JP2001141408A - 位置測定方法、位置指示方法および位置測定装置 - Google Patents

位置測定方法、位置指示方法および位置測定装置

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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
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position measuring
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magnetic
coil
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Shigeki Matsumoto
重貴 松本
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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。

Description

【発明の詳細な説明】
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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、
【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、
【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。
【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。
【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、
【数3】 で与えられる。ただし、
【数4】 である。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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、
【数5】 で与えられる。
【0027】次に、世界座標のz軸方向の単位ベクトル
Lは、
【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、
【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。
【0028】したがって、設定すべき方向を表すベクト
ルaは、
【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。
【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。
【図面の簡単な説明】
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【図9】 指示手段の動作を説明するための図である。
【図10】 従来の位置測定方法の原理図である。
【図11】 従来の測定方法の説明図である。
【符号の説明】
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

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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。
  2. 【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。
  3. 【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。
  4. 【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。
  5. 【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。
  6. 【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。
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