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JP2001141408A - Position measuring method, position indicating method and position measuring device - Google Patents

Position measuring method, position indicating method and position measuring device

Info

Publication number
JP2001141408A
JP2001141408A JP32390999A JP32390999A JP2001141408A JP 2001141408 A JP2001141408 A JP 2001141408A JP 32390999 A JP32390999 A JP 32390999A JP 32390999 A JP32390999 A JP 32390999A JP 2001141408 A JP2001141408 A JP 2001141408A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
probe
position measuring
sensor
magnetic
coil
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Withdrawn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
JP32390999A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shigeki Matsumoto
重貴 松本
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.)
KDDI Corp
Original Assignee
DDI 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 DDI Corp filed Critical DDI Corp
Priority to JP32390999A priority Critical patent/JP2001141408A/en
Publication of JP2001141408A publication Critical patent/JP2001141408A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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  • Earth Drilling (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 迅速且つ容易に対象物の位置を算出する。 【解決手段】 位置測定部LCT内に、鉛直な方向の磁界
を検出するための磁気センサZMSと水平な方向の磁界を
検出するための磁気センサXMSから構成される磁気セン
サ対を2対用意し、これら磁気センサの直交する2つの
水平方向への傾きを検出するための2個の加速度センサ
XAM、YAMを設ける。また、プローブPRB内に磁界発生用
のコイルPCLの他に該コイルの水平からの傾きを検出す
るための加速度センサAAMを設ける。コイルPCLが発生す
る磁界を4個の磁気センサXMS-1、XMS-2、ZMS-1、ZMS-2
で検出し、この4個の磁界の大きさと加速度センサXA
M、YAMで検出した磁気センサの姿勢と、ブロープ内の加
速度センサAAMで測定したコイルの傾きを用いて、コイ
ルと磁気センサの相対的な位置を算出する。また、コイ
ルPCLを通り鉛直な直線が地面と交差する点を光線によ
り指示する。
(57) [Summary] [Problem] To quickly and easily calculate the position of an object. SOLUTION: In a position measuring unit LCT, two pairs of magnetic sensors including a magnetic sensor ZMS for detecting a magnetic field in a vertical direction and a magnetic sensor XMS for detecting a magnetic field in a horizontal direction are prepared. Acceleration sensors for detecting the inclination of these magnetic sensors in two orthogonal horizontal directions
XAM and YAM are provided. In addition, an acceleration sensor AAM for detecting the inclination of the coil from the horizontal is provided in the probe PRB, in addition to the coil PCL for generating a magnetic field. The magnetic field generated by the coil PCL is converted into four magnetic sensors XMS-1, XMS-2, ZMS-1, ZMS-2.
The magnitude of these four magnetic fields and the acceleration sensor XA
Using the attitude of the magnetic sensor detected by M and YAM and the inclination of the coil measured by the acceleration sensor AAM in the probe, the relative position of the coil and the magnetic sensor is calculated. A point at which a vertical straight line passing through the coil PCL intersects the ground is indicated by a light beam.

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、対象物が発生する
磁界を検出し、該検出した磁界の大きさをもとに前記対
象物の位置を算出する位置測定方法、位置指示方法およ
び位置測定装置に関し、いわゆる水平ドリリング工法に
おいて掘削位置を測定する場合などに適用して好適なも
のである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a position measuring method, a position indicating method, and a position measuring method for detecting a magnetic field generated by an object and calculating the position of the object based on the magnitude of the detected magnetic field. The apparatus is suitable to be applied to a case where an excavation position is measured by a so-called horizontal drilling method.

【0002】[0002]

【従来の技術】地中や海底に管路を非開削で建設する方
法として、水平ドリリング工法が知られている。この水
平ドリリング工法は、推進手段により先端に掘削手段を
有するドリルパイプを地中に押し込んで地中に穴を穿つ
工法であり、掘削の経路を知るために地中にあるドリル
パイプの先端の位置を測定することが必要となる。
2. Description of the Related Art A horizontal drilling method is known as a method of constructing a pipeline in the ground or on the sea floor without excavation. This horizontal drilling method is a method of drilling a hole in the ground by pushing a drill pipe having a drilling means at the tip by propulsion means, and in order to know the drilling path, the position of the tip of the drill pipe in the ground Need to be measured.

【0003】図10および図11を参照して、水平ドリ
リング工法で使用されている従来の位置測定法について
説明する。図10は、従来の位置測定方法の原理を説明
するための図であり、この図において、PRBはプロー
ブ、PCLはプローブPRB中に配置された磁界発生用のコイ
ル、SRCは磁界検出用のサーチコイルである。水平ドリ
リング工法では、ドリルヘッドの中にプローブPRBが納
められていて、該ブロープPRB中のコイルPCLが発生する
磁界を地上のサ−チコイルSRCで検出してドリルヘッド
の位置を探索する。測定は、図11に示すように、サー
チコイルSRCを地表に沿って移動しながら同コイルで検
出される磁界が最大になる地点を探すことによって行わ
れ、ドリルヘッド(プローブPRB)は磁界が最大になる
地点の直下にあると見なされる。
A conventional position measuring method used in the horizontal drilling method will be described with reference to FIGS. FIG. 10 is a diagram for explaining the principle of a conventional position measuring method. In this figure, PRB is a probe, PCL is a coil for generating a magnetic field arranged in the probe PRB, and SRC is a search for detecting a magnetic field. Coil. In the horizontal drilling method, a probe PRB is housed in a drill head, and a magnetic field generated by a coil PCL in the probe PRB is detected by a search coil SRC on the ground to search for the position of the drill head. The measurement is performed by moving the search coil SRC along the surface of the ground and searching for a point where the magnetic field detected by the coil is maximized as shown in FIG. 11, and the drill head (probe PRB) has the maximum magnetic field. Is considered to be directly below the point where

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の位置測
定方法では、測定者がサーチコイルSRCを移動して磁界
が最大になる地点を探す必要があるために、測定に長時
間を要することとなる。また、移動を水平に、かつサー
チコイルSRCの向きを一定に保ちながら行う必要がある
ために、測定の精度が測定者の技量に大きく左右される
という問題がある。さらに、測定者が簡単に立ち入るこ
とができない河川の下を掘削するような場合には測定が
困難である。また、小型の掘削機械を用いる水平ドリリ
ング工法では、予め計画掘削経路上の地面に基線を描い
ておき、ドリルヘッドの現在の位置と現在の地点までの
掘削経路とから、次にどのような掘削方向の修正を行う
かを決めることが多い。このためには、測定点の地表へ
の投影点が地表に記されていると都合がよい。
In the above-described conventional position measuring method, it takes a long time for the measurement because the measurer needs to move the search coil SRC to find a point where the magnetic field becomes maximum. Become. Further, since it is necessary to perform the movement horizontally and while keeping the direction of the search coil SRC constant, there is a problem that the accuracy of the measurement greatly depends on the skill of the measurer. Further, it is difficult to measure when excavating under a river where a measurer cannot easily enter. In the horizontal drilling method using a small drilling machine, a baseline is drawn on the ground on the planned drilling path in advance, and the following drilling method is used based on the current position of the drill head and the drilling path to the current point. Often it is decided whether to correct the direction. For this purpose, it is convenient if the projection point of the measurement point on the ground is described on the ground.

【0005】本発明はこれらの課題を解決するために考
案されたものであり、迅速かつ容易に測定することがで
きる位置測定方法、位置指示方法および位置測定装置を
提供することを目的としている。また、従来の方法では
測定が不可能であったり困難である場所での位置測定が
可能な位置測定方法および位置測定装置を提供すること
を目的としている。さらに、測定した位置の地表への投
影点を指示することのできる位置指示方法および位置測
定装置装置を提供することを目的としている。
The present invention has been devised to solve these problems, and an object of the present invention is to provide a position measuring method, a position indicating method, and a position measuring device capable of measuring quickly and easily. It is another object of the present invention to provide a position measuring method and a position measuring device capable of measuring a position where measurement is impossible or difficult with a conventional method. It is another object of the present invention to provide a position indicating method and a position measuring device capable of indicating a projection point of the measured position on the ground.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の位置測定方法は、プローブに格納された磁
界発生用コイルから発生される磁界を位置測定部で測定
することにより前記プローブと前記位置測定部の間の相
対的な位置を測定する位置測定方法であって、前記位置
測定部に固定した座標系をセンサ座標系とするとき、該
センサ座標系のx軸方向に感度を有する第1の磁気セン
サとz軸方向に感度を有する第2の磁気センサからな
り、前記センサ座標系のy軸方向に所定の間隔をもって
配置された2個の磁気センサ対により計測された4個の
磁束密度と、前記位置測定部の姿勢と、前記磁界発生用
コイルの水平方向からの傾斜角とに基づいて、前記位置
測定部と前記プローブとの間の相対的な位置を算出する
ものである。
In order to achieve the above object, a position measuring method according to the present invention comprises the steps of: measuring a magnetic field generated from a magnetic field generating coil stored in a probe by a position measuring unit; And a position measuring method for measuring a relative position between the position measuring unit, wherein when the coordinate system fixed to the position measuring unit is a sensor coordinate system, the sensitivity in the x-axis direction of the sensor coordinate system. A first magnetic sensor having a first magnetic sensor and a second magnetic sensor having a sensitivity in the z-axis direction, and four magnetic sensors measured by two magnetic sensor pairs arranged at predetermined intervals in the y-axis direction of the sensor coordinate system. The relative position between the position measurement unit and the probe is calculated based on the magnetic flux density of the position measurement unit, the posture of the position measurement unit, and the inclination angle of the magnetic field generation coil from the horizontal direction. is there.

【0007】また、本発明の位置指示方法は、プローブ
に格納された磁界発生用コイルから発生される磁界を位
置測定部で測定することにより前記プローブと前記位置
測定部の間の相対的な位置を測定するとともに、前記プ
ローブを通り鉛直な直線が地表面と交わる点を指示する
位置指示方法であって、前記位置測定部に固定した座標
系をセンサ座標系とするとき、該センサ座標系のx軸方
向に感度を有する第1の磁気センサとz軸方向に感度を
有する第2の磁気センサからなり、前記センサ座標系の
y軸方向に所定の間隔をもって配置された2個の磁気セ
ンサ対により計測された4個の磁束密度と、前記位置測
定部の姿勢と、前記磁界発生用コイルの水平方向からの
傾斜角とに基づいて、前記位置測定部と前記プローブと
の間の相対的な位置を算出し、該算出結果に基づいて、
前記プローブを通り鉛直な直線が地面と交差する点を通
過するための平行光線の方向を算出するものである。
Further, the position indicating method of the present invention measures a magnetic field generated from a magnetic field generating coil stored in a probe by a position measuring unit to thereby determine a relative position between the probe and the position measuring unit. And a position indicating method for indicating a point where a vertical straight line passes through the probe and intersects the ground surface, and when a coordinate system fixed to the position measuring unit is used as a sensor coordinate system, A pair of two magnetic sensors including a first magnetic sensor having sensitivity in the x-axis direction and a second magnetic sensor having sensitivity in the z-axis direction, and arranged at a predetermined interval in the y-axis direction of the sensor coordinate system. Based on the four magnetic flux densities measured, the posture of the position measuring unit, and the inclination angle of the magnetic field generating coil from the horizontal direction, between the position measuring unit and the probe. Rank Is calculated, based on the calculated output result,
The direction of a parallel ray for passing a point at which a vertical straight line passing through the probe and crossing the ground is calculated.

【0008】さらに、本発明の位置測定装置は、位置測
定部とプローブとを有し、前記プローブから発生される
磁界を前記位置測定部で測定することにより前記プロー
ブと前記位置測定部の間の相対的な位置を測定する位置
測定装置であって、前記プローブは、該プローブの軸の
水平方向からの傾斜角を検出するための第1のセンサ
と、その軸がプローブの軸と平行となるように配置され
たコイルと、該コイルに磁界を発生させるための交流電
流を供給するコイルドライバとを有しており、前記位置
測定部は、該位置測定部に固定した直交座標系をセンサ
座標系とするとき、そのx軸方向に感度を有する第1の
磁気センサとそのz軸方向に感度を有する第2の磁気セ
ンサとからなり、前記センサ座標系のy軸方向に所定の
間隔をもって配置された2個の磁気センサ対と、加速度
のx軸方向成分およびy軸方向成分を検出するための第
2および第3のセンサと、前記磁気センサにより検出さ
れた4個の磁界の大きさと前記第1〜第3のセンサの出
力から、前記位置測定部と前記ブロープとの間の相対的
な位置を算出する計算手段を有しているものである。
Further, the position measuring device of the present invention has a position measuring section and a probe, and measures a magnetic field generated from the probe by the position measuring section to thereby establish a position between the probe and the position measuring section. A position measuring device for measuring a relative position, wherein the probe has a first sensor for detecting an inclination angle of the probe axis from a horizontal direction, and the axis is parallel to the probe axis. And a coil driver that supplies an alternating current for generating a magnetic field in the coil, and the position measuring unit uses a rectangular coordinate system fixed to the position measuring unit as a sensor coordinate. A first magnetic sensor having sensitivity in the x-axis direction and a second magnetic sensor having sensitivity in the z-axis direction, and are arranged at predetermined intervals in the y-axis direction of the sensor coordinate system. Sa Two magnetic sensor pairs, second and third sensors for detecting the x-axis component and the y-axis component of the acceleration, and the magnitudes of the four magnetic fields detected by the magnetic sensors. It has a calculating means for calculating a relative position between the position measuring section and the probe from outputs of the first to third sensors.

【0009】さらにまた、前記プローブは、前記第1の
センサの出力を処理してプローブの傾斜角に関するデジ
タル信号に変換する信号処理手段と、前記コイルドライ
バにより前記コイルに供給される交流電流を前記デジタ
ル信号で変調する変調手段を有し、前記位置測定部は、
受信した磁界から前記デジタル信号を復調し、該復調し
たデジタル信号を前記計算手段に供給する受信手段を有
するものである。あるいは、前記プローブは、前記第1
のセンサの出力を処理してプローブの傾斜角に関するデ
ジタル信号に変換する信号処理手段と、該デジタル信号
を信号伝送路に送出する信号送出手段を有し、前記位置
測定部は、前記信号伝送路を介して送出された前記デジ
タル信号を受信して前記計算手段に供給する受信手段を
有するものである。さらにまた、前記位置測定部は、さ
らに、光線を出射する指示手段と、該光線の出射方向を
制御する角度設定手段を有し、前記計算手段により算出
された前記位置測定部と前記プローブとの間の相対的な
位置に基づいて、前記指示手段から出射される光線が前
記プローブを通り鉛直な直線が地面と交差する点を通過
するように前記出射方向を制御するようになされている
ものである。
Further, the probe includes a signal processing means for processing an output of the first sensor to convert the output into a digital signal relating to a tilt angle of the probe, and an AC current supplied to the coil by the coil driver. Modulating means for modulating with a digital signal, the position measuring unit,
There is provided a receiving means for demodulating the digital signal from the received magnetic field and supplying the demodulated digital signal to the calculating means. Alternatively, the probe is the first
Signal processing means for processing the output of the sensor of the present invention and converting the digital signal into a digital signal relating to the inclination angle of the probe; and signal transmitting means for transmitting the digital signal to a signal transmission path. And receiving means for receiving the digital signal transmitted through the computer and supplying the digital signal to the calculating means. Furthermore, the position measurement unit further includes an instruction unit for emitting a light beam, and an angle setting unit for controlling an emission direction of the light beam, and the position measurement unit and the probe calculated by the calculation unit. And controlling the emission direction such that a light beam emitted from the indicating means passes through a point where a vertical straight line passes through the probe and intersects the ground based on a relative position between the two. is there.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】図1は、本発明の位置測定方法が
適用された位置測定装置の一実施の形態の構成を示す図
である。図中、LCTは地上に配置される位置測定部、PRB
は例えば水平ドリリング工法におけるドリルヘッド付近
に搭載されるプローブである。位置測定部LCTにおい
て、MSP-1は第1の磁気センサ対(磁気センサ対1)、M
SP-2は第2の磁気センサ対(磁気センサ対2)、XMS-1
は第1のx方向磁気センサ(x方向磁気センサ1)、XM
S-2は第2のx方向磁気センサ(x方向磁気センサ
2)、ZMS-1は第1のz方向磁気センサ(z方向磁気セ
ンサ1)、ZMS-2は第2のz方向磁気センサ(z方向磁
気センサ2)、SLVは計算手段、XAMはx方向加速度セン
サ、YAMはy方向加速度センサである。また、前記プロ
ーブPRBにおいて、PCLはコイル、DRVはコイルドライ
バ、AAMは加速度センサである。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an embodiment of a position measuring apparatus to which a position measuring method according to the present invention is applied. In the figure, LCT is a position measurement unit located on the ground, PRB
Is a probe mounted near a drill head in a horizontal drilling method, for example. In the position measurement unit LCT, MSP-1 is a first magnetic sensor pair (magnetic sensor pair 1), M
SP-2 is the second magnetic sensor pair (magnetic sensor pair 2), XMS-1
Is the first x-direction magnetic sensor (x-direction magnetic sensor 1), XM
S-2 is a second x-direction magnetic sensor (x-direction magnetic sensor 2), ZMS-1 is a first z-direction magnetic sensor (z-direction magnetic sensor 1), and ZMS-2 is a second z-direction magnetic sensor ( The z-direction magnetic sensor 2), SLV is a calculation means, XAM is an x-direction acceleration sensor, and YAM is a y-direction acceleration sensor. In the probe PRB, PCL is a coil, DRV is a coil driver, and AAM is an acceleration sensor.

【0011】図2は、前記位置測定部LCTにおける、x
方向磁気センサ1XMS-1、x方向磁気センサ2XMS-2、z
方向磁気センサ1ZMS-1、z方向磁気センサ2ZMS-2、x
方向加速度センサXAM、y方向加速度センサYAMの配置例
を示している。図中の座標軸はこれらの構成要素に固定
された座標系で、以下の説明ではこの座標系を局所座標
系として参照する。磁気センサ対1MSP-1と磁気センサ
対2MSP-2は、それぞれ、x方向磁気センサ1XMS-1とz
方向磁気センサ2ZMS-2、x方向磁気センサ2XMS-2とz
方向磁気センサ1ZMS-1の2個の磁気センサにより構成
されている。図示するように、x方向磁気センサ1XMS-
1とx方向磁気センサ2XMS-2は局所座標系のx軸方向の
磁界を検知するように配置されている。一方、z方向磁
気センサ1ZMS-1とz方向磁気センサ2ZMS-2は局所座標
系のz軸方向の磁界を検知するように配置されている。
磁気センサ対1MSP-1と磁気センサ対2MSP-2とは、局所
座標系のx軸に平行な直線上に、局所座標系のy軸方向
に適当な距離dだけ離して配置されている。この距離d
は、実用的には数10cmから1m程度である。
FIG. 2 shows x in the position measuring unit LCT.
Direction magnetic sensor 1XMS-1, x direction magnetic sensor 2XMS-2, z
Direction magnetic sensor 1ZMS-1, z-direction magnetic sensor 2ZMS-2, x
The example of arrangement | positioning of the direction acceleration sensor XAM and the y-direction acceleration sensor YAM is shown. The coordinate axes in the figure are a coordinate system fixed to these components, and in the following description, this coordinate system will be referred to as a local coordinate system. The magnetic sensor pair 1MSP-1 and the magnetic sensor pair 2MSP-2 are the x-direction magnetic sensors 1XMS-1 and z, respectively.
Directional magnetic sensor 2ZMS-2, x-directional magnetic sensor 2XMS-2 and z
The directional magnetic sensor 1ZMS-1 comprises two magnetic sensors. As shown, the x-direction magnetic sensor 1XMS-
1 and the x-direction magnetic sensor 2XMS-2 are arranged to detect a magnetic field in the x-axis direction of the local coordinate system. On the other hand, the z-direction magnetic sensor 1ZMS-1 and the z-direction magnetic sensor 2ZMS-2 are arranged to detect a magnetic field in the z-axis direction of the local coordinate system.
The magnetic sensor pair 1MSP-1 and the magnetic sensor pair 2MSP-2 are arranged on a straight line parallel to the x-axis of the local coordinate system and at an appropriate distance d in the y-axis direction of the local coordinate system. This distance d
Is practically about several tens cm to about 1 m.

【0012】x方向加速度センサXAMは局所座標系のx
軸方向の(重力)加速度を検出するように、また、y方
向加速度センサYAMは局所座標系のy軸方向の(重力)
加速度を検出するように配置されている。これら2個の
加速度センサの出力から、磁気センサ対1MSP-1と磁気
センサ対2MSI-2の姿勢、すなわち、局所座標系のx軸
周りの回転角およびy軸周りの回転角を測定することが
できる。なお、ここでは磁気センサ対1、2の姿勢を検
出するために加速度センサXAMおよびYAMを用いている
が、同等な機能を有するものであればどのようなセンサ
を使用してもよい。
The x-direction acceleration sensor XAM is an x-directional accelerometer x
The y-direction acceleration sensor YAM detects the (gravity) acceleration in the axial direction, and the (gravity) in the y-axis direction of the local coordinate system.
It is arranged to detect acceleration. From the outputs of these two acceleration sensors, it is possible to measure the attitude of the magnetic sensor pair 1MSP-1 and the magnetic sensor pair 2MSI-2, that is, the rotation angles about the x axis and the y axis of the local coordinate system. it can. Here, the acceleration sensors XAM and YAM are used to detect the attitude of the magnetic sensor pairs 1 and 2, but any sensor having an equivalent function may be used.

【0013】図1に示すように、前記プローブPRBは、
コイルPCL、コイルドライバDRV、加速度センサAAMを含
んでいる。コイルドライバDRVは、コイルPCLに交流の励
磁電流を流す働きをする。また、必要な周波数の電気信
号を発生する機能を持っていて、数10KHz以下の周波
数の電気信号を発生し、増幅してコイルPCLを駆動す
る。コイルPCLに流れた交流電流により磁界が発生す
る。この磁界はコイルの長さに対して十分離れた場所で
は磁気ダイポールによる磁界と見なすことができる。加
速度センサAAMはコイルPCLの水平からの傾き角(傾斜
角)を検出する。コイルPCLは通常プローブPRBの軸に平
行に配置する。また、プローブPRBはその軸がドリルヘ
ッドの軸に平行になるように格納されるのが普通であ
る。なお、ここではコイルPCLの傾きを検出するために
加速度センサAAMを用いているが、同等な機能を有する
ものであればどのようなセンサを使用してもよい。
As shown in FIG. 1, the probe PRB comprises:
Includes coil PCL, coil driver DRV, and acceleration sensor AAM. The coil driver DRV functions to supply an alternating excitation current to the coil PCL. Also, it has a function of generating an electric signal of a required frequency, generates an electric signal of a frequency of several tens KHz or less, amplifies and drives the coil PCL. A magnetic field is generated by the alternating current flowing through the coil PCL. This magnetic field can be regarded as a magnetic field due to a magnetic dipole at a place sufficiently distant from the length of the coil. The acceleration sensor AAM detects a tilt angle (tilt angle) of the coil PCL from the horizontal. The coil PCL is usually arranged parallel to the axis of the probe PRB. Also, the probe PRB is usually stored so that its axis is parallel to the axis of the drill head. Although the acceleration sensor AAM is used here to detect the inclination of the coil PCL, any sensor having an equivalent function may be used.

【0014】次に、このようなプローブPRBおよび位置
測定部LCTを用いた本発明の位置測定方法について説明
する。以下の説明では、コイルPCLの中心を通り鉛直な
方向をz軸とし、コイルPCLの軸とz軸を含む面に含ま
れ水平な方向をx軸とし、z軸とx軸に直交するように
右手系でとられた軸をy軸とする座標系を世界座標と呼
び、参照する。前記計算手段SLVは、前記位置測定部LCT
内の4個の磁気センサXMS-1、XMS-2、ZMS-1、ZMS-2で検
出した磁界の大きさと2個の加速度計XAM、YAMで検出し
た磁気センサの姿勢、および、前記プローブPRB内の加
速度センサAAMで検出したコイルPCLの傾きから、局所座
標の原点の世界座標を算出する。以下、計算法について
説明する。
Next, the position measuring method of the present invention using such a probe PRB and the position measuring unit LCT will be described. In the following description, the vertical direction passing through the center of the coil PCL is defined as the z-axis, the horizontal direction included in the plane including the axis of the coil PCL and the z-axis is defined as the x-axis, and the z-axis is orthogonal to the x-axis. A coordinate system in which the axis taken by the right-handed system is the y-axis is called world coordinates and is referred to. The calculating means SLV includes the position measuring unit LCT.
The magnitude of the magnetic field detected by the four magnetic sensors XMS-1, XMS-2, ZMS-1, and ZMS-2, the attitude of the magnetic sensors detected by the two accelerometers XAM and YAM, and the probe PRB From the inclination of the coil PCL detected by the acceleration sensor AAM, the world coordinates of the origin of the local coordinates are calculated. Hereinafter, the calculation method will be described.

【0015】世界座標の原点にあり、x軸方向を向いて
いる磁気ダイポールmが、世界座標の点r(x,y,
z)に作る磁束密度ベクトルBは、
A magnetic dipole m located at the origin of the world coordinates and pointing in the x-axis direction is a point r (x, y,
The magnetic flux density vector B created in z) is

【数1】 で与えられる。ただし、磁束密度ベクトルBは局所座標
で表現されていて、
(Equation 1) Given by However, the magnetic flux density vector B is represented by local coordinates,

【数2】 である。ここで、μは透磁率、θpはコイルの傾き角で
下向きを正にとる。また、角度θx、θy、θzは世界座
標に対する局所座標の回転角である。
(Equation 2) It is. Here, μ is the magnetic permeability, θ p is the inclination angle of the coil, and the downward direction is positive. The angles θ x , θ y , θ z are rotation angles of local coordinates with respect to world coordinates.

【0016】ただし、局所座標の回転は次の順番で行う
ものとする。最初、局所座標と世界座標の各座標軸は平
行な状態にあるとする。まず、局所座標のz軸(世界座
標のz軸に平行)の周りに局所座標を角度θz回転す
る。回転後の座標系を座標系1とする。次に座標系1の
y軸の周りに座標系1を角度θy回転する。この2回目
の回転後の座標系を座標系2とする。最後に、この座標
系2のx軸の周りに座標系2を角度θx回転する。回転
後の座標系を改めてセンサ座標系と呼ぶことにする(こ
の座標系は磁気センサとともに回転されている)。な
お、上記の磁束密度ベクトルBは座標系1を用いて表現
されている。
However, rotation of local coordinates is performed in the following order. First, it is assumed that the local coordinate and the world coordinate are in parallel. First, the local coordinates are rotated by an angle θ z around the z-axis of the local coordinates (parallel to the z-axis of the world coordinates). The coordinate system after the rotation is referred to as a coordinate system 1. Next, the coordinate system 1 is rotated by an angle θ y around the y axis of the coordinate system 1. The coordinate system after the second rotation is referred to as a coordinate system 2. Finally, the coordinate system 2 angle theta x rotation about the x-axis of the coordinate system 2. The coordinate system after rotation will be referred to as a sensor coordinate system again (this coordinate system is rotated together with the magnetic sensor). Note that the above magnetic flux density vector B is expressed using the coordinate system 1.

【0017】世界座標で表したセンサ座標系の原点の座
標を改めてr(x,y,z)とする。2対の磁気センサ
対の間隔をdとし、2対の磁気センサ対MSP-1、MSP-2が
それぞれセンサ座標の(0,+d/2,0)、(0,−d/
2,0)にあるとすると、世界座標で表した磁気センサ
対MSP-1、MSP-2の座標r1、r2は、それぞれ、
The coordinates of the origin of the sensor coordinate system expressed in world coordinates are set to r (x, y, z). The distance between the two magnetic sensor pairs is d, and the two magnetic sensor pairs MSP-1 and MSP-2 are (0, + d / 2, 0) and (0, -d /
2,0), the coordinates r 1 and r 2 of the magnetic sensor pair MSP-1 and MSP-2 expressed in world coordinates are

【数3】 で与えられる。ただし、(Equation 3) Given by However,

【数4】 である。(Equation 4) It is.

【0018】前記(3)式で与えられる2個の座標
1、r2について、前記式(1)を用いてその磁束密度
を計算すれば、各センサで測定されるはずの磁束密度を
求めることができる。なお、前述の回転の説明から分か
るように、世界座標で表したときの磁束密度ベクトルの
x成分とy成分は回転によって混じり合ってしまうか
ら、センサ座標で見たときに磁束密度ベクトルのx成分
とy成分のうちいずれを選ぶかには優劣がない。したが
って、本発明では磁束密度の鉛直な成分と水平な成分を
測定できるようにしている。そのため、測定はセンサ座
標系のz軸方向が水平から十分に離れているようにし
て、すなわちほぼ鉛直方向となるようにして行う。した
がって、x方向磁気センサ1XMS-1とx方向磁気センサ
2XMS-2は十分な水平方向の磁界成分を検出することが
できる。
By calculating the magnetic flux density of the two coordinates r 1 and r 2 given by the above equation (3) using the above equation (1), the magnetic flux density that should be measured by each sensor is obtained. be able to. As can be understood from the above description of the rotation, the x component and the y component of the magnetic flux density vector expressed in world coordinates are mixed by the rotation, so that the x component of the magnetic flux density vector when viewed in sensor coordinates is used. There is no difference between choosing between the y component and the y component. Therefore, in the present invention, the vertical component and the horizontal component of the magnetic flux density can be measured. Therefore, the measurement is performed such that the z-axis direction of the sensor coordinate system is sufficiently separated from the horizontal, that is, substantially vertical. Therefore, the x-direction magnetic sensor 1XMS-1 and the x-direction magnetic sensor 2XMS-2 can detect a sufficient horizontal magnetic field component.

【0019】ここで、磁気ダイポールの大きさmは予め
測定しておく。また、回転角θx、θyと傾き角θpは、
前記加速度センサXAM、YAMおよびAAMによる測定によっ
て求められているから、未知数は、センサ座標の原点の
座標(x,y,z)とセンサ座標のz軸の周りの回転角
θzである。そこで、4個の磁気センサXMS-1、XMS-2、Z
MS-1、ZMS-2で測定した磁束密度と上記の式で計算した
これらの磁気センサの位置での磁束密度ベクトルBのx
成分とz成分が等しくなる座標(x,y,z)と回転角
θzを求める。この解を求める方法として例えばNewton
法を用いる。これにより、世界座標の原点(磁気ダイポ
ールの位置)と前記センサ座標系の原点との位置関係を
知ることができる。
Here, the size m of the magnetic dipole is measured in advance. Also, the rotation angles θ x and θ y and the inclination angle θ p are
The unknowns are the coordinates (x, y, z) of the origin of the sensor coordinates and the rotation angle θ z about the z-axis of the sensor coordinates, since the values are obtained by the measurement by the acceleration sensors XAM, YAM and AAM. Therefore, four magnetic sensors XMS-1, XMS-2, Z
The magnetic flux density measured by MS-1, ZMS-2 and x of the magnetic flux density vector B at the position of these magnetic sensors calculated by the above equation
The coordinates (x, y, z) at which the component and the z component are equal and the rotation angle θ z are obtained. As a method to find this solution, for example, Newton
Method. Thereby, the positional relationship between the origin of the world coordinates (the position of the magnetic dipole) and the origin of the sensor coordinate system can be known.

【0020】なお、3軸の磁気センサを2組用いて2カ
所で測定した磁束密度の3成分を計算値と比較すれば、
原理的には回転角θx、θyと傾き角θpの内のいずれか
2個を測定せずに計算によって求めることができるが、
磁束密度のx成分とy成分を独立に扱うことになるの
で、計算の精度が低下するという欠点がある。また、3
軸の磁気センサを2組用いて2カ所で測定した磁束密度
の3成分を全て利用して、計算値との差の2乗和を最小
にする方法も可能であるが、上記の方法に比べて計算精
度が低下する。したがって、本発明では、上述した手法
を用いるようにしている。
When the three components of the magnetic flux density measured at two locations using two sets of three-axis magnetic sensors are compared with the calculated values,
In principle, it can be obtained by calculation without measuring any two of the rotation angles θ x and θ y and the inclination angle θ p ,
Since the x component and the y component of the magnetic flux density are handled independently, there is a disadvantage that the accuracy of calculation is reduced. Also, 3
It is possible to use all three components of the magnetic flux density measured at two places using two sets of magnetic sensors of the shaft to minimize the sum of squares of the difference from the calculated value. Calculation accuracy is reduced. Therefore, in the present invention, the above-described method is used.

【0021】さて、上述の本発明の位置測定方法では、
プローブPRB内に格納した加速度センサAAMにより測定さ
れた傾き角θpを用いて演算を行っている。そこで、前
記加速度センサAAMの出力を前記位置測定部LCTに伝送す
ることが必要となる。図3は、磁気結合によりコイルPC
Lの水平からの傾きに関する信号をプローブPRBから位置
測定部LCTに伝送するようにした実施の形態の構成を示
すブロック図である。この図と前記図1とを比較すると
明らかなように、この実施の形態においては、プローブ
PRB内に信号処理手段SPCおよび変調手段MODが追加され
ており、位置測定部LCT内に受信手段XRCが追加されてい
る。
In the position measuring method of the present invention,
And performs the calculation using a tilt angle theta p measured by the acceleration sensor AAM stored in the probe PRB. Therefore, it is necessary to transmit the output of the acceleration sensor AAM to the position measurement unit LCT. Figure 3 shows a coil PC with magnetic coupling
FIG. 9 is a block diagram showing a configuration of an embodiment in which a signal related to the inclination of L from the horizontal is transmitted from a probe PRB to a position measurement unit LCT. As is clear from the comparison between FIG. 1 and FIG. 1, in this embodiment, the probe
The signal processing means SPC and the modulation means MOD are added in the PRB, and the receiving means XRC is added in the position measurement unit LCT.

【0022】プローブPRBにおいて、信号処理手段SPCは
加速度センサAAMの出力信号を処理してデジタル電気信
号に変換して変調手段MODに入力する。変調手段MODはコ
イルドライバDRVがコイルPCLに流す電流を変調する働き
をする。キャリアとなる周波数が数10KHz以下の電気
信号を発生する機能は、本実施の形態ではコイルドライ
バDRVと変調手段MODの内のいずれが備えていても良い。
一方、前記受信手段XRCは、例えば、受信用のコイル、
信号増幅用の狭帯域増幅器、デジタル信号を取り出すた
めの復調器などから構成され、コイルPCLが発生する磁
界によって伝送されてきた前記デジタル信号を抽出して
計算手段SLVに引き渡す働きをする。ここで、受信コイ
ルの代わりに前記4個の磁気センサXMS-1、XMS-2、ZMS-
1、ZMS-2の内の1個以上の任意の個数を使うことも可能
である。計算手段SLVは受信手段XRCから送られてきた入
力を処理して、コイルPCLの傾き角θpを位置算出に用い
る機能を持つ。
In the probe PRB, the signal processing means SPC processes the output signal of the acceleration sensor AAM, converts it into a digital electric signal, and inputs it to the modulation means MOD. The modulating means MOD functions to modulate a current flowing through the coil PCL by the coil driver DRV. In the present embodiment, the function of generating an electric signal having a frequency of several tens KHz or less as a carrier may be provided in any of the coil driver DRV and the modulating means MOD.
On the other hand, the receiving means XRC includes, for example, a receiving coil,
It is composed of a narrow-band amplifier for signal amplification, a demodulator for extracting a digital signal, and the like, and functions to extract the digital signal transmitted by the magnetic field generated by the coil PCL and deliver it to the calculation means SLV. Here, instead of the receiving coil, the four magnetic sensors XMS-1, XMS-2, ZMS-
1. It is also possible to use any number of one or more of ZMS-2. Calculating means SLV processes the input sent from the reception unit XRC, has a function to be used for position calculation of the inclination angle theta p coil PCL.

【0023】図4は、信号伝送路によりコイルPCLの水
平からの傾きに関する信号をフローブPRBから位置測定
部LCTに伝送する実施の形態の構成を示すブロック図で
ある。この図に示すように、この実施の形態において
は、前記図3に示した実施の形態における変調手段MOD
に代えて信号送出手段XMTを設け、さらに、該信号送出
手段XMTの出力を前記受信手段XRCに伝送する信号伝送路
TXLを設けている。信号送出手段XMTは、前記信号処理手
段SPCが加速度センサAAMの信号を処理して作り出したデ
ジタル電気信号をベースバンドのまま、あるいは適当な
キャリアに乗せて信号伝送路TXLに送出する。前記位置
測定部LCTにおける受信手段XRCは、本実施の形態では、
信号増幅用の狭帯域増幅器、デジタル信号を取り出すた
めの復調器などから構成され、信号伝送路XMTを伝送さ
れてきた前記デジタル信号を抽出して計算手段に引き渡
す働きをする。計算手段SLVは受信手段XRCから送られて
きた入力を処理して、コイルPCLの傾き角θpを位置算出
に用いる機能を持つ。
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of an embodiment in which a signal relating to the inclination of the coil PCL from the horizontal is transmitted from the flow PRB to the position measuring unit LCT by a signal transmission path. As shown in this figure, in this embodiment, the modulation means MOD in the embodiment shown in FIG.
And a signal transmission path for transmitting the output of the signal transmission means XMT to the reception means XRC.
TXL is provided. The signal transmission means XMT transmits the digital electric signal generated by processing the signal of the acceleration sensor AAM by the signal processing means SPC to the signal transmission line TXL as it is in the baseband or by mounting it on an appropriate carrier. The receiving means XRC in the position measurement unit LCT, in the present embodiment,
It is composed of a narrow band amplifier for signal amplification, a demodulator for extracting a digital signal, and the like, and has a function of extracting the digital signal transmitted through the signal transmission line XMT and delivering it to the calculation means. Calculating means SLV processes the input sent from the reception unit XRC, has a function to be used for position calculation of the inclination angle theta p coil PCL.

【0024】次に、前述した位置測定方法により測定さ
れたプローブの位置の地表への投影点を指示する本発明
の位置指示方法および位置測定装置について説明する。
図5は、前記図1に示した実施の形態に本発明の位置指
示方法による位置指示機能を付加した位置測定装置の構
成を示すブロック図である。また、図6は、前記図3に
示した位置測定装置に前記位置指示機能を付加した実施
の形態の構成を示しており、図7は、前記図4に示した
位置測定装置に前記位置指示機能を付加した実施の形態
の構成を示している。図5と図1、図6と図3、図7と
図4とをそれぞれ比較すると明らかなように、図5、図
6および図7においては、位置測定部LCT内に、支持体S
PT、角度設定手段GMTおよび指示手段LPTが設けられてい
る。
Next, a description will be given of a position indicating method and a position measuring apparatus according to the present invention for indicating a projection point on the ground surface of the position of the probe measured by the above-described position measuring method.
FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of a position measuring apparatus in which a position indicating function according to the position indicating method of the present invention is added to the embodiment shown in FIG. 6 shows the configuration of an embodiment in which the position indicating function is added to the position measuring device shown in FIG. 3, and FIG. 7 shows the position measuring device shown in FIG. 1 shows a configuration of an embodiment to which functions are added. As is clear from comparison between FIGS. 5 and 1, FIGS. 6 and 3, and FIGS. 7 and 4, in FIGS. 5, 6 and 7, the support S is provided in the position measuring unit LCT.
PT, angle setting means GMT, and instruction means LPT are provided.

【0025】図8は位置測定部LCTにおける各構成要素
の配置例を示す図であり、この図に示すように、支持体
SPTは、磁気センサ対1MSP-1、磁気センサ対2MSP-2、
x方向加速度センサXAM、y方向加速度センサYAM、指示
手段LPT、角度設定手段GMTを支持し、相互の位置と角度
を保つ働きをする。指示手投LPTは、光源と該光源から
出射した光を平行光線とするための光学系からなり、コ
イルPCL(プローブPRB)を通り鉛直な直線が地面と交わ
る点を光線によって照射して指し示すためのものであ
る。この指示手段LPTとしては、例えばレーザポインタ
が用いられる。角度設定手段GMTは、指示手段LPTが上記
照射地点を照射できるように指示手段LPTの角度を所定
の方向に設定する機能を持つ。角度設定のための制御は
角度設定手段GMTが行っても良いし、あるいは、計算手
段SLVが行っても良い。ただし、計算手段SLVは、後者の
場合には角度設定手段GMTを制御する機能を、また、前
者の場合には角度設定手段GMTが設定すべき角度あるい
は設定すべき角度を計算するために必要な情報を角度設
定手投GMTに与える機能を持つ必要がある。
FIG. 8 is a diagram showing an example of the arrangement of each component in the position measuring unit LCT. As shown in FIG.
SPT is magnetic sensor pair 1MSP-1, magnetic sensor pair 2MSP-2,
It supports the x-direction acceleration sensor XAM, the y-direction acceleration sensor YAM, the indicating means LPT, and the angle setting means GMT, and functions to maintain the mutual position and angle. The pointing hand LPT is composed of a light source and an optical system for converting the light emitted from the light source into parallel rays, and irradiates and points a point where a vertical straight line passing through the coil PCL (probe PRB) and the ground intersects with the ground. belongs to. As the instructing means LPT, for example, a laser pointer is used. The angle setting means GMT has a function of setting the angle of the pointing means LPT in a predetermined direction so that the pointing means LPT can irradiate the irradiation point. The control for setting the angle may be performed by the angle setting means GMT, or may be performed by the calculation means SLV. However, the calculating means SLV has a function of controlling the angle setting means GMT in the latter case, and is necessary for calculating the angle to be set or the angle to be set by the angle setting means GMT in the former case. It is necessary to have a function to give information to the angle setting manual throw GMT.

【0026】以下、角度設定手段GMTにおいて設定すべ
き角度の計算方法の一例について説明する。指示手段LP
Tが角度設定手段GMTによって角度を設定されるときの回
転中心が、指示手段LPTが発射する平行光線の光軸にあ
るとし、この回転中心の座標をrp(xp,yp,zp)と
する。また、センサ座標で表した世界座標の原点(コイ
ルPCLの中心)の座標をrLとすると、rLは、
An example of a method of calculating an angle to be set by the angle setting means GMT will be described below. Pointer LP
T is the rotation center when is set the angle by the angle setting means GMT, the instruction unit LPT is the optical axis of the parallel light rays to be emitted, coordinates r p (x p of the rotation center, y p, z p ). Also, assuming that the coordinate of the origin of the world coordinates (center of the coil PCL) represented by the sensor coordinates is r L , r L is

【数5】 で与えられる。(Equation 5) Given by

【0027】次に、世界座標のz軸方向の単位ベクトル
Lは、
Next, the unit vector v L in the z-axis direction of world coordinates is

【数6】 で与えられるから、世界座標のz軸が地面と交わる点を
与えるセンサ座標rTは、
(Equation 6) The sensor coordinate r T that gives the point where the world z-axis intersects the ground is given by

【数7】 となる。ただし、センサ座標のz面が地面に平行である
と仮定している。
(Equation 7) Becomes However, it is assumed that the z-plane of the sensor coordinates is parallel to the ground.

【0028】したがって、設定すべき方向を表すベクト
ルaは、
Therefore, the vector a representing the direction to be set is:

【数8】 で与えられる。このベクトルの方向に前記指示手段LPT
から平行光線を発射すれば、センサ座標のz面が地面に
平行である限り、目的の地点を指し示すことができる。
図9はこの様子を示している。
(Equation 8) Given by In the direction of this vector, the pointing means LPT
, A target point can be indicated as long as the z-plane of the sensor coordinates is parallel to the ground.
FIG. 9 shows this state.

【0029】[0029]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の位置測定
方法および装置によれば、地中のコイルが発生する磁界
が最大になる点を探す必要がないために、従来の測定方
法に比べてドリルヘッドの位置測定を迅速に行うことが
できる。また、従来の方法では測定が不可能であったり
困難である場所での位置測定を容易に行うことができ
る。さらに、本発明の位置指示方法および位置測定装置
によれば、測定した位置の地表への投影点を指示するこ
とが可能となり、掘削孔の経路の地表への投影点を容易
に描くことができる。
As described above, according to the position measuring method and apparatus of the present invention, it is not necessary to search for the point where the magnetic field generated by the underground coil becomes maximum. Thus, the position of the drill head can be measured quickly. Further, position measurement in a place where measurement is impossible or difficult with the conventional method can be easily performed. Furthermore, according to the position indicating method and the position measuring device of the present invention, it is possible to indicate the projected point of the measured position on the ground, and it is possible to easily draw the projected point of the path of the excavation hole on the ground. .

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

【図1】 本発明の基本的な実施の形態の構成を示す図
である。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a basic embodiment of the present invention.

【図2】 本発明における磁気センサと加速度センサの
配置例を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing an example of the arrangement of a magnetic sensor and an acceleration sensor according to the present invention.

【図3】 磁界により傾斜角の伝送を行う本発明の実施
の形態の構成を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of an embodiment of the present invention in which a tilt angle is transmitted by a magnetic field.

【図4】 信号伝送路により傾斜角の伝送を行う本発明
の実施の形態の構成を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of an embodiment of the present invention in which transmission of an inclination angle is performed by a signal transmission path.

【図5】 測定した位置の指示を行う実施の形態の構成
を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of an embodiment for indicating a measured position.

【図6】 測定した位置の指示を行う他の実施の形態の
構成を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a configuration of another embodiment for indicating a measured position.

【図7】 測定した位置の指示を行うさらに他の実施の
形態の構成を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a configuration of still another embodiment for indicating a measured position.

【図8】 指示手段、角度設定手段、加速度センサの配
置を説明するための図である。
FIG. 8 is a diagram for explaining the arrangement of an instruction unit, an angle setting unit, and an acceleration sensor.

【図9】 指示手段の動作を説明するための図である。FIG. 9 is a diagram for explaining the operation of the instruction means.

【図10】 従来の位置測定方法の原理図である。FIG. 10 is a principle diagram of a conventional position measurement method.

【図11】 従来の測定方法の説明図である。FIG. 11 is an explanatory diagram of a conventional measurement method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

AAM 加速度センサ DRV コイルドライバ GMT 角度設定手段 LCT 位置測定部 LPT 指示手段 MSP-1、MSP-2 磁気センサ対1および2 MOD 変調手段 PCL コイル PRB プローブ SLV 計算手段 SPC 信号処理手段 SPT 支持体 SRC サーチコイル TXL 信号伝送路 XAM x方向加速度センサ XMS-1、XMS-2 x方向磁気センサ1および2 YAM y方向加速度センサ ZMS-1、ZMS-2 z方向磁気センサ1および2 XRC 受信手段 XMT 送信手段 AAM Acceleration sensor DRV Coil driver GMT Angle setting means LCT Position measurement unit LPT indication means MSP-1, MSP-2 Magnetic sensor pair 1 and 2 MOD Modulation means PCL coil PRB Probe SLV calculation means SPC signal processing means SPT support SRC search coil TXL signal transmission path XAM x direction acceleration sensor XMS-1, XMS-2 x direction magnetic sensor 1 and 2 YAM y direction acceleration sensor ZMS-1, ZMS-2 z direction magnetic sensor 1 and 2 XRC receiving means XMT transmitting means

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 プローブに格納された磁界発生用コイル
から発生される磁界を位置測定部で測定することにより
前記プローブと前記位置測定部の間の相対的な位置を測
定する位置測定方法であって、 前記位置測定部に固定した座標系をセンサ座標系とする
とき、該センサ座標系のx軸方向に感度を有する第1の
磁気センサとz軸方向に感度を有する第2の磁気センサ
からなり、前記センサ座標系のy軸方向に所定の間隔を
もって配置された2個の磁気センサ対により計測された
4個の磁束密度と、前記位置測定部の姿勢と、前記磁界
発生用コイルの水平方向からの傾斜角とに基づいて、前
記位置測定部と前記プローブとの間の相対的な位置を算
出することを特徴とする位置測定方法。
1. A position measuring method for measuring a relative position between the probe and the position measuring unit by measuring a magnetic field generated from a magnetic field generating coil stored in the probe by a position measuring unit. When the coordinate system fixed to the position measuring unit is a sensor coordinate system, the first magnetic sensor having sensitivity in the x-axis direction and the second magnetic sensor having sensitivity in the z-axis direction of the sensor coordinate system include: And four magnetic flux densities measured by two magnetic sensor pairs arranged at a predetermined interval in the y-axis direction of the sensor coordinate system, the attitude of the position measuring unit, and the horizontal direction of the magnetic field generating coil. A position measuring method, wherein a relative position between the position measuring unit and the probe is calculated based on a tilt angle from a direction.
【請求項2】 プローブに格納された磁界発生用コイル
から発生される磁界を位置測定部で測定することにより
前記プローブと前記位置測定部の間の相対的な位置を測
定するとともに、前記プローブを通り鉛直な直線が地表
面と交わる点を指示する位置指示方法であって、 前記位置測定部に固定した座標系をセンサ座標系とする
とき、該センサ座標系のx軸方向に感度を有する第1の
磁気センサとz軸方向に感度を有する第2の磁気センサ
からなり、前記センサ座標系のy軸方向に所定の間隔を
もって配置された2個の磁気センサ対により計測された
4個の磁束密度と、前記位置測定部の姿勢と、前記磁界
発生用コイルの水平方向からの傾斜角とに基づいて、前
記位置測定部と前記プローブとの間の相対的な位置を算
出し、 該算出結果に基づいて、前記プローブを通り鉛直な直線
が地面と交差する点を通過するための平行光線の方向を
算出することを特徴とする位置指示方法。
2. A relative position between the probe and the position measuring unit is measured by measuring a magnetic field generated from a magnetic field generating coil stored in the probe by a position measuring unit. A method for designating a point at which a vertical straight line intersects the ground surface, wherein a coordinate system fixed to the position measuring unit is a sensor coordinate system, and a second coordinate system having sensitivity in the x-axis direction of the sensor coordinate system. Four magnetic fluxes measured by two magnetic sensor pairs, each of which is composed of one magnetic sensor and a second magnetic sensor having sensitivity in the z-axis direction, and are arranged at predetermined intervals in the y-axis direction of the sensor coordinate system. Calculating a relative position between the position measuring unit and the probe based on a density, an orientation of the position measuring unit, and an inclination angle of the magnetic field generating coil from a horizontal direction, Based on Te, position indicating method characterized by calculating the direction of the parallel rays to as vertical straight line the probe passes through the point of intersection with the ground.
【請求項3】 位置測定部とプローブとを有し、前記プ
ローブから発生される磁界を前記位置測定部で測定する
ことにより前記プローブと前記位置測定部の間の相対的
な位置を測定する位置測定装置であって、 前記プローブは、該プローブの軸の水平方向からの傾斜
角を検出するための第1のセンサと、その軸がプローブ
の軸と平行となるように配置されたコイルと、該コイル
に磁界を発生させるための交流電流を供給するコイルド
ライバとを有しており、 前記位置測定部は、 該位置測定部に固定した直交座標系をセンサ座標系とす
るとき、そのx軸方向に感度を有する第1の磁気センサ
とそのz軸方向に感度を有する第2の磁気センサとから
なり、前記センサ座標系のy軸方向に所定の間隔をもっ
て配置された2個の磁気センサ対と、 加速度のx軸方向成分およびy軸方向成分を検出するた
めの第2および第3のセンサと、 前記磁気センサにより検出された4個の磁界の大きさと
前記第1〜第3のセンサの出力から、前記位置測定部と
前記ブロープとの間の相対的な位置を算出する計算手段
を有していることを持徹とする位置測定装置。
3. A position having a position measuring unit and a probe, and measuring a magnetic field generated from the probe by the position measuring unit to measure a relative position between the probe and the position measuring unit. A measurement device, wherein the probe has a first sensor for detecting an inclination angle of the axis of the probe from a horizontal direction, and a coil arranged such that the axis is parallel to the axis of the probe, A coil driver that supplies an alternating current for generating a magnetic field in the coil, wherein the position measuring unit has an x-axis when a rectangular coordinate system fixed to the position measuring unit is used as a sensor coordinate system. Two magnetic sensor pairs each comprising a first magnetic sensor having sensitivity in the direction and a second magnetic sensor having sensitivity in the z-axis direction and arranged at a predetermined interval in the y-axis direction of the sensor coordinate system. And Second and third sensors for detecting the x-axis component and the y-axis component of the degree, and the magnitudes of the four magnetic fields detected by the magnetic sensor and the outputs of the first to third sensors. And a calculating means for calculating a relative position between the position measuring unit and the probe.
【請求項4】 前記プローブは、前記第1のセンサの出
力を処理してプローブの傾斜角に関するデジタル信号に
変換する信号処理手段と、前記コイルドライバにより前
記コイルに供給される交流電流を前記デジタル信号で変
調する変調手段を有し、 前記位置測定部は、受信した磁界から前記デジタル信号
を復調し、該復調したデジタル信号を前記計算手段に供
給する受信手段を有することを特徴とする前記請求項3
記載の位置測定装置。
4. The signal processing means for processing the output of the first sensor to convert the output of the first sensor into a digital signal relating to the tilt angle of the probe, and the AC current supplied to the coil by the coil driver. And a modulating means for modulating the digital signal with a signal, wherein the position measuring unit demodulates the digital signal from a received magnetic field, and includes a receiving means for supplying the demodulated digital signal to the calculating means. Item 3
The position measuring device as described.
【請求項5】 前記プローブは、前記第1のセンサの出
力を処理してプローブの傾斜角に関するデジタル信号に
変換する信号処理手段と、該デジタル信号を信号伝送路
に送出する信号送出手段を有し、 前記位置測定部は、前記信号伝送路を介して送出された
前記デジタル信号を受信して前記計算手段に供給する受
信手段を有することを特徴とする前記請求項3記載の位
置測定装置。
5. The probe has signal processing means for processing an output of the first sensor to convert the output into a digital signal related to the tilt angle of the probe, and signal transmitting means for transmitting the digital signal to a signal transmission path. 4. The position measuring device according to claim 3, wherein the position measuring unit includes a receiving unit that receives the digital signal transmitted through the signal transmission path and supplies the digital signal to the calculating unit.
【請求項6】 前記位置測定部は、さらに、光線を出射
する指示手段と、該光線の出射方向を制御する角度設定
手段を有し、 前記計算手段により算出された前記位置測定部と前記プ
ローブとの間の相対的な位置に基づいて、前記指示手段
から出射される光線が前記プローブを通り鉛直な直線が
地面と交差する点を通過するように前記出射方向を制御
するようになされていることを特徴とする前記請求項3
〜5のいずれかに記載の位置測定装置。
6. The position measurement unit further includes an instruction unit for emitting a light beam, and an angle setting unit for controlling an emission direction of the light beam, and the position measurement unit and the probe calculated by the calculation unit. And controlling the emission direction such that a ray emitted from the indicating means passes through a point where a vertical straight line passes through the probe and intersects the ground based on the relative position between 4. The method according to claim 3, wherein
The position measuring device according to any one of claims 1 to 5.
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