism H, and then the second magnetic sensor is rotated by the rotating mechanism 3. While rotating perpendicular to the horizontal plane, the geomagnetism H
The actual measurement value obtained by measuring is shown in FIG. In addition, in FIG.
The vertical axis represents the output obtained by taking the differential between the output from one sensor section of the second magnetic sensor 2 and the output from the other sensor section, and the horizontal axis represents the second magnetic sensor. The rotation angle of 2 is shown.

【0038】この図7に示すように、第2の磁気センサ
2からの出力は、第2の磁気センサ2が向いている方向
に依存しており、180°回転する毎にピークとなって
いる。したがって、第2の磁気センサ2からの出力がピ
ークとなる方位を検出することにより、地磁気の伏角が
分かることとなる。
As shown in FIG. 7, the output from the second magnetic sensor 2 depends on the direction in which the second magnetic sensor 2 faces, and has a peak every 180 ° rotation. . Therefore, by detecting the azimuth at which the output from the second magnetic sensor 2 has a peak, the dip angle of the geomagnetism can be known.

【0039】以上の2つのステップにより、地磁気Hの
水平方向と垂直方向の両方、すなわち地磁気Hの方位及
び伏角が測定でき、これにより、3次元空間における基
準点が得られることとなる。
By the above two steps, both the horizontal direction and the vertical direction of the geomagnetism H, that is, the azimuth and the dip angle of the geomagnetism H can be measured, whereby the reference point in the three-dimensional space can be obtained.

【0040】なお、上記3次元方位センサは、3次元情
報を活用した機器に広く応用することができ、具体的に
は、移動体の移動量を測定する装置等に利用することが
できる。そして、移動体の移動量を測定する装置に上記
3次元方位センサを用いたときは、3次元方位センサに
よって得られた3次元空間における基準点に基づいて移
動体の移動量を測定することにより、移動体の移動量を
高精度に測定することができる。また、移動体の移動量
を検出したときには、検出された移動量に対して演算処
理を施すことにより、移動体の速度や加速度を検出する
こともできる。すなわち、移動体の移動量を時間で微分
することにより、移動体の速度を求めることができ、更
には、速度を時間で微分することにより、移動体の加速
度を求めることができる。
The above-mentioned three-dimensional direction sensor can be widely applied to equipment utilizing three-dimensional information, and more specifically, it can be used for a device for measuring the moving amount of a moving body. When the above three-dimensional azimuth sensor is used in the device for measuring the moving amount of the moving body, the moving amount of the moving body is measured based on the reference point in the three-dimensional space obtained by the three-dimensional azimuth sensor. The amount of movement of the moving body can be measured with high accuracy. Further, when the moving amount of the moving body is detected, it is possible to detect the velocity and the acceleration of the moving body by performing a calculation process on the detected moving amount. That is, the velocity of the moving body can be obtained by differentiating the moving amount of the moving body with respect to time, and further, the acceleration of the moving body can be obtained by differentiating the speed with respect to time.

【0041】なお、上記3次元方位センサにおいて、第
1の磁気センサ1及び第2の磁気センサ2からの出力は
電気信号として出力されるので、上記3次元方位センサ
では、3次元空間における方位情報を電気信号として取
り出すことができる。したがって、この3次元方位セン
サでは、検出された地磁気の方位や伏角に関する情報
を、他の機器への取り込んだり、コンピュータ等によっ
て演算処理を施したりすることが容易にできる。
Since the outputs from the first magnetic sensor 1 and the second magnetic sensor 2 are output as electric signals in the three-dimensional orientation sensor, the three-dimensional orientation sensor uses the orientation information in the three-dimensional space. Can be taken out as an electric signal. Therefore, with this three-dimensional azimuth sensor, it is possible to easily import the information on the detected azimuth and dip of the geomagnetism into another device or to perform arithmetic processing by a computer or the like.

【0042】[0042]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
に係る3次元方位センサは、方位情報を高精度に検出す
ることができ、しかも、小型化や低価格化を容易に図る
ことができる。
As is apparent from the above description, the three-dimensional azimuth sensor according to the present invention can detect azimuth information with high accuracy, and can be easily reduced in size and cost. it can.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明を適用した3次元方位センサの一構成例
を示す模式図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration example of a three-dimensional azimuth sensor to which the present invention is applied.

【図2】磁気抵抗効果素子を用いた磁気センサの一構成
例を示す模式図である。
FIG. 2 is a schematic diagram showing a configuration example of a magnetic sensor using a magnetoresistive effect element.

【図3】フラックスゲートを用いた磁気センサの一構成
例を示す模式図である。
FIG. 3 is a schematic diagram showing a configuration example of a magnetic sensor using a flux gate.

【図4】MI素子を用いた磁気センサの一構成例を示す
模式図である。
FIG. 4 is a schematic diagram showing a configuration example of a magnetic sensor using an MI element.

【図5】地磁気を示す模式図である。FIG. 5 is a schematic diagram showing geomagnetism.

【図6】第1の磁気センサの回転させながら地磁気を検
出した結果を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a result of detecting geomagnetism while rotating a first magnetic sensor.

【図7】第2の磁気センサの回転させながら地磁気を検
出した結果を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a result of detecting geomagnetism while rotating a second magnetic sensor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 第1の磁気センサ、 2 第2の磁気センサ、 3
回転機構
1 1st magnetic sensor, 2 2nd magnetic sensor, 3
Rotation mechanism

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 互いに直交する2つの磁気センサと、 上記2つの磁気センサを直交させたまま、互いに直交す
る3つの軸をそれぞれ中心として回転可能な回転機構
と、 を備えていることを特徴とする3次元方位センサ。
1. A magnetic recording medium comprising: two magnetic sensors that are orthogonal to each other; and a rotating mechanism that is rotatable about three mutually orthogonal axes while keeping the two magnetic sensors orthogonal to each other. A three-dimensional direction sensor.
JP13924496A 1996-05-31 1996-05-31 Three-dimensional bearing sensor Withdrawn JPH09318357A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP13924496A JPH09318357A (en) 1996-05-31 1996-05-31 Three-dimensional bearing sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP13924496A JPH09318357A (en) 1996-05-31 1996-05-31 Three-dimensional bearing sensor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH09318357A true JPH09318357A (en) 1997-12-12

Family

ID=15240819

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP13924496A Withdrawn JPH09318357A (en) 1996-05-31 1996-05-31 Three-dimensional bearing sensor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH09318357A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007147593A (en) * 2005-10-06 2007-06-14 Biosense Webster Inc Magnetic sensor assembly
RU2673826C2 (en) * 2008-11-13 2018-11-30 Халлибёртон Энерджи Сервисез, Инк. In-well tool calibration at surveying formations

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007147593A (en) * 2005-10-06 2007-06-14 Biosense Webster Inc Magnetic sensor assembly
RU2673826C2 (en) * 2008-11-13 2018-11-30 Халлибёртон Энерджи Сервисез, Инк. In-well tool calibration at surveying formations

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11747505B1 (en) Magnetic utility locator devices and methods
US9797721B2 (en) Three-axis digital compass
CN102853760B (en) Method for calibrating verticality of magnetic shaft of three-shaft magnetic sensor
JP2006234581A (en) Electronic compass and azimuth measuring method
US20070084070A1 (en) Magnetic compass
JPH09152473A (en) Magnetic detecting apparatus
JPWO2007099599A1 (en) Magnetic gyro
CN107024673B (en) Three axis magnetometer total error scaling method based on gyroscope auxiliary
KR20200126317A (en) Method of measuring angle between two bodies of foldable device and apparatus therefor
JP2002310659A (en) Goniometer and method of measuring direct azimuth
JPH04238216A (en) Calculating method for scale factor of gyroscope
JP2006047299A (en) Correction method for geomagnetic sensor, method for measuring offset of geomagnetic sensor, direction data arithmetic device and portable information terminal
JPH09318357A (en) Three-dimensional bearing sensor
JP5457890B2 (en) Orientation detection device
JP6361769B1 (en) Position prediction apparatus and position detection apparatus
KR20230101134A (en) Magnetic sensor using spin orbit torque and sensing method using same
JPH0792395B2 (en) Area type flow meter with sensor and flow rate measuring method
JPH0749960B2 (en) Geomagnetic azimuth measuring device
JPH06147816A (en) Angle sensor
JPH06230027A (en) Acceleration sensor
KR20090012724A (en) The method of the absolute direction angle measurement by using 3-axis thin film fluxgate sensor and the 3-axis accelerometer sensor
JP4053351B2 (en) Geomagnetic direction sensor
JPS6290508A (en) Direction detector of moving body
JP2005300510A (en) Detection sensor
JP2005043103A (en) Magnetic compass

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20030805