磁传感器阵列测量中的平行度误差补偿方法和系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种磁传感器阵列测量中的平行度误差补偿方法和系统，将被测磁传感器阵列多种方式固定在转台上，通过转动磁传感器阵列的同时采集不同转角下每个磁传感器输出的数据从而获得每个磁传感器各个磁轴的固有方位误差角和固有俯仰误差角，从而得到修正矩阵对每个磁传感器进行修正，能够将三分量磁力仪敏感轴之间的平行度误差补偿至0.02°以内，有效的提高了梯度张量仪对磁性目标的定位精度。
【专利说明】磁传感器阵列测量中的平行度误差补偿方法和系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及精密磁测量【技术领域】，具体涉及一种磁传感器阵列测量中的平行度误差补偿方法。
【背景技术】
[0002]梯度张量探测是最近几年才发展起来的技术，应用多个矢量磁传感器构成的磁力梯度张量测量仪(以下简称张量仪)，可对磁性目标进行定位。与光泵磁力仪的搜索式定位方式不同，张量仪对磁性目标进行定位时无需来回往复地搜索，且具有定位精度高，操作简单的优点。
[0003]梯度张量仪是磁传感器阵列的一种形式,一般由数个(最少3个,多则9个)三分量磁传感器构成。由于机械安装工艺及传感器制造工艺的限制，安装误差总是存在的——即各磁传感器的敏感轴并不是平行的。理论计算可以得出:即使各磁传感器敏感轴之间的平行度误差只有0.05°，则由之带来的测量误差可达数十纳特，这大大超过了被测目标的信号强度，造成的直接后果就是测量误差偏大，无法应用于后期的精确定量计算。由于构成梯度张量仪的磁传感器尺寸较小(长度不超过200mm)，而且磁传感器的敏感轴与机械结构参考面之间存在平行度误差，一般通过精密的机械对准机构进行磁传感器的安装，但是精密对准机构也只能将平行度误差缩小到0.2°，这远远不能满足梯度张量探测的要求。
【发明内容】
[0004]有鉴于此，本发明提供了一种磁传感器阵列测量中的平行度误差补偿方法和系统，能够将三分量磁传感器磁敏感轴之间的平行度误差补偿至0.02度以内，有效提高了梯度张量仪对磁性目标的定位精度。
[0005]一种磁传感器阵列测量中的平行度误差补偿方法，所述的磁传感器阵列由η个磁传感器固定在同一安装板上构成，安装板上有三个两两正交的基准线，每个磁传感器有三个磁轴，分别为磁轴X、磁轴Y和磁轴Ζ，以安装板的一个顶点为原点0，三个基准线方向为X轴、Y轴和Z轴方向建立坐标系，该方法包括下列步骤:
[0006]步骤一、将磁传感器阵列的安装板的XOY平面与转台台面平行固定在转台上，将磁传感器阵列的X轴与转台的0°刻线对准；
[0007]步骤二、旋转转台一周，每旋转15°对磁传感器阵列的每个磁传感器的磁轴X、磁轴Y的输出数据进行采集，分别获得磁传感器阵列磁轴X的方位角与磁轴X的输出数据的对应关系、磁轴Y的方位角与磁轴Y输出数据的对应关系；所述磁轴X的方位角为磁轴X在XOY平面的投影与X轴的夹角，所述磁轴Y的方位角为磁轴Y在XOY平面的投影与Y轴的夹角；
[0008]步骤三、将磁传感器阵列的安装板YOZ平面与转台台面平行固定在转台上，将Y轴基准线与转台的0°对准；
[0009]步骤四、旋转转台一周，每旋转15°对磁传感器阵列的每个磁传感器的磁轴Y和磁轴Z的输出数据进行采集，分别获得磁传感器阵列磁轴Y的俯仰角与磁轴Y的输出数据的对应关系、磁轴Z的俯仰角与磁轴Z输出数据的对应关系；所述磁轴Y的俯仰角为磁轴Y与YOZ平面的投影与Y轴的夹角，所述磁轴Z的俯仰角为磁轴Z与YOZ平面的投影与Z轴的夹角；
[0010]步骤五、将磁传感器阵列的安装板的XOZ平面与转台台面平行固定在转台上，将Z轴基准线与转台的0°对准；
[0011]步骤六、旋转转台一周，每旋转15°对磁传感器阵列的每个磁传感器的磁轴X和磁轴Z的输出数据进行采集，分别获得磁传感器阵列磁轴X的俯仰角与磁轴X的输出数据的对应关系、磁轴Z的方位角与磁轴Z输出数据的对应关系；所述磁轴X的俯仰角为磁轴X在XOZ平面的投影与X轴的夹角，所述磁轴Z的方位角为磁轴Z在XOZ平面的的投影与Z轴的夹角；
[0012]步骤七、分别对步骤二、步骤四和步骤六获得的对应关系进行正弦拟合，获得每个磁传感器的每个磁轴的方位固有误差角和俯仰固有误差角，方位固有误差角记为ami，俯仰固有误差角记为Pmi,其中m为X、y、ζ,分别代表磁传感器的磁轴X、磁轴Y、磁轴Z, i为磁传感器阵列的编号，1=1,2,3……η ；
[0013]步骤八、根据步骤七获得每个磁传感器的修正矩阵Ai,所述修正矩阵Ai为:
【权利要求】
1.一种磁传感器阵列测量中的平行度误差补偿方法，所述的磁传感器阵列由η个磁传感器固定在同一安装板上构成，安装板上有三个两两正交的基准线，每个磁传感器有三个磁轴，分别为磁轴X、磁轴Y和磁轴Ζ，以安装板的一个顶点为原点O，三个基准线方向为X轴、Y轴和Z轴方向建立坐标系，其特征在于，该方法包括下列步骤: 步骤一、将磁传感器阵列的安装板的XOY平面与转台台面平行固定在转台上，将磁传感器阵列的X轴与转台的0°刻线对准； 步骤二、旋转转台一周，每旋转15°对磁传感器阵列的每个磁传感器的磁轴X、磁轴Y的输出数据进行采集，分别获得磁传感器阵列磁轴X的方位角与磁轴X的输出数据的对应关系、磁轴Y的方位角与磁轴Y输出数据的对应关系；所述磁轴X的方位角为磁轴X在XOY平面的投影与X轴的夹角，所述磁轴Y的方位角为磁轴Y在XOY平面的投影与Y轴的夹角；步骤三、将磁传感器阵列的安装板YOZ平面与转台台面平行固定在转台上，将Y轴基准线与转台的0°对准； 步骤四、旋转转台一周,每旋转15°对磁传感器阵列的每个磁传感器的磁轴Y和磁轴Z的输出数据进行采集，分别获得磁传感器阵列磁轴Y的俯仰角与磁轴Y的输出数据的对应关系、磁轴Z的俯仰角与磁轴Z输出数据的对应关系；所述磁轴Y的俯仰角为磁轴Y与YOZ平面的投影与Y轴的夹角，所述磁轴Z的俯仰角为磁轴Z与YOZ平面的投影与Z轴的夹角；步骤五、将磁传感器阵列的安装板的XOZ平面与转台台面平行固定在转台上，将Z轴基准线与转台的0°对准； 步骤六、旋转转台一周,每旋转15°对磁传感器阵列的每个磁传感器的磁轴X和磁轴Z的输出数据进行采集，分别获得磁传感器阵列磁轴X的俯仰角与磁轴X的输出数据的对应关系、磁轴Z的方位角与磁轴Z输出数据的对应关系；所述磁轴X的俯仰角为磁轴X在XOZ平面的投影与X轴的夹角，所述磁轴Z的方位角为磁轴Z在XOZ平面的的投影与Z轴的夹角； 步骤七、分别对步骤二、步骤四和步骤六获得的对应关系进行正弦拟合，获得每个磁传感器的每个磁轴的方位固有误差角和俯仰固有误差角，方位固有误差角记为ami，俯仰固有误差角记为Pmi，其中m为X、y、Z，分别代表磁传感器的磁轴X、磁轴Y、磁轴Z，i为磁传感器阵列的编号，1=1,2,3……η ； 步骤八、根据步骤七获得每个磁传感器的修正矩阵Ai,所述修正矩阵Ai为:
2.一种磁传感器阵列测量中的平行度误差补偿系统，所述的磁传感器阵列由η个磁传感器固定在同一安装板上构成，安装板上有三个两两正交的基准线，每个磁传感器有三个磁轴，分别为磁轴X、磁轴Y和磁轴Ζ，以安装板的一个顶点为原点0，三个基准线方向为X轴、Y轴和Z轴方向建立坐标系，其特征在于，该系统包括多路数据采集器、处理模块和输出显示器； 所述多路数据采集器分别对磁传感器阵列的每个磁传感器的每个磁轴的输出数据进行采集，并发送给处理模块； 所述采集数据具体为:对每个磁传感器的每个磁轴的输出数据进行采集，针对每个磁传感器，该数据包括该传感器的磁轴X、磁轴Y和磁轴Z的方位角与输出数据的对应的关系，以及磁传感器的磁轴X、磁轴Y和磁轴Z的俯仰角与输出数据的对应的关系,所述磁轴X的方位角为磁轴X在XOY平面的投影与X轴的夹角的，所述磁轴X的俯仰角为磁轴X在XOZ平面的投影与X轴的夹角；所述磁轴Y的方位角为磁轴Y在XOY平面的投影与Y轴的夹角，所述磁轴Y的俯仰角为磁轴Y与YOZ平面的投影与Y轴的夹角；所述磁轴Z的方位角为磁轴Z在XOZ平面的的投影与Z轴的夹角，所述磁轴Z的俯仰角为磁轴Z与YOZ平面的投影与Z轴的夹角； 所述处理模块具体包括拟合单元、矩阵计算单元、修正单元； 所述拟合单元将多路数据采集器采集到的每个磁轴的转角与输出数据的关系进行正弦拟合处理，获得每个磁传感器的每个磁轴的方位固有误差角和俯仰固有误差角；方位固有误差角记为ami，俯仰固有误差角记为i3mi，其中m为x、y、z，分别代表磁传感器的磁轴X、磁轴Y、磁轴z，i为磁传感器阵列的编号，1=1,2, 3……η ； 所述矩阵计算单元根据拟合单元获得的每个磁传感器的每个磁轴的方位固有误差角和俯仰固有误差角获得每个磁传感器的修正矩阵Ai,
【文档编号】G01R35/00GK103885002SQ201410079847
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2014年3月6日 优先权日:2014年3月6日
【发明者】李伟, 陈正想, 车振, 孟诚, 黄捷 申请人:中国船舶重工集团公司第七一〇研究所