一种交流磁强计测量范围及线性度标定方法及装置与流程

本发明涉及三轴磁强计的标定领域，具体涉及一种交流磁强计测量范围及线性度标定方法及装置。

背景技术：

由于三轴磁强计的制造误差和装配误差，以及外界铁磁物体对磁场的干扰，其测量地磁场的精度较低。磁强计的误差来源于环境干扰和磁强计的自身误差。环境干扰包括硬磁干扰和软磁干扰，磁强计自身的主要误差包括零偏误差、标度因子误差、非正交误差、安装对准误差。这些误差严重影响磁强计应用于航向确定和姿态测量的精度，需要进行标定，得到误差系数，进而补偿磁强计原始输出。

目前标定方法大多只能标定部分误差项，精度低。

亟需一种标定方法，能够实现高精度且简单方便地标定磁强计的测量范围及线性度。

技术实现要素：

为了克服现有技术中磁强计尤其是三轴磁强计标定方法所存在的不足及缺陷，本发明提供了一种交流磁强计测量范围及线性度标定方法及装置。

根据本发明的实施例，提供了一种交流磁强计测量范围及线性度标定方法，包括：

将所述交流磁强计放置在标定设备中，所述磁强计位于所述标定设备的交流磁场的均匀区域；

在所述交流磁强计的测量轴方向上施加所述交流磁场，所述交流磁强计的其余轴方向上施加零磁场；

调整所述交流磁强计的朝向，获取测量点并在所述测量点处固定所述交流磁强计；

在记录时间内记录所述交流磁强计在所述测量点处的输出数据，并对所述输出数据进行分析处理，得到所述交流磁强计的测量范围和线性度指标。

可选地，所述测量轴包括所述交流磁强计的x轴、y轴或z轴。

可选地，所述交流磁场的强度范围介于0～±100000nt，频率范围介于0.0001hz～100khz。

可选地，所述记录时间≥60s。

可选地，将所述交流磁强计固定在所述标定设备中以后，还包括对所述交流磁强计进行预热的步骤，其中所述交流磁强计的预热时间不少于15min。

可选地，所述测量点包括所述交流磁强计的所述输出数据最大时的朝向处。

可选地，所述对所述输出数据进行分析处理，得到所述交流磁强计的测量范围和线性度指标的步骤还包括：

获得所述输出数据中的磁场强度输出值；

比较所述磁场强度输出值，获取所述磁场强度输出值中的最大值和最小值，得到所述交流磁强计的测量范围指标。

可选地，所述对所述输出数据进行分析处理，得到所述交流磁强计的测量范围和线性度指标的步骤还包括：

读取所述输出数据中的输出电压数据；

将所述输出电压数据和施加的所述交流磁场的强度值进行线性拟合，得到拟合曲线；

将所述拟合曲线与施加的所述交流磁场的实际值进行比较，得到所述交流磁强计的线性度指标。

可选地，所述将所述拟合曲线与施加的所述交流磁场的实际值进行比较，得到所述交流磁强计的线性度指标的步骤还包括：

比较所述交流磁场所对应的实际电压值中偏离所述拟合曲线最大的值；

计算偏离所述拟合曲线最大的值对应的实际电压值与所述拟合曲线中相同交流磁场所对应的电压输出数据的差值的绝对值；

计算所述差值的绝对值与所述测量范围的比值，得到所述线性度指标。

可选地，所述标定设备包括磁场发生装置、磁场干扰消除系统以及三路恒流电源，所述磁场干扰消除系统包括三轴补偿线圈、光泵磁力仪以及干扰磁场补偿控制系统，

将所述磁强计放置在所述标定设备中之后，向所述磁场发生装置施加电流以形成所述交流磁场，同时所述磁场干扰消除系统工作，消除环境磁场对所述磁场的干扰。

可选地，在将所述交流磁强计放置在所述标定设备之前，还包括将所述交流磁强计固定在转动装置上，所述转动装置放置于所述磁场发生装置中，通过转动所述转动装置调整所述交流磁强计的朝向。

根据本发明的另一实施例，提供了一种交流磁强计测量范围及线性度标定装置，包括：

标定设备，用于产生交流磁场；

转动装置，用于固定所述交流磁强计，将所述交流磁强计置于在所述交流磁场的均匀区域，通过转动所述转动装置调整所述交流磁强计的朝向；

数据处理单元，与所述交流磁强计电连接，用于在记录时间内接收所述交流磁强计的在每个测量点的输出数据，并对所述输出数据进行分析处理。

可选地，其特征在于，所述标定设备产生的所述交流磁场的幅值范围介于0～±100000nt，频率范围介于0.0001～100khz。

可选地，所述标定设备包括磁场发生装置、磁场干扰消除系统以及三路恒流电源；

其中，所述磁场发生装置在施加电流的作用下产生所述交流磁场；

所述磁场干扰消除系统包括三轴补偿线圈、光泵磁力仪以及干扰磁场补偿控制系统，所述磁场干扰消除系统用于消除环境磁场对所述磁场的干扰。

可选地，所述转动装置包括转动部和固定部，

所述交流磁强计固定在所述转动部，所述转动部在驱动力的作用下转动并带动所述交流磁强计转动以调整所述磁强计的朝向；

所述固定部用于支撑所述转动部。

如上所述，本发明的交流磁强计交流测量范围及线性度标定方法及标定装置具有如下技术效果：

本申请的方法及装置能够分别在三轴交流磁强计的不同轴方向上标定交流磁强计的交流磁场的测量范围及线性度，从而更加准确全面地获得交流磁强计的测量范围及线性度数据，使得标定结果准确。

本发明的标定测试装置的操作简单、计算方便，能够完成全部误差项的标定。

附图说明

通过参考附图会更加清楚地理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：

图1显示为实施例一提供的交流磁强计测量范围及线性度标定方法的流程图。

图2显示为图1所示方法中标定设备的截面示意图。

图3显示为转动装置的截面示意图。

图4显示为所述交流磁强计的测量范围及线性度测试结果示意图。

附图标记

10交流磁强计

20转动装置

201转动部

202固定部

203支撑面

204支撑柱

30标定设备

301磁场发生装置

302屏蔽壳

303容纳腔室

304固定部

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

本实施例提供一种交流磁强计测量范围及线性度标定方法，如图1所示，该方法包括以下步骤：

将所述交流磁强计放置在标定设备中，所述交流磁强计位于所述标定设备的交流磁场的均匀区域；

在实施例的优选实施例中，将磁强计放置在标定设备中之后，还可以首先对磁强计进行预热的步骤，例如，可以对所述磁强计预热至少15min。经过该预热过程，一方面，磁强计的自身温度，例如其探头，的温度趋于平衡；另一方面，磁强计中的各电子学器件，例如探头等，的电子学性能在这一过程中能够趋于稳定，使得整个磁强计的性能处于稳定状态。由此也能够避免因温度或者磁强计性能不稳定带来的标定误差，从而提高磁强计正交性标定的精确度。

如图2所示，交流磁强计10位于标定设备30中，具体地，位于标定设备30的容纳腔室303中。在本实施例的优选实施例中，将交流磁强计10放置于标定设备之前，首先将交流磁强计固定在图3所示的转动装置20上，然后将转动装置20连同固定在其上的交流磁强计10放置于标定设备30的容纳腔室303中。

在本实施例的优选实施例中，如图2所示，所述标定设备30包括磁场干扰消除系统以及磁场发生装置301，其中所述磁场干扰消除系统包括三轴补偿线圈、光泵磁力仪以及干扰磁场补偿控制系统，所述磁场干扰消除系统用于消除环境磁场对所述磁场的干扰。磁场发生装置301用于产生交流磁场，在本实施例的优选实施例中，产生的交流磁场的幅值范围介于0～±100000nt，频率范围介于0.0001～100khz。在更优选的实施例中，频率选为1hz。

另外，在本实施例的另一优选实施例中，如图2所示，所述标定设备30还包括屏蔽壳302，该屏蔽壳301也能够起到消除环境磁场干扰的作用。标定设备30还包括固定部304，该固定部304使整个标定设备30处于稳固状态，不会出现机械振动或移动，以免影响标定结果。

在所述交流磁强计的测量轴方向上施加所述交流磁场，所述交流磁强计的其余轴方向上施加零磁场；

调整所述交流磁强计的所述测量轴的朝向，获取测量点并在所述测量点处固定所述交流磁强计；

为了实现交流磁强计朝向的调整，例如：在本实施例的优选实施例中，交流磁强计固定在转动装置20上。如图3所示，转动装置20包括转动部201和支撑该转动部201的固定部201，如图3所示，固定部202包括直接支撑交流磁强计10的支撑面203，以及支撑所述支撑面203的支撑柱204。进行交流磁强计10标定测试时，交流磁强计10固定在转动部201的中心位置，对所述转动装置20施加驱动力，使转动部201转动，由此带动固定在转动部201上的交流磁强计10转动，实现交流磁强计朝向的调整。

在本实施例的优选实施例中，例如所述测量轴为x轴，在x方向上施加强度为1000nt、频率为1hz的交流磁场，y和z轴方向上施加零磁场。然后调整交流磁强计的x轴的朝向，期间实时记录交流磁强计的磁场强度输出值，寻找磁场强度输出值最大的朝向并在此朝向处固定交流磁强计不再进行朝向调整，将此朝向处作为测量点。

然后，在记录时间内记录所述交流磁强计在所述测量点处的输出数据，并对所述输出数据进行分析处理，得到所述交流磁强计的测量范围和线性度指标。在本实施例的优选实施例中，记录时间不少于60s。在优选实施例中，记录的输出数据包括输出的交流磁场的峰峰值或功率谱值。

在本实施例的优选实施例中，对输出数据进行分析处理具体包括：

获得所述输出数据中的磁场强度输出值；

比较所述磁场强度输出值，获取所述磁场强度输出值中的最大值和最小值，得到所述交流磁强计的测量范围指标。

例如，分别在x轴方向上施加不同强度的交流磁场，例如分别施加强度为±25nt，±50nt，±125nt，±250nt，±625nt，-1000nt，频率为1hz的交流磁场，重复上述调整所述交流磁强计的所述测量轴的朝向，获取测量点并在所述测量点处固定所述交流磁强计的步骤，获取不同的测量点。通过数据处理单元，记录每一个测量点处交流磁强计的磁场强度输出数据，并且每一个测量点处至少记录60s，例如采用数字万用表和数字示波器记录每一个测量点处的峰峰值。将x轴方向上记录的交流磁强计的磁场强度输出数据进行比较，获取其中的最大值和最小值，由此获得交流磁强计在x轴方向上的测量范围指标。

为了获得更加精确、全面的测量范围及线性度指标，在本实施例的一优选实施例中，变换施加磁场的方向。例如，在y轴方向上施加不同强度的交流磁场，例如分别施加强度为±25nt，±50nt，±125nt，±250nt，±625nt，±1000nt，频率为1hz的交流磁场，x和z方向上施加零磁场。重复上述x轴方向上施加交流磁场时的操作，直至得到交流磁强计在所述y轴方向上的测量范围指标。

同样地，在z轴方向上施加不同强度的交流磁场，例如分别施加强度为±25nt，±50nt，±125nt，±250nt，±625nt，±1000nt，频率为1hz的交流磁场，x和y轴方向上施加零磁场。重复上述x轴方向上施加交流磁场时的操作，直至得到交流磁强计在所述z轴方向上的测量范围指标。

最后综合比较不同测量轴方向上的交流磁强计的测量范围，得出交流磁强计的最终测量范围指标。

实施例二

本实施例同样提供一种交流磁强计测量范围及线性度标定方法，与上述实施例一的相同之处不再赘述，其不同之处在于：

在本实施例中，对交流磁强计的测量轴的朝向进行调整时，可以不将其调整至输出值最大的朝向。

另外，在本实施例中，将所述输出数据与施加的所述交流磁场进行比较，得到所述交流磁强计在所述测量轴方向上的线性度的步骤还包括：

获得所述输出数据中的输出电压数据；

将所述输出电压数据和施加的所述交流磁场的强度值进行线性拟合，得到拟合曲线；

将所述拟合曲线与施加的所述交流磁场的实际值进行比较，得到所述交流磁强计的线性度指标。

例如，分别在x轴方向上施加不同强度的交流磁场，例如分别施加强度为±25nt，±50nt，±125nt，±250nt，±625nt，-1000nt，频率为1hz的交流磁场，重复所述述调整所述交流磁强计的所述测量轴的朝向，获取测量点并在所述测量点处固定所述交流磁强计的步骤步骤，获取不同的测量点。在每一个测量点处分别记录交流磁强计的输出电压数据，并且每一个测量点处至少记录60s。

在本实施例的优选实施例中，通过数据处理单元，例如数字万用表和数字示波器测试并记录交流磁强计的电压输出数据，将x轴方向上记录的交流磁强计的输出电压数据和施加的交流磁场的强度值进行线性拟合，得到拟合曲线。如图4所示，示例性示出了x轴方向上的拟合曲线与交流磁场的实际值之间的线性度，如图4所示，输出电压和磁场强度的关系为：vout＝2.1833×b+2401.7。比较所述交流磁场所对应的实际电压值中偏离所述拟合曲线的最大值，并计算偏离所述拟合曲线最大的值对应的实际电压值与所述拟合曲线中相同交流磁场所对应的电压输出数据的差值的绝对值；计算所述差值的绝对值与所述测量范围的比值，得到所述线性度指标。如图4所示，计算得到的交流磁强计的线性度为0.35％。

为了获得更加精确、全面的测量范围及线性度指标，在本实施例的一优选实施例中，变换施加磁场的方向。例如，在y轴方向上施加不同强度的交流磁场，例如分别施加强度为±25nt，±50nt，±125nt，±250nt，±625nt，±1000nt，频率为1hz的交流磁场，x和z方向上施加零磁场。重复上述x轴方向上施加交流磁场时的操作，直至得到交流磁强计在所述y轴方向上的线性度指标。

同样地，在z轴方向上施加不同强度的交流磁场，例如分别施加强度为±25nt，±50nt，±125nt，±250nt，±625nt，±1000nt，频率为1hz的交流磁场，x和y轴方向上施加零磁场。重复上述x轴方向上施加交流磁场时的操作，直至得到交流磁强计在所述z轴方向上的线性度指标。

经上述不同轴方向上分别测量交流磁强计的线性度指标，可以得到更加全面精确的交流磁强计线性度指标。

实施例三

本实施例提供一种交流磁场线性度标定装置，该装置包括：

标定设备，用于产生交流磁场；

如图2所示，标定设备30包括磁场干扰消除系统以及磁场发生装置301，其中所述磁场干扰消除系统包括三轴补偿线圈、光泵磁力仪以及干扰磁场补偿控制系统，所述磁场干扰消除系统用于消除环境磁场对所述磁场的干扰。磁场发生装置301用于产生交流磁场，在本实施例的优选实施例中，产生的交流磁场的幅值范围介于0～±100000nt，频率范围介于0.0001～100khz。在更优选的实施例中，交流磁场的频率选为1hz。

转动装置，用于固定待标定测试的交流磁强计，将所述交流磁强计置于在所述交流磁场的均匀区域，所述转动装置带动所述交流磁强计在所述交流磁场中转动，从而实现对交流磁强计朝向的调整；

如图3所示，转动装置20包括水平设置的转动部201，如图3所示，固定部202包括直接支撑交流磁强计10的支撑面203，以及支撑所述支撑面203的支撑柱204。进行交流磁强计10标定测试时，交流磁强计10固定在转动部201的中心位置，对所述转动装置20施加驱动力，使转动部201转动，由此带动固定在转动部201上的交流磁强计10转动，实现交流磁强计朝向的调整。

数据处理单元，数据处理单元与所述交流磁强计10电连接，用于在记录时间内接收所述交流磁强计的在每个测量点的输出数据，并对所述输出数据进行分析处理。例如，数据处理单元可以存储记录时间内每个测量点的输出数据，并对该输出数据进行比较，得到最大输出值并对该最大输出值进行存储。如此存储不同方向上不用测量点的各最大输出值，最终得到交流磁强计的线性度数据指标。

在本实施例的优选实施例中，该数据处理单元包括用于测试并记录交流磁强计的输出信号幅值的数字万用表及数字示波器。

上述实施例的交流磁强计交流磁场线性度标定方法及标定装置具有如下技术效果：

本申请的方法及装置能够分别在三轴交流磁强计的不同轴方向上标定交流磁强计的交流磁场线性度，从而更加准确全面地获得交流磁强计的线性度数据，使得标定结果准确。

本发明的标定测试装置的操作简单、计算方便，能够完成全部误差项的标定。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明，本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。