三轴磁传感器正交度及增益一致性校准装置及方法与流程

本发明涉及一种三轴磁传感器，尤其是一种三轴磁传感器正交度及增益一致性校准装置及方法。

背景技术：

三轴磁传感器由三只单轴矢量磁传感器组成，为了确保三轴磁传感器各分量准确测量各轴向的磁场，避免受到其它轴向磁场的影响，而影响测量精度，要求三只单轴磁传感器的测量方向应正交，即在结构上互相之间的夹角为90°；另外，当三轴磁传感器在均匀磁场环境中姿态变化时，为了保证磁传感器测得的磁场总量的精度，要求三轴磁传感器各分量的增益应一致。三轴磁传感器各轴向间的正交误差和增益误差统称为三轴磁传感器正交度及增益一致性误差，该误差通过三轴磁传感器在均匀磁场环境(模拟地磁环境)中任意姿态变化时测得的磁场总量峰峰值。

典型三轴磁传感器结构示意图见图1。图中h面、b面、c面为三轴磁传感器x、y、z三分量的安装基准面。现有技术条件下，为了提高三轴磁传感器正交度性能，在三轴磁传感器结构加工时，要求h面、b面、c面结构上互相垂直；另外，在垂直度调试环节，人工通过18只正交度调整螺钉10调整x、y、z各分量的测量轴向垂直于h面、b面、c面，据此达到三只单轴磁传感器的测量方向正交的目的。这个过程中，三轴磁传感器正交度性能受人为因素和磁传感器结构加工精度的影响加大。另外，在完成三轴磁传感器正交度调整后，再分别进行三轴磁传感器各分量增益的校准工作。由此可见，现有技术下三轴磁传感器正交度调试过程复杂，每次只能对单个磁传感器进行校准，效率低下；三轴磁传感器正交度及增益一致性误差达1％，校准精度差。

技术实现要素：

本发明是要提供一种三轴磁传感器正交度和增益一致性的校准装置及方法，可以高效实现三轴磁传感器正交度和增益一致性的高精度校准，并有效提高三轴磁传感器正交度和增益一致性校准精度和校准工作效率。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种三轴磁传感器正交度和增益一致性的校准装置，由一套磁场仿真控制器、一套三通道高精度电流源、一套三维线圈、一套高精度标准磁力计组成，所述磁场仿真控制器中载有磁场仿真控制与计算软件；所述三维线圈由x向、y向、z向三组相互正交的线圈组成，三维线圈均匀区中固定有标准磁传感器和至少一个待校准的三轴磁传感器；所述标准磁传感器通过高精度标准磁力计连接磁场仿真控制器，待校准的三轴磁传感器连接磁场仿真控制器，磁场仿真控制器通过高精度电流源连接三维线圈。

一种采用三轴磁传感器正交度和增益一致性的校准装置校准方法，其步骤如下：

步骤一：校准装置的磁场仿真控制器通过三通道高精度电流源控制三维线圈中的通电电流大小和方向，三维线圈按设定的规律合成任意方向磁场；

步骤二：三维线圈在均匀区中产生的磁场大小h0由标准磁力计进行实际测量，并由标准磁力计通讯传输至磁场仿真控制器；待校准的三轴磁传感器测得的三轴磁场h1由磁场仿真控制器进行记录；

步骤三：重复步骤二n次，即三维线圈中的磁场变化n次，每变化1次，记录1次磁场大小h0和三轴磁场h1；

步骤四：三维线圈通电结束后，由磁场仿真控制器运用数组h0n、h1n计算得到三轴磁传感器的正交度及增益一致性校准参数c＇；

步骤五：用参数c＇对三轴磁传感器的输出磁场h1进行校正,得到校正后的磁场h0，即完成三轴磁传感器正交度及增益一致性校准工作，数学修正公式见下式：

其中：h0x、h0y、h0z分别为校正后的三轴磁传感器x、y、z三轴的磁场值，h1x、h1y、h1z分别为待校准的三轴磁传感器x、y、z三轴的磁场值，kx、ky、kz分别为待校准的三轴磁传感器x、y、z三轴的增益，bx、by、bz分别为待校准的三轴磁传感器x、y、z三轴的零点，pxy为待校准的三轴磁传感器的x轴和y轴夹角的正交度系数，pxz为待校准的三轴磁传感器的x轴和z轴夹角的正交度系数，pyz为待校准的三轴磁传感器的y轴和z轴夹角的正交度系数；

以上过程由磁场仿真控制器自动控制完成。

本发明的有益效果是：

1.大幅提高三轴磁传感器正交度和增益一致性的校准精度：性能由1％提高至0.01％；

2.大幅提高三轴磁传感器正交度和增益一致性校准工作效率：工作时间由4h/只减少到10min/只。

附图说明

图1为三轴磁传感器结构示意图；

图2为三轴磁传感器正交度和增益一致性的校准装置示意图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图2所示，本校准方法所采用的一套三轴磁传感器正交度和增益一致性的校准装置，该校准装置主要由四部分组成：一套磁场仿真控制器1，磁场仿真控制与计算软件载于磁场仿真控制器1中；一套三通道高精度电流源2；一套三维线圈3；一套高精度标准磁力计4，高精度标准磁力计4为计量合格的标准磁力计。三维线圈3由x向、y向、z向三组相互正交的线圈组成，标准磁传感器5和待校准的三轴磁传感器6(1只或多只)固定于三维线圈3均匀区中。标准磁传感器5通过高精度标准磁力计4连接磁场仿真控制器1，待校准的三轴磁传感器6连接磁场仿真控制器1，磁场仿真控制器1通过高精度电流源2连接三维线圈3。

本发明采用三轴磁传感器正交度和增益一致性的校准装置校准过程实施步骤如下：

步骤一：校准装置的磁场仿真控制器通过三通道高精度电流源控制三维线圈中的通电电流大小和方向，三维线圈按设定的规律合成任意方向磁场；

步骤二：三维线圈在均匀区中产生的磁场大小h0由标准磁力计进行实际测量，并由标准磁力计通讯传输至磁场仿真控制器；待校准的三轴磁传感器测得的三轴磁场h1由磁场仿真控制器进行记录；

步骤三：重复步骤二n次，即三维线圈中的磁场变化n次，每变化1次，记录1次磁场大小h0和三轴磁场h1；

步骤四：三维线圈通电结束后，由磁场仿真控制器运用数组h0n、h1n计算得到三轴磁传感器的正交度及增益一致性校准参数c＇；

步骤五：用参数c＇对三轴磁传感器的输出磁场h1进行校正,得到校正后的磁场h0，即完成三轴磁传感器正交度及增益一致性校准工作，数学修正公式见下式：

其中：h0x、h0y、h0z分别为校正后的三轴磁传感器x、y、z三轴的磁场值，h1x、h1y、h1z分别为待校准的三轴磁传感器x、y、z三轴的磁场值，kx、ky、kz分别为待校准的三轴磁传感器x、y、z三轴的增益，bx、by、bz分别为待校准的三轴磁传感器x、y、z三轴的零点，pxy为待校准的三轴磁传感器的x轴和y轴夹角的正交度系数，pxz为待校准的三轴磁传感器的x轴和z轴夹角的正交度系数，pyz为待校准的三轴磁传感器的y轴和z轴夹角的正交度系数；

以上过程由磁场仿真控制器自动控制完成。