CN103969615B - 一种单轴磁通门传感器参数的标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种单轴磁通门传感器参数的标定方法，属于弱磁场检测领域。一种单轴磁通门传感器参数的标定方法，利用地球磁场模型计算出测量地的地磁场强度的垂直分量M_Z，采集单轴磁通门传感器的敏感轴与重力加速度方向一致时的输出电压V₁，再采集单轴磁通门传感器的敏感轴与重力加速反度方向相反时的输出电压V₂，将M_Z、V₁和V₂代入单轴磁通门传感器的输出电压与磁感应强度成线性关系的计算公式M＝K*V+M₀，得到两个方程式M_Z＝K*V₁+M₀和‑M_Z＝K*V₂+M₀，最后解得单轴磁通门传感器的线性系数K和零点偏差M₀。本发明的使用，对设备要求不高，标定过程简单，且标定精度高。

Description

一种单轴磁通门传感器参数的标定方法

技术领域

本发明涉及单轴磁通门传感器，特别涉及一种单轴磁通门传感器参数的标定方法。

背景技术

单轴磁通门传感器是利用被测磁场中高导磁铁芯在交变信号的激励下，发生周期性饱和与非饱和的变化，从而使围绕在铁芯上的感应线圈感应出反应外界磁场的信号，其中偶次谐波与外界磁场成线性关系，即M＝K*V+M₀，其中M为磁感应强度，V为单轴磁通门传感器的输出电压，K为单轴磁通门传感器的线性系数，M₀为单轴磁通门传感器的零点偏差。可以看出，只有明确了单轴磁通门传感器的线性系数K和零点偏差M₀，才能准确测量磁场，而实际上每个单轴磁通门传感器的线性系数K和零点偏差M₀都略有不同，所以每个单轴磁通门传感器在使用前，先要标定其线性系数K和零点偏差M₀，这直接影响到单轴磁通门传感器的测量精度。

目前，传统的单轴磁通门传感器参数标定通常采用人工外加磁场的方法，需要用到磁屏蔽筒、螺线管和可编程高精度恒流源等设备。将单轴磁通门传感器放置在螺线管内，利用磁屏蔽筒将地磁场屏蔽，人为给螺线管施加一个标准的高精度电流，控制螺线管内的磁场大小，以实现对单轴磁通门传感器的标定。用这种方法标定的精度依赖于设备的精度和稳定性，容易受现场环境的影响，且标定程序复杂，导致其标定的精度不高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种单轴磁通门传感器参数的标定方法，解决现有的单轴磁通门传感器参数标定精度不高和标定过程复杂的缺陷。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种单轴磁通门传感器参数的标定方法，包括如下步骤：

步骤1、选取放置无磁旋转校正台的测量地，利用地球磁场模型计算出测量地的地磁场强度的垂直分量M_Z；

步骤2、将三轴加速度传感器装在单轴磁通门传感器的信号处理板上，使三轴加速度传感器的Z轴和单轴磁通门传感器的敏感轴方向保持一致，将单轴磁通门传感器垂直固定在无磁旋转校正台上，调整无磁旋转校正台，使加速度传感器的X、Y、Z轴读数分别为0、0、0.97，采集此时单轴磁通门传感器的输出电压V₁；

步骤3、将无磁旋转校正台垂直旋转180°，调整无磁旋转校正台，使加速度传感器的X、Y、Z轴读数分别为0、0、-0.97，采集此时单轴磁通门传感器的输出电压V₂；

步骤4、根据单轴磁通门传感器的输出电压与磁感应强度成线性关系的计算公式M＝K*V+M₀，计算公式中，M为磁感应强度，K为单轴磁通门传感器的线性系数,V为单轴磁通门传感器的输出电压，M₀为单轴磁通门传感器的零点偏差，将计算出的地磁场强度的垂直分量M_Z、两次采集的单轴磁通门传感器的输出电压V₁和V₂代入计算公式M＝K*V+M₀，得到两个方程式M_Z＝K*V₁+M₀和-M_Z＝K*V₂+M₀，解方程式得到

步骤5、选择至少三个不同的测量地，重复步骤1-4，得出至少三组单轴磁通门传感器的线性系数和零点偏差，取其平均值得到最终单轴磁通门传感器的线性系数K和零点偏差M₀，完成标定。

本发明的有益效果在于：

(1)对设备要求不高，无需传统方法中使用的螺线管、屏蔽筒、可编程高精度恒流源等一系列贵重设备，仅需无磁旋转校正台和重力加速度传感器；

(2)标定过程简单，仅需两点测量即可进行计算；

(3)标定精度高，由于地磁场的稳定特性，以地磁场为参照测量计算得出的单轴磁通门传感器的参数精度高，可以有效地将单轴磁通门传感器的参数标定精度误差控制在0.1％以内。

附图说明

图1为本发明所涉及测量地地磁方向的示意图；

图2为本发明所涉及的加速度传感器与单轴磁通门传感器所组成的坐标图；

图3本发明实施例的示意图。

其中：1-JJP-2型校正台，2-夹具，3-单轴磁通门传感器，31-探头，32-信号处理板，4-KXR94-2353型加速度传感器。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图，进一步阐述本发明。

如图1-图3所示，一种单轴磁通门传感器3参数的标定方法，该单轴磁通门传感器3由探头31和信号处理板32组成，其标定方法包括如下步骤：

步骤1、选取放置JJP-2型校正台1的测量地，该测量地一般选择外界磁干扰小的公园、操场等；利用地球磁场模型，根据测量地的经维度和测量时间，计算出当天测量地所处位置的地磁场三分量的值。比如，以海拔20米、北纬31°15′16和东经121°22′18的地点为测量地，测量时间为2014年3月10日，利用地球磁场模型可计算得到该测量地在该时刻的地磁三分量Mx是32867.7nT，My是-3173.8nT，Mz是34998.3nT，其中地磁场强度的垂直分量Mz用于单轴磁通门传感器3的标定计算；

步骤2、将KXR94-2353型加速度传感器4装在单轴磁通门传感器3的信号处理板32上，使KXR94-2353型加速度传感器4的Z轴和单轴磁通门传感器3的敏感轴的方向保持一致，单轴磁通门传感器3通过夹具2垂直固定在JJP-2型校正台1的上，两传感器均与电脑相连，两传感器的各种读数通过电脑显示，观察KXR94-2353型加速度传感器4的X、Y、Z轴读数，将KXR94-2353型加速度传感器4的X、Y、Z轴读数分别记为Ax、Ay、Az，调整JJP-2型校正台1，当KXR94-2353型加速度传感器4的X、Y、Z轴读数为Ax＝0、Ay＝0、Az＝0.97时，表示KXR94-2353型加速度传感器4的Z轴和单轴磁通门传感器3的敏感轴的正方向同时与地球重力方向一致，此时地磁场在单轴磁通门传感器3上的投影为34998.3nT，采集此时单轴磁通门传感器3的输出电压V₁；

步骤3、将JJP-2型校正台1垂直旋转180°，即KXR94-2353型加速度传感器4和单轴磁通门传感器3随JJP-2型校正台1同时旋转180°，调整JJP-2型校正台1，观察KXR94-2353型加速度传感器4的X、Y、Z轴读数，当KXR94-2353型加速度传感器4的X、Y、Z轴读数分别为Ax＝0、Ay＝0、Az＝-0.97时，表示KXR94-2353型加速度传感器4的Z轴和单轴磁通门传感器3的敏感轴正方向同时与地球重力反方向一致，此时地磁场在单轴磁通门传感器3上的投影为-34998.3nT，采集此时单轴磁通门传感器3的输出电压V₂；

步骤4、根据单轴磁通门传感器3的输出电压与磁感应强度成线性关系的计算公式M＝K*V+M₀，计算单轴磁通门传感器3的线性系数和的零点偏差，计算公式中，M为磁感应强度，K为单轴磁通门传感器3的线性系数,V为单轴磁通门传感器3的输出电压，M₀为单轴磁通门传感器3的零点偏差，将计算出的地磁场强度的垂直分量M_Z、两次采集的单轴磁通门传感器3的输出电压V₁和V₂代入计算公式M＝K*V+M₀，得到两个方程式M_Z＝K*V₁+M₀和-M_Z＝K*V₂+M₀，解方程式得到

步骤5、选择至少三个不同的测量地，重复步骤1-4，得出至少三组单轴磁通门传感器3的线性系数K和零点偏差M₀，取其平均值作为最后的单轴磁通门传感器3的参数，完成标定，这可以较好地规避操作过程中因磁通门角度、噪声等因素影响导致的误差。

Claims (1)

1.一种单轴磁通门传感器参数的标定方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1、选取放置无磁旋转校正台的测量地，利用地球磁场模型计算出测量地的地磁场强度的垂直分量M_Z；

步骤2、将三轴加速度传感器装在单轴磁通门传感器的信号处理板上，使三轴加速度传感器的Z轴和单轴磁通门传感器的敏感轴方向保持一致，将单轴磁通门传感器垂直固定在无磁旋转校正台上，调整无磁旋转校正台，使加速度传感器的X、Y、Z轴读数分别为0、0、0.97，采集此时单轴磁通门传感器的输出电压V₁；

步骤3、将无磁旋转校正台垂直旋转180°，调整无磁旋转校正台，使加速度传感器的X、Y、Z轴读数分别为0、0、-0.97，采集此时单轴磁通门传感器的输出电压V₂；

步骤4、根据单轴磁通门传感器的输出电压与磁感应强度成线性关系的计算公式M＝K*V+M₀，计算公式中，M为磁感应强度，K为单轴磁通门传感器的线性系数,V为单轴磁通门传感器的输出电压，M₀为单轴磁通门传感器的零点偏差，将计算出的地磁场强度的垂直分量M_Z、两次采集的单轴磁通门传感器的输出电压V₁和V₂代入计算公式M＝K*V+M₀，得到两个方程式M_Z＝K*V₁+M₀和-M_Z＝K*V₂+M₀，解方程式得到

$K=\frac{2*M_z}{V_1-V_2},M_0=\frac{V_1+V_2}{V_2-V_1}*M_z;$

步骤5、选择至少三个不同的测量地，重复步骤1-4，得出至少三组单轴磁通门传感器的线性系数和零点偏差，取其平均值得到最终单轴磁通门传感器的线性系数K和零点偏差M₀，完成标定。