KR20240026177A

KR20240026177A - 자기 계측용 센서 블록

Info

Publication number: KR20240026177A
Application number: KR1020247001506A
Authority: KR
Inventors: 마사키 모리; 미치하루 야마모토; 히로시 오이시
Original assignee: 아이치 세이코우 가부시키가이샤
Priority date: 2021-06-25
Filing date: 2022-06-21
Publication date: 2024-02-27
Also published as: WO2022270508A1; EP4361658A1; JPWO2022270508A1; CN117501142A; US20240288601A1

Abstract

자기 계측 장치는, 어느 제1 방향을 따라 작용하는 자기를 검출하는 제1 자기 센서(An)와, 제1 자기 센서가 자기를 검출하는 제1 방향과 교차하는 제2 방향을 따라 작용하는 자기를 검출하는 제2 자기 센서(Bn)와, 통전에 따라 자계를 발생시키는 자계 발생부(Cn)를 가지고 있고, 자계 발생부(Cn)는, 제1 자기 센서(An) 및 제2 자기 센서(Bn)에 상대하는 위치가 고정된 상태에서, 통전에 따라 제1 방향 및 제2 방향을 따라 자기를 작용하도록 편입되어 있다.

Description

자기 계측 장치

본 발명은, 자기(磁氣)를 계측하기 위한 자기 센서를 포함하는 자기 계측 장치에 관한다.

종래부터, 차량에 장착한 복수의 자기 센서를 이용하여 도로에 배설(配設)된 자기 마커를 검출하는 방법이 제안되어 있다(예를 들면 하기의 특허문헌 1 참조). 이 방법에서는, 복수의 자기 센서 중 2개 이상의 자기 센서의 자기 계측값의 차분을 구함으로써 외란 자기의 영향을 억압하고, 자기 마커의 검출 정밀도를 높이려고 하고 있다. 2개 이상의 자기 센서의 자기 계측값의 차분을 구할 때, 자기 센서의 특성의 불균일에 기인하는 자기 계측값의 오차가 차분 연산에 의해 증폭되어 큰 오차로 될 수 있다.

그래서, 자기 센서의 교정 기능이 편입된 자기 계측 장치가 제안되어 있다(예를 들면, 하기의 특허문헌 2참조). 이 자기 계측 장치가 구비하는 자기 센서는 감자체(感磁體)를 이루는 아몰퍼스 와이어에 대하여 검출 코일이 외삽(外揷) 배치된 MI(Magneto Impedance) 센서이다. 이 자계 계측 장치에서는, 검출 코일에 대하여 자계 발생 코일이 직렬로 배설되어 있다. 자계 발생 코일을 이용하면, 자계 계측 장치의 운용 중에 있어서도, 수시로 자기 센서의 교정이 가능해진다.

일본공개특허 제2017-083189호 공보 일본공개특허 제2016-194531호 공보

그러나, 상기 종래의 자기 계측 장치에서는, 다음과 같은 문제가 있다. 즉, 자기의 검출 방향이 복수 필요한 자기 계측 장치인 경우, 자기의 검출 방향마다 자계 발생 코일을 설치할 필요가 생겨 비용 상승이 유발되는 데에다, 또한, 자계 발생 코일을 복수 설치한 경우에는, 자계 발생 코일의 자기 출력 특성의 불균일이 문제가 될 수 있다.

본 발명은, 상기 종래의 문제점을 감안하여 이루어진 것이며, 자기의 검출 방향을 복수 가지는 자기 계측 장치로서, 교정이 용이하고, 또한, 비용적으로 유리한 자기 계측 장치를 제공하려고 하는 것이다.

본 발명은, 어느 제1 방향을 따라 작용하는 자기를 검출하는 제1 자기 센서와,

해당 제1 자기 센서가 자기를 검출하는 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향을 따라 작용하는 자기를 검출하는 제2 자기 센서와,

통전에 따라 자계를 발생시키는 자계 발생부를 가지고,

상기 자계 발생부는, 상기 제1 자기 센서 및 상기 제2 자기 센서에 상대하는 위치가 고정된 상태에서, 통전에 따라 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향을 따라 자기를 작용하도록 편입되어 있는 자기 계측 장치에 있다.

본 발명의 자기 계측 장치는, 자기를 검출하는 방향이 서로 교차하는 제1 및 제2 자기 센서 외에, 자계 발생부를 구비하고 있다. 이 자계 발생부는, 통전에 따라, 상기 제1 자기 센서가 자기를 검출하는 방향, 및 상기 제2 자기 센서가 자기를 검출하는 방향의 양 방향을 따라 자기를 작용할 수 있다. 이 자계 발생부는 상기 제1 자기 센서 및 상기 제2 자기 센서의 교정에 공용할 수 있다.

본 발명의 자기 계측 장치에 의하면, 자계 발생부를 공용하여 제1 자기 센서 및 제2 자기 센서를 교정할 수 있다. 이 자기 계측 장치에서는, 제1 및 제2 자기 센서에 대하여, 각각, 교정용 자계 발생부를 설치할 필요가 없어 비용적으로 유리하다. 또한, 본 발명의 자기 계측 장치에서는, 제1 자기 센서와 제2 자기 센서 사이에 자계 발생부를 공용하므로, 제1 자기 센서의 교정을 위한 자계 발생부와, 제2 자기 센서의 교정을 위한 자계 발생부의 자기 출력 특성의 불균일에 기인하는 문제가 생기지 않는다.

[도 1] 실시예 1에서의, 센서 어레이를 장착한 차량의 정면도이다.
[도 2] 실시예 1에서의, 자기 마커가 배설된 차선상의 차량을 나타내는 부감도이다.
[도 3] 실시예 1에서의, 센서 어레이의 구성을 나타내는 블록도이다.
[도 4] 실시예 1에서의, 자기 센서 및 캘리브레이션 회로의 구성을 나타내는 블록도이다.
[도 5] 실시예 1에서의, 자기 센서와 자계 발생 코일의 위치 관계의 설명도이다.
[도 6] 실시예 1에서의, 유지보수 모드 하의 처리를 실시하기 위한 장치의 설명도이다.
[도 7] 실시예 1에서의, 자기 마커를 검출하는 처리의 흐름을 나타내는 플로차트다.
[도 8] 실시예 1에서의, 자기 마커를 통과할 때의 자기 센서(An)의 자기 계측값(총계)의 시간적 변화를 나타내는 그래프이다.
[도 9] 실시예 1에서의, 센서 어레이가 자기 마커의 바로 위에 위치할 때의 자기 센서(Bn)의 자기 계측값의 변화 커브를 나타내는 그래프이다.
[도 10] 실시예 1에서의, 유지보수 모드 하의 처리의 흐름을 나타내는 플로차트이다.
[도 11] 실시예 1에서의, 통상 모드 하의 처리의 흐름을 나타내는 플로차트이다.
[도 12] 실시예 1에서의, 자기 센서의 교정 처리의 설명도이다(교정 전의 자기 센서의 센서 출력 특성).
[도 13] 실시예 1에서의, 자기 센서의 교정 처리의 설명도이다(교정 후의 자기 센서의 센서 출력 특성).
[도 14] 실시예 2에서의, 자기 센서와 자계 발생 코일의 다른 위치 관계의 설명도이다.
[도 15] 실시예 2에서의, 자기 센서와 자계 발생 코일의 다른 위치 관계의 설명도이다.
[도 16] 실시예 2에서의, 자기 센서와 자계 발생 코일의 다른 위치 관계의 설명도이다.
[도 17] 실시예 3에서의, 자기 센서와 자계 발생 코일의 다른 위치 관계의 설명도이다.
[도 18] 실시예 3에서의, 자기 센서와 자계 발생 코일의 다른 위치 관계의 설명도이다.

본 발명의 실시형태에 대하여, 이하의 실시예를 이용하여 구체적으로 설명한다.

(실시예 1)

본 예는, 도로에 배설된 자기 마커(10)를 검출하기 위한 마커 검출 장치(1)에 관한 예이다. 이 내용에 대하여, 도 1∼도 13을 이용하여 설명한다.

마커 검출 장치(1)는 도 1 및 도 2와 같이, 도로에 배설된 자기 마커(10)를 검출하기 위해 차량(5)에 편입되는 차량탑재 장치이고, 자기 계측 장치의 일례를 이루고 있다. 자기 마커(10)는 예를 들면, 차량(5)이 주행하는 차선(100)의 중앙을 따르도록 노면(100S)에 배설된다. 이 자기 마커(10)는 예를 들면, 직경 20㎜, 높이 28㎜의 원기둥형을 이루고, 노면(100S)에 형성된 수용공(100H)에 수용되어 매설된다.

(1) 마커 검출 장치의 구성

마커 검출 장치(1)는 도 1 및 도 2와 같이, 복수의 자기 센서가 배열된 센서 어레이(11)와, 도시하지 않은 CPU(central processing unit) 등을 내장하는 검출 유닛(12)을 조합한 장치이다.

센서 어레이(11)는, 복수의 자기 센서가 일직선상에 배열된 봉형의 유닛이다. 센서 어레이(11)는 차량(5)의 바닥면에 해당하는 차체 플로어(50)에 장착된다. 본 예의 차량(5)의 경우, 노면(100S)을 기준으로 한 장착 높이가 약 200㎜로 되어 있다. 센서 어레이(11)에는, 진행 방향의 자기를 검출하는 자기 센서와, 차폭 방향의 자기를 검출하는 자기 센서가 편입되어 있다.

검출 유닛(12)은, 센서 어레이(11)가 출력하는 센서 신호에 처리를 실시하여 자기 마커(10)를 검출하는 유닛이다. 검출 유닛(12)에 의한 검출 결과는, 예를 들면 차량(5) 측의 도시하지 않은 ECU 등에 입력되고, 차선(100)을 유지하여 차량(5)이 주행하기 위한 자동 조타 제어나 차선 일탈 경보 등 각종 제어에 이용된다. 이하, 검출 유닛(12), 센서 어레이(11)의 구성에 대하여, 차례로 설명한다.

(1.1) 검출 유닛의 구성

검출 유닛(12)(도 3)은, 각종 연산을 실행하는 CPU 외에, ROM이나 RAM 등의 메모리 소자 등이 실장된 전자(電子) 기판(도시 생략)을 구비하는 유닛이다. 검출 유닛(12)은, 자기 마커(10)를 검출하기 위한 마커 검출 회로와, 검출된 자기 마커(10)에 대한 차량(5)의 가로 어긋남량을 계측하기 위한 가로 어긋남량 계측 회로를 구비하고 있다.

(1.2) 센서 어레이의 구성

센서 어레이(11)에서는, 도 3과 같이, 자기 센서(An·Bn)가 편입된 센서 블록(Sn)(n은 1부터 15의 정수)이 일직선상에 배열되어 있다. 센서 어레이(11)는, 센서 블록(S1)이 차량(5)의 좌측(우핸들 차의 조수석측)에 위치하고, 우측을 향하여 번호순으로 배열되도록 차폭 방향을 따라 장착되어 있다. 센서 어레이(11)에서의 센서 블록(Sn)의 간격은 10cm로 설정되어 있다. 센서 어레이(11)는, 15개의 센서 블록(Sn) 외에, 캘리브레이션 회로(110)를 포함하여 구성되어 있다. 각 센서 블록(Sn)은, 2개 1세트의 자기 센서(An·Bn)와, 자계 발생 코일(Cn)이 편입되어 원-칩(One-Chip)화된 전자 부품이다. 각 센서 블록(Sn)을, 자기 센서(An·Bn)가 편입된 자기 센서로 간주할 수도 있다. 이 경우, 자기 센서(An·Bn)를 센서 소자로 간주하는 것도 된다.

센서 어레이(11)는, 각 센서 블록(Sn)의 센서 신호를 동시에 출력할 수 있도록, 15채널의 출력 포트를 구비하고 있다. 센서 신호는, 자기 센서(An)의 자기 계측값과, 자기 센서(Bn)의 자기 계측값을 표시하는 신호이다. 센서 어레이(11)는, 검출 유닛(12)에 의한 제어 신호에 따라 자기 계측을 실행하고, 센서 신호를 검출 유닛(12)에 입력한다. 그리고, 자세하게는 후술하지만, 검출 유닛(12)은, 차륜의 회전에 따라 차량(5) 측으로부터 출력되는 펄스 신호를 취득할 때마다, 제어 신호를 센서 어레이(11)에 입력한다. 펄스 신호는, 예를 들면 30㎜의 거리에 상당하는 각도분만큼 차륜이 회전할 때마다 출력된다.

센서 어레이(11)에서는, 15개의 센서 블록(Sn)을 일직선상에 배치함으로써, 각 15개의 자기 센서(An·Bn)가 일직선상에 배열된 태양(態樣)이 실현되고 있다. 또한, 자계 발생 코일(Cn)이 편입된 센서 블록(Sn)을 채용함으로써, 자기 센서(An·Bn)에 대하여 자계 발생 코일(Cn)이 개별로 부설된 태양이 실현되고 있다. 각 센서 블록(Sn)에서는, 후술하는 펄스 회로(22)나 신호 처리 회로(24) 등이 전자 회로로서 편입되어 있다. 펄스 회로(22) 및 신호 처리 회로(24) 등의 전자 회로는 자기 센서(An) 및 자기 센서(Bn)에 대응 가능하도록 2계통 설치되어 있다. 그리고, 전자 회로를 1계통 설치하는 한편, 자기 센서(An)와 자기 센서(Bn) 사이에서, 시분할로 전자 회로를 공용하는 것도 된다.

2개 1세트의 자기 센서(An·Bn)(도 3) 중 한쪽은 어느 제1 방향을 따라 작용하는 자기를 검출하는 제1 자기 센서의 일례를 이루고, 다른 쪽은, 제1 자기 센서가 자기를 검출하는 제1 방향에 대하여 교차하는 제2 방향을 따라 작용하는 자기를 검출하는 제2 자기 센서의 일례를 이루고 있다. 본 예의 자기 센서(An·Bn)는, 서로 직교하는 방향을 따라 작용하는 자기 성분을 계측 가능하다. 각 센서 블록(Sn)은 센서 어레이(11)의 차량탑재 상태에 있어서, 자기 센서(An)가 진행 방향을 따라 작용하는 자기 성분을 계측하고, 자기 센서(Bn)가 차폭 방향을 따라 작용하는 자기 성분을 계측하도록 센서 어레이(11)에 편입되어 있다. 진행 방향 및 차폭 방향은 상기의 제1 방향 혹은 제2 방향의 일례이다.

각 센서 블록(Sn)의 자기 센서(An·Bn)는 도 4와 같이, CoFeSiB계 합금제의 대략 영자왜(零磁歪)인 아몰퍼스 와이어(자성체 와이어)(20)와, 이 아몰퍼스 와이어(20)의 주위에 감긴 픽업 코일(코일)(21)을 포함하는 MI(Magneto-Impedance) 소자를 이용하여 구성된 자기 센서이다.

자기 센서(An·Bn)는, 자속 밀도의 측정 레인지가 ±0.6밀리테슬라이고, 측정 레인지 내의 자속 분해능이 0.02마이크로테슬라라는 고감도의 센서이다. 이와 같은 고감도는, 아몰퍼스 와이어(20)의 임피던스가 외부 자계에 따라 민감하게 변화한다는 MI 효과에 의해 실현되고 있다.

MI 소자는, 아몰퍼스 와이어(20)에 펄스 전류를 통전했을 때 픽업 코일(21)에 발생하는 전압을 계측함으로써, 아몰퍼스 와이어(20)에 작용하는 자기를 검출한다. 이 MI 소자는, 감자체인 아몰퍼스 와이어(20)의 축 방향(길이 방향)으로 검출감도를 가지고 있다.

본 예의 센서 어레이(11)에서는, 자기 센서(An)에서의 아몰퍼스 와이어(20)의 축 방향과, 자기 센서(Bn)에서의 아몰퍼스 와이어(20)의 축 방향이 직교하는 관계에 있다. 그리고, 본 예의 센서 어레이(11)는, 각 자기 센서(An)의 아몰퍼스 와이어(20)가 진행 방향을 따르고, 또한 각 자기 센서(Bn)의 아몰퍼스 와이어(20)가 차폭 방향을 따르도록, 차량(5)에 조립되어 있다.

센서 블록(Sn)에 편입된 펄스 회로(22)(도 4)는, 아몰퍼스 와이어(20)에 통전하는 펄스 전류의 베이스가 되는 펄스 신호를 생성하는 회로이다. 신호 처리 회로(24)(도 4)는, 펄스 신호에 연동하여 개폐하는 검파기(동기 검파기)(241)를 이용하여 픽업 코일(21)의 유기(誘起) 전압을 인출하고, 증폭기(242)가 그 유기 전압을 증폭시키는 회로이다. 신호 처리 회로(24)는 증폭 후의 유기 전압을 자기 센서의 자기 계측값으로 한다. 증폭기(242)는 캘리브레이션 회로(110)에 의한 제어에 의해 증폭률을 조정 가능하다.

자계 발생 코일(Cn)(도 3)은, 통전에 따라 자계를 발생할 수 있도록 전선이 감긴 통형의 코일이며, 자계 발생부의 일례를 이루고 있다. 각 센서 블록(Sn)에 편입된 자계 발생 코일(Cn)은, 서로 전기적인 직렬을 이루도록 접속되어 있다. 자계 발생 코일(Cn)은 캘리브레이션 회로(110)에 의한 통전에 따라 자계를 발생하고, 자기 센서(An·Bn)에 자기를 작용시킨다. 이 자계 발생 코일(Cn)은 자기 센서(An·Bn)의 교정에 이용된다. 전선이 감긴 코일인 자계 발생 코일(Cn)은, 통전 전류의 크기에 대한 자기량의 선형성이 높다는 특성이 있으므로, 자기 센서(An·Bn)의 교정에 바람직하다.

자계 발생 코일(Cn)은 도 5와 같이, 자기 센서(An·Bn)에 상대하는 위치가 고정된 상태로 편입되어 있다. 그리고, 도 5에서는, 감자체를 모식적으로 나타내는 선분에 의해 자기 센서(An·Bn)를 표현하고, 또한 중심축을 표시하는 선분에 의해 자계 발생 코일(Cn)을 표현하고 있다. 자기 센서(An·Bn)의 검출 방향은 각각, 대응하는 선분 방향에 있다. 자기 센서(An·Bn)의 검출축은 대응하는 선분에 일치하고 있다. 통형을 이루도록 전선이 감긴 자계 발생 코일(Cn)의 통 방향은, 중심축을 표시하는 선분의 방향에 있다.

통형의 자계 발생 코일(Cn)은 도 5와 같이, 그 통 방향이 차폭 방향 및 진행 방향에 대하여 45도의 각도로 교차하도록 편입되어 있다. 여기에서, 자계 발생 코일(Cn)의 통 방향이란, 통형을 이루는 코일의 중심축의 방향을 의미하고 있다. 이하, 자계 발생 코일(Cn)의 통 방향을 따르는 축을 자계 발생 코일(Cn)의 중심축이라고 한다. 이와 같이 차폭 방향에 대하여 45도의 각도로 교차하고, 또한 진행 방향에 대해서도 45도의 각도로 교차하는 자계 발생 코일(Cn)에 의하면, 통전에 따라 자기 센서(An·Bn)의 양쪽에 자기를 작용할 수 있다. 또한, 본 예의 구성에서는, 자기 센서(An)에 상대하는 자계 발생 코일(Cn)의 위치 관계와, 자기 센서(Bn)에 상대하는 자계 발생 코일(Cn)의 위치 관계가 대략 일치하고 있다. 그러므로, 자계 발생 코일(Cn)에 의하면, 자기 센서(An)와 자기 센서(Bn)에 균등하게 가깝게 자기를 작용할 수 있다.

각 센서 블록(Sn)의 자계 발생 코일(Cn)은, 설계 사양이 공통되고 있고, 또한 자기 센서(An·Bn)와의 상대적인 위치 관계의 사양인 편입 사양도 공통되고 있다. 또한, 상기와 같이, 각 자계 발생 코일(Cn)은, 대응하는 자기 센서(An·Bn)에 대하여, 균등하게 자기를 작용할 수 있도록 배설되어 있다. 또한, 각 센서 블록(Sn)의 자계 발생 코일(Cn)은, 상기와 같이 직렬로 접속되어 있으므로, 캘리브레이션 회로(110)로부터 공급되는 전류가 각 자계 발생 코일(Cn)과 동등하게 통전된다.

따라서, 설계상에서는, 각 센서 블록(Sn)의 자계 발생 코일(Cn)은 동등하게 자기를 발생할 수 있고, 또한, 대응하는 자기 센서(An)와 자기 센서(Bn)에 대하여, 균등하게 자기를 작용할 수 있다. 그러나, 각 자계 발생 코일(Cn)의 자기 출력 특성의 불균일은 불가피하며, 각 센서 블록(Sn)에서의 자계 발생 코일(Cn)의 조립 오차에 의한 자기 센서(An·Bn)와의 위치 관계의 불균일 등도 불가피하다. 그러므로, 각 자계 발생 코일(Cn)이 대응하는 자기 센서(An) 및 자기 센서(Bn)에 작용하는 자기량의 불균일은 불가피하다.

상기의 캘리브레이션 회로(110)(도 4)는, 자계 발생 코일(Cn)로의 통전 등을 실행하는 코일 구동 회로(114)와, 각 센서 블록(Sn)의 자기 센서(An·Bn)의 교정 처리 등을 실행하는 교정 회로(112)를 포함하여 구성되어 있다. 교정부의 일례를 이루는 교정 회로(112)는 CPU, ROM(read only memory)·RAM(random access memory)·플래시(ROM), I/O 등을 포함하여 구성되어 있다.

교정 회로(112)는, 각 자계 발생 코일(Cn)의 특성 정보(자기 출력 특성)를 기억하는 기억부, 자기 센서(An 및 Bn)의 자기 계측값의 추정값인 추정 계측값을 구하는 추정부 등으로서의 기능을 구비하고 있다. 기억부가 기억하는 각 자계 발생 코일(Cn)의 특성 정보는, 추정부가 추정 계측값을 구할 때 이용된다.

코일 구동 회로(114)는, 자계 발생 코일(Cn)에 전류를 공급하는 정전류 회로(114A)와, 공급 전류의 전류값을 계측하는 전류 계측 회로(114B)를 포함하여 구성되어 있다. 정전류 회로(114A)는 캘리브레이션 회로(110)의 제어에 따라 자계 발생 코일(Cn)에 전류를 공급한다. 전류 계측 회로(114B)는, 계측한 자계 발생 코일(Cn)의 전류값을 교정 회로(112)에 입력한다.

교정 회로(112)는, ROM으로부터 읽어낸 프로그램을 CPU가 처리함으로써, 적어도 2종의 동작 모드를 실행 가능하다. 동작 모드로서는, 차량(5)의 사용 기간 중에 실행되는 통상 모드, 및 공장 출하 시나 유지보수 작업 시의 유지보수 모드가 있다. 유지보수 모드로의 전환은, 예를 들면 외부 접속된 유지보수 장치(61)(도 6)의 제어에 의해 실행된다.

통상 모드는 차량(5)의 사용 기간에 있어서 각 센서 블록(Sn)의 자기 센서(An·Bn)를 교정하기 위한 동작 모드이다. 유지보수 모드는 헬름홀츠 코일(60)(도 6 참조)의 기준 자기를 이용하여 각 자계 발생 코일(Cn)의 자기 출력 특성(특성 정보)을 특정하기 위한 동작 모드이다. 이 유지보수 모드에 의해 특정된 각 자계 발생 코일(Cn)의 특성 정보(후술)는, 상기의 캘리브레이션 회로(110)(교정 회로(112))의 기억부에 의해 기억되고, 자기 센서(An 및 Bn)의 교정에 이용된다. 그리고, 각 동작 모드의 내용에 대해서는, 도 10 및 도 11의 플로차트 등을 참조하여 나중에 설명한다.

여기에서, 유지보수 모드 하의 처리를 실행하기 위한 장치의 구성에 대하여 도 6을 참조하여 설명한다. 유지보수 모드 하의 처리를 실행하는 장치는, 전원 공급이나 동작 모드의 전환 등을 실행하는 전용의 유지보수 장치(61), 균일한 자장을 발생시키는 자계 발생 장치(6) 등을 포함하여 구성되어 있다. 자계 발생 장치(6)는 예를 들면 헬름홀츠 코일(60)을 구비하는 자기 장치이다.

헬름홀츠 코일(60)은 동축(同軸) 상에서 이격하여 배치된 공통 사양의 2개의 원형 코일을 포함하고, 2개의 원형 코일의 간격이 코일의 반경과 동등한 코일 시스템이다. 헬름홀츠 코일(60)에서는, 동일한 방향의 동등한 전류를 2개의 원형 코일에 대하여 통전함으로써 균일성이 높은 자장을 생성할 수 있다. 헬름홀츠 코일(60)이 생성하는 자기는 기준의 자기량인 기준 자기로서 이용 가능하다. 그리고, 헬름홀츠 코일(60)의 외주측에 대경의 코일을 동심(同芯) 배치하여 자장의 균일성을 한층 높인 맥스웰 코일을 이용하는 것도 된다.

유지보수 장치(61)는 유지보수 모드 하의 처리를 실행할 때, 센서 어레이(11) 및 자계 발생 장치(6)의 양쪽을 제어하는 장치이다. 유지보수 장치(61)는 센서 어레이(11)에 대하여 동작 전력을 공급 가능한 것 이외에, 센서 어레이(11)와 자계 발생 장치(6) 사이에서, 동작 상황을 표시하는 스테이터스(status) 정보의 송수신의 중개가 가능하다. 스테이터스 정보로서는, 예를 들면 자계 발생 장치(6)로부터 헬름홀츠 코일(60)로의 통전 준비가 완료한 스탠바이 상태인 뜻의 정보 등이 있다.

(2) 마커 검출 장치의 동작

다음으로, 마커 검출 장치(1)의 동작으로서, (2.1) 자기 마커(10)의 검출 동작을 개설(槪說)한 후, (2.2) 센서 블록(Sn)의 교정 동작의 내용을 설명한다. 그리고, 상기한 바와 같이, 센서 블록(Sn)의 교정 동작에는, (2.2.1) 유지보수 모드 하의 처리와, (2.2.2) 통상 모드 하의 처리가 있다.

(2.1) 자기 마커의 검출 동작

검출 유닛(12)은 도 7과 같이, 예를 들면 30㎜ 진행할 때마다 차량(5) 측으로부터 출력되는 펄스 신호를 트리거로서 제어 신호를 출력하고, 센서 어레이(11)에 자기 계측을 실행시킨다(S101). 상기와 같이, 센서 어레이(11)는 자기 계측을 실행하면, 자기 센서(An)의 자기 계측값 및 자기 센서(Bn)의 자기 계측값이 채널마다(n=1∼15의 15채널) 포함되는 센서 신호를 검출 유닛(12)에 입력한다.

검출 유닛(12)은 각 센서 블록(Sn)의 센서 신호를 수시로 도시하지 않은 메모리 버퍼에 저장한다. 각 센서 블록(Sn)의 센서 신호는 과거의 소정 기간에 걸쳐, 시간적으로 오래된 것으로부터 차례로 기억된다. 상기와 같이, 각 센서 블록(Sn)의 센서 신호는 자기 센서(An)의 자기 계측값 및 자기 센서(Bn)의 자기 계측값을 표시하는 신호이다. 메모리 버퍼에는, 자기 센서(An·Bn)의 자기 계측값의 시계열 데이터가 생성된다.

검출 유닛(마커 검출 회로)(12)은 진행 방향의 자기 성분의 계측값인 자기 센서(An)의 자기 계측값의 시계열 데이터를 이용하여, 마커 검출 처리를 실행한다(S102). 예를 들면, 자기 센서(An)가 차량(5)의 진행 방향을 따라 이동하여 자기 마커(10)의 바로 위를 통과할 때, 진행 방향의 자기 계측값은 도 8과 같이 자기 마커(10)의 전후에서 양음이 반전하고, 또한 자기 마커(10)의 바로 위의 위치에서 제로를 교차하도록 변화한다.

차량(5)의 주행 중에서는, 센서 블록(Sn)의 각 자기 센서(An)가 검출하는 진행 방향의 자기 계측값의 총계에 대하여, 그 양음이 반전하는 제로크로스 Zc가 생겼을 때, 센서 어레이(11)가 자기 마커(10)의 바로 위에 위치한다고 판단할 수 있다. 검출 유닛(12)은, 이와 같이 센서 어레이(11)가 자기 마커(10)의 바로 위에 위치하고 진행 방향의 자기 계측값의 제로크로스 Zc가 생겼을 때, 자기 마커(10)를 검출했다고 판단한다.

검출 유닛(12)은 자기 마커(10)를 검출했다고 판단하면(S103: YES), 그 자기 마커(10)에 대한 차량(5)의 가로 어긋남량의 계측 처리를 실행한다(S104). 검출 유닛(가로 어긋남량 계측 회로)(12)은, 자기 마커(10)의 바로 위에 센서 어레이(11)가 위치한 시점(時点), 즉 도 9에서의 제로크로스 Zc의 시점에서의 각 센서 블록(Sn)의 자기 센서(Bn)의 자기 계측값을 읽어들이고, 가로 어긋남량의 계측 처리를 실행한다. 상기와 같이, 자기 센서(Bn)의 자기 계측값은 차폭 방향으로 작용하는 자기 성분의 계측값이다. 각 센서 블록(Sn)의 자기 센서(Bn)의 자기 계측값은, 차폭 방향의 자기 계측값의 차폭 방향에서의 분포를 표시하는 데이터열을 이룬다.

여기에서 예를 들면, 차폭 방향을 따르는 자기 성분을 계측하는 자기 센서(Bn)와 동일한 사양의 자기 센서에 대하여, 자기 마커(10)의 바로 위를 통과하는 차폭 방향의 가상선을 따르는 이동을 상정한다. 이 경우, 이 자기 센서에 의한 차폭 방향의 자기 계측값은, 자기 마커(10)를 사이에 둔 양측에서 양음이 반전하고, 또한 자기 마커(10)의 바로 위의 위치에서 제로를 교차하도록 변화한다. 따라서, 15개의 센서 블록(Sn)이 차폭 방향으로 배열된 센서 어레이(11)에서는, 자기 마커(10)를 통하여 어느 측에 있는지에 의해 자기 센서(Bn)가 검출하는 차폭 방향의 자기 계측값의 양음이 달라진다.

각 센서 블록(Sn)의 자기 센서(Bn)의 자기 계측값(차폭 방향의 자기 계측값)의 데이터열을 예시하는 도 9의 변화 커브에서는, 차폭 방향의 자기 계측값의 양음이 반전하는 제로크로스 Zc가 자기 마커(10)의 위치에 대응하여 나타난다. 도 9의 제로크로스 Zc의 위치는 자기 마커(10)의 차폭 방향의 위치에 일치하고 있다. 차폭 방향에서의 자기 마커(10)의 위치는 제로크로스 Zc에 대응하는 위치로서 특정 가능하다.

검출 유닛(가로 어긋남량 계측 회로)(12)은 자기 마커(10)에 대한 차량(5)의 차폭 방향의 편차를 가로 어긋남량으로서 계측한다. 본 예에서는, 센서 어레이(11)의 중앙의 센서 블록(S8)의 위치, 즉 차폭 방향에서의 차량(5)의 중앙을 대표점으로 설정하고 있다. 예를 들면 도 9의 경우, 자기 마커(10)에 대응하는 제로크로스 Zc의 위치가 S9과 S10의 중간 근처의 S9.5에 상당하는 위치로 되어 있다. 상기와 같이 센서 블록(S9과 S10)의 간격은 10cm이므로, 자기 마커(10)에 대한 차량(5)의 대표점(센서 블록(S8))의 가로 어긋남량은 (9.5-8)×10=15cm로 된다.

(2.2) 센서 블록의 교정 동작

상기와 같이, 센서 어레이(11)의 각 센서 블록(Sn)의 자기 센서(An·Bn)를 교정하기 위해 캘리브레이션 회로(110)(도 3)가 실행하는 처리로서는, (2.2.1) 공장 출하 시나 유지보수 작업 시의 유지보수 모드 하의 처리와, (2.2.2) 차량의 사용 기간 중에 실행되는 동작 모드인 통상 모드 하의 처리가 있다.

여기에서, 상기와 같이, 본 예의 센서 어레이(11)의 각 센서 블록(Sn)에서의 자계 발생 코일(Cn)은, 자기 센서(An)의 검출 방향(진행 방향)의 자기 성분, 및 자기 센서(Bn)의 검출 방향(차폭 방향)의 자기 성분을 포함하는 자계를 발생시키도록 편입되어 있다. 센서 어레이(11)에서는, 각 센서 블록(Sn)의 자계 발생 코일(Cn)을 이용하여 자기 센서(An·Bn)를 교정 가능하다. 이하의 유지보수 모드 하의 처리, 및 통상 모드 하의 처리의 내용은 자기 센서(An·Bn)에 공통되는 처리이다. 그래서, 이하의 설명에서는, 자기 센서(An)를 예로서 교정 방법의 내용을 설명한다. 자기 센서(Bn)에 대해서도, 동일한 유지보수 모드 하의 처리, 및 통상 모드 하의 처리에 의해, 자기 특성의 교정이 가능하다.

(2.2.1) 유지보수 모드 하의 처리

유지보수 모드 하의 처리는, 헬름홀츠 코일(60)(도 6)의 기준 자기를 이용하여 자계 발생 코일(Cn)(도 3, 도 4)의 자기 출력 특성(특성 정보)을 특정하기 위한 처리이다. 자계 발생 코일(Cn)(도 3, 도 4)은 전류값과 자기량의 선형성이 높기 때문에, 자기 출력 특성을 알면 자기 센서(An)에 작용하는 자기량을 정량적으로 제어 혹은 추정할 수 있다. 예를 들면, 자계 발생 코일(Cn)의 자기 출력 특성으로서, 어떤 전류값 I의 전류를 통전했을 때, 자기 센서에 자기량 H가 작용하는 것이 파악되고 있는 경우, 0.5I의 전류값의 전류를 자계 발생 코일(Cn)에 통전하면, 그 자기 센서에 0.5H의 자기량을 작용할 수 있다는 것으로 된다.

유지보수 모드 하의 처리는, 균일한 자장을 발생하는 자계 발생 장치(6), 유지보수 장치(61) 등을 이용하여 실행된다(도 6참조). 유지보수 모드 하의 처리는, 자계 발생 장치(6)가 한결같이 자장을 형성하는 공간에, 센서 어레이(11)가 유지된 상태에서 실시된다(도 6에 예시한 상태). 이 때, 교정 대상의 자기 센서(An)의 자기의 검출 방향이 한결같은 자장을 따르도록, 센서 어레이(11)가 유지되고 있으면 된다. 유지보수 장치(61)는, 자계 발생 장치(6)로부터 헬름홀츠 코일(60)로의 통전 준비가 완료된 스탠바이 상태인 뜻의 스테이터스 정보를 취득하면, 그 스테이터스 정보를 센서 어레이(11)에 전송한다.

스탠바이 상태인 뜻의 자계 발생 장치(6)의 스테이터스 정보를 수신했을 때, 센서 어레이(11)의 캘리브레이션 회로(110)가 각 자기 센서(An)에 자기 계측을 실행시키고, 헬름홀츠 코일(60)에 의한 자기가 작용하고 있지 않을 때의 센서 출력값 R1n을 취득한다(도 10, S201). 캘리브레이션 회로(110)는, 헬름홀츠 코일(60) 및 자계 발생 코일(Cn)의 비통전 상태에서의 각 자기 센서(An)의 센서 출력으로서 센서 출력값 R1n을 기억한다. 이 센서 출력값 R1n은 자연계의 외부 자기나, 센서 출력값의 오프셋 등을 위해, 제로로는 되지 않는 경우가 많다.

자계 발생 장치(6)는 센서 어레이(11)로부터 자기 계측 완료의 스테이터스 정보를 수신하면, 헬름홀츠 코일(60)로의 통전을 개시한다(S202). 자계 발생 장치(6)는, 센서 어레이(11)의 각 자기 센서(An)에 대하여 기준의 자기량인 기준 자기 Hk를 작용시키도록 헬름홀츠 코일(60)의 통전 전류를 제어한다.

헬름홀츠 코일(60)이 발생하는 자계는, 외부 자계에 대하여 중첩되는 바이어스 자계로서 각 자기 센서(An)에 작용한다. 따라서, 헬름홀츠 코일(60)의 기준 자기 Hk를 각 자기 센서(An)에 작용하면, 자기 센서(An)에 작용하는 자기량이 기준 자기 Hk분만큼 변화한다. 즉, 헬름홀츠 코일(60)로의 통전을 개시했을 때의 각 자기 센서(An)에 작용하는 자기의 변화량인 기준의 자기 차분값 ΔHs는, ΔHs=Hk로 된다. 자계 발생 장치(6)는, 기준 자기 Hk를 각 자기 센서(An)에 작용하는 상태가 된 후, 통전 중인 뜻의 스테이터스 정보를 유지보수 장치(61) 경유로 캘리브레이션 회로(110)에 송신한다.

캘리브레이션 회로(110)는 자계 발생 장치(6)로부터 통전 중인 뜻의 스테이터스 정보를 수신하면, 각 자기 센서(An)에 자기 계측을 실행시킴으로써 센서 출력값 R2n을 취득한다(S203). 또한, 유지보수 장치(61)는, 헬름홀츠 코일(60)로의 통전을 개시했을 때의 자기 센서(An)의 센서 출력의 변화량인 기준의 출력 차분값 ΔRsn(=R2n-R1n)을, 각 자기 센서(An)에 대하여 연산한다(S204, 센서 특성 취득 스텝).

캘리브레이션 회로(110)는, 상기의 스텝 S202에서 기억한 기준의 자기 차분값 ΔHs(각 자기 센서(An)에 대하여 공통)와, 스텝 S204에서 연산한 기준의 출력 차분값 ΔRsn의 수치적인 조합(ΔHs⇔Rsn)을, 각 자기 센서(An)의 특성 정보인 센서 출력 특성으로서 자기 센서(An)마다 기억한다(S205, 센서 특성 취득 스텝). 이 조합은, 자기 센서(An)에 작용하는 자기량이 ΔHs 변화했을 때의 자기 센서(An)의 출력 차분값이 ΔRsn라는 센서 출력 특성을 표시하고 있다.

자계 발생 장치(6)(도 6)는, 모든 자기 센서(An)의 센서 출력 특성(특성 정보)의 기억이 완료된 뜻의 스테이터스 정보를 센서 어레이(11)로부터 수신하면, 헬름홀츠 코일(60)(도 6)로의 통전을 정지한다(S206). 센서 어레이(11)는, 헬름홀츠 코일(60)로의 통전이 정지된 뜻의 스테이터스 정보를 수신하면, 자계 발생 코일(Cn)로의 통전을 개시한다(S207).

자계 발생 코일(Cn)에 통전하는 전류값 I1로서는, 자계 발생 코일(Cn)의 감김수나 코일 직경 등의 설계 사양에 기초하여, 헬름홀츠 코일(60)에 의한 기준 자기 Hk에 가까운 자기량을 자기 센서(An)에 작용할 수 있는 전류값을 설정하면 된다. 자계 발생 코일(Cn)로의 통전 전류를 전류값 제로로부터 전류값 I1로 전환하면, 자계 발생 코일(Cn)에 통전하는 전류값의 변화량인 전류 차분값이 ΔIa=I1로 된다. 그리고, 자계 발생 코일(Cn)은 서로 직렬을 이루도록 접속되어 있으므로, 전류 차분값 ΔIa는, 각 자계 발생 코일(Cn)에 대하여 공통으로 된다. 한편, 각 자계 발생 코일(Cn)에서는 자기 출력 특성에 불균일이 있으므로, 각 자계 발생 코일(Cn)이 자기 센서(An)에 작용하는 자기량은 일정하게 되지 않고, 불균일이 생긴다.

캘리브레이션 회로(110)는, 전류값 I1을 각 자계 발생 코일(Cn)에 통전하고 있는 기간 중에, 각 자기 센서(An)에 의한 자기 계측을 실행하고, 센서 출력값 R3n을 자기 센서(An)마다 취득한다(S208, 자기 계측 스텝). 그리고, 캘리브레이션 회로(110)는, 자계 발생 코일(Cn)의 자기가 작용하고 있을 때의 센서 출력값 R3n으로부터, 자계 발생 코일(Cn) 및 헬름홀츠 코일(60)로부터의 자기가 작용하고 있지 않을 때의 센서 출력값 R1n(상기 S201의 센서 출력값)을 빼는 연산을 각 자기 센서(An)에 대하여 실시한다. 이로써, 자계 발생 코일(Cn)로의 통전 전류의 변화량인 전류 차분값 ΔIa에 따른 자기 센서(An)의 센서 출력의 변화량인 출력 차분값 ΔRcn(=R3n-R1n)을 자기 센서(An)마다 취득한다(S209, 자기 계측 스텝).

캘리브레이션 회로(110)는, 각 자기 센서(An)의 출력 차분값 ΔRcn에 대응하는 자기 차분값 ΔHan을 추정하기 위하여, 먼저, 상기 스텝 S205에서 기억한 자기 센서(An)의 센서 출력 특성(ΔHs⇔Rsn)을 참조한다(S210, 자기 출력 특성 취득 스텝). 그리고, 자기 차분값 ΔHs에 기인하여 출력 차분값 ΔRsn이 생기는 자기 센서(An)의 센서 출력 특성에 기초하는 비례 계산에 의해, 각 자기 센서(An)의 출력 차분값 ΔRcn(상기의 S209)에 대응하는 자기 차분값 ΔHan(=(ΔRcn/ΔRsn)×ΔHs)를 구한다(S211, 자기 출력 특성 취득 스텝). 그리고, 캘리브레이션 회로(110)는 자계 발생 코일(Cn)의 자기 출력 특성으로서, 자기 차분값 ΔHan과 전류 차분값 ΔIa를 대응지어 기억하는 것에 의해 양자의 수치적인 조합을 기억한다(S212, 자기 출력 특성 취득 스텝).

이상과 같은 순서의 유지보수 모드 하의 처리를 실시하면, 헬름홀츠 코일(60)의 기준 자기 Hk를 자기 센서(An)에 계측시킴으로써, 각 자기 센서(An)의 센서 출력 특성을 파악할 수 있다(센서 특성 취득 스텝). 또한, 센서 출력 특성이 파악된 각 자기 센서(An)를 이용하여 자계 발생 코일(Cn)이 작용하는 자기를 계측하면(자기 계측 스텝), 자계 발생 코일(Cn)의 자기 출력 특성을 파악할 수 있다(자기 출력 특성 취득 스텝).

일반적으로, 전선이 감긴 자계 발생 코일(Cn)은, 통전하는 전류의 크기에 대한 자기의 크기의 선형성이 높고, 통전 전류의 전류값에 대략 비례하여 자기량이 변화한다. 따라서, 자기 출력 특성이 파악된 자계 발생 코일(Cn)에 의하면, 대응하는 자기 센서(An)에 작용하는 자기량을 정량적으로 제어할 수 있게 되어, 자기 센서(An)의 교정에 도움이 된다.

(2.2.2) 통상 모드 하의 처리

상기의 유지보수 모드 하의 처리와 같이, 자기 센서(An)를 예로서 통상 모드 하의 처리의 내용을 설명한다. 자기 센서(Bn)에 대해서도 마찬가지로 통상 모드 하의 처리가 가능하다.

차량(5)의 사용 기간에 있어서는, 각 자기 센서(An)에 대하여 차량(5)의 내외로부터 다양한 자기가 작용한다. 특히 차량(5)에는, 자기 발생 원인이 될 수 있는 다양한 전자 부품이 탑재되어 있고, 이들 전자 부품으로부터의 자기가 자기 센서(An)에 작용하고, 그 자기량이 자기 마커(10)로부터 작용하는 자기량보다 커지는 경우도 있다. 또한, 도로를 구성하는 터널이나 다리 등의 RC 구조의 구조물은 큰 자기 발생 원인이 될 수 있으므로, 주행 환경에 따라 외부로부터 차량(5)에 작용하는 외부 자기의 크기도 변동한다.

일반적으로, 자기 센서의 감도, 즉 작용하는 자기량이 ΔH 변화했을 때의 센서 출력값의 변화량 ΔR의 비율은, ΔH가 작으면 일정하게 취급할 수 있다. 한편, 계측 대상의 자기량의 절대값의 고저, 즉 자기량의 변동 범위의 고저가 변동하면, 자기 센서(An)의 감도가 크게 변화하는 경우가 있다. 또한, 이와 같은 감도의 변동 정도는, 개체 차이 때문에 자기 센서(An)마다 상이하게 된다. 그러므로, 차량(5)의 사용 기간에 있어서, 각 자기 센서(An)에 작용하는 자기량의 변동 범위가 시프트하면, 각 자기 센서(An)의 감도에 불균일이 생기게 될 가능성이 높다.

캘리브레이션 회로(110)에 의한 통상 모드 하의 처리는, 차량(5)의 사용 기간에 있어서, 각 자기 센서(An)의 감도의 균일성을 높이기 위해 실행된다. 이 통상 모드 하의 처리는, 센서 어레이(11)의 각 자기 센서(An)에 대하여 외부로부터 한결같이 가깝게 자기가 작용하고 있는 상황이 바람직하다.

통상 모드 하의 처리는 예를 들면, 자기 마커(10)나 맨홀 등의 비교적 작은 자기 발생 원인이나, RC 구조의 다리 등의 큰 자기 발생 원인의 단부(端部) 등에 유래하는 자기가 센서 어레이(11)에 작용하고 있는 상황, 즉 차량의 이동에 따라 센서 어레이(11)에 작용하는 자기가 변화하는 상황이라도 충분히 실행 가능하다. 상기와 같이 통상 모드 하의 처리는, 자계 발생 코일(Cn)에 통전되는 전류 변화에 따른 자기 센서(An)의 출력 차분값 ΔRcn을 이용하는 처리이다. 예를 들면, 자기 센서(An)에 전류 변화를 작용할 때, 짧은 주기로 통전/비통전을 전환하는 경우라면, 차량의 이동에 따라 센서 어레이(11)에 작용하는 자기의 변화는 경미하고, 출력 차분값 ΔRcn의 정밀도가 크게 손상되는 일이 없다. 그러므로, 통상 모드 하의 처리는, 자기 마커(10) 등에 의한 자기가 센서 어레이(11)에 작용하는 상황이라도 정밀도 높게 실행 가능하다.

캘리브레이션 회로(110)는 도 11과 같이, 먼저, 자계 발생 코일(Cn)에 비통전의 상태에서, 각 자기 센서(An)에 대하여 외부로부터 한결같이 가깝게 작용하는 자기를 계측하고, 각 자기 센서(An)의 센서 출력값(R4n)을 순차 기억한다(S301). 계속해서 캘리브레이션 회로(110)는 자계 발생 코일(Cn)로의 통전을 개시한다 (S302). 이 때의 전류값 I2로서는, 유지보수 모드 하의 상기의 스텝 S207과 같은 전류값 I1을 설정해도 되고, 상이한 전류값이라도 된다. 본 예에서는, 전류값 I1과 동일한 전류값 I2를 각 자계 발생 코일(Cn)에 통전하고 있다. 그러므로, 각 자계 발생 코일(Cn)에 통전하는 전류의 변화량인 전류 차분값 ΔIb=I2=I1로 된다.

캘리브레이션 회로(110)는, 각 자계 발생 코일(Cn)로의 통전 중에, 각 자기 센서(An)에 자기 계측을 실행시키고, 센서 출력값 R5n을 취득한다(S303). 그리고, 자계 발생 코일(Cn)로의 통전 개시 시의 전류 차분값 ΔIb분의 전류 변화에 따른 각 자기 센서(An)의 출력 차분값 ΔRcn(=R5n-R4n)을 연산에서 의해 구한다(S304).

캘리브레이션 회로(110)는, 상기의 S304에서 구한 출력 차분값 ΔRcn이, 미리 설정된 감도 보정 임계값의 범위에 속하는지를 판단하기 위한 임계값 처리를 실행한다(S305). 캘리브레이션 회로(110)는, 출력 차분값 ΔRcn이 감도 보정 임계값 하한값보다 크고, 또한, 감도 보정 임계값 상한값보다 작고, 상기의 감도 보정 임계값의 범위에 속하는 경우(S305: YES), 각 자기 센서(An)를 교정하기 위한 처리의 필요가 없다고 판단하고, 이 처리를 실시하지 않고 우회한다.

한편, 출력 차분값 ΔRcn이 감도 보정 임계값 하한값 이하, 혹은 감도 보정 임계값 상한값 이상으로서, 상기의 감도 보정 임계값의 범위 밖인 경우(S305: NO), 캘리브레이션 회로(110)는, 출력 차분값 ΔRcn이 미리 설정된 이상(異常) 판정 임계값의 범위에 속하는지를 판단하기 위한 임계값 처리를 더 실행한다(S306). 출력 차분값 ΔRcn이 이상 판정 임계값 하한값 이하이거나, 혹은 출력 차분값 ΔRcn이 이상 판정 임계값 상한값 이상으로서, 상기의 이상 판정 임계값의 범위 밖인 경우(S306: NO), 캘리브레이션 회로(110)는, 각 자기 센서(An)를 교정하기 위한 처리를 실행하지 않고, 검출 유닛(12)에 대하여, 이상을 통지한다(S317).

캘리브레이션 회로(110)는, 출력 차분값 ΔRcn이 이상 판정 임계값 하한값보다 크고, 또한, 출력 차분값 ΔRcn이 이상 판정 임계값 상한값보다 작고, 상기의 이상 판정 임계값의 범위에 속하는 경우(S306: YES), 각 자기 센서(An)를 교정하기 위한 스텝 S307∼S310의 처리를 실행한다. 캘리브레이션 회로(110)는 각 자기 센서(An)를 교정하기 위하여, 먼저, 유지보수 모드 하의 상기의 스텝 S212에서 기억한 자계 발생 코일(Cn)의 자기 출력 특성(ΔHan⇔ΔIa)을 참조한다(S307). 그리고, 이 자기 출력 특성을 이용하여, 스텝 S302에 있어서 전류값 I2를 자계 발생 코일(Cn)에 통전했을 때의 전류 차분값 ΔIb에 의해 각 자기 센서(An)에 작용하는 자기량의 변화인 자기 차분값 ΔHbn을 추정한다(S308, 자기 추정 스텝).

이 자기 차분값 ΔHbn의 추정 방법은, 전류 차분값에 대하여 자기 차분값이 대략 선형으로 변화하는 것, 외부 환경이 변동되어도 스텝 S307에서 참조한 자기 출력 특성(ΔHan⇔ΔIa)에서의 ΔHan과 ΔIa의 비례관계가 유지되는 것을 전제로 하고 있다. 전류 차분값 ΔIb를 자계 발생 코일(Cn)에 작용했을 때의 자기 차분값 ΔHbn은, ΔHbn=(ΔIb/ΔIa)×ΔHan의 연산식에 의해 추정 가능하다. 본 예의 경우, 전류 차분값 ΔIa=ΔIb이므로, 자기 차분값 ΔHbn이 ΔHan과 동등하게 된다.

캘리브레이션 회로(110)는, 스텝 S304에 관련된 자기 센서(An)의 출력 차분값 ΔRcn과, 스텝 S308에서 추정한 자기 차분값 ΔHbn의 비율이 소정값으로 되도록, 출력 차분값 ΔRcn의 증폭률을 구한다(S309, 교정 스텝). 그리고, 캘리브레이션 회로(110)는 연산에 의해 구한 각 자기 센서(An)의 증폭률을, 대응하는 증폭기(242)에 설정함으로써 각 자기 센서(An)를 교정한다(S310, 교정 스텝).

여기에서, 상기의 스텝 S309에서의 소정값은, 자기 차분값 ΔHbn에 대한 자기 센서(An)의 감도를 표시하고 있다. 따라서, 각 자기 센서(An)에 대하여 상기의 스텝 S309를 실시하면, 모든 자기 센서(An)의 감도를 균일하게 가까이 할 수 있다. 이 내용에 대하여, 자기 센서(An) 중 어느 2개의 자기 센서(Aα, Aβ)(α, β는 1∼15 중 상이한 자연수)의 센서 출력 특성을 예시하는 도 12, 도 13을 참조하여 설명한다. 도 12, 도 13의 가로축은 자기 센서에 작용하는 자기량 H를 나타내고, 세로축은 자기 센서의 센서 출력값 R을 나타내고 있다.

예를 들면, 작용하는 자기량이 ΔH 변화했을 때(즉, 자기 차분값이 ΔH일 때), 어느 2개의 자기 센서(Aα, Aβ)에 감도의 차이가 있으면, 도 12와 같이 출력값의 변화량인 출력 차분값 ΔRα 및 ΔRβ에 차가 생긴다. 각 자기 센서(Aα, Aβ)에 대하여 증폭률을 개별 설정하는 상기의 스텝 S309 및 S310을 실시하면, 도 13과 같이 각 자기 센서(Aα, Aβ)에 대응하는 변화량 ΔRα'와 변화량 ΔRβ'를 동등하게 할 수 있다.

그리고, 캘리브레이션 회로(110)는, 외부 자기의 크기의 변동 등에 의해 자기 센서(An)에 작용하는 자기량의 변동 범위가 시프트했을 때나, 혹은 정기적인 교정 시기가 찾아왔을 때 등에 상기 통상 모드 하의 처리를 반복하여 실행하고, 수시로 자기 센서(An)의 교정을 실행한다. 자기 센서(An)를 교정하는 처리를 포함하는 상기 마커 검출 장치(1)의 운용 방법에 의하면, 자기적인 환경의 변화, 경시적인 변화, 온도나 습도 등의 환경적인 변화 등이 생겨도, 자기 센서(An)마다의 시간 차분값의 오차를 회피할 수 있고, 검출 정밀도를 높게 유지할 수 있다. 또한, 자기 센서(An)의 교정을 포함하는 유지보수를 위해 정비 공장 등에 차량을 그 때마다 가져올 필요가 없어지므로, 차량 사용자측의 수고나 지출 등을 저감할 수 있다. 자기량의 변동 범위의 고저에 대하여 임계값을 설정하는 것도 된다.

이상, 자기 센서(An)의 교정 방법에 대하여 설명하였으나, 자기 센서(Bn)에 대해서도 동일한 방법에 의해 교정이 가능하다. 이와 같이 본 예의 마커 검출 장치(1)(자기 계측 장치의 일례)는 자기 센서(An·Bn)의 교정 기능을 구비하는 장치이다. 본 예의 센서 어레이(11)의 각 자기 센서 블록(Sn)에서는, 자기 센서(An·Bn)에 대하여 자기를 작용 가능한 자계 발생 코일(Cn)이 편입되어 있다. 이 자계 발생 코일(Cn)을 이용하면, 센서 어레이(11)의 통상의 사용 상태(통상 모드)에 있어서, 자기 센서(An·Bn)의 교정이 가능하다. 그러므로, 본 예의 센서 어레이(11)는, 차량의 장기간에 이르는 사용 기간에 있어서, 자기 센서(An·Bn)에 의한 양호한 센서 특성을 유지할 수 있다. 자기 센서(An·Bn)의 센서 특성이 양호한 센서 어레이(11)에 의하면, 오검출을 억제하면서 자기 마커(10)를 확실성 높게 검출할 수 있다.

본 예에서는, 자계 발생부로서 자계 발생 코일(Cn)을 예시하였으나, 자계 발생부는 통전에 따라 자계를 발생하는 것이면 되고, 단순한 전선이라도 된다. 또한, 본 예에서는, 센서 어레이(11)와 검출 유닛(12)을 별개로 하는 구성을 예시하였으나, 센서 어레이(11)에 검출 유닛(12)을 편입하여 일체로 해도 된다.

또한, 본 예에서는, 자기 센서(An)의 검출 방향과, 자기 센서(Bn)의 검출 방향이 직교하는 90도의 각도를 분할하도록, 이 각도 범위의 내측에 있어서, 중심축이 직경 방향을 따라 위치하도록 자계 발생 코일(Cn)을 배치하고 있다. 이것 대신에, 상기 90의 각도 범위의 외측에 있어서, 중심축이 직경 방향을 따라 위치하도록 자계 발생 코일(Cn)을 배치해도 된다.

본 예의 구성에서는, 각 자계 발생 코일(Cn)을 전기적으로 직렬로 접속하는 구성을 채용하고 있다. 직렬로 자계 발생 코일(Cn)을 접속하는 경우에는, 동등한 전류를 각 자계 발생 코일(Cn)에 동시에 통전할 수 있고, 효율적으로 각 자기 센서(An·Bn)를 교정할 수 있다.

그리고, 본 예에서는, 자기 센서(An)의 검출축(감자체의 중심축, 검출 방향을 따르는 축)과 자기 센서(Bn)의 검출축에 의해 규정되는 평면에, 중심축이 속하도록 자계 발생 코일(Cn)이 배설되어 있다(도 5 참조). 이 평면에, 자계 발생 코일(Cn)의 중심축이 속하는 것은 필수적인 요건이 아니다. 이 평면에 대하여, 중심축이 평행을 이루도록 자계 발생 코일(Cn)을 배설하는 것도 된다. 즉, 자기 센서(An)의 검출축 및 자기 센서(Bn)의 검출축에 대하여, 자계 발생 코일(Cn)의 중심축이 뒤틀림의 위치 관계를 이루어 교차해도 된다. 자기 센서(An)의 검출 방향 및 자기 센서(Bn)의 검출 방향에 대하여, 자계 발생 코일(Cn)의 통 방향이 교차하고 있으면 된다. 또한, 자기 센서(An)의 검출축과 자기 센서(Bn)의 검출축에 의해 규정되는 평면에 대하여 자계 발생 코일(Cn)의 중심축이 경사져 있는, 즉 평면에 대하여 중심축이 사행하고 있는 자계 발생 코일(Cn)이라도 된다.

예를 들면, 자기 센서(An)의 검출 방향이, 자계 발생 코일(Cn)의 중심축의 축 방향을 이루는 통 방향과 교차한다는 표현은, 자기 센서(An)의 검출 방향에 해당하는 감자체의 중심축과, 자계 발생 코일(Cn)의 중심축이 뒤틀림의 위치 관계로 교차하는 경우를 포함하는 표현이다. 또한, 예를 들면 자기 센서(An)의 검출 방향이, 자계 발생 코일(Cn)의 중심축의 축 방향을 이루는 통 방향과 직각을 이루어 교차한다는 표현은, 자기 센서(An)의 검출 방향에 해당하는 감자체의 중심축과, 자계 발생 코일(Cn)의 중심축이, 뒤틀림의 위치 관계에서 직각을 이루어 교차하는 경우를 포함하는 표현이다.

본 예에서는, 자기 센서(An)의 검출축과 자계 발생 코일(Bn)의 검출축이 이루는 직각(뒤틀림의 위치 관계라도 됨)을, 중심축이 균등하게 분할하도록 자계 발생 코일(Cn)이 배설되어 있다. 자계 발생 코일(Cn)의 중심축이, 자기 센서(An·Bn)의 검출축이 교차하는 직각을 균등하게 분할하는 것은 필수적인 요건이 아니며, 예를 들면 30도와 60도 등 균등하지 않아도 된다. 또한, 본 예에서는, 검출축이 직교하는 자기 센서(An)와 자기 센서(Bn)를 예시하고 있다. 자기 센서(An)의 검출축과, 자기 센서(Bn)의 검출축이 교차하는 각도는 직각에는 한정되지 않는다. 또한, 자기 센서(An)의 검출축과, 자기 센서(Bn)의 검출축이 하나의 평면에 포함되는 것은 필수적인 요건이 아니며, 뒤틀림의 위치 관계에 있어도 된다. 자계 발생 코일(Cn)의 자기가 자기 센서(An)와 자기 센서(Bn)과에 균등하게 작용하는 것도 필수적인 요건이 아니다.

유지보수 모드 하의 처리에 있어서, 헬름홀츠 코일(60)이 각 자기 센서에 작용하는 기준 자기 Hk를 이용하여, 각 자기 센서의 감도를 균일하게 하는 교정 처리를 실시하는 것도 된다. 이 교정 처리에서는, 헬름홀츠 코일(60)이 각 자기 센서에 작용하는 자기 차분값 ΔHs에 대하여, 자기 센서가 출력하는 센서 출력의 변화량인 출력 차분값이 균일하게 되도록, 각 증폭기(242)의 증폭률을 설정하면 된다. 이 경우, 도 10 중의 스텝 S205에서는, 이 교정 처리를 실시한 후의 센서 출력 특성을 기억하면 된다.

자기 센서의 센서 출력 특성을 표시하는 특성 정보에 대해서는, 자기 센서에 작용하는 자기 차분값과, 자기 센서가 출력하는 센서 출력의 변화량인 출력 차분값의 조합의 정보를 예시하고 있다. 자기 센서의 특성 정보로서는, 자기 센서에 작용하는 자기량과, 자기 센서가 출력하는 센서 출력값의 조합이라도 되고, 작용하는 자기량에 대한 센서 출력값의 비율이라도 된다. 특성 정보는, 자기 센서에 작용하는 자기와, 자기 센서에 의한 센서 출력의 관계를 표시하는 정보이면 된다.

본 예에서는, 제1 자기 센서 및 제2 자기 센서의 일례로서, 자기 센서(An), 자기 센서(Bn)를 예시하고, 또한 제1 자기 센서와 제2 자기 센서의 조합을 복수 구비하는 자기 계측 장치(마커 검출 장치(1))를 예시하고 있다. 자기 계측 장치는 제1 자기 센서와 제2 자기 센서의 조합을 1세트만 구비하는 것이라도 된다.

(실시예 2)

본 예는 실시예 1의 센서 블록(Sn)에 기초하여, 자기 센서(An·Bn)에 대한 자계 발생 코일(Cn)의 배치를 변경한 예이다. 도 14∼도 16을 참조하여 자계 발생 코일(Cn)의 배치를 설명한다. 도 14∼도 16에서는, 실시예 1에서의 도 5와 마찬가지로, 감자체를 모식적으로 나타내는 선분에 의해 자기 센서(An·Bn)를 표현하고, 또한 중심축을 표시하는 선분에 의해 자계 발생 코일(Cn)을 표현하고 있다. 중심축은, 통형을 보이는 자계 발생 코일(Cn)의 통 방향을 따르는 축이다.

도 14는, 자기 센서(An·Bn)의 검출축(감자체의 중심축)에 의해 낀 영역의 외측에, 자계 발생 코일(Cn)이 배설된 예이다. 또한, 도 14 중의 자계 발생 코일(Cn)을 그 통 방향에 어긋나게 해도 된다. 자기 센서(An)의 검출 방향을 따르는 자기 성분과, 자기 센서(Bn)의 검출 방향을 따르는 자기 성분을, 자계 발생 코일(Cn)이 발생시킬 수 있으면 된다.

도 15은, 자기 센서(Bn)의 검출 방향을 따르도록 자계 발생 코일(Cn)이 배설된 예이다. 자계 발생 코일(Cn)은, 자기 센서(An)의 검출 방향에 대하여 통 방향이 직교하고, 또한 자기 센서(An)에 대하여(자기 센서(An)의 검출축의 축선을 기준으로 하여), 통 방향의 중앙이 통 방향에 어긋나 위치하고 있다. 도 15에 예시한 바와 같이, 자계 발생 코일(Cn)의 자계를 표시하는 자력선은 자계 발생 코일(Cn)의 중간적인 부분에서는, 통 방향에 대하여 평행하게 가까워지는 한편, 자계 발생 코일(Cn)의 단부에서는, 자력선이 돌아 들어가는 경사로 된다. 그리고, 경사 방향의 자력선에는, 자계 발생 코일(Cn)의 통 방향에 대하여 직교하는 자기 성분이 포함되어 있다. 도 15의 구성에서는, 자계 발생 코일(Cn)의 통 방향에 대하여 직교하는 자기 성분이 자기 센서(An)에 대하여 작용한다.

도 16은, 본 발명의 기술적 사상에 포함되지 않은 자계 발생 코일(Cn)의 배치를 설명하기 위한 도면이다. 도 16에서는, 자계 발생 코일(Cn)의 통 방향이, 자기 센서(An)의 검출 방향과 직교하고, 또한 자기 센서(An)의 검출축의 축선 상에, 자계 발생 코일(Cn)의 통 방향의 중앙이 위치하고 있다. 이와 같이 자기 센서(An)의 검출축의 축선 상에, 자계 발생 코일(Cn)의 통 방향의 중앙이 위치하고 있는 경우, 자계 발생 코일(Cn)의 통 방향에 대하여 직교하는 자기 성분이 자기 센서(An)에 작용하지 않게 된다. 따라서, 도 16과 같은 배치는 본 발명의 기술적 사상에 포함되지 않는다.

한편, 도 16의 배치를 기준으로 하여, 자계 발생 코일(Cn)을 통 방향으로 어긋난 배치나, 자기 센서(An)의 검출 방향과 직교하지 않도록 자계 발생 코일(Cn)의 통 방향을 회전시킨 배치 등은 본 발명의 기술적 사상에 포함된다.

그리고, 기타의 구성 및 작용 효과에 대해서는, 실시예 1과 동일하다.

(실시예 3)

본 예는 실시예 1의 센서 블록(Sn)에 기초하여, 자기 센서의 구성을 변경한 예이다. 이 내용에 대하여, 도 17 및 도 18을 참조하여 설명한다. 이들 도면에서는, 각 자기 센서의 검출 방향을 x축, y축, z축으로 표시하고, 또한 자계 발생 코일(Cn)의 중심축을 선분에 의해 표시하고 있다.

본 예의 센서 블록(Sn)에서는, 도 17과 같이, 서로 직교하는 3방향(x축, y축, z축의 축 방향)에 대하여 검출 방향을 따르도록 3개의 자기 센서가 편입되어 있다. 그리고, 자계 발생 코일(Cn)은 3개의 자기 센서 전부에 대하여, 45도를 이루어 사교(斜交)하도록 배설되어 있다. 도 17의 자계 발생 코일(Cn)에 의하면, 서로 직교하는 3개의 자기 센서에 대하여, 동시에 자기를 작용할 수 있다.

도 18에서는, 도 17의 구성에 기초하여, 자계 발생 코일(Cn)의 배치 사양이 변경되어 있다. 도 18의 구성에서는, 어느 하나의 자기 센서의 검출 방향을 따르는 x축에 대하여, 자계 발생 코일(Cn)이 평행을 이루고 있다. 다만, 다른 2개의 자기 센서의 검출 방향을 따르는 y축 및 z축을 기준으로 하여, 자계 발생 코일(Cn)의 통 방향의 중앙이 통 방향에 어긋나 위치하고 있다.

그리고, 기타의 구성 및 작용 효과에 대해서는 실시예 1 혹은 실시예 2와 동일하다.

이상, 실시예처럼 본 발명의 구체예를 상세하게 설명하였으나, 이들 구체예는, 특허청구의 범위에 포함되는 기술의 일례를 개시하고 있는 것에 지나지 않는다. 말할 필요도 없이, 구체예의 구성이나 수치 등에 의해, 특허청구의 범위가 한정적으로 해석되어는 안된다. 특허청구의 범위는 공지 기술이나 당업자의 지식 등을 이용하여 상기 구체예를 다양하게 변형, 변경 혹은 적절히 조합한 기술을 포함하고 있다.

1: 마커 검출 장치(자기 계측 장치)
10: 자기 마커
11: 센서 어레이
110: 캘리브레이션 회로
112: 교정 회로(기억부, 추정부, 교정부)
12: 검출 유닛
125: 필터 처리 회로
127: 검출 처리 회로
2: 센서 블록
20: 아몰퍼스 와이어(자성체 와이어)
21: 픽업 코일(코일)
Sn: 센서 블록
An, Bn: 자기 센서
Cn: 자계 발생 코일(자계 발생부, 코일)
5: 차량
6: 자계 발생 장치
60: 헬름홀츠 코일

Claims

어느 제1 방향을 따라 작용하는 자기(磁氣)를 검출하는 제1 자기 센서;
상기 제1 자기 센서가 자기를 검출하는 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향을 따라 작용하는 자기를 검출하는 제2 자기 센서; 및
통전에 따라 자계를 발생시키는 자계 발생부;
를 구비하고,
상기 자계 발생부는, 상기 제1 자기 센서 및 상기 제2 자기 센서에 상대하는 위치가 고정된 상태에서, 통전에 따라 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향을 따라 자기를 작용하도록 편입되어 있는,
자기 계측 장치.
제1항에 있어서,
상기 자계 발생부는, 전선이 감긴 통형의 코일로서,
상기 자계 발생부는,
상기 통형의 코일의 통 방향이 상기 제1 방향과 교차하는 위치 관계, 상기 통 방향이 상기 제1 방향과 평행을 이루는 위치 관계, 및 상기 통 방향이 상기 제1 방향과 직교하고 또한 상기 제1 자기 센서에 대하여 상기 통 방향의 중앙이 상기 통 방향에 어긋나 위치하고 있는 위치 관계 중 어느 하나의 위치 관계를 이루고, 또한,
상기 통 방향이 상기 제2 방향과 교차하는 위치 관계, 상기 통 방향이 상기 제2 방향과 평행을 이루는 위치 관계, 및 상기 통 방향이 상기 제2 방향과 직교하고 또한 상기 제2 자기 센서에 대하여 상기 통 방향의 중앙이 상기 통 방향에 어긋나 위치하고 있는 위치 관계 중 어느 하나의 위치 관계를 이루고 있는, 자기 계측 장치.
제2항에 있어서,
상기 제1 방향과 상기 제2 방향이 직교하고 있고, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향에 대하여 상기 통 방향이 동등한 각도로 교차하고 있는, 자기 계측 장치.
제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 자기 계측 장치는, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향에 대하여 교차하는 제3 방향을 따라 작용하는 자기를 검출하는 제3 자기 센서를 가지고,
상기 자계 발생부는, 상기 통 방향이 상기 제3 방향과 교차하는 위치 관계, 상기 통 방향이 상기 제3 방향과 평행을 이루는 위치 관계, 및 상기 통 방향이 상기 제3 방향과 직교하고 또한 상기 제3 자기 센서에 대하여 상기 통 방향의 중앙이 상기 통 방향에 어긋나 위치하고 있는 위치 관계 중 어느 하나의 위치 관계를 이루고 있는, 자기 계측 장치.
제4항에 있어서,
상기 제1 방향, 상기 제2 방향 및 상기 제3 방향 중 어느 2개의 방향도 서로 직교하고 있고,
상기 제1 방향, 상기 제2 방향 및 상기 제3 방향의 모든 방향에 대하여 상기 통 방향이 동등한 각도로 교차하고 있는, 자기 계측 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 자기 센서 및 상기 제2 자기 센서로 이루어지는 자기 센서의 조합을 복수 가지고 있고, 또한 상기 자기 센서의 조합마다, 상기 자계 발생부가 설치되어 있는, 자기 계측 장치.
제4항 또는 제5항에 있어서,
상기 제1 자기 센서, 상기 제2 자기 센서 및 상기 제3 자기 센서의 조합을 복수 가지고 있고, 또한 상기 자기 센서의 조합마다, 상기 자계 발생부가 설치되어 있는, 자기 계측 장치.
제6항 또는 제7항에 있어서,
상기 자계 발생부는, 전선이 감긴 통형의 코일로서,
상기 자기 센서의 조합마다 설치된 상기 자계 발생부의 코일은, 전기적으로 직렬을 이루도록 접속되어 있는, 자기 계측 장치.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
적어도 어느 하나의 자기 센서에 대하여, 외부로부터 작용하는 자기가 관리된 상태 하에서 상기 자계 발생부에 소정의 전류가 통전되었을 때의 제1 자기 계측값, 및 외부로부터 작용하는 자기가 관리된 상태 하에서 상기 자계 발생부가 비통전 일 때의 제2 자기 계측값을 기억하는 기억부;
상기 어느 하나의 자기 센서에 대하여, 상기 자계 발생부에 소정의 전류가 통전된 경우에 예측되는 자기 계측값인 추정값을, 상기 기억부가 기억하는 상기 제1 자기 계측값 및 상기 제2 자기 계측값에 기초하여 구하는 추정부; 및
상기 어느 하나의 자기 센서에 대하여, 상기 자계 발생부에 소정의 전류가 통전되었을 때의 실제의 자기 계측값을 상기 추정값에 가까이 하도록, 상기 자기 계측 장치를 교정하는 교정부;를 구비하고 있는, 자기 계측 장치.