CN101093247A

CN101093247A - 三轴磁传感器的测试方法

Info

Publication number: CN101093247A
Application number: CN 200710119579
Authority: CN
Inventors: 赵晓光
Original assignee: No514 Inst No5 Academy China Airospace Tech Group
Current assignee: No514 Inst No5 Academy China Airospace Tech Group
Priority date: 2007-07-26
Filing date: 2007-07-26
Publication date: 2007-12-26
Anticipated expiration: 2027-07-26
Also published as: CN101093247B

Abstract

本发明公开一种三轴磁传感器的校准方法，包括步骤：(1)产生零磁场空间；(2)置入被测三轴磁传感器于零磁场空间；(3)依次计算出被测三轴磁传感器三个方向的标准磁场值；(4)用步骤(3)得出的三个场强计算标准值c依次对三轴磁传感器三个方向上的显示值进行校准，得到测试结果。不要求被测三轴磁传感器对准轴，因此在任一方向放置传感器，都可以进行测试。

Description

三轴磁传感器的测试方法

技术领域

本发明涉及测量技术，尤其涉及在弱磁场矢量测量中对三轴磁传感器磁场强度的测试方法。

背景技术

随着科技进步和现代工业的发展，在许多工业领域，弱磁场应用越来越广泛，由于对仪器仪表的技术指标要求不断提高，现有的测量标准已经不能适应现代技术发展的需要。在弱磁场(0.01nT～100000nT)测量中，三轴磁传感器应用非常广泛，准确地测试三轴磁传感器在实际工作中非常重要。但现有技术中仍缺乏有关三轴磁传感器测试的标准和规范，影响测试的一个重要问题是三轴磁传感器是矢量传感器，测量值的准确与否和测量中磁传感器的摆放位置和方向有很大的关系。即使测量角度偏差0.1度，磁传感器垂直向的偏差将达到0.2％，在实际测量中，位置的偏差往往在几度至十几度的范围内，测量误差很大。而矢量磁场测试系统是一个三坐标标准场发生系统，磁传感器也是一个三坐标系统，由于放置造成的偏差，使得这两个坐标系不能重叠，从而产生了测量误差。

发明内容

为了克服现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种三轴磁传感器的测试方法，可有效地解决因磁传感器的摆放位置和方向不准，而产生的测量误差。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明三轴磁传感器的测试方法，包括以下步骤：

(1)产生零磁场空间，即用数字表监视标准三轴磁传感器的三个输出值，调整零磁场电流，使得该标准三轴磁传感器的三个方向输出值均为零；

(2)置入被测三轴磁传感器，即将被测三轴磁传感器置于由步骤(1)产生的零磁空间内；

(3)用数字表监视被测三轴磁传感器的三个输出值，调整标准磁场电流，使得被测三轴磁传感器中的两个方向的磁场强度为零，根据线圈常数，通过下述公式计算出第三个方向的标准磁场值，再调整标准磁场电流，使得被测三轴磁传感器中的另两个方向的磁场强度为零，又计算出另一个第三个方向的标准磁场值，依次计算出三个方向的标准磁场值，

c = \sqrt{{a_{sx}}^{2} + {a_{sy}}^{2} + {a_{sz}}^{2}}

其中：a_sx为X轴上的标准场强，a_sy为Y轴上的标准场强，a_sz为Z轴上的标准场强，c为场强计算标准值；

(4)用步骤(3)得出的三个场强计算标准值c依次对三轴磁传感器三个方向上的显示值进行校准，得到测试结果。

本发明的有益效果是，由于本发明是将被测的三轴磁传感器置于零磁空间内，测量时将任两个方向的磁场强度为零，通过本发明提出的场强计算标准值公式，依次得出场强计算标准值，从而得到被测三轴磁传感器的准确测试结果。不要求被测三轴磁传感器对准轴，因此在任一方向放置传感器，都可以进行校准，克服了现有技术中存在的因传感器的摆放位置和方向对不准造成的测量误差。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明。

本发明三轴磁传感器的测试方法，包括以下步骤：

(1)产生零磁场空间。弱磁测量需要在零磁空间内进行。所谓零磁场空间就是采用某种方法产生出将地磁抵消为零的空间。建立零磁空间，一般采用两种方法得到，一是建立线圈系统抵消地磁的方法，二是采用屏蔽的方法屏蔽地磁。两种方法各有利弊。本发明采用线圈系统的方法。具体作法是用数字表监视标准三轴磁传感器的三个输出值，调整零磁场电流，使得该标准三轴磁传感器的三个方向输出值均为零。

(2)置入被测三轴磁传感器，即将被测三轴磁传感器置于由步骤(1)产生的零磁空间内，不要求该传感器必须对准轴，在任一方向放置传感器，都可以进行测试。

(3)计算标准磁场值。用数字表监视被测三轴磁传感器的三个输出值。计算x方向的标准磁场值，调整标准磁场电流，使得被测三轴磁传感器中的y和z两个方向的磁场强度为零，根据线圈常数，通过下述公式计算出x方向的标准磁场值；计算y方向的标准磁场值，再调整标准磁场电流，使得被测三轴磁传感器中的x和z两个方向的磁场强度为零，通过下述公式又计算出y方向的标准磁场值；计算z方向的标准磁场值，调整标准磁场电流，使得被测三轴磁传感器中的x和y两个方向的磁场强度为零，通过下述公式又计算出z方向的标准磁场值。

c = \sqrt{{a_{sx}}^{2} + {a_{sy}}^{2} + {a_{sz}}^{2}}

其中：a_sx为X轴上的标准场强，a_sy为Y轴上的标准场强，a_sz为Z轴上的标准场强，c为场强计算标准值。

利用上述方法对三轴磁传感器进行测试，不受其摆放位置和方向的影响。

公式推导：先推导在直角坐标系下，即坐标发生变化时，向量长度保持不变。由线性变换的理论：实数域构成的n维线性空间Rⁿ中的任意向量η可以由该空间的一组基线性标出：

η＝a₁α₁+a₂α₂+…a_nα_n

其中：[a₁a₂…a_n]是[α₁α₂…α_n]这组基下的坐标。

由于基不唯一，有η＝b₁β₁+b₂β₂+…b_nβ_n

其中：[b₁b₂…b_n]是[β₁β₂…β_n]这组基下的坐标。

所以有：

[α_{1} α_{2} \cdot \cdot \cdot α_{n}] [\begin{matrix} a_{1} \\ a_{2} \\ \cdot \\ \cdot \\ \cdot \\ a_{n} \end{matrix}] = [β_{1} β_{2} \cdot \cdot \cdot β_{n}] [\begin{matrix} b_{1} \\ b_{2} \\ \cdot \\ \cdot \\ · \\ b_{n} \end{matrix}]

将[α₁α₂…α_n]构成的矩阵用A表示，将[β₁β₂…β_n]构成的矩阵用B表示，有：

A [\begin{matrix} a_{1} \\ a_{2} \\ \cdot \\ \cdot \\ \cdot \\ a_{n} \end{matrix}] = B [\begin{matrix} b_{1} \\ b_{2} \\ \cdot \\ \cdot \\ \cdot \\ b_{n} \end{matrix}] .

假定A^-1存在，所以

[\begin{matrix} a_{1} \\ a_{2} \\ \cdot \\ \cdot \\ \cdot \\ a_{n} \end{matrix}] = A^{- 1} B [\begin{matrix} b_{1} \\ b_{2} \\ \cdot \\ \cdot \\ \cdot \\ b_{n} \end{matrix}]

公式(1)

从公式(1)可以看出两组基坐标的关系。对公式(1)两端同时取2范数

{[\begin{matrix} a_{1} \\ a_{2} \\ \cdot \\ \cdot \\ \cdot \\ a_{n} \end{matrix}]}^{T} [\begin{matrix} a_{1} \\ a_{2} \\ \cdot \\ \cdot \\ \cdot \\ a_{n} \end{matrix}] = {[A^{- 1} B [\begin{matrix} b_{1} \\ b_{2} \\ \cdot \\ \cdot \\ \cdot \\ b_{n} \end{matrix}]]}^{T} A^{- 1} B [\begin{matrix} b_{1} \\ b_{2} \\ \cdot \\ \cdot \\ \cdot \\ b_{n} \end{matrix}]

[a_{1} a_{2} \cdot \cdot \cdot a_{n}] [\begin{matrix} a_{1} \\ a_{2} \\ \cdot \\ \cdot \\ \cdot \\ a_{n} \end{matrix}] = [b_{1} b_{2} \cdot \cdot \cdot b_{n}] B^{T} {(A^{- 1})}^{T} A^{- 1} B [\begin{matrix} b_{1} \\ b_{2} \\ \cdot \\ \cdot \\ \cdot \\ b_{n} \end{matrix}]

公式(2)

假定这两组基包含的分量是正交的(直角坐标系)，由正交分量构成的矩阵是正交矩阵。所以有：A^-1＝A^T，B^-1＝B^T

公式(2)就简化为：

[a_{1} a_{2} \cdot \cdot \cdot a_{n}] [\begin{matrix} a_{1} \\ a_{2} \\ \cdot \\ \cdot \\ \cdot \\ a_{n} \end{matrix}] = [b_{1} b_{2} \cdot \cdot \cdot b_{n}] [\begin{matrix} b_{1} \\ b_{2} \\ \cdot \\ \cdot \\ \cdot \\ b_{n} \end{matrix}]

公式(3)

从公式(3)可得出如下结果：在直角坐标系下，即坐标发生变化时，向量长度保持不变。

从公式(1)中可以看出：

通过合理的选择坐标

可以将坐标

做成形如

的向量形式。

根据公式(3)导出的向量长度保持不变的结论，有如下结果：

c = \sqrt{{a_{1}}^{2} + {a_{2}}^{2} + {\cdot \cdot \cdot a_{n}}^{2}}

公式(4)

公式(4)是三轴磁通门传感器测试的理论基础。

Claims

1、三轴磁传感器的测试方法，包括以下步骤：

c = \sqrt{{a_{sx}}^{2} + {a_{sy}}^{2} + {a_{sz}}^{2}}