一种磁力计校准方法及装置与流程

本发明涉及磁力计校准领域，具体涉及一种磁力计校准方法及装置。

背景技术：

以往的磁力计校准都是平面校准法或者八字校准法，来将环境中的软磁效应和硬磁效应消除掉，但是上述校准方法只是一种环境校准方法，当换一个新的环境后，又需要重新校准，且校准的准确度是建立在假定磁力计输出数据准确的前提下，那么磁力计输出数据是否准确怎么判断呢？

技术实现要素：

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的磁力计校准方法及装置。

根据本发明的一个方面，提供了一种磁力计校准方法，该方法包括：

将待校准的磁力计放入磁场强度恒定的三维磁场中，并将所述磁力计三个轴的每个轴分别平行所述三维磁场的磁感线方向放置；

获取所述磁力计至少四种不同放置方向时对应的输出值；

根据所述磁力计在所述至少四种不同放置方向时对应的输出值和所述三维磁场的磁场强度值，计算所述磁力计的校准参数，以完成对所述磁力计的校准。

可选地，所述将待校准的磁力计放入磁场强度恒定的三维磁场中，并将所述磁力计三个轴的每个轴分别平行所述三维磁场的磁感线方向放置包括：

将待校准的磁力计放入一个三轴的通电线圈的内部中间，并将所述磁力计三个轴的每个轴分别平行所述通电线圈三个轴的磁感线方向放置，所述通电线圈三个轴的每个轴中心的磁场强度值均远远大于地球磁场的平均强度。

可选地，所述获取所述磁力计至少四种不同放置方向时对应的输出值包括：

将所述磁力计的x轴正方向平行所述通电线圈的x轴的磁感线方向放置，将所述磁力计的y轴正负方向分别平行所述通电线圈的y轴的磁感线方向放置，将所述磁力计的z轴正负方向分别平行所述通电线圈的z轴的磁感线方向放置,可有四种不同放置方向；

将所述磁力计的x轴负方向平行所述通电线圈的x轴的磁感线方向放置，将所述磁力计的y轴正负方向分别平行所述通电线圈的y轴的磁感线方向放置，将所述磁力计的z轴正负方向分别平行所述通电线圈的z轴的磁感线方向放置，又可有四种不同放置方向；

将所述磁力计通过通讯线与外部显示端相连接，读取所述磁力计在上述八种中的至少四种不同放置方向时各自对应的三个轴的输出值。

可选地，所述根据所述磁力计在所述至少四种不同放置方向时对应的输出值和所述三维磁场的磁场强度值，计算所述磁力计的校准参数包括：

依据磁力计的基本参数方程：

其中，mxout是磁力计x轴的输出值，myout是磁力计y轴的输出值，mzout是磁力计z轴的输出值，mxin是磁力计x轴的输入值，myin是磁力计y轴的输入值，mzin是磁力计z轴的输入值，kxx是当x轴输入固定，x轴自相关灵敏度校正系数，kxy是当x轴输入固定，x轴y轴交叉灵敏度校正系数，kxz是当x轴输入固定，x轴z轴交叉灵敏度校正系数，kyx是当y轴输入固定，y轴x轴交叉灵敏度校正系数，kyy是当y轴输入固定，y轴自相关灵敏度校正系数，kyz是当y轴输入固定，y轴z轴交叉灵敏度校正系数，kzx是当z轴输入固定，z轴x轴交叉灵敏度校正系数，kzy是当z轴输入固定，z轴y轴交叉灵敏度校正系数，kzz是当z轴输入固定，z轴自相关灵敏度校正系数，offset_x是x轴的零偏值，offset_y是y轴的零偏值，offset_z是z轴的零偏值；

在所述磁力计的x轴正负方向平行所述通电线圈的x轴的磁感线方向放置、所述磁力计的y轴正负方向平行所述通电线圈的y轴的磁感线方向放置以及所述磁力计的z轴正负方向平行所述通电线圈的z轴的磁感线方向放置时，选取至少四种不同放置方向时各自对应的三个轴的输出值和三个轴的磁场强度输入值代入上述基本参数方程，利用最小二乘法求解得到所述磁力计的12个校准参数。

可选地，所述通电线圈三个轴的每个轴中心的磁场强度值均为200gs。

根据本发明的另一个方面，提供了一种磁力计校准装置，该装置包括：

放置单元，用于将待校准的磁力计放入磁场强度恒定的三维磁场中，并将所述磁力计三个轴的每个轴分别平行所述三维磁场的磁感线方向放置；

输出值获取单元，用于获取所述磁力计至少四种不同放置方向时对应的输出值；

校准参数计算单元，用于根据所述磁力计在所述至少四种不同放置方向时对应的输出值和所述三维磁场的磁场强度值，计算所述磁力计的校准参数，以完成对所述磁力计的校准。

可选地，所述放置单元，具体用于将待校准的磁力计放入一个三轴的通电线圈的内部中间，并将所述磁力计三个轴的每个轴分别平行所述通电线圈三个轴的磁感线方向放置，所述通电线圈三个轴的每个轴中心的磁场强度值均远远大于地球磁场的平均强度。

可选地，所述输出值获取单元具体用于，

将所述磁力计的x轴正方向平行所述通电线圈的x轴的磁感线方向放置，将所述磁力计的y轴正负方向分别平行所述通电线圈的y轴的磁感线方向放置，将所述磁力计的z轴正负方向分别平行所述通电线圈的z轴的磁感线方向放置,可有四种不同放置方向；

将所述磁力计的x轴负方向平行所述通电线圈的x轴的磁感线方向放置，将所述磁力计的y轴正负方向分别平行所述通电线圈的y轴的磁感线方向放置，将所述磁力计的z轴正负方向分别平行所述通电线圈的z轴的磁感线方向放置,又可有四种不同放置方向；

将所述磁力计通过通讯线与外部显示端相连接，读取所述磁力计在上述八种中的至少四种不同放置方向时各自对应的三个轴的输出值。

可选地，所述校准参数计算单元具体用于，

依据磁力计的基本参数方程：

其中，mxout是磁力计x轴的输出值，myout是磁力计y轴的输出值，mzout是磁力计z轴的输出值，mxin是磁力计x轴的输入值，myin是磁力计y轴的输入值，mzin是磁力计z轴的输入值，kxx是当x轴输入固定，x轴自相关灵敏度校正系数，kxy是当x轴输入固定，x轴y轴交叉灵敏度校正系数，kxz是当x轴输入固定，x轴z轴交叉灵敏度校正系数，kyx是当y轴输入固定，y轴x轴交叉灵敏度校正系数，kyy是当y轴输入固定，y轴自相关灵敏度校正系数，kyz是当y轴输入固定，y轴z轴交叉灵敏度校正系数，kzx是当z轴输入固定，z轴x轴交叉灵敏度校正系数，kzy是当z轴输入固定，z轴y轴交叉灵敏度校正系数，kzz是当z轴输入固定，z轴自相关灵敏度校正系数，offset_x是x轴的零偏值，offset_y是y轴的零偏值，offset_z是z轴的零偏值；

在所述磁力计的x轴正负方向平行所述通电线圈的x轴的磁感线方向放置、所述磁力计的y轴正负方向平行所述通电线圈的y轴的磁感线方向放置以及所述磁力计的z轴正负方向平行所述通电线圈的z轴的磁感线方向放置时，选取至少四种不同放置方向时各自对应的三个轴的输出值和三个轴的磁场强度输入值代入上述基本参数方程，利用最小二乘法求解得到所述磁力计的12个校准参数。

可选地，所述通电线圈三个轴的每个轴中心的磁场强度值均为200gs。

本发明的有益效果是：

本发明的技术方案是将待校准的磁力计放入磁场强度恒定的三维磁场中，并将所述磁力计三个轴的每个轴分别平行所述三维磁场的磁感线方向放置，获取所述磁力计至少四种不同放置方向时对应的输出值，然后根据所述磁力计在所述至少四种不同放置方向时对应的输出值和所述三维磁场的磁场强度值，计算所述磁力计的校准参数，以完成对所述磁力计的校准。本发明的磁力计校准方案实现校准实验环境稳定、校准参数全面，相比单轴校准方案准确性更高和校准速度更快，能够消除磁力计本身仪器误差，实现了磁力计三轴同时校准的芯片级校准。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

图1为本发明的一个实施例提供的一种磁力计校准方法的流程示意图；

图2为本发明的一个实施例提供的一种磁力计校准装置的功能示意图；

图3为本发明的一个实施例提供的磁力计x轴正方向沿着磁感线方向放置的结构图；

图4为三轴线圈的外形图片；

图5为图4所示三轴线圈三个轴的截面示意；

图6为右手螺旋法则示意。

具体实施方式

本发明的核心思想是：

发明人想到一种磁力计校准方法，即将待校准的磁力计放入磁场强度恒定的三维磁场中，并将所述磁力计三个轴的每个轴分别平行所述三维磁场的磁感线方向放置，从而获取所述磁力计至少四种不同放置方向时对应的输出值，然后根据所述磁力计在所述至少四种不同放置方向时对应的输出值和所述三维磁场的磁场强度值，计算所述磁力计的校准参数，以完成对所述磁力计的校准。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

图1为本发明的一个实施例提供的一种磁力计校准方法流程示意图，如图1所示，该方法包括：

步骤s101，将待校准的磁力计放入磁场强度恒定的三维磁场中，并将磁力计三个轴的每个轴分别平行三维磁场的磁感线方向放置。

其中，产生磁场强度恒定的三维磁场的设备可以是三轴线圈。三轴线圈的外形图片如图4所示，三个轴的截面示意如图5所示。

在本发明优选实施例中，选用的三轴线圈在通电条件下，每个线圈的轴向最大可以产生的磁场强度为200gs，而地球磁场的平均强度为0.4～0.6gs，相对于设备产生的磁场是一个小量，我们可以认为设备提供的磁场值为恒定的200gs。

步骤s101具体可以为，将待校准的磁力计放入一个三轴的通电线圈的内部中间，并将磁力计三个轴的每个轴分别平行通电线圈三个轴的磁感线方向放置，通电线圈三个轴的每个轴中心的磁场强度值均远远大于地球磁场的平均强度。

产生三维磁场的基本理论基础，是根据右手螺旋法则判断通电线圈的磁感线方向。右手螺旋法则示意如图6所示，磁感线在线圈外部是由n-s，在线圈内部是由s-n，根据对称性，是由s端到n端的平行直线，线圈内部是我们关注的区域。

步骤s102，获取磁力计至少四种不同放置方向时对应的输出值。

由于产生磁场强度恒定的三维磁场的设备是不动的，所以我们可以将磁力计放在线圈内部中间，通过usb与外部相连接，得到三轴磁力计产生的数据。

步骤s102具体可以为，将磁力计的x轴正方向平行通电线圈的x轴的磁感线方向放置，将磁力计的y轴正负方向分别平行通电线圈的y轴的磁感线方向放置，将磁力计的z轴正负方向分别平行通电线圈的z轴的磁感线方向放置,可有四种不同放置方向；

将磁力计的x轴负方向平行通电线圈的x轴的磁感线方向放置，将磁力计的y轴正负方向分别平行通电线圈的y轴的磁感线方向放置，将磁力计的z轴正负方向分别平行通电线圈的z轴的磁感线方向放置,又可有四种不同放置方向；

将磁力计通过通讯线与外部显示端相连接，读取磁力计在上述八种中的至少四种不同放置方向时各自对应的三个轴的输出值。

例如，如图3所示，将磁力计放入线圈内部，磁感线方向由s到n，直角坐标系代表磁力计的三个轴，当按照图3所示放置时，为磁力计的x轴正方向平行通电线圈的x轴的磁感线方向，磁力计的y轴正方向平行通电线圈的y轴的磁感线方向和磁力计的z轴正方向平行通电线圈的z轴的磁感线方向放置的情况，通过usb接口，读取此种放置方向时三个轴的输出值。

步骤s103，根据磁力计在至少四种不同放置方向时对应的输出值和三维磁场的磁场强度值，计算磁力计的校准参数，以完成对磁力计的校准。

其中，由于本设备是一个可以同时在xyz三轴方向上产生恒定磁场，所以将同时对磁力计的三个轴进行校准。

步骤s103具体可以为：

依据磁力计的基本参数方程：

其中，mxout是磁力计x轴的输出值，myout是磁力计y轴的输出值，mzout是磁力计z轴的输出值，mxin是磁力计x轴的输入值，myin是磁力计y轴的输入值，mzin是磁力计z轴的输入值，kxx是当x轴输入固定，x轴自相关灵敏度校正系数，kxy是当x轴输入固定，x轴y轴交叉灵敏度校正系数，kxz是当x轴输入固定，x轴z轴交叉灵敏度校正系数，kyx是当y轴输入固定，y轴x轴交叉灵敏度校正系数，kyy是当y轴输入固定，y轴自相关灵敏度校正系数，kyz是当y轴输入固定，y轴z轴交叉灵敏度校正系数，kzx是当z轴输入固定，z轴x轴交叉灵敏度校正系数，kzy是当z轴输入固定，z轴y轴交叉灵敏度校正系数，kzz是当z轴输入固定，z轴自相关灵敏度校正系数，offset_x是x轴的零偏值，offset_y是y轴的零偏值，offset_z是z轴的零偏值；

在磁力计的x轴正负方向平行通电线圈的x轴的磁感线方向放置、磁力计的y轴正负方向平行通电线圈的y轴的磁感线方向放置以及磁力计的z轴正负方向平行通电线圈的z轴的磁感线方向放置时，选取至少四种不同放置方向时各自对应的三个轴的输出值和三个轴的磁场强度输入值代入上述基本参数方程，利用最小二乘法求解得到磁力计的12个校准参数。

本发明的实施例是将待校准的磁力计放入三轴的通电线圈中，并将磁力计三个轴的每个轴分别平行通电线圈的磁感线方向放置，从而获取磁力计至少四种不同放置方向时对应的输出值。本发明的磁力计校准方法，整体优势在于：

(1)实验环境稳定

通过电生磁的右手螺旋法则基本原理，可以得到一个相对于地磁场大百倍的稳定磁场，且在此磁场中磁感线方向平行，这为我们芯片级磁力计校准提供了环境。

(2)校准参数全面

本发明的校准方法包括磁力计轴自相关校准系数，互相关校准系数，零偏等12个校准因子，可以涵盖绝大部分可能因子，使校准效果更加准确。

(3)准确性更高

本发明提供了一种基于磁力计三轴同时校准的方案，在实际应用中，三个轴都会切割磁感线，有示数输出，所以校准的交叉灵敏度系数在三轴都有磁场强度比单轴有磁场强度更加匹配实际应用场景，使结果更加准确。

(4)校准速度更快

单轴校准需要校准6次，即x的正负，y轴的正负，z轴的正负分别有示数。但是本方法共12个未知数，每次校准产生3个方程，所以理论上只需要校准4次就可以产生12个方程，求解12个位置数，所以在校准的时间效率上大大提高了。

由此可知，本发明的磁力计校准方案实现校准实验环境稳定、校准参数全面，相比单轴校准方案准确性更高和校准速度更快，能够消除了磁力计本身仪器误差，实现了磁力计三轴同时校准的芯片级校准。

下面我们选用三轴均产生200gs磁场强度值的通电线圈，以磁力计的x轴正方向平行通电线圈的磁感线方向放置为例进行说明。

首先，从磁力计的基本参数方程分析：

上述磁力计基本参数方程中有6个已知量，包括通电线圈产生的磁场强度值和磁力计的三个轴的输出示数。在磁力计基本参数方程中有12个未知量，采用三轴同时校准的优势主要体现在其中9个未知量，分别为kxx是当x轴输入固定，x轴自相关灵敏度校正系数(未知量)，kxy是当x轴输入固定，x轴y轴交叉灵敏度校正系数(未知量)，kxz是当x轴输入固定，x轴z轴交叉灵敏度校正系数(未知量)，kyx是当y轴输入固定，y轴x轴交叉灵敏度校正系数(未知量)，kyy是当y轴输入固定，y轴自相关灵敏度校正系数(未知量)，kyz是当y轴输入固定，y轴z轴交叉灵敏度校正系数(未知量)，kzx是当z轴输入固定，z轴x轴交叉灵敏度校正系数(未知量)，kzy是当z轴输入固定，z轴y轴交叉灵敏度校正系数(未知量)，kzz是当z轴输入固定，z轴自相关灵敏度校正系数(未知量)。

本方法与单轴校准进行比较(即一个轴向有示数，其他两个轴示数为0)，具有如下优势：

(1)单轴校准时，其中一个轴通过线圈输入一个确定的磁场强度，另两个轴向磁场强度为0。实际上，另两个轴磁场强度为0是很难实现的，或者说只能是个估计值。因为地球磁场在xyz三个方向都是有磁场强度的，我们很难做到三个轴只有一个轴切割磁感线另两个轴不切割，这在方向上很难判断，即使得到方向，也很难固定。

(2)从磁力计的实际应用场景来说，在实际应用中，三个轴都会切割磁感线有示数输出，所以校准的交叉灵敏度系数在三轴都有磁场强度比单轴有磁场强度更加匹配实际应用场景，使结果更加准确。

(3)再就是校准速率问题，单轴校准需要校准6次，即x的正负，y轴的正负，z轴的正负分别有示数。但是本算法共12个未知数，每次校准产生3个方程，所以理论上只需要校准4次就可以产生12个方程，求解12个未知数，所以在校准的时间效率上大大提高了。

因此，经过分析比较，将表1中前4个校准方案带入磁力计基本参数方程即可。

表1：

当然本方法可以总共有8种不同放置方向的方案，方案越多，会造成方程数大于未知数的情况，此时可以采用最小二乘法求解，理论上会比使用前四个校准方案更加准确。

图2为本发明的一个实施例提供的一种磁力计校准装置功能图，如图2示，该装置200包括：

放置单元201，用于将待校准的磁力计放入磁场强度恒定的三维磁场中，并将磁力计三个轴的每个轴分别平行三维磁场的磁感线方向放置；

输出值获取单元202，用于获取磁力计至少四种不同放置方向时对应的输出值；

校准参数计算单元203，用于根据磁力计在至少四种不同放置方向时对应的输出值和三维磁场的磁场强度值，计算磁力计的校准参数，以完成对磁力计的校准。

在本发明的一个实施例中，放置单元201，具体用于将待校准的磁力计放入一个三轴的通电线圈的内部中间，并将磁力计三个轴的每个轴分别平行通电线圈三个轴的磁感线方向放置，通电线圈三个轴的每个轴中心的磁场强度值均远远大于地球磁场的平均强度。

在本发明的一个实施例中，输出值获取单元202具体用于，

将磁力计的x轴正方向平行通电线圈的x轴的磁感线方向放置，将磁力计的y轴正负方向分别平行通电线圈的y轴的磁感线方向放置，将磁力计的z轴正负方向分别平行通电线圈的z轴的磁感线方向放置,可有四种不同放置方向；

将磁力计的x轴负方向平行通电线圈的x轴的磁感线方向放置，将磁力计的y轴正负方向分别平行通电线圈的y轴的磁感线方向放置，将磁力计的z轴正负方向分别平行通电线圈的z轴的磁感线方向放置，又可有四种不同放置方向；

将磁力计通过通讯线与外部显示端相连接，读取磁力计在上述八种中的至少四种不同放置方向时各自对应的三个轴的输出值。

在本发明的一个实施例中，校准参数计算单元203具体用于，

依据磁力计的基本参数方程：

其中，mxout是磁力计x轴的输出值，myout是磁力计y轴的输出值，mzout是磁力计z轴的输出值，mxin是磁力计x轴的输入值，myin是磁力计y轴的输入值，mzin是磁力计z轴的输入值，kxx是当x轴输入固定，x轴自相关灵敏度校正系数，kxy是当x轴输入固定，x轴y轴交叉灵敏度校正系数，kxz是当x轴输入固定，x轴z轴交叉灵敏度校正系数，kyx是当y轴输入固定，y轴x轴交叉灵敏度校正系数，kyy是当y轴输入固定，y轴自相关灵敏度校正系数，kyz是当y轴输入固定，y轴z轴交叉灵敏度校正系数，kzx是当z轴输入固定，z轴x轴交叉灵敏度校正系数，kzy是当z轴输入固定，z轴y轴交叉灵敏度校正系数，kzz是当z轴输入固定，z轴自相关灵敏度校正系数，offset_x是x轴的零偏值，offset_y是y轴的零偏值，offset_z是z轴的零偏值；

在磁力计的x轴正负方向平行通电线圈的x轴的磁感线方向放置、磁力计的y轴正负方向平行通电线圈的y轴的磁感线方向放置以及磁力计的z轴正负方向平行通电线圈的z轴的磁感线方向放置时，选取至少四种不同放置方向时各自对应的三个轴的输出值和三个轴的磁场强度输入值代入上述基本参数方程，利用最小二乘法求解得到磁力计的12个校准参数。

在本发明的一个实施例中，通电线圈三个轴的每个轴中心的磁场强度值均为200gs。

综上所述，本发明的技术方案是将待校准的磁力计放入磁场强度恒定的三维磁场中，并将所述磁力计三个轴的每个轴分别平行所述三维磁场的磁感线方向放置；获取所述磁力计至少四种不同放置方向时对应的输出值；根据所述磁力计在所述至少四种不同放置方向时对应的输出值和所述三维磁场的磁场强度值，计算所述磁力计的校准参数，以完成对所述磁力计的校准。本发明的磁力计校准方案实现校准实验环境稳定、校准参数全面，相比单轴校准方案准确性更高和校准速度更快，能够消除了磁力计本身仪器误差，实现了磁力计三轴同时校准的芯片级校准。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，在本发明的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行其他的改进或变形。本领域技术人员应该明白，上述的具体描述只是更好的解释本发明的目的，本发明的保护范围以权利要求的保护范围为准。