JP3055642B2 - Absolute azimuth measuring device for slow moving objects - Google Patents
Absolute azimuth measuring device for slow moving objectsInfo
- Publication number
- JP3055642B2 JP3055642B2 JP5179717A JP17971793A JP3055642B2 JP 3055642 B2 JP3055642 B2 JP 3055642B2 JP 5179717 A JP5179717 A JP 5179717A JP 17971793 A JP17971793 A JP 17971793A JP 3055642 B2 JP3055642 B2 JP 3055642B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- angular velocity
- sensor
- azimuth
- measurement
- absolute
- 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.)
- Expired - Lifetime
Links
Landscapes
- Gyroscopes (AREA)
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、主に土木・建設分野で
使用されるシールドトンネル掘削機、推進工法掘削機、
セミシールド掘削機、トンネルボーリングマシン、ドリ
ルジャンボまたは地中連壁掘削機などの20cm/mi
n以下の低速で移動する移動物体の絶対方位計測装置に
係り、特に、絶対方位をリアルタイムで計測でき、セン
サ部分が小型・省エネルギ化され、メンテナンスや取扱
いが容易な低速で移動する物体の絶対方位計測装置に関
するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a shield tunnel excavator, a propulsion method excavator mainly used in the civil engineering and construction fields,
20cm / mi for semi-shield excavator, tunnel boring machine, drill jumbo or underground wall excavator
The present invention relates to an absolute azimuth measuring device for a moving object that moves at a low speed of n or less. In particular, the absolute azimuth can be measured in real time, the sensor portion is small and energy saving, and the absolute speed of an object moving at a low speed that is easy to maintain and handle The present invention relates to an azimuth measuring device.
【0002】[0002]
【従来の技術】地中を掘り進む掘削機は、土木・建設分
野で広く使用されている。図4に示されるように、例え
ば中口径のシールドマシン41は、直径が2000mm
以上のほぼ円筒形の本体42の頭部に回転式の掘削刃4
3を備えたものである。この掘削刃43を掘り進むべき
方向に向けて設置し、掘削刃43を回転させながら本体
42を前進させて運転する。掘削された土砂は排出さ
れ、シールドマシン41が掘り進んだ地中には、坑道4
4が形成される。このときシールドマシン41の進行方
向が予定した坑道から外れないように監視する必要があ
る。シールドマシン41は地中で運転されているので、
その方向を比較確認するものがない。従って、進行方向
の確認にはシールドマシン41が向かっている方位を計
測する必要がある。また、シールドマシン41の移動速
度は20cm/min以下(例えば4.5cm/mi
n)の低速であり、進行方向の変化を検知するにはこう
した低い移動速度に適合した検知手段が必要である。2. Description of the Related Art Excavators that excavate underground are widely used in the field of civil engineering and construction. As shown in FIG. 4, for example, a shield machine 41 having a medium diameter has a diameter of 2000 mm.
The rotary drilling blade 4 is mounted on the head of the above-mentioned substantially cylindrical main body 42.
3 is provided. The digging blade 43 is installed in the direction in which the digging should proceed, and the body 42 is advanced while rotating the digging blade 43 to operate. The excavated earth and sand is discharged, and the tunnel 4
4 are formed. At this time, it is necessary to monitor the traveling direction of the shield machine 41 so as not to deviate from the planned tunnel. Since the shield machine 41 is driven underground,
There is nothing to confirm the direction. Therefore, in order to confirm the traveling direction, it is necessary to measure the direction in which the shield machine 41 is heading. The moving speed of the shield machine 41 is 20 cm / min or less (for example, 4.5 cm / mi).
In order to detect the change in the traveling direction because of the low speed of n), a detecting means suitable for such a low moving speed is required.
【0003】移動する物体に搭載して、その物体の方位
を検知する方位センサとしては、機械式ジャイロコンパ
スがよく知られている。機械式ジャイロコンパスは、高
速で回転される回転体の慣性を利用し、移動体が方位を
変えたときにその変化を回転体の角度変化で検知するも
のである。図4のシールドマシン41には、この機械式
ジャイロコンパス45が搭載されている。ここで検知さ
れる方位は、地上またはシールドマシン41の運転席の
コンピュータ(表示装置)46で監視される。As a direction sensor mounted on a moving object to detect the direction of the object, a mechanical gyro compass is well known. The mechanical gyro compass utilizes the inertia of a rotating body that is rotated at a high speed, and detects a change in the azimuth of the moving body by a change in the angle of the rotating body. The mechanical gyro compass 45 is mounted on the shield machine 41 shown in FIG. The direction detected here is monitored by a computer (display device) 46 on the ground or in the driver's seat of the shield machine 41.
【0004】近年では、光ファイバ中を伝搬する光の性
質を利用した光ファイバジャイロもよく利用される。即
ち、光ファイバをループ状にし、これに性質の揃った光
を正逆反対方向に伝搬させると、戻ってくる光の差異か
らループ面における回転角速度が検出できる。回転角速
度を積分すれば元の方位からの変位角が得られるので、
最初に基準の方位を与えておけば、変位角の累積により
移動物体の方位を検知することができる。このセンサを
光ファイバ回転角速度センサ或いは単に回転角速度セン
サという。In recent years, an optical fiber gyro utilizing the property of light propagating in an optical fiber is often used. That is, when the optical fiber is formed into a loop and light having the same properties is propagated in the forward and reverse directions, the rotational angular velocity on the loop surface can be detected from the difference between the returning lights. By integrating the rotational angular velocity, the displacement angle from the original azimuth can be obtained,
If a reference azimuth is given first, the azimuth of the moving object can be detected by accumulating the displacement angles. This sensor is called an optical fiber rotational angular velocity sensor or simply a rotational angular velocity sensor.
【0005】また、この光ファイバジャイロは、回転角
速度の検出精度が非常に高いので、ループを起立させて
おくと、地球の自転による回転角速度をも検知すること
ができる。ループが地球に対して静止状態であれば、検
知された回転角速度は地球の回転角速度のループ方向の
成分であるから、これを基にループが臨んでいる方位を
計測することができる。地球の自転から求めた方位は、
絶対的な基準となるので、以下これを絶対方位という。
このセンサを光ファイバジャイロ方位センサ或いは単に
方位センサという。Further, since the optical fiber gyro has a very high detection accuracy of the rotational angular velocity, it is possible to detect the rotational angular velocity due to the rotation of the earth if the loop is set up. If the loop is stationary with respect to the earth, the detected rotational angular velocity is a component of the rotational angular velocity of the earth in the loop direction, so that the direction in which the loop faces can be measured based on this. The direction obtained from the rotation of the earth is
Since this is an absolute reference, this is hereinafter referred to as an absolute direction.
This sensor is called an optical fiber gyro direction sensor or simply a direction sensor.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記機械式
ジャイロコンパスは、物体の方位をリアルタイムで検出
できるメリットを有しているものの、計測精度が±0.
2°程度であり、光ファイバジャイロより劣る。また、
起動してから正常な計測を開始するまでに5〜6時間を
必要とすること、定期的なメンテナンスを必要とするこ
となど、取扱い上に不便があった。また、サイズが大き
く、取り付けに一辺が40cm程の立方体の空間を必要
とするので、上記シールドマシン内に収容するにはスペ
ースに問題があった。By the way, the mechanical gyro compass has the merit that the direction of an object can be detected in real time, but the measurement accuracy is ± 0.
It is about 2 °, which is inferior to the optical fiber gyro. Also,
There are inconveniences in handling, such as the fact that it takes 5 to 6 hours from the start to the start of a normal measurement and that regular maintenance is required. In addition, since it is large in size and requires a cubic space of about 40 cm on a side for mounting, there is a problem with the space when housed in the shield machine.
【0007】一方、光ファイバジャイロを使用すると、
収容スペースが小さく、駆動電源も小さくてよい。ま
た、機械的に動く部分がないのでメンテナンスが不要
で、起動時間が短く、取扱いが容易である。しかし、欠
点もある。On the other hand, when an optical fiber gyro is used,
The accommodation space is small, and the driving power supply may be small. Also, since there is no mechanically moving part, no maintenance is required, the startup time is short, and the handling is easy. However, there are drawbacks.
【0008】即ち、回転角速度センサは、機械式ジャイ
ロコンパスに比べて分解能(計測精度)が高いが、この
センサから直接には絶対方位が検出できない。また、高
精度の回転角速度センサでも0.1°/h程度のドリフ
トを生じるので、長時間継続して使用するとこのドリフ
ト(時間経過に伴う0基準点のズレ)による誤差が累積
されて大きくなる。That is, the rotational angular velocity sensor has a higher resolution (measurement accuracy) than a mechanical gyro compass, but cannot detect an absolute azimuth directly from the sensor. Further, even with a high-accuracy rotational angular velocity sensor, a drift of about 0.1 ° / h occurs. Therefore, when the sensor is used continuously for a long time, errors due to this drift (shift of the zero reference point over time) are accumulated and become large. .
【0009】これに対し、方位センサは、直接絶対方位
が検出でき、精度も高い。しかし、1回の計測に約5分
を要し、リアルタイムでの絶対方位検出ができない。ま
た、計測中は、地球の角速度以外の角速度成分が重畳さ
れないようにすること、即ち静止或いはそれに近い状態
を維持することが必要である。On the other hand, the direction sensor can directly detect the absolute direction and has high accuracy. However, it takes about 5 minutes for one measurement, and it is impossible to detect the absolute azimuth in real time. In addition, during measurement, it is necessary to prevent angular velocity components other than the angular velocity of the earth from being superimposed, that is, to maintain a stationary state or a state close thereto.
【0010】このため、回転角速度センサを単独で、或
いは方位センサを単独で、上記機械式ジャイロコンパス
に代替させるには不十分であった。[0010] For this reason, it has been insufficient to replace the rotational angular velocity sensor alone or the azimuth sensor alone with the mechanical gyro compass.
【0011】そこで、本発明の目的は、回転角速度セン
サと方位センサとを組み合わせることにより上記課題を
解決し、絶対方位をリアルタイムで計測でき、センサ部
分が小型・省エネルギ化され、メンテナンスや取扱いが
容易な低速で移動する物体の絶対方位計測装置を提供す
ることにある。Therefore, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problem by combining a rotational angular velocity sensor and an azimuth sensor, to be able to measure the absolute azimuth in real time, to reduce the size of the sensor portion and to save energy, and to perform maintenance and handling. An object of the present invention is to provide an absolute azimuth measuring device for an object that moves easily at a low speed.
【0012】[0012]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、地中を20cm/min以下の低速で掘り
進む掘削機等の移動する物体に、鉛直に起立させた光フ
ァイバセンシングループが検知する地球の自転による回
転角速度から絶対方位を求める光ファイバジャイロ方位
センサと、この物体の回転角速度を検知する光ファイバ
回転角速度センサとを設けて、上記物体の絶対方位を計
測すると共に上記物体の回転角速度及び変位角を計測す
る装置において、この回転角速度センサの検出する角速
度が所定の角速度Ω以下のとき、上記方位センサにより
絶対方位を計測し、計測された絶対方位に上記回転角速
度センサの変位角をリセットする計測制御部を備えたも
のである。To accomplish the above object means to provide a process, the moving object of excavator or the like burrowing underground following a low speed 20 cm / min, an optical fiber sensing loop is erected vertically Time by detecting the rotation of the earth
An optical fiber gyro azimuth sensor for obtaining the absolute azimuth from the rotational angular velocity, and an optical fiber rotational angular velocity sensor for detecting the rotational angular velocity of the object are provided to measure the absolute azimuth of the object and to determine the rotational angular velocity and displacement angle of the object. In the measurement device, when the angular velocity detected by the rotational angular velocity sensor is equal to or less than a predetermined angular velocity Ω, the absolute direction is measured by the direction sensor, and the displacement control of the rotational angular velocity sensor is reset to the measured absolute direction. It is provided with a part.
【0013】また、上記基準となる角速度Ωが、絶対方
位計測に要求される要求精度をΔθ上記方位センサの計
測所要時間をTとするとき、 Ω=Δθ/T であるとよい。Further, when the required accuracy required for absolute azimuth measurement is Δθ, and the time required for measurement of the azimuth sensor is T, the reference angular velocity Ω is preferably Ω = Δθ / T.
【0014】計測制御部は、上記回転角速度センサの検
出する角速度がΩ以上であるとき、この角速度により変
位角を求める。When the angular velocity detected by the rotational angular velocity sensor is equal to or higher than Ω, the measurement control section obtains a displacement angle from the angular velocity.
【0015】計測制御部は、上記方位センサによる絶対
方位の計測中に角速度がΩ以上になると、この計測をや
り直す。When the angular velocity becomes equal to or higher than Ω during the measurement of the absolute azimuth by the azimuth sensor, the measurement controller repeats the measurement.
【0016】計測制御部は、上記方位センサによる絶対
方位の計測前に、上記回転角速度センサの検出する角速
度がΩ以下であれば、上記回転角速度センサのオフセッ
トを解消し、このオフセット解消後、再度検出された角
速度(ドリフト)がΩ以上であれば、再度オフセット解
消を行う。If the angular velocity detected by the rotational angular velocity sensor is equal to or less than Ω before the measurement of the absolute azimuth by the azimuth sensor, the measurement control section eliminates the offset of the rotational angular velocity sensor. If the detected angular velocity (drift) is equal to or higher than Ω, offset cancellation is performed again.
【0017】上記方位センサ及び回転角速度センサがセ
ンサ本体部と信号処理回路とに分離構成され、これらセ
ンサ本体部と信号処理回路とが離れて配置される。The azimuth sensor and the rotational angular velocity sensor are separated into a sensor main body and a signal processing circuit, and these sensor main body and the signal processing circuit are arranged separately.
【0018】[0018]
【作用】上記構成により、回転角速度センサの検出する
角速度が所定の角速度Ω以下であれば、移動する物体の
方位の変化が微小であると考えられる。また、物体の移
動は低速である。従って、方位センサは、ほぼ静止状態
にあり、その計測結果は信頼し得る。この計測された絶
対方位に回転角速度センサの変位角をリセットすると、
以後回転角速度センサで計測される変位角は、それまで
の計測誤差の影響がなくなる。そしてこの変位角を前記
絶対方位に加味すれば、リアルタイムの絶対方位を検知
することができる。With the above arrangement, if the angular velocity detected by the rotational angular velocity sensor is equal to or less than the predetermined angular velocity Ω, it is considered that the change in the azimuth of the moving object is small. Also, the movement of the object is slow. Therefore, the azimuth sensor is almost stationary, and the measurement result is reliable. When the displacement angle of the rotational angular velocity sensor is reset to this measured absolute azimuth,
Thereafter, the displacement angle measured by the rotational angular velocity sensor is not affected by the measurement error up to that time. If this displacement angle is added to the absolute azimuth, the real-time absolute azimuth can be detected.
【0019】絶対方位計測に要求される要求精度が高い
(Δθが小さい)場合には、方位センサがそれだけ静止
に近い状態であればよいから、基準となる角速度Ωを小
さくすればよい。また、方位センサの計測所要時間が長
い(Tが大きい)場合にも、その時間内での方位変化が
小さければよいから、基準となる角速度Ωを小さくすれ
ばよい。従って、Ω=Δθ/Tであれば、十分な精度で
絶対方位計測ができる。When the required accuracy required for absolute azimuth measurement is high (.DELTA..theta. Is small), it is only necessary that the azimuth sensor is in a state of being close to stationary, so that the reference angular velocity .OMEGA. Further, even when the measurement time of the azimuth sensor is long (T is large), the azimuth change within that time may be small, so that the reference angular velocity Ω may be reduced. Therefore, if Ω = Δθ / T, the absolute azimuth can be measured with sufficient accuracy.
【0020】回転角速度センサの検出する角速度がΩ以
上であるときは、方位センサは正確でないので使用しな
い。その代わりに、角速度から変位角を求めることによ
り、リアルタイムの絶対方位が得られる。When the angular velocity detected by the rotational angular velocity sensor is equal to or higher than Ω, the direction sensor is not used because it is not accurate. Instead, the real-time absolute azimuth can be obtained by calculating the displacement angle from the angular velocity.
【0021】方位センサによる絶対方位の計測中に角速
度がΩ以上になると、このときの方位センサは正確でな
いので、計測を中断する。計測をやり直すことにより、
計測中に角速度がΩを越えなかったときの絶対方位の計
測結果のみが得られることになる。If the angular velocity becomes Ω or more during the measurement of the absolute azimuth by the azimuth sensor, the measurement is interrupted because the azimuth sensor at this time is not accurate. By re-measuring,
Only the measurement result of the absolute azimuth when the angular velocity does not exceed Ω during the measurement can be obtained.
【0022】回転角速度センサの検出する角速度がΩ以
下であれば、これを回転角速度センサ固有のノイズ(オ
フセットという)とみなすことができる。そこで、検出
角速度が0になるように回転角速度センサのオフセット
を解消する。このオフセット解消後、再度検出された角
速度は前記ドリフトに相当する。このドリフトがΩ以上
であれば、オフセット解消に失敗したと考えられる。そ
こで、再度オフセット解消を行う。ドリフトがΩ以下で
あれば、オフセット解消に成功したと考えられる。If the angular velocity detected by the rotational angular velocity sensor is equal to or less than Ω, this can be regarded as noise (referred to as offset) inherent to the rotational angular velocity sensor. Therefore, the offset of the rotational angular velocity sensor is eliminated so that the detected angular velocity becomes zero. After the offset is eliminated, the angular velocity detected again corresponds to the drift. If this drift is Ω or more, it is considered that offset cancellation failed. Therefore, offset cancellation is performed again. If the drift is Ω or less, it is considered that the offset cancellation was successful.
【0023】[0023]
【実施例】以下本発明の一実施例を添付図面に基づいて
詳述する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
【0024】図1は、本発明を直径が2000mm以上
の中口径のシールドマシンに適用した例を示す断面図で
ある。ほぼ円筒形の本体42の頭部に回転式の掘削刃4
3を備え、地中を掘り進むシールドマシン41は、20
cm/min以下の低速で移動する物体1である。物体
1内には、シールドマシン41の頭部に位置して、光フ
ァイバジャイロ方位センサ2及び光ファイバ回転角速度
センサ3からなるセンサ本体部4が設けられている。方
位センサ2は、光ファイバをループ状に形成した光ファ
イバセンシングループを、そのループ面が地球に対して
ほぼ垂直になるように起立させたものであり、絶対方位
を計測することができる。回転角速度センサ3は、光フ
ァイバセンシングループをそのループ面が物体1の検出
したい回転方向に合うように配置したものであり、例え
ば、ループ面が水平であれば、水平方向の回転角速度を
よく検知することができる。FIG. 1 is a sectional view showing an example in which the present invention is applied to a medium-diameter shield machine having a diameter of 2000 mm or more. A rotary drilling blade 4 is mounted on the head of the substantially cylindrical main body 42.
3 and the shield machine 41 that digs underground
The object 1 moves at a low speed of not more than cm / min. In the object 1, a sensor main body 4 including an optical fiber gyro azimuth sensor 2 and an optical fiber rotational angular velocity sensor 3 is provided at the head of the shield machine 41. The azimuth sensor 2 is an upright optical fiber sensing loop in which an optical fiber is formed in a loop shape such that the loop surface is substantially perpendicular to the earth, and can measure an absolute azimuth. The rotation angular velocity sensor 3 has an optical fiber sensing loop disposed so that its loop surface matches the rotation direction of the object 1 to be detected. For example, if the loop surface is horizontal, the rotation angular velocity in the horizontal direction is well detected. can do.
【0025】センサ本体部4は、回転角速度センサ3と
して光ファイバセンシングループ等の光学部品とプリア
ンプ等の信号増幅器とを内蔵している。また、センサ本
体部4は、方位センサ2として図2に示される構成を有
している。即ち、センシングループ等の光学部品21
と、この光学部品21を搭載し回転自在なるターンテー
ブル22と、このターンテーブル22を軸承すると共に
このターンテーブル22の水平2方向の傾斜を調整する
整準機構23とを有している。整準機構23は、ターン
テーブル22を軸承する整準台24と、整準台24の4
隅を支持して独立に昇降できる4本の整準棒25と、整
準台24上に載置され互いに直交する水平2方向の傾斜
を検知する2つの傾斜計26と、これらの整準機構23
の基盤であり整準台24の傾斜を調整する整準機構本体
27とから構成されている。方位センサ2は、整準機構
23によってセンシングループ等の光学部品21を地球
に対して垂直に維持することができる。また、ターンテ
ーブル22を回転させることにより、光学部品21を任
意の方位に向かせることができる。The sensor body 4 incorporates optical components such as an optical fiber sensing loop and a signal amplifier such as a preamplifier as the rotational angular velocity sensor 3. The sensor body 4 has the configuration shown in FIG. That is, the optical components 21 such as the sensing loop
And a turntable 22 on which the optical component 21 is mounted so as to be rotatable, and a leveling mechanism 23 for supporting the turntable 22 and adjusting the inclination of the turntable 22 in two horizontal directions. The leveling mechanism 23 includes a leveling table 24 that supports the turntable 22 and four levels of the leveling table 24.
Four leveling rods 25 that can be raised and lowered independently while supporting the corners, two inclinometers 26 that are mounted on a leveling table 24 and detect tilts in two horizontal directions perpendicular to each other, and a leveling mechanism for these 23
And a leveling mechanism main body 27 that adjusts the inclination of the leveling table 24. The azimuth sensor 2 can maintain the optical component 21 such as the sensing loop perpendicular to the earth by the leveling mechanism 23. Further, by rotating the turntable 22, the optical component 21 can be directed to an arbitrary direction.
【0026】図1には、信号処理回路5が示されてい
る。信号処理回路5は、センサ本体部4からの各検知信
号を処理する回路であり、本実施例ではシールドマシン
41の後方に置かれている。信号処理回路5は、RS4
22、カレントループ等の規格に適合した通信線7にて
地上のコンピュータ(表示装置)46に接続されてい
る。なお、このコンピュータ(表示装置)46はシール
ドマシン41の運転席に設置してもよい。FIG. 1 shows a signal processing circuit 5. The signal processing circuit 5 is a circuit that processes each detection signal from the sensor main body 4, and is disposed behind the shield machine 41 in the present embodiment. The signal processing circuit 5 includes the RS4
22, is connected to a computer (display device) 46 on the ground via a communication line 7 conforming to a standard such as a current loop. The computer (display device) 46 may be installed in the driver's seat of the shield machine 41.
【0027】方位センサ2による物体1の絶対方位計
測、及び回転角速度センサ3による物体1の回転角速度
及び変位角計測は、信号処理回路5により制御される。
即ち、信号処理回路5は、計測制御部6であって、その
制御手順のあらましは図3に示される。図3において、
GCは方位センサ2、OFGは回転角速度センサ3のこ
とであり、また、Ω(°/sec)はこの制御手順を実
行するときの基準の値であり、絶対方位計測に要求され
る要求精度をΔθ(°)、上記絶対方位センサの計測所
要時間をT(sec)とするとき、Ω=Δθ/Tの関係
にある。The measurement of the absolute direction of the object 1 by the direction sensor 2 and the measurement of the rotational angular velocity and the displacement angle of the object 1 by the rotational angular velocity sensor 3 are controlled by a signal processing circuit 5.
That is, the signal processing circuit 5 is the measurement control unit 6, and the outline of the control procedure is shown in FIG. In FIG.
GC is the azimuth sensor 2, OFG is the rotational angular velocity sensor 3, and Ω (° / sec) is a reference value when executing this control procedure, and represents the required accuracy required for absolute azimuth measurement. [Delta] [theta] ([deg.]), And when the time required for measurement by the absolute direction sensor is T (sec), there is a relationship of Ω = [Delta] [theta] / T.
【0028】次に実施例の作用を述べる。Next, the operation of the embodiment will be described.
【0029】図3において、まず、ステップS1におい
て、回転角速度センサ3(以下OFG)の検知した角速
度が基準値Ωと比較される。角速度≦Ωなら、物体1の
方位の変化が微小であると考えられ、また、物体の移動
は低速である。従って、方位センサ2(GC)は、ほぼ
静止状態にあり、そのときの計測結果は信頼し得る。そ
こで、GCによる絶対方位の計測を行うが、その前にO
FGのオフセットとドリフトを調整しておく。In FIG. 3, first, in step S1, the angular velocity detected by the rotational angular velocity sensor 3 (hereinafter, OFG) is compared with a reference value Ω. If the angular velocity ≦ Ω, the change in the azimuth of the object 1 is considered to be very small, and the movement of the object 1 is slow. Therefore, the azimuth sensor 2 (GC) is almost stationary, and the measurement result at that time is reliable. Therefore, the absolute direction is measured by GC, but before that, O
Adjust the offset and drift of the FG.
【0030】ここで、オフセットとは光ファイバジャイ
ロ固有のノイズであり、光ファイバジャイロが静止して
いるときでも、角速度として検出されるものである。オ
フセットは、光源の変動や光ファイバ内での反射、回路
が受ける電磁波、回路の温度変動等によって生じ、実際
の角速度が0であるのにセンサ出力が0でないことにな
る。正しい角速度検出にはこのオフセットを解消する必
要がある。具体的には、一定時間での出力の平均値を求
め、出力からこの平均値を差し引く。この処理はオフセ
ットキャンセルと呼ばれ、信号処理回路5で行われる。Here, the offset is noise inherent in the optical fiber gyro, and is detected as an angular velocity even when the optical fiber gyro is stationary. The offset is caused by the fluctuation of the light source, the reflection in the optical fiber, the electromagnetic wave received by the circuit, the fluctuation of the temperature of the circuit, and the like, and the sensor output is not zero even though the actual angular velocity is zero. It is necessary to eliminate this offset for correct angular velocity detection. Specifically, an average value of the output over a certain period of time is obtained, and this average value is subtracted from the output. This processing is called offset cancellation, and is performed by the signal processing circuit 5.
【0031】また、ドリフトとは、時間経過に伴う0基
準点のズレのことであり、光ファイバジャイロが静止し
ているとき時間が経過すると、前記オフセットキャンセ
ルを行ってもなおも検出される角速度が0でない状態と
なる。このドリフトは時間の経過により累積されて大き
くなる。ドリフトはオフセットキャンセルを繰り返すこ
とで解消される。The drift is a deviation of the zero reference point with the passage of time. If the time elapses when the optical fiber gyro is stationary, the angular velocity detected even after the offset cancellation is performed. Is not 0. This drift accumulates over time and increases. Drift is eliminated by repeating offset cancellation.
【0032】オフセット、ドリフトを調整するために、
ステップS2において、OFGの角速度をノイズとみな
し、この角速度が0になるようにOFGのオフセットを
解消する(図中“oc”で示す)。このオフセット解消
後(S3)、再度検出された角速度(ドリフト)がΩ以
上であれば、オフセット解消に失敗したと考え、再度オ
フセット解消を行う。ドリフトがΩ以下であれば、オフ
セット解消に成功したと考え、ステップS4に移行す
る。In order to adjust the offset and the drift,
In step S2, the angular velocity of the OFG is regarded as noise, and the offset of the OFG is eliminated so that this angular velocity becomes zero (indicated by "oc" in the figure). After the offset is eliminated (S3), if the angular velocity (drift) detected again is equal to or more than Ω, it is considered that the offset has failed, and the offset is eliminated again. If the drift is equal to or less than Ω, it is considered that the offset cancellation has been successful, and the process proceeds to step S4.
【0033】S4で、GCによる絶対方位の計測を開始
する。この計測には時間Tを必要とするので、計測結果
が出る(S6)までの間、OFG計測を繰り返す(S
5)。S5で角速度がΩ以上になると、このときのGC
は正確でないので、計測をやり直す(S7)。こうして
計測中に角速度がΩを越えなかったときの絶対方位の計
測結果のみが得られる。At S4, the measurement of the absolute azimuth by GC is started. Since this measurement requires time T, the OFG measurement is repeated until the measurement result is obtained (S6) (S6).
5). If the angular velocity becomes Ω or more in S5, the GC at this time
Is not accurate, the measurement is repeated (S7). Thus, only the measurement result of the absolute azimuth when the angular velocity does not exceed Ω during the measurement is obtained.
【0034】ステップS8では、計測されたGCのデー
タを、OFGの変位角計測の初期データとする。S9に
おいてOFGで計測される変位角は、それまでの計測誤
差の影響がなくなる。そしてこの変位角は前記GCのデ
ータで初期化されているからリアルタイムの絶対方位を
表すものとなる。In step S8, the measured GC data is used as initial data of the OFG displacement angle measurement. The displacement angle measured by the OFG in S9 is not affected by the measurement error up to that time. Since this displacement angle is initialized by the GC data, it represents a real-time absolute azimuth.
【0035】S1に戻って、角速度>Ωであるときは、
GCは正確でないのでOFGの初期化に使用しない。そ
の代わりに、角速度>Ωならば計測精度上有意の角速度
と考えられるので、S10において変位角を求める。即
ち、角速度が大きいときでもリアルタイムの絶対方位が
得られる。Returning to S1, when angular velocity> Ω,
Since GC is not accurate, it is not used to initialize OFG. Instead, if the angular velocity is greater than Ω, it is considered to be a significant angular velocity in terms of measurement accuracy. That is, a real-time absolute azimuth can be obtained even when the angular velocity is large.
【0036】このようにして、シールドマシン41が移
動しているときでも、回転角速度センサ3によりリアル
タイムの絶対方位が得られる。また、移動が小さいとき
(もちろんシールドマシン41が停止しているときを含
む)には、方位センサ2により絶対方位が得られると共
に、回転角速度センサ3の初期化が達成される。この初
期化により、前記移動中のリアルタイムの絶対方位計測
は、計測誤差が累積されず、正確である。Thus, even when the shield machine 41 is moving, the rotational angular velocity sensor 3 can obtain a real-time absolute azimuth. When the movement is small (including when the shield machine 41 is stopped), the azimuth sensor 2 obtains the absolute azimuth and the rotation angular velocity sensor 3 is initialized. By this initialization, the real-time absolute azimuth measurement during the movement is accurate without measurement errors being accumulated.
【0037】図5に、方位センサ2の追従精度を求めた
実験結果のグラフを示す。方位センサ2をターンテーブ
ル22上で入力角度だけ回転させたときの、方位センサ
2で検出される出力角度の変位量が実線で示されてい
る。入力角度と出力角度との誤差量が点線で示されてい
る。図5より出力角度の誤差量は0.05°以下の範囲
内におさまっている。方位センサ2が追従精度0.05
°を達成していることが分かる。FIG. 5 is a graph showing the results of an experiment in which the tracking accuracy of the direction sensor 2 was obtained. When the azimuth sensor 2 is rotated by an input angle on the turntable 22, the displacement of the output angle detected by the azimuth sensor 2 is shown by a solid line. The amount of error between the input angle and the output angle is indicated by a dotted line. According to FIG. 5, the error amount of the output angle is within the range of 0.05 ° or less. The direction sensor 2 has a tracking accuracy of 0.05
° is achieved.
【0038】図6に本発明の絶対方位計測装置による絶
対方位計測の実験結果を示す。本絶対方位計測装置を実
際にシールドマシン41に搭載しカーブ掘進を行った。
また、従来の機械式ジャイロによる実験も行った。図6
のグラフで、従来の機械式ジャイロ(メカジャイロ)の
測定値と本発明の絶対方位計測装置とを比較すると、ほ
ぼ同等の結果となっているが、特に絶対方位計測装置が
掘進方向の変位によく追従していることが分かる。ここ
で、方位センサ2の分解能は0.2°/h、積分時間は
5秒である。方位センサ2は、36°間隔で地球の自転
角度を測定し指北精度は0.05°である。回転角速度
センサ3の分解能は0.2°/h、積分時間は1秒であ
る。シールドマシン41の停止中は5分間隔で方位セン
サ2が真北を出力し、掘進中は回転角速度センサ3が1
秒間隔で方位変位を出力するものとした。FIG. 6 shows an experimental result of absolute azimuth measurement by the absolute azimuth measuring device of the present invention. The absolute azimuth measuring device was actually mounted on the shield machine 41 and excavated.
Experiments with a conventional mechanical gyro were also performed. FIG.
In the graph of FIG. 5, when the measured value of the conventional mechanical gyro (mechanical gyro) is compared with the absolute azimuth measuring device of the present invention, the results are almost the same. You can see that they are following well. Here, the resolution of the direction sensor 2 is 0.2 ° / h, and the integration time is 5 seconds. The azimuth sensor 2 measures the rotation angle of the earth at 36 ° intervals, and the pointing accuracy is 0.05 °. The resolution of the rotational angular velocity sensor 3 is 0.2 ° / h, and the integration time is 1 second. While the shield machine 41 is stopped, the azimuth sensor 2 outputs true north at intervals of 5 minutes.
The azimuth displacement is output every second.
【0039】[0039]
【発明の効果】本発明は、光ファイバ回転角速度センサ
と光ファイバジャイロ方位センサとを組み合わせること
により、地中を20cm/min以下の低速で掘り進む
掘削機等の低速で移動する物体の絶対方位をリアルタイ
ムで検出するもので、機械式ジャイロコンパスを用いな
いことから、以下のような効果を発揮する。According to the present invention, the absolute azimuth of an object moving at a low speed such as an excavator digging at a low speed of 20 cm / min or less in the ground is obtained by combining an optical fiber rotational angular velocity sensor and an optical fiber gyro azimuth sensor. Since the detection is performed in real time and a mechanical gyrocompass is not used, the following effects are exhibited.
【0040】(1)定期的なメンテナンスが不要にな
る。(1) Periodic maintenance is not required.
【0041】(2)起動に要する時間が短いので、セン
サを連続運転しなくても任意のときに計測ができる。従
って、センサを連続運転によるバッテリ電源の浪費がな
くなる。(2) Since the time required for activation is short, measurement can be performed at any time without continuous operation of the sensor. Therefore, there is no waste of battery power due to continuous operation of the sensor.
【0042】(3)センサが小型化され、収納するスペ
ースが小さくてよい。(3) The size of the sensor can be reduced and the space for storing the sensor can be small.
【0043】(4)取扱いも容易になることから、信頼
性作業効率の向上が図れる。(4) Since the handling is easy, the reliability work efficiency can be improved.
【図1】本発明の一実施例を示すシールドマシンの断面
図である。FIG. 1 is a sectional view of a shield machine showing one embodiment of the present invention.
【図2】絶対方位センサの斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of an absolute direction sensor.
【図3】計測制御部の制御手順を示すフローチャートで
ある。FIG. 3 is a flowchart illustrating a control procedure of a measurement control unit.
【図4】従来例を示すシールドマシンの断面図である。FIG. 4 is a sectional view of a shield machine showing a conventional example.
【図5】方位センサの追従精度を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing the tracking accuracy of the direction sensor.
【図6】本発明の絶対方位計測装置の比較試験結果を示
すグラフである。FIG. 6 is a graph showing a comparison test result of the absolute azimuth measuring device of the present invention.
1 物体 2 方位センサ 3 回転角速度センサ 4 センサ本体部 6 計測制御部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Object 2 Orientation sensor 3 Rotational angular velocity sensor 4 Sensor main part 6 Measurement control part
Claims (6)
り進む掘削機等の移動する物体に、鉛直に起立させた光
ファイバセンシングループが検知する地球の自転による
回転角速度から絶対方位を求める光ファイバジャイロ方
位センサと、この物体の回転角速度を検知する光ファイ
バ回転角速度センサとを設けて、上記物体の絶対方位を
計測すると共に上記物体の回転角速度及び変位角を計測
する装置において、この回転角速度センサの検出する角
速度が所定の角速度Ω以下のとき、上記方位センサによ
り絶対方位を計測し、計測された絶対方位に上記回転角
速度センサの変位角をリセットする計測制御部を備えた
ことを特徴とする低速で移動する物体の絶対方位計測装
置。1. An optical fiber sensing loop, which is vertically erected on a moving object such as an excavator digging at a low speed of 20 cm / min or less underground, detects the rotation of the earth.
An optical fiber gyro azimuth sensor for determining the absolute azimuth from the rotational angular velocity, and an optical fiber rotational angular velocity sensor for detecting the rotational angular velocity of the object are provided to measure the absolute azimuth of the object and determine the rotational angular velocity and displacement angle of the object. In the measurement device, when the angular velocity detected by the rotational angular velocity sensor is equal to or less than a predetermined angular velocity Ω, the absolute direction is measured by the direction sensor, and the displacement control of the rotational angular velocity sensor is reset to the measured absolute direction. An absolute azimuth measuring device for an object moving at a low speed, comprising a unit.
測に要求される要求精度をΔθ、上記方位センサの計測
所要時間をTとするとき、 Ω=Δθ/T であることを特徴とする請求項1記載の低速で移動する
物体の絶対方位計測装置。2. When the reference angular velocity Ω is Δθ, the required accuracy required for absolute azimuth measurement is T, and the time required for measurement of the azimuth sensor is T, Ω = Δθ / T. The absolute azimuth measuring device for an object moving at a low speed according to claim 1.
検出する角速度がΩ以上であるとき、この角速度により
変位角を求めることを特徴とする請求項1記載の低速で
移動する物体の絶対方位計測装置。3. The absolute azimuth of an object moving at a low speed according to claim 1, wherein when the angular velocity detected by the rotational angular velocity sensor is equal to or higher than Ω, the measurement control unit calculates the displacement angle based on the angular velocity. Measuring device.
対方位の計測中に角速度がΩ以上になると、この計測を
やり直すことを特徴とする請求項1記載の低速で移動す
る物体の絶対方位計測装置。4. The absolute azimuth measurement of an object moving at a low speed according to claim 1, wherein the measurement controller restarts the measurement if the angular velocity becomes Ω or more during the measurement of the absolute azimuth by the azimuth sensor. apparatus.
対方位の計測前に、上記回転角速度センサの検出する角
速度がΩ以下であれば、上記回転角速度センサのオフセ
ットを解消し、このオフセット解消後、再度検出された
角速度(ドリフト)がΩ以上であれば、再度オフセット
解消を行うことを特徴とする請求項1記載の低速で移動
する物体の絶対方位計測装置。5. The measurement control section, if the angular velocity detected by the rotational angular velocity sensor is Ω or less before the absolute azimuth measurement by the azimuth sensor, eliminates the offset of the rotational angular velocity sensor. 2. The absolute azimuth measuring apparatus for a low-speed moving object according to claim 1, wherein if the angular velocity (drift) detected again is equal to or more than Ω, the offset is eliminated again.
センサ本体部と信号処理回路とに分離構成され、これら
センサ本体部と信号処理回路とが離れて配置されること
を特徴とする請求項1記載の低速で移動する物体の絶対
方位計測装置。6. The sensor according to claim 1, wherein the azimuth sensor and the rotational angular velocity sensor are separated into a sensor main body and a signal processing circuit, and the sensor main body and the signal processing circuit are arranged separately. Absolute azimuth measurement device for objects moving at low speed.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5179717A JP3055642B2 (en) | 1993-07-21 | 1993-07-21 | Absolute azimuth measuring device for slow moving objects |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5179717A JP3055642B2 (en) | 1993-07-21 | 1993-07-21 | Absolute azimuth measuring device for slow moving objects |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0735552A JPH0735552A (en) | 1995-02-07 |
| JP3055642B2 true JP3055642B2 (en) | 2000-06-26 |
Family
ID=16070644
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5179717A Expired - Lifetime JP3055642B2 (en) | 1993-07-21 | 1993-07-21 | Absolute azimuth measuring device for slow moving objects |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3055642B2 (en) |
-
1993
- 1993-07-21 JP JP5179717A patent/JP3055642B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0735552A (en) | 1995-02-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6691437B1 (en) | Laser reference system for excavating machine | |
| US8305230B2 (en) | Method and apparatus for initialization of a wellbore survey tool | |
| EP1222361B1 (en) | The method of and apparatus for determining the path of a well bore under drilling conditions | |
| EP0172599B1 (en) | Borehole survey method and apparatus | |
| US4920655A (en) | High speed well surveying and land navigation | |
| US20120218118A1 (en) | Method and apparatus for initialization of a wellbore survey tool via a remote reference source | |
| US4833787A (en) | High speed well surveying and land navigation | |
| US10724361B2 (en) | Method and apparatus for initialization of a wellbore survey tool | |
| JPS5830523B2 (en) | Azimuth and inclination scanning device for drilling line and how to use it | |
| JP2003262090A (en) | Position measurement device for tunnel excavator | |
| JP2002296037A (en) | Gyrocompass device | |
| JP3852592B2 (en) | Gyro apparatus and method of using gyro apparatus for excavation | |
| EP2684079A1 (en) | Method and apparatus for initialization of a wellbore survey tool via a remote reference source | |
| JP3055642B2 (en) | Absolute azimuth measuring device for slow moving objects | |
| JP2945990B2 (en) | Method for detecting position of excavator body or the like | |
| JP4536500B2 (en) | Horizontal drilling tip position measurement system | |
| JP2757058B2 (en) | Underground excavator relative position detector | |
| JPH1073436A (en) | Orientation sensor | |
| JP4477209B2 (en) | Direction angle measuring device for construction machinery | |
| JP3062027B2 (en) | Rolling measuring device | |
| JP3062046B2 (en) | Rolling measurement device and method for vertical excavator | |
| JP4536499B2 (en) | Horizontal drilling tip position measuring device | |
| JP3002781B2 (en) | Hole bending measurement device | |
| JPH06307864A (en) | Inclination angle measuring device | |
| GB2542918A (en) | Method and apparatus for initialization of a wellbore survey tool |