一种三轴磁强计正交性标定测试装置及测试方法与流程

1.本发明涉及磁强计标定测试领域，具体为一种三轴磁强计正交性标定测试装置及测试方法。


背景技术：

2.三轴磁强计的轴间夹角是其重要的指标之一，一般的机械定位的方法只能使磁强计的三轴非正交度达到1
°
左右，远远不能满足高精度三轴磁强计的需要；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，通常高精度的磁强计轴间夹角的测定需要在昂贵的零磁环境中进行，利用高精度的亥姆霍兹线圈系统来测量，时间长，费用高，设备复杂，而且测出的仅是一个正交度范围，不是一个精确的具体值，为更加准确的对三轴磁强计进行正交性标定测试，遂有本案产生。


技术实现要素：

3.本发明为了弥补市场空白，提供了一种三轴磁强计正交性标定测试装置及测试方法。
4.本发明的目的在于提供一种三轴磁强计正交性标定测试装置及测试方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.一种三轴磁强计正交性标定测试装置的测试方法，其测试方法包括如下步骤：准备安装器材设备、z轴标定、x轴标定、y轴标定以及计算三轴标定结果：
7.步骤a.准备安装器材设备：将放置台通过支撑腿安装在空旷的地方，并使放置台水平放置；
8.步骤b.z轴标定：使三轴磁强计装置的z轴竖直向上，z轴输出数据b
竖直
是地磁场强度在竖直方向上的投影，翻转三轴磁强计装置，使z轴绕x轴翻转90
°
，z轴输出数据b
水平
是地磁场强度在水平方向上的投影；
9.步骤c.x轴标定：x轴标定的方式与步骤b中z轴标定的方式一致；
10.步骤d.y轴标定：y轴标定的方式与步骤b中z轴标定的方式一致；
11.步骤e.计算三轴标定结果：对比两次测试数据，可得磁强计在工作状态下无零点漂移；测量数据与拟合曲线的最大差值较小，并且最大差值均出现在给定磁场大小为-70000nt或+70000nt时，所以磁强计的线性度较好；按照三轴不正交度标定方法进行磁强计三轴不正交度标定。
12.一种三轴磁强计正交性标定测试装置，包括：
13.三轴磁强计装置，所述三轴磁强计装置安装在浮动板上，且浮动板的底部与连接
柱固定连接，同时连接柱远离浮动板的一端与调节球固定连接，并且调节球安装在调节座的内部，调节座的底部与固定柱固定连接，且固定柱的底部安装在放置台的表面，同时固定柱的内部安装有定位柱，并且定位柱的顶部与调节球接触设置，浮动板的内部开设有安装槽，且三轴磁强计装置通过固定螺柱固定在安装槽中，固定柱的内部开设有导向槽。
14.进一步的，所述调节座的内部开设有定位槽，且定位槽与调节球的尺寸相适配，同时调节球活动设置在定位槽的内部，调节球在定位槽的内部通过定位柱进行定位。
15.进一步的，所述调节座与固定柱的剖面为“y”形设置，且固定柱的内部开设有滑动腔，同时滑动腔与定位柱的尺寸相适配，同时定位柱在滑动腔的内部为升降结构。
16.进一步的，所述定位柱的底部两侧均安装有受力板，且固定柱的右侧开设有右限位槽，同时固定柱的左侧开设有左限位槽，并且两侧受力板分别活动设置在左限位槽、右限位槽的内部。
17.进一步的，所述定位柱的内部开设有内部开槽，且内部开槽的内部安装有工作弹簧，工作弹簧的底部与滑动腔的下侧固定设置，定位柱在滑动腔的内部通过工作弹簧进行限位。
18.进一步的，所述放置台的底部通过支撑腿进行支撑，且放置台的表面安装有水平仪，同时放置台上的三轴磁强计装置多角度活动设置。
19.进一步的，所述步骤b中，z轴虽然不完全竖直，但经过翻转的 z轴与原轴可以组成一个正交坐标系，通过计算可以得出地磁场在z 轴方向的基准量强度为b
地
；
20.进一步的，所述步骤b中，为防止不同位置的磁场强度不同，尽可能保证测量的精确度，试验要尽量使磁强计的测量部分置于同一位置，分别对3个轴的不正交度进行标定；将磁强计z轴竖直向上，记录z轴输出数据z0，同时记录x轴的朝向；旋转磁强计，使磁强计绕z轴旋转90
°
，记录z轴输出数据z
90
，同时记录x轴的朝向；再重复步骤，得到z
180
，z
270
和z
360
，θ0、θ
90
、θ
180
和θ
270
分别为计算磁强计在四个位置时与基准量之间的夹角，其四个夹角的计算公式为：和
21.通过一种三轴磁强计装置的测试方法对三轴磁强计装置进行标定测试。
22.与现有技术相比，本发明的有益效果是：三轴磁强计装置安装在浮动板上，浮动板底部通过连接柱和调节球活动设置在调节座的内部，可实现对三轴磁强计装置进行多方位的角度调节工作，并通过定位柱进行固定住，以配合对三轴磁强计装置进行z轴标定、y轴标定和x轴标定的标定工作；整个装置结构简单，造价便宜，可更加准确的对三轴磁强计进行正交性标定测试。
附图说明
23.图1为本发明结构的正视示意图；
24.图2为本发明结构的图1的俯视图；
25.图3为本发明结构的图1中的a-a剖面示意图；
26.图4为本发明结构的地磁场标准强度示意图；
27.图5为本发明结构的实际轴偏差角度计算示意图；
28.图6为本发明结构的x轴实际轴偏差角度示意图；
29.图7为本发明结构的y轴实际轴偏差角度示意图；
30.图8为本发明结构的z轴实际轴偏差角度示意图。
31.图中：1、三轴磁强计装置；2、浮动板；3、安装槽；4、固定螺柱；5、连接柱；6、调节球；7、调节座；8、定位槽；9、固定柱；1 0、导向槽；11、右限位槽；12、工作弹簧；13、滑动腔；14、定位柱；15、内部开槽；16、受力板；17、左限位槽；18、放置台；19、水平仪；20、支撑腿。
具体实施方式
32.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，所描述的实施例仅仅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，本领域普通技术人员在没有做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。
33.具体实施方式一：请参阅图1-8，本发明提供一种技术方案：一种三轴磁强计正交性标定测试装置的测试方法，其测试方法包括如下步骤：准备安装器材设备、z轴标定、x轴标定、y轴标定以及计算三轴标定结果：
34.步骤a.准备安装器材设备：将放置台18通过支撑腿20安装在空旷的地方，并使放置台18水平放置；
35.步骤b.z轴标定：使三轴磁强计装置1的z轴竖直向上，z轴输出数据b
竖直
是地磁场强度在竖直方向上的投影，翻转三轴磁强计装置 1，使z轴绕x轴翻转90
°
，z轴输出数据b
水平
是地磁场强度在水平方向上的投影；
36.步骤c.x轴标定：x轴标定的方式与步骤b中z轴标定的方式一致；
37.步骤d.y轴标定：y轴标定的方式与步骤b中z轴标定的方式一致；
38.步骤e.计算三轴标定结果：对比两次测试数据，可得磁强计在工作状态下无零点漂移；测量数据与拟合曲线的最大差值较小，并且最大差值均出现在给定磁场大小为-70000nt或+70000nt时，所以磁强计的线性度较好；按照三轴不正交度标定方法进行磁强计三轴不正交度标定。
39.三轴磁强计装置1的z轴标定、y轴标定和x轴标定的标定方式一致，在此仅对z轴标定的标定测试进行详细描述：
40.如图4-5所示：使三轴磁强计装置1的z轴竖直向上，z轴输出数据b
竖直
是地磁场强度在竖直方向上的投影，翻转三轴磁强计装置1，使z轴绕x轴翻转90
°
，z轴输出数据b
水平
是地磁场强度在水平方向上的投影。
41.具体实施方式二：一种三轴磁强计正交性标定测试装置，包括：
42.三轴磁强计装置1，三轴磁强计装置1安装在浮动板2上，且浮动板2的底部与连接柱5固定连接，同时连接柱5远离浮动板2的一端与调节球6固定连接，并且调节球6安装在调节座7的内部，调节座7的底部与固定柱9固定连接，且固定柱9的底部安装在放置台1 8的表面，同时固定柱9的内部安装有定位柱14，并且定位柱14的顶部与调节球6接触设置，浮动板2的内部开设有安装槽3，且三轴磁强计装置1通过固定螺柱4固定在安装槽3中，固定柱9的内部开设有导向槽10。
43.如图1所示：三轴磁强计装置1安装在浮动板2上，浮动板2底部通过连接柱5和调节
球6活动设置在调节座7的内部，可实现对三轴磁强计装置1进行多方位的角度调节工作，并通过定位柱14进行固定住，以配合对三轴磁强计装置1进行z轴标定、y轴标定和x轴标定的标定工作，整个装置结构简单，造价便宜，可更加准确的对三轴磁强计进行正交性标定测试。
44.具体实施方式三：本实施方式为具体实施方式二的进一步限定，调节座7的内部开设有定位槽8，且定位槽8与调节球6的尺寸相适配，同时调节球6活动设置在定位槽8的内部，调节球6在定位槽8 的内部通过定位柱14进行定位。
45.如图1-3所示：调节球6在定位槽8的内部通过定位柱14进行定位，当需要对三轴磁强计装置1的进行调节的时候，此时向下拉动受力板16，使得受力板16带动定位柱14向下移动，使得定位柱14 的上端脱离调节球6的下侧表面，即可对三轴磁强计装置1进行调节工作，当对三轴磁强计装置1调节完毕的时候，松开受力板16，在工作弹簧12的复位反弹的作用下，使得定位柱14的上端对调节球6 进行抵紧，利用摩擦力保证三轴磁强计装置1在静止时候的稳定性。
46.在此需要强调的时候，三轴磁强计装置1、浮动板2、固定螺柱 4、连接柱5、调节球6、调节座7、固定柱9、定位柱14、受力板1 6、放置台18、水平仪19和支撑腿20使用的均为塑料非磁性材质。
47.具体实施方式四：本实施方式为具体实施方式二的进一步限定，调节座7与固定柱9的剖面为“y”形设置，且固定柱9的内部开设有滑动腔13，同时滑动腔13与定位柱14的尺寸相适配，同时定位柱14在滑动腔13的内部为升降结构。
48.如图1-3所示：定位柱14在滑动腔13的内部为升降结构，定位柱14的顶部在工作弹簧12的作用下，对调节球6进行抵紧工作，工作弹簧12设置在固定柱9的内部，固定柱9对工作弹簧12进行包裹，降低工作弹簧12对三轴磁强计装置1在进行标定测试时候的影响。
49.具体实施方式五：本实施方式为具体实施方式四的进一步限定，定位柱14的底部两侧均安装有受力板16，且固定柱9的右侧开设有右限位槽11，同时固定柱9的左侧开设有左限位槽17，并且两侧受力板16分别活动设置在左限位槽17、右限位槽11的内部。
50.如图1所示：定位柱14的底部两侧均安装有受力板16，两侧受力板16分别活动设置在左限位槽17、右限位槽11的内部，可对升降时候的定位柱14进行限位和导向，保证定位柱14在升降时候的稳定性。
51.具体实施方式六：本实施方式为具体实施方式五的进一步限定，定位柱14的内部开设有内部开槽15，且内部开槽15的内部安装有工作弹簧12，工作弹簧12的底部与滑动腔13的下侧固定设置，定位柱14在滑动腔13的内部通过工作弹簧12进行限位。
52.工作弹簧12处于被压缩状态的时候，此时三轴磁强计装置1处于活动可调节的状态，当工作弹簧12进行释放，其顶部对调节球6 的外侧表面进行抵紧工作，通过摩擦力，保证三轴磁强计装置1在静止时候的稳定性。
53.具体实施方式七：本实施方式为具体实施方式二的进一步限定，放置台18的底部通过支撑腿20进行支撑，且放置台18的表面安装有水平仪19，同时放置台18上的三轴磁强计装置1多角度活动设置。
54.放置台18的表面安装有水平仪19，通过水平仪19的设置，可保证放置台18的表面为水平的状态，避免倾斜的放置台18，对三轴磁强计装置1在进行标定测试时候造成的影
30000+60 309.3-309.4 64.；按照三轴不正交度标定方法进行磁强计三轴不正交度标定，得到的测量数据如下表所示：
[0065][0066]
经过数据计算，可以得到实际的x
′
轴、y
′
轴和z
′
轴的实际偏差方向及角度，分别如说明书附图6、图7和图8所示。
[0067]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。