社団法人 物理探査学会
第124回(平成23年度春季)学術講演会


坑井用途向けMEMSジャイロ方位計測装置の開発

講演要旨(和文)
ジャイロコンパスは地球の自転角速度をジャイロで検出して真方位を出力するもので、外部の支援を必要とせず、周囲に磁性体があっても影響を受けない。小さな角速度を検出するために、ジャイロコンパスは高価で高性能のジャイロを利用しているが、坑井用途に利用するには、機械的に脆弱、かつ大型すぎる。近年におけるMEMS技術の発展は、価格とサイズのみならず、精度や信頼性においても著しいものがある。MEMSジャイロは微細加工されたシリコンの振動体を持ち、角速度によって誘導されるコリオリ力を検知する。その性能は、地球の自転角速度が検知可能なレベルに近づいているが、伝統的ジャイロと比較すると、その出力誤差は依然大きなものである。MEMSジャイロの出力誤差を補償するため新規開発された1軸型のNorthfinderを報告する。直径60mmの円筒型プロトタイプを製作し、約1.5degの方位精度を実証した。

講演要旨(英文)
Gyrocompasses detect the Earth's rate with gyros in stationary conditions and indicate azimuths with respect to true north. They do not need any external aid, and are not influenced by surrounding ferrous materials. However, in order to detect the Earth's rate, traditional gyrocompasses use expensive high-performance gyros, which are mechanically fragile, and are too bulky to be used for borehole applications. In the last decade, the evolution of MEMS gyros has been remarkable in terms of not only cost and size, but also accuracy and reliability. They have micro-machined vibrating structures of silicon, and detect the Coriolis force induced by angular velocity. Their performance is now approaching the level to be able to sense the Earth's rate. However, MEMS gyro output errors are still larger than those of traditional gyros. This paper presents a novel single-axis northfinder to compensate for the errors of MEMS gyros. A prototype with cylindrical body of 60mm diameter was fabricated and evaluated. The test results demonstrated a north-finding performance of about 1.5 degrees root mean squared in all attitudes.