CN106323257A - 一种基于有源磁场的方向角测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于有源磁场的方向角测量装置，所述方向角测量装置包括：控制器、磁场发生器、磁阻传感器以及电源；所述控制器分别与所述磁场发生器、磁阻传感器控制连接；所述电源分别与所述控制器、磁场发生器、磁阻传感器电连接。本发明基于有源磁场的方向角测量装置采用磁场发生器和高性能磁阻传感器，测量磁场发生器开启与关闭前后两者间的相对变化，消除了地磁场变化、外界磁场干扰造成的测量误差，提高方向角测量的精度。

Description

一种基于有源磁场的方向角测量装置及测量方法

技术领域

本发明涉及一种传感器技术领域，具体涉及一种基于有源磁场的方向角测量装置。

背景技术

目前，通常通过旋转法利用地磁测量方向角，在利用传感器测量时，如果不旋转传感器，外界有磁场变化时，测量结果就会产生误差。采用地磁传感器测量地磁强度，实现方向角测量，由于地磁信号很弱，地磁也在发生变化，因此，外界磁场的干扰，会造成方向角测量的误差。现有技术中方向角的测量装置必须定期运动校正，当有金属物体或者外部磁场的影响时，磁场会发生变化，造成测量的误差。

综上所述，现有技术中，通过旋转法对方向角的测量，由于地磁变化的影响，容易造成方向角测量的误差，若存在外界电磁干扰时，误差更大，误差可达10到30度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于有源磁场的方向角测量装置及测量方法，用以解决现有技术中对方向角的测量过程中存在着由于地磁场等外部磁场的变化对测量的方向角的准确度的影响。

为实现上述目的，本发明提供一种基于有源磁场的方向角测量装置，所述方向角测量装置包括控制器、磁场发生器、磁阻传感器以及电源；

所述控制器分别与所述磁场发生器、磁阻传感器控制连接；

所述电源分别与所述控制器、磁场发生器、磁阻传感器电连接。

所述电源通过继电器与所述有源磁场连接。

所述继电器和所述控制器之间还设有电源开关。

本发明还提供一种应用上述所述的方向角测量装置的测量方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1：利用所述磁阻传感器测量磁场发生器未开启时的外部磁场值为X₁，Y₁，Z₁，并将测量数值传输给所述控制器；

步骤2：测量磁场发生器开启时的磁场值为X₂，Y₂，Z₂，并将测量值传输给所述控制器；

步骤3：根据步骤1和步骤2测定的磁场值，由公式X₃＝(A*X₂-B*X₁)/C；Y₃＝(D*Y₂-E*Y₁)/F；Z₃＝(G*Z₂-H*Z₁)/I，计算得到消除外部磁场影响，得到的磁场值X₃，Y₃，Z₃；其中，A、B、C、D、E、F、G、H、I为参考加权参数；

步骤4：根据步骤3计算得到的X₃，Y₃，Z₃计算方向角。

其中，所述参考加权参数A、B、C、D、E、F、G、H、I的值均为1。

本发明基于有源磁场的方向角测量装置及其测量方法具有如下优点：

本发明基于有源磁场的方向角测量装置采用磁场发生器和高性能磁阻传感器，测量磁场发生器开启与关闭前后两者间的相对变化，消除了地磁场变化、外界磁场干扰造成的测量误差，提高方向角测量的精度。

附图说明

图1为本发明的基于有源磁场的方向角测量装置结构原理图。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1所示，本发明提供一种基于有源磁场的方向角测量装置，所述方向角测量装置包括控制器、磁场发生器、磁阻传感器以及电源；所述控制器分别与所述磁场发生器、磁阻传感器控制连接；所述电源分别与所述控制器、磁场发生器、磁阻传感器电连接，其中，磁场发生器，用于产生磁场的变化，以克服地磁场不稳定带来的测量误差。控制器一方面可以控制磁场发生器和磁阻传感器的开启或者关闭；另一方面，控制器可以对磁阻传感器和磁场发生器测量的数据进行处理，并将计算得到的结果通过进行输出，并通过显示装置显示。

本发明中，所述电源通过继电器与所述有源磁场连接，所述继电器和所述控制器之间还设有电源开关。控制器可以按照需要，控制磁阻传感器或磁场发生器的开启或者关闭。

本发明的基于有源磁场的方向角测量装置的工作原理如下：

本发明的基于有源磁场的方向角测量装置，控制器与磁阻传感器、磁场发生器连接，在使用时，首先通过控制器控制磁场发生器关闭，开启磁阻传感器，利用磁阻传感器测量地磁场、外部金属磁场等外部磁场，将测量的外部磁场数值作为数据参考值；然后，控制器控制磁场发生器的开启，同时，开启磁阻传感器，利用磁阻传感器测量磁场发生器产生的磁场以及地磁磁场、外部磁场等磁场；最后，将磁场发生器开启时测得的磁场减去磁场发生器关闭时测得的磁场，得到去除外部磁场的影响的磁场值，即得到磁场发生器产生的磁场值。这样，消除了地磁场，金属磁场等外部磁场的影响和干扰。再根据得到的磁场发生器产生的磁场，计算得到方向角。本发明中所指的外部磁场主要是除去外加固定磁场外的地磁场、金属磁场等磁场。

本发明基于有源磁场的方向角测量装置对方向角的具体测量过程如下：

步骤一：当磁场发生器关闭时，开启磁阻传感器，该磁阻传感器测量值为X₁，Y₁，Z₁，此时，无外加固定磁场，只有地磁场等外部磁场，将测得的磁场值传输给控制器。

步骤二：当磁场发生器开启时，磁阻传感器测量值为X₂，Y₂，Z₂，有外加固定磁场，并将测得磁场值传输给控制器。

步骤三：地磁场的消除计算方法如下：经过地磁消除算法得到的计算值为X₃，Y₃，Z₃，此时，磁场发生器工作，有外加固定磁场，无地磁场等外部磁场。其中，参考加权参数为A、B、C、D、E、F、G、H、I。则消除地磁等外部磁场影响后，测得的磁场的数值为：X₃＝(A*X₂-B*X₁)/C；Y₃＝(D*Y₂-E*Y₁)/F；Z₃＝(G*Z₂-H*Z₁)/I。其中，参考加权参数A、B、C、D、E、F、G、H、I，在一般精度的要求下可以取值为1，参考加权参数是根据大量试验数据进行统计，然后采用最小二乘拟合方法，统计加权，具体的，由于金属铁塔对铁塔天线方向角的测量有很大影响，铁塔物理结构在变化，加、减一个金属件对铁塔天线方向角测量有一定影响，周边施工设备以及金属设备靠近时，都对参考加权参数有一定的影响。在数天或更长时间周期内，利用磁力传感器测量铁塔附近三轴磁场，综合考虑温度，天气环境变化等因素，最终计算得到参考加权参数。

通过上述计算后得到的磁场值，计算出的方向角与外界磁场的干扰无关。因而，实时消除了外界磁场的干扰。通过上述计算的磁场值X₃，Y₃，Z₃按照方向角的计算方法，计算反正切函数值，通过反正切函数值最终得到方向角的大小。

本发明基于有源磁场的方向角测量装置，与传统的测量装置的测量精度相比，测得的方向角的测量精度提高50％，而且不需要定期旋转校正。例如，传统测量装置测量计算后的精度为5度，本发明的方向角的测量装置测量的精度为2.5度。本发明的测量和计算方法消除了大部分外界磁场的干扰，干扰产生的误差较小，一般限制在1-2度。本发明也可采用有线网络实现远程控制，能够在线实时对天线方向角变化测量，可在任意时间测量，通过网络实时获得检测结果。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (4)

1.一种基于有源磁场的方向角测量装置，其特征在于，

所述方向角测量装置包括控制器、磁场发生器、磁阻传感器以及电源；

所述控制器分别与所述磁场发生器、磁阻传感器控制连接；

所述电源分别与所述控制器、磁场发生器、磁阻传感器电连接。

2.根据权利要求1所述的基于有源磁场的方向角测量装置，其特征在于，

所述电源通过继电器与所述有源磁场连接。

3.根据权利要求2所述的基于有源磁场的方向角测量装置，其特征在于，

所述继电器和所述控制器之间还设有电源开关。

4.一种应用上述权利要求1至权利要求3中任一项所述的方向角测量装置的测量方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1：利用所述磁阻传感器测量磁场发生器未开启时的外部磁场值为X₁，Y₁，Z₁，并将测量数值传输给所述控制器；

步骤2：测量磁场发生器开启时的磁场值为X₂，Y₂，Z₂，并将测量值传输给所述控制器；

步骤3：根据步骤1和步骤2测定的磁场值，由公式X₃＝(A*X₂-B*X₁)/C；Y₃＝(D*Y₂-E*Y₁)/F；Z₃＝(G*Z₂-H*Z₁)/I，计算得到消除外部磁场影响，得到的磁场值X₃，Y₃，Z₃；其中，A、B、C、D、E、F、G、H、I为参考加权参数；

步骤4：根据步骤3计算得到的X₃，Y₃，Z₃计算方向角。

其中，所述参考加权参数A、B、C、D、E、F、G、H、I的值均为1。