CN102445230A - 相位差法测定双轴磁传感器正交度的方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种相位差法测定双轴磁传感器正交度的方法及装置，测量装置中无磁水平转台安装在支撑轴上，在无磁水平转台上设有刻度，无磁水平转台一侧设有对准基准。本发明提供的相位差法测定双轴磁传感器正交度的装置，结构简单，主要部件为一个水平无磁转台，将双轴磁传感器放置在转台经过数据采集、数据拟合和数据计算即可测出双轴磁传感器正交度，使用简单，引入的参数少，测量误差源少，操作方便，使用灵活。

Description

相位差法测定双轴磁传感器正交度的方法及装置

技术领域

本发明涉及磁传感器技术领域，具体涉及一种相位差法测定双轴磁传感器正交度的方法及装置。

背景技术

磁量传感器的正交度是双轴或三轴磁传感器的重要指标，在高精度磁测量领域和高精度磁罗盘的应用场合，该指标尤为重要。目前常用的测试方法是磁矢量投影法：用磁场线圈向磁矢量传感器的一轴上施以恒定磁场，测量另一轴的输出，然后通过反三角函数运算，求出磁矢量传感器两轴之间的夹角，进而求出正交度误差。

磁矢量投影法如图1所示：欲测量双轴磁传感器x轴与y轴的夹角α，则在x轴方向上施加磁场B，测量y轴的输出记为V_y，则依据磁矢量的投影定理有：

s_y·Bcosα＝V_y    (1)

式(1)中，磁场B由磁场线圈给定，S_y为磁传感器的y轴灵敏度，V_y为磁传感器的y轴输出，由式(1)可求得磁矢量传感器的夹角为：

$\mathrm{\α}=\arccos \frac{V_y}{S_y\·B}---\left(2\right)$

磁矢量投影法对设备的要求较高，需要精密的磁场产生设备-磁场线圈及配套的高精度恒流源，一套测试设备费用高达上百万元；同时，操作步骤复杂，需要完成磁传感器的轴与磁场线圈的轴对准操作，该操作为精密装配操作，耗时较长。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种相位差法测量双轴磁传感器的正交度的方法及设备，利用本发明进行测量时，不需要磁场线圈、恒定电流源等昂贵的检测设备；也不需要精密的机械装调过程，仅需一台水平转台即可完成磁传感器的正交度测量，可降低测量成本，提高测量效率。

本发明的目的是这样实现的：一种相位差法测定双轴磁传感器正交度的方法，包括以下步骤：

1)数据采集：将待测磁传感器放置在无磁转水平转台上，转动水平转台采集磁传感器的数据；

2)数据拟合：对采集的数据进行正弦曲线拟合求得磁传感器输出的正弦曲线方程；

3)数据计算：将正弦曲线的相位参数代入公式计算磁传感器的正交度。

所述的数据采集是将将待测磁传感器放置在无磁水平转台上，以不同的角度转动无磁水平转台，采集待测磁传感器在不同的转台示角下的x轴的输出电压

和y轴的输出电压

步骤3)所述的公式为：

式(6)中，V_x、V_y代表不同的转台示角下的x轴和y轴的输出电压；A_x、A_y分别代表待测磁传感器x轴和y轴输出幅度；为待测磁传感器的x轴与转台零位刻线之间的夹角，

分别为双轴磁传感器与磁场的夹角，待测磁传感器的正交度为：

一种相位差法测定双轴磁传感器正交度的装置，无磁水平转台安装在支撑轴上，在无磁水平转台上设有刻度，无磁水平转台一侧设有对准基准。

本发明提供的相位差法测定双轴磁传感器正交度的方法及装置，不需要磁场线圈、恒定电流源等昂贵的检测设备；也不需要精密的机械装调过程，仅需一台水平转台即可完成磁传感器的正交度测量。作为主要设备的仅有一水平无磁转台，将双轴磁传感器放置在转台即可测出双轴磁传感器正交度，使用简单，引入的参数少，测量误差源少，操作方便，使用灵活。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是磁矢量投影法的示意图，B为外加磁场。

图2是磁传感器的输出曲线。

图3是相位差法测定双轴磁传感器正交度的装置结构示意图。

具体实施方式

本发明提供相位差法测定双轴磁传感器正交度的装置的结构如图3所示：一种相位差法测定双轴磁传感器正交度的装置，无磁水平转台1安装在支撑轴2上，在无磁水平转台1上设有刻度3，无磁水平转台1一侧设有对准基准4。

本发明采用的测量方法如下：利用地磁场作为天然的参考标准，转动无磁水平转台1到相应的刻度得到所需的测量数据组合，然后进行正弦曲线拟合求得磁传感器输出的正弦曲线方程，进而运用公式求得磁传感器的正交度。

相位差法的测量原理如下：

假定磁场B与磁传感器的夹角为

则磁传感器的输出V为：

式(3)中，V可为数字量或者模拟量；S为传感器的灵敏度，单位一般为mV/nT或者μV/nT。

若磁传感器是双轴的(设其轴分别为x、y)，则由式(3)可得：

式(4)中，V_x、V_y分别为双轴磁传感器的输出，分别为双轴磁传感器与磁场的夹角，S_x、S_y分别为磁传感器x轴、y轴的灵敏度。

在工程应用中，考虑到传感器的零点参数，式(4)应修正为：

式(5)中，X₀、Y₀分别为双轴磁传感器的零点参数，A_x、A_y分别为双轴磁传感器的幅值。将双轴磁传感器在水平面内转动一圈，每30°记录对应的角度和磁传感器的输出，在同一坐标系中绘制双轴磁传感器的输出曲线，可得到如图2所示的图形：

图2中，输出曲线的相位差

对应于双轴磁传感器的夹角，曲线的峰峰值对应于传感器的灵敏度参数，曲线的直流分量对应于磁传感器的零点参数。通过数学方法求解出曲线的解析表达式，即可求出传感器两轴之间的夹角。

在地磁场下，将磁传感器装夹在水平转台上——无需保证磁传感器的x轴与转台的0刻度线对准，磁传感器的x轴和y轴所在的平面(一般为基准面)平行于水平面。转动转台，记录各测量点的传感器输出的电压，得到如下数据表1。

表1转角与磁传感器输出电压的对应表格

假定磁传感器的x轴与转台零位刻线之间的夹角为

则磁传感器实际的输出为：

式(6)中，B_E的物理意义是地磁场的水平分量，B_ES_x、B_ES_y对应于图2中正弦曲线的峰值。式(6)可化为标准的正弦曲线4参数(幅度、频率、相位、直流分量)表达式。考虑到测试条件要求转台在测试点处于静止状态(即频率为常量，实际待求参数只有三个：幅度、相位、直流分量)，则式(6)可化简为：

式(7)中A_x、A_y分别代表磁传感器x轴和y轴输出幅度。

于是，待测磁传感器的正交度：

亦即磁传感器的正交度等于磁传感器的两轴输出曲线的相位差，这也正是本专利命名为“测定双轴磁传感器正交度的相位差法”的原因。

实际测量例：

为验证本专利提出的方法的测量结果，选取了一台磁传感器进行测量。实际测得磁传感器的输出如下表所示。

求解上表中的数据，可得到：

A_x＝12145；X₀＝421

A_y＝12402；

Y₀＝592

根据上述求解结果，应用如下公式可求得磁传感器两轴之间的夹角α：

上述结果与磁矢量投影法的测量结果(87.1°)相比较，可知：由于使用的设备较少，本专利的方法引入的误差源较少，所以可获得较高的测量精度。

本发明提供的相位差法测量磁传感器正交度的方法，所测量的不局限于某一类型的磁传感器，可以是磁通门式的，可以是磁阻式的，也可以是其他任何类型的磁传感器。

本发明提供的测量方法也可以对三轴磁传感器的三个敏感轴分别进行两两测定，从而进行三轴磁传感器的正交度测量。

Claims (4)

1.一种相位差法测定双轴磁传感器正交度的方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)数据采集：将待测磁传感器放置在无磁转水平转台上，转动水平转台采集磁传感器的数据；

2)数据拟合：对采集的数据进行正弦曲线拟合求得磁传感器输出的正弦曲线方程；

3)数据计算：将正弦曲线的相位参数代入公式计算磁传感器的正交度。

2.根据权利要求1所述的相位差法测定双轴磁传感器正交度的方法，其特征在于：所述的数据采集是将将待测磁传感器放置在无磁水平转台上，以不同的角度转动无磁水平转台，采集待测磁传感器在不同的转台示角下的x轴的输出电压

和y轴的输出电压

3.根据权利要求1所述的相位差法测定双轴磁传感器正交度的方法，其特征在于：所述的公式为：

式(6)中，V_x、V_y代表不同的转台示角下的x轴和y轴的输出电压；A_x、A_y分别代表待测磁传感器x轴和y轴输出幅度；

为待测磁传感器的x轴与转台零位刻线之间的夹角，

分别为双轴磁传感器与磁场的夹角，待测磁传感器的正交度为：

4.一种相位差法测定双轴磁传感器正交度的装置，其特征在于：无磁水平转台(1)安装在支撑轴(2)上，在无磁水平转台(1)上设有刻度(3)，无磁水平转台(1)一侧设有对准基准(4)。

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