CN108318845B - 磁强计误差校正方法及装置、磁强测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种磁强计误差校正方法，测量并计算磁强计每个测量轴的非线性修正系数；调整探头温度，并根据所述非线性修正系数计算所述磁强计测量轴的探头温度修正系数；调整电路温度，并根据所述非线性修正系数计算所述磁强计测量轴的电路温度修正系数；利用所述非线性修正系数、所述探头温度修正系数以及所述电路温度修正系数校正所述磁强计每个测量轴的直接测量值；将校正后的每个测量轴的直接测量值进行正交度矫正，得到所述磁强计每个测量轴的磁场分量。本发明实施例还提供一种磁强计误差校正装置及磁强测量装置。利用本发明实施例，可优化磁强计输出与真实磁场之间的非线性，提高磁强计的线性度。

Description

磁强计误差校正方法及装置、磁强测量装置

技术领域

本发明涉及磁场测量技术领域，尤其涉及一种磁强计误差校正方法及装置、磁强测量装置。

背景技术

本部分旨在为权利要求书及具体实施方式中陈述的本发明实施例的实施方式提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。

磁强计是一种用于测量磁场的仪器，现有的磁强计探头三轴方向并不是完美的相互正交，这就造成测量方向上的误差，通常在探头上加装专门的硬件矫正装置进行三轴正交度矫正，这种矫正方法抗震特性较差，而且加大了探头的尺寸和重量。探头温度对输出结果有较大影响，通常温度每变化一摄氏度，磁强计输出变化约万分之一。电路的非对称性对输出结果的影响，通常无论是数字电路AD还是模拟电路放大器，都不是完全理想对称，输出的结果存在严重的非线性。磁强计电路主要是模拟电路，其核心器件为运算放大器，运算放大器的温度漂移特性也是影响磁强计性能的一个主要因素。

发明内容

鉴于此，有必要提供一种磁强计误差校正方法及装置、磁强测量装置，可优化磁强计输出与真实磁场之间的非线性，提高磁强计的线性度。

本发明实施例一方面提供一种磁强计误差校正方法，应用于磁强计及各种测量装置，所述磁强计误差校正方法包括：

测量并计算磁强计每个测量轴的直接测量值与磁场模拟真值，根据公式I对所述直接测量值与磁场模拟真值进行建模处理，并利用最小二乘方法计算所述磁强计每个测量轴的非线性修正系数；

其中，[k_x,N-1,k_x,N-2,…,k_x,1,k_x,0]、[k_y,N-1,k_y,N-2,…,k_y,1,k_y,0]、[k_z,N-1,k_z,N-2,…,k_z,1,k_z,0]分别为X轴、Y轴、Z轴待求的所述非线性修正系数，m_x,i、m_y,i、m_z,i分别为第i次测量X轴、Y轴、Z轴的磁场模拟真值，x_i、y_i、z_i分别为第i次测量X轴、Y轴、Z轴的直接测量值；

调整探头温度，并根据所述非线性修正系数计算所述磁强计测量轴的探头温度修正系数；

调整电路温度，并根据所述非线性修正系数计算所述磁强计测量轴的电路温度修正系数；

利用所述非线性修正系数、所述探头温度修正系数以及所述电路温度修正系数校正所述磁强计每个测量轴的直接测量值；

将校正后的每个测量轴的直接测量值进行正交度矫正，得到所述磁强计每个测量轴的磁场分量。

进一步的，在本发明实施例提供的上述磁强计误差校正方法，所述利用最小二乘方法计算所述磁强计每个测量轴的非线性修正系数包括：

根据公式I、每个测量轴的磁场模拟真值并采集所述磁场模拟真值对应的所述直接测量值，获取如公式I′所示的所述非线性修正系数的测量矩阵；

其中，

分别为X轴、Y轴、Z轴的非线性修正系数，M_x、M_y、M_z分别为由预设次数测量时X轴、Y轴、Z轴的磁场模拟真值组成的向量，X、Y、Z分别为由预设次数测量时X轴、Y轴、Z轴的磁场直接测量值组成的向量；

利用最小二乘算法求解所述测量矩阵。

进一步的，在本发明实施例提供的上述磁强计误差校正方法，所述调整探头温度，并根据所述非线性修正系数计算所述磁强计测量轴的探头温度修正系数包括：

在预定次数内调整所述磁强计测量轴的磁场模拟真值并采集所述磁场模拟真值对应的所述直接测量值；

调整探头温度并在所述探头温度下根据公式II将所述磁强计测量轴的直接测量值与磁场模拟真值进行建模处理；

其中，T_i为第i次测量时的探头温度，T₀为常温状态下温度，

分别是磁强计探头X轴、Y轴、Z轴在探头温度为T_i下的探头温度修正系数，

是探头X轴、Y轴、Z轴的非线性修正系数，m_x、m_y、m_z分别为第i次测量的磁强计探头X轴、Y轴、Z轴的磁场模拟真值，X_i、Y_i、Z_i分别为由第i次测量时磁强计探头X轴、Y轴、Z轴的直接测量值的j次幂组成的向量；

利用最小二乘方法计算所述磁强计每个测量轴在所述探头温度下的探头温度修正系数；

在探头温度范围内选取一组温度并计算所述一组温度下所述探头温度修正系数的均值，所述均值为所述磁强计测量轴的探头温度修正系数。

进一步的，在本发明实施例提供的上述磁强计误差校正方法，所述调整电路温度，并根据所述非线性修正系数计算所述磁强计测量轴的电路温度修正系数包括：

在预先设定次数内调整所述磁强计测量轴的磁场模拟真值并采集所述磁场模拟真值对应的所述直接测量值；

调整电路温度并在所述电路温度下根据公式III将所述磁强计每个测量轴的直接测量值与磁场模拟真值进行建模处理；

其中，T_i为第i次测量时的电路温度，T₀为常温状态下温度，

分别是磁强计探头X轴、Y轴、Z轴在电路温度为T_i下的电路温度修正系数，

是探头X轴、Y轴、Z轴的非线性修正系数，m_x、m_y、m_z分别为第i次测量的磁强计探头X轴、Y轴、Z轴的磁场模拟真值，X_i、Y_i、Z_i分别为由第i次测量时磁强计探头X轴、Y轴、Z轴的直接测量值的j次幂组成的向量；

利用最小二乘方法计算所述磁强计测量轴在所述电路温度下的电路温度修正系数；

在电路温度范围内选取一组温度并计算所述一组温度下所述电路温度修正系数的均值，所述电路温度修正系数的均值为所述磁强计测量轴的电路温度修正系数。

进一步的，在本发明实施例提供的上述磁强计误差校正方法，所述利用所述非线性修正系数、所述探头温度修正系数以及所述电路温度修正系数校正所述磁强计每个测量轴的直接测量值包括：

利用公式IV关系计算所述直接测量值经过非线性修正、探头温度修正以及电路温度修正后的值；

其中，x_c、y_c、z_c分别是探头X轴、Y轴、Z轴的直接测量值进行了线性度校正、探头温度校正以及电路温度校正后的值，r′_x、r_y′、r_z′分别是探头X轴、Y轴、Z轴的电路温度修正系数，r_x、r_y、r_z是探头X轴、Y轴、Z轴的探头温度修正系数。

进一步的，在本发明实施例提供的上述磁强计误差校正方法，所述正交度矫正包括：

测量所述磁强计测量轴两两之间的夹角；

根据公式V利用校正后的所述直接测量值与所述夹角获取所述磁强计测量轴的磁场分量；

其中，α,β,λ分别表示X,Y轴夹角，Z,Y轴夹角，X,Z轴夹角，B_x,B_y,B_z分别是探头X轴、探头Y轴、探头Z轴的直接测量值经过线性度校正、探头温度校正、电路温度校正以及正交度校正后的最后输出值。

本发明实施例再一方面还提供一种磁强计误差校正装置，应用于磁强计及各种测量装置，所述磁强计误差校正装置包括：

第一计算模块，用于测量并计算磁强计测量轴的直接测量值与磁场模拟真值，根据公式I对所述直接测量值与磁场模拟真值进行建模处理，并利用最小二乘方法计算所述磁强计每个测量轴的非线性修正系数；

其中，[k_x,N-1,k_x,N-2,…,k_x,1,k_x,0]、[k_y,N-1,k_y,N-2,…,k_y,1,k_y,0]、[k_z,N-1,k_z,N-2,…,k_z,1,k_z,0]分别为X轴、Y轴、Z轴待求的所述非线性修正系数，m_x,i、m_y,i、m_z,i分别为第i次测量X轴、Y轴、Z轴的磁场模拟真值，x_i、y_i、z_i分别为第i次测量X轴、Y轴、Z轴的直接测量值；

第二计算模块，用于调整探头温度，并根据所述非线性修正系数计算所述磁强计测量轴的探头温度修正系数；

第三计算模块，用于调整电路温度，并根据所述非线性修正系数计算所述磁强计测量轴的电路温度修正系数；

校正模块，用于利用所述非线性修正系数、所述探头温度修正系数以及所述电路温度修正系数校正所述磁强计每个测量轴的直接测量值；

获取模块，用于将校正后的每个测量轴的直接测量值进行正交度矫正，得到所述磁强计每个测量轴的磁场分量。

进一步的，在本发明实施例提供的上述磁强计误差校正装置，包括探头、模拟电路模块、数字电路模块，所述数字电路模块包括：

校正系数存储单元，用于存储纠正测量误差的系数；

模拟数字转换单元，通过模拟数字转换芯片将模拟电路模块传输给数字电路模块的输出信号转化为数字信号；

线性度校正单元，用于将数字信号进行线性度校正；

探头温度校正单元，用于将数字信号进行探头温度校正；

电路温度校正单元，用于将数字信号进行电路温度校正；

正交度校正单元，用于将数字信号进行正交度校正；

原始测量合并单元，用于将磁强计的原始测量值进行合并处理；

选择单元，用于选择输出校正后的数字信号或原始测量值合并后的数字信号。

本发明实施例再一方面还提供一种磁强测量装置，所述磁强测量装置包括处理器，所述处理器用于执行存储器中存储的计算机程序时实现上述任意一项所述的磁强计误差校正方法的步骤。

本发明提供一种磁强计误差校正方法及装置、磁强测量装置，测量并计算磁强计每个测量轴的非线性修正系数；调整探头温度，并根据所述非线性修正系数计算所述磁强计测量轴的探头温度修正系数；调整电路温度，并根据所述非线性修正系数计算所述磁强计测量轴的电路温度修正系数；利用所述非线性修正系数、所述探头温度修正系数以及所述电路温度修正系数校正所述磁强计每个测量轴的直接测量值；将校正后的每个测量轴的直接测量值进行正交度矫正，得到所述磁强计每个测量轴的磁场分量。利用本发明实施例，可优化磁强计输出与真实磁场之间的非线性，提高磁强计的线性度。

附图说明

图1是本发明实施例提供的磁强计误差校正方法的流程图。

图2是本发明实施例提供的磁强测量装置的示意图。

图3是本发明实施例提供的磁强测量装置的数字电路示意图。

图4是本发明实施例提供的采用线性曲线拟合某磁强计探头X轴的直接测量值与真实磁场值的效果图。

图5是本发明实施例提供的磁强计误差校正方法下拟合某磁强计探头X轴的直接测量值与真实磁场值的效果图。

图6是本发明一实施方式的磁强测量装置的结构示意图。

图7是图6所示的磁强测量装置的示例性的功能模块图。

主要元件符号说明

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明实施例。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明实施例的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施方式中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明实施例，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明实施例保护的范围。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明实施例的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明实施例。

图1是本发明实施例提供的磁强计误差校正方法的流程图。如图1所示，所述磁强计误差校正方法可以包括如下步骤：

S101：测量并计算磁强计测量轴的非线性修正系数。

本实施方式中，所述磁强计测量轴包括测量轴包括探头X轴、探头Y轴、探头Z轴。所述探头X轴、探头Y轴、探头Z轴在测量与计算非线性修正系数上采用的方法相同。以X轴为例，在常温T₀下，根据公式I将所述磁强计测量轴的直接测量值与磁场模拟真值进行建模处理；

m_x,i＝k_x,N-1x_i ^N-1+k_x,N-2x_i ^N-2+...+k_x,1x_i+k_x,0 公式I

其中，[k_x,N-1,k_x,N-2,...,k_x,1,k_x,0]为待求的所述非线性修正系数，m_x,i为第i次测量时磁强计探头X轴磁场模拟真值，x_i为第i次测量时磁强计探头X轴直接测量值。将磁强计探头X轴放置在磁场强度可控的工作条件下，在磁强计量程内，在预设次数内调整磁场模拟真值m_x,i，采集所述磁场模拟真值对应的直接测量值x_i，获得一个测量矩阵(以公式I′中的X轴为例)：

其中M_x＝[m_x,0,m_x,1,...,m_x,Max-1]^T为已知量，

为未知量，

Max表示最大测量次数，

表示第i次测量的磁强计探头X轴输出的直接测量值的j次幂。可以理解的是，所述预设次数可以是最大测量次数。利用最小二乘方法可以计算所述磁强计测量轴的非线性修正系数。

本实施方式中，可以将所述磁强计放置在磁屏蔽桶中并将所述磁强计一轴与所述磁屏蔽桶方向对齐；获取激励电路并通过标定过的螺线管计算所述磁场模拟真值。

S102：调整探头温度，并根据所述非线性修正系数计算所述磁强计测量轴的探头温度修正系数。

磁强计探头本身存在温漂移，即在不同温度下测量相同的磁场，探头传感器的感应电压不同从而引起数据采集单元量化编码得到的值不同。

本实施方式中，所述探头X轴、探头Y轴、探头Z轴在计算探头温度修正系数上采用的方法相同。以探头X轴为例，改变探头温度为T_i，在所述探头温度为T_i下，根据公式II将所述磁强计测量轴的直接测量值与磁场模拟真值进行建模处理(公式II中的X轴为例)：

其中

为一个待求标量，是磁强计探头X轴在探头温度为T_i下的探头温度修正系数。将磁强计探头X轴放置在磁场强度可控的工作条件下，在磁强计量程内，在预定次数内调整所述磁强计测量值的磁场模拟真值m_x,i，采集每一个m_x,i对应的直接测量值x_i值，从而获得一个测量矩阵：

其中M_x＝[m_x,0,m_x,1,...,m_x,Max-1]^T为已知量，

为已知量，

m_x,i是X轴的第i次测量对应的探头X轴磁场模拟真值，Max表示最大测量次数，

表示第i次测量的磁强计探头X轴输出的测量值的j次幂。可以理解的是，所述预定次数可以是最大测量次数。利用最小二乘方法求解获得在所述探头温度为T_i下的探头温度修正系数

在探头温度范围内选取一组温度，对于每一个温度，采用上述方法获得

将所有的

的均值设定为磁强计探头X轴的探头温度修正系数r_x。

S103：调整电路温度，并根据所述非线性修正系数计算所述磁强计测量轴的电路温度修正系数。

磁强计的数字和模拟电路在不同的环境温度下，测量相同的磁场会得到不同的测量值，这种电路温度造成的测量误差叫做电路温漂。在通常的设计中，需要使用低温漂的元器件或者使用专门的温度偏移特性相反的元器件进行校正。

本实施方式中，所述探头X轴、探头Y轴、探头Z轴在计算探头温度修正系数上采用的方法相同。以探头X轴为例，保持探头温度不变，改变电路温度为度为T_i，在所述电路温度T_i下，根据公式III将所述磁强计测量轴的直接测量值与磁场模拟真值进行建模处理(以公式III中的X轴为例)：

其中

为一个待求标量，是磁强计探头X轴在电路温度为T_i下的电路温度修正系数。将磁强计探头X轴放置在磁场强度可控的工作条件下，在磁强计量程内，在预先设定次数内调整探头X轴的磁场模拟真值m_x,i，采集每一个m_x,i对应的直接测量值x_i值，从而获得一个测量矩阵：

其中M_x＝[m_x,0,m_x,1,...,m_x,Max-1]^T为已知量，

为已知量，

m_x,i是探头X轴的第i次测量对应的探头X轴磁场模拟真值，Max表示最大测量次数，

表示第i次测量的磁强计探头X轴输出的测量值的j次幂。可以理解的是，所述预先设定次数可以是最大测量次数。利用最小二乘方法计算所述磁强计探头X轴在所述电路温度为T_i下的电路温度修正系数获得

在电路温度范围内选取一组温度，对于每一个温度，采用上述方法获得

将所有的

的均值设定为电路温度修正系数r'_x。

S104：利用所述非线性修正系数、所述探头温度修正系数以及所述电路温度修正系数校正所述磁强计每个测量轴的直接测量值。

本实施方式中，所述探头X轴、探头Y轴、探头Z轴在测量与计算非线性修正系数上采用的方法相同。以X轴为例，利用公式IV关系计算所述直接测量值经过非线性修正、探头温度修正以及电路温度修正后的值(以公式IV中的X轴为例)：

其中，x是磁强计探头X轴直接测量值，x_c是进行了线性度校正、探头温度修正和电路温度修正后的值。

S105：将校正后的每个测量轴的直接测量值进行正交度矫正，得到所述磁强计每个测量轴的磁场分量。

通常磁强计测量轴三轴并不是完美的正交，而是存在一定的误差。不妨假设实际的磁强计探头Z轴与理想情况下磁强计探头Z轴重合。本实施方式中，可以由专门的测量方法测量磁强计测量轴的夹角，用α,β,λ分别表示探头X轴与探头Y轴的实际夹角，探头Z轴与探头Y轴的实际夹角，探头X轴与探头Z轴的实际夹角。根据公式V利用校正后的所述直接测量值与所述夹角获取所述磁强计测量轴的磁场分量：

其中，B_x，B_y，B_z为经过正交度矫正后磁强计测量轴三轴最终输出的测量值。

本发明实施例提供的磁强计误差校正方法，测量并计算磁强计每个测量轴的非线性修正系数；调整探头温度，并根据所述非线性修正系数计算所述磁强计测量轴的探头温度修正系数；调整电路温度，并根据所述非线性修正系数计算所述磁强计测量轴的电路温度修正系数；利用所述非线性修正系数、所述探头温度修正系数以及所述电路温度修正系数校正所述磁强计每个测量轴的直接测量值；将校正后的每个测量轴的直接测量值进行正交度矫正，得到所述磁强计每个测量轴的磁场分量。利用本发明实施例，可优化磁强计输出与真实磁场之间的非线性，提高磁强计的线性度。

图2是本发明实施例提供的磁强测量装置的示意图。如图2所示，所述磁强测量装置的组成可以包括：一个磁通门探头D1、安装在同一个电路盒D5中的一个模拟电路模块D2和数字电路模块D3。探头D1包括探头X轴D11、探头Y轴D12和探头Z轴D13，探头D1还包括了温度传感器D9。探头D1与模拟电路模块D2通过探头激励信号线D18、探头输出和反馈信号线D82连接。探头激励信号D81，三轴共用；探头输出和反馈信号线D82三轴独立。模拟电路模块D2与数字电路模块D3通过三轴模拟输出信号线D7连接。三轴模拟输出信号线D7，包括探头X轴模拟输出线D71、探头Y轴模拟输出线D72、探头Z轴模拟输出线D73。

模拟电路模块D2和数字电路模块D3采用相同的电源D4供电，数字电路模块D3外接测量结果输出接口D6，将测量结果最终输出给用户。模拟电路模块D2的输出——三轴模拟输出信号S1为正比于被测磁场的模拟信号，所述模拟信号被进一步输入到数字电路模块D3，经数字电路模块D3的模拟数字转换芯片转换变为数字信号S2，经过数字处理后将测量结果经测量结果输出接口D6输出。测量结果输出接口D6可以为双向通信接口，如USB接口、RS232接口或者RS422/485接口。所述测量结果输出接口D6允许用户先发送测量请求，数字电路模块D3再进行测量并发送测量结果。如图2所示，根据本发明实施例提供的磁强测量装置还包括探头D1与数字电路模块D3之间的双向连接线D0。其中，数字电路模块D3到温度传感器D9方向的驱动信号S3连接到温度传感器D9的驱动端，所述驱动端同时也作为温度传感器D9的输出端，输出探头温度信号S4到数字电路模块D3。所述温度传感器D9的另一端同时也连接到数字电路模块D3。

所述探头X轴D11、探头Y轴D12和探头Z轴D13分别根据磁通门原理感应环境磁场在X轴、Y轴、Z轴的分量，并输出感应信号S5到模拟电路模块D2；模拟电路模块D2处理探头D1输出的感应信号S5，获得与X轴、Y轴、Z轴磁场强度成正比的三轴模拟信号S1；所述数字电路模块D3将模拟电路模块D2输出的三轴模拟信号S1和温度传感器D9的探头温度信号S4转换为数字信号S2，并将测量结果经测量结果输出接口D6输出。

图3是本发明实施例提供的磁强测量装置的数字电路示意图。如图3所示，数字电路模块D3还包括电路温度传感器D31，所述电路温度传感器D31测量的温度是整个电路盒的内部温度。

数字电路模块D3中包括模拟数字转换单元31、校正系数存储单元32、线性度校正单元33、探头温度校正单元34、电路温度校正单元35、正交度校正单元36、原始测量合并单元37以及选择单元38，所述校正系数存储单元32存储用于纠正测量误差的各种系数，包括磁强计线性度校正系数、探头温漂校正系数、电路温度校正系数以及磁强计测量轴三轴的实际夹角α,β,λ。所述模拟数字转换单元31用于通过模拟数字转换芯片将模拟电路模块D2传输给数字电路模块D3的输出信号转化为数字信号S2。所述线性度校正单元33、探头温度校正单元34、电路温度校正单元35、正交度校正单元36分别用于将所述数字信号S2进行线性度校正、探头温度校正、电路温度校正以及正交度校正处理。所述原始测量合并单元37用于将磁强计的原始测量值进行合并处理，所述原始测量值可以包括：磁强计测量轴三轴模拟输出信号S1、通过电路温度传感器D31测量的电路温度信号S6以及通过探头内温度传感器D9测量的探头温度信号S4。所述选择单元38用于接收进行一系列校正处理后的所述数字信号S2，可以理解的是，所述选择单元38还可以接收经过原始测量合并后的所述数字信号S2。所述测量结果输出接口D6为双向接口，包括输出选择功能。所述选择单元38可以根据用户选择将数字信号S2传输到测量结果输出接口D6。选择输出的数字信号S2可以包括校正后的数字信号S2或原始测量值合并后的数字信号S2。校正系数更新单元39用于更新校正系数。

图4是本发明实施例提供的采用线性曲线拟合某磁强计探头X轴的直接测量值与真实磁场值的效果图。

传统的磁强计误差校正方法认为磁强计直接测量值与真实磁场是线性关系，图4中的(a)图所示的是磁强计X轴直接测量值与真实磁场之间的关系图，利用线性关系拟合某磁强计探头X轴的直接测量值与真实磁场值，如图4中的(b)图所示，非线性残差能够达到200nT。

图5是本发明实施例提供的磁强计误差校正方法下拟合某磁强计探头X轴的直接测量值与真实磁场值的效果图。

图5中的(a)图所示的是磁强计X轴直接测量值与真实磁场之间的关系图，根据本发明实施例提供的磁强计误差校正方法拟合某磁强计探头X轴与真实磁场值，如图5中的(b)图所示，非线性残差为40nT。

本发明提供的磁强计误差校正方法以及运用该方法的磁强计误差校正装置可以有效的纠正线性度误差、磁强计探头温度漂移误差、磁强计电路温度漂移误差以及磁强计测量值正交度误差，提高了磁强计的测量精度。

以上是对本发明实施例所提供的方法进行的详细描述。根据不同的需求，所示流程图中方块的执行顺序可以改变，某些方块可以省略。下面对本发明实施例所提供的磁强测量装置进行描述。

本发明实施例还提供一种磁强测量装置，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述任一实施方式中所述的磁强计误差校正方法的步骤。

图6是本发明一实施方式的磁强测量装置的结构示意图，如图6所示，磁强测量装置1包括存储器10，存储器10中存储有磁强计误差校正装置100。所述磁强计误差校正装置100可以测量并计算磁强计每个测量轴的非线性修正系数；调整探头温度，并根据所述非线性修正系数计算所述磁强计测量轴的探头温度修正系数；调整电路温度，并根据所述非线性修正系数计算所述磁强计测量轴的电路温度修正系数；利用所述非线性修正系数、所述探头温度修正系数以及所述电路温度修正系数校正所述磁强计每个测量轴的直接测量值；将校正后的每个测量轴的直接测量值进行正交度矫正，得到所述磁强计每个测量轴的磁场分量。利用本发明实施例，可优化磁强计输出与真实磁场之间的非线性，提高磁强计的线性度。

本实施方式中，磁强测量装置1还可以包括显示屏20及处理器30。存储器10、显示屏20可以分别与处理器30电连接。

所述的存储器10可以是不同类型存储设备，用于存储各类数据。例如，可以是磁强测量装置1的存储器、内存，还可以是可外接于该磁强测量装置1的存储卡，如闪存、SM卡(Smart Media Card，智能媒体卡)、SD卡(Secure Digital Card，安全数字卡)等。此外，存储器10可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。存储器10用于存储各类数据，例如，所述磁强测量装置1中安装的各类应用程序(Applications)、应用上述磁强计误差校正方法而设置、获取的数据等信息。

显示屏20安装于磁强测量装置1，用于显示信息。

处理器30用于执行所述磁强计误差校正方法以及所述磁强测量装置1内安装的各类软件，例如操作系统及应用显示软件等。处理器30包含但不限于处理器(CentralProcessing Unit，CPU)、微控制单元(Micro Controller Unit，MCU)等用于解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据的装置。

所述的磁强计误差校正装置100可以包括一个或多个的模块，所述一个或多个模块被存储在磁强测量装置1的存储器10中并被配置成由一个或多个处理器(本实施方式为一个处理器30)执行，以完成本发明实施例。例如，参阅图7所示，所述磁强计误差校正装置100可以包括第一计算模块11、第二计算模块12、第三计算模块13、校正模块14、获取模块15。本发明实施例所称的模块可以是完成一特定功能的程序段，比程序更适合于描述软件在处理器中的执行过程。

可以理解的是，对应上述磁强计误差校正方法中的各实施方式，磁强计误差校正装置100可以包括图7中所示的各功能模块中的一部分或全部，各模块的功能将在以下具体介绍。需要说明的是，以上磁强计误差校正方法的各实施方式中相同的名词相关名词及其具体的解释说明也可以适用于以下对各模块的功能介绍。为节省篇幅及避免重复起见，在此就不再赘述。

第一计算模块11可用于测量并计算磁强计测量轴的非线性修正系数。

第二计算模块12可用于通过调整探头温度计算所述磁强计测量轴的探头温度修正系数。

第三计算模块13可用于通过调整电路温度计算所述磁强计测量轴的电路温度修正系数。

校正模块14可用于利用所述非线性修正系数、所述探头温度修正系数以及所述电路温度修正系数校正所述磁强计测量轴的直接测量值。

获取模块15可用于将校正后的直接测量值进行所述磁强计测量轴正交度矫正，得到所述磁强计测量轴的磁场分量。

本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一实施方式中的磁强计误差校正方法的步骤。

所述磁强计误差校正装置/磁强测量装置/计算机设备集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施方式方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读存储介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。

所称处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，所述处理器是所述磁强计误差校正装置/磁强测量装置的控制中心，利用各种接口和线路连接整个磁强计误差校正装置/磁强测量装置的各个部分。

所述存储器用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述磁强计误差校正装置/磁强测量装置的各种功能。所述存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据(比如音频数据、电话本等)等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(SecureDigital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。

在本发明所提供的几个具体实施方式中，应该理解到，所揭露的终端和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的系统实施方式仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式。

对于本领域技术人员而言，显然本发明实施例不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明实施例的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明实施例。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明实施例的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本发明实施例内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。系统、装置或终端权利要求中陈述的多个单元、模块或装置也可以由同一个单元、模块或装置通过软件或者硬件来实现。

以上实施方式仅用以说明本发明实施例的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本发明实施例进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明实施例的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本发明实施例的技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种磁强计误差校正方法，应用于磁强计及各种测量装置，其特征在于，所述磁强计误差校正方法包括：

测量并计算磁强计每个测量轴的直接测量值与磁场模拟真值，根据公式I对所述直接测量值与磁场模拟真值进行建模处理，并利用最小二乘方法计算所述磁强计每个测量轴的非线性修正系数；

其中，[k_x,N-1,k_x,N-2,…,k_x,1,k_x,0]、[k_y,N-1,k_y,N-2,…,k_y,1,k_y,0]、[k_z,N-1,k_z,N-2,…,k_z,1,k_z,0]分别为X轴、Y轴、Z轴待求的所述非线性修正系数，m_x,i、m_y,i、m_z,i分别为第i次测量X轴、Y轴、Z轴的磁场模拟真值，x_i、y_i、z_i分别为第i次测量X轴、Y轴、Z轴的直接测量值；

调整探头温度，并根据所述非线性修正系数计算所述磁强计测量轴的探头温度修正系数；

调整电路温度，并根据所述非线性修正系数计算所述磁强计测量轴的电路温度修正系数；

利用所述非线性修正系数、所述探头温度修正系数以及所述电路温度修正系数校正所述磁强计每个测量轴的直接测量值；

将校正后的每个测量轴的直接测量值进行正交度矫正，得到所述磁强计每个测量轴的磁场分量。

2.根据权利要求1所述的磁强计误差校正方法，其特征在于，所述利用最小二乘方法计算所述磁强计每个测量轴的非线性修正系数包括：

根据公式I、每个测量轴的磁场模拟真值以及所述磁场模拟真值对应的所述直接测量值，获取如公式I′所示的所述非线性修正系数的测量矩阵；

其中，

分别为X轴、Y轴、Z轴的非线性修正系数，M_x、M_y、M_z分别为由预设次数测量时X轴、Y轴、Z轴的磁场模拟真值组成的向量，X、Y、Z分别为由预设次数测量时X轴、Y轴、Z轴的磁场直接测量值组成的向量；

利用最小二乘算法求解所述测量矩阵。

3.根据权利要求2所述的磁强计误差校正方法，其特征在于，所述调整探头温度，并根据所述非线性修正系数计算所述磁强计测量轴的探头温度修正系数包括：

在预定次数内调整所述磁强计测量轴的磁场模拟真值并采集所述磁场模拟真值对应的所述直接测量值；

调整探头温度并在所述探头温度下根据公式II将所述磁强计测量轴的直接测量值与磁场模拟真值进行建模处理；

其中，T_i为第i次测量时的探头温度，T₀为常温状态下温度，r_x,Ti、r_y,Ti、r_z,Ti分别是磁强计探头X轴、Y轴、Z轴在探头温度为T_i下的探头温度修正系数，

是探头X轴、Y轴、Z轴的非线性修正系数，m_x、m_y、m_z分别为第i次测量的磁强计探头X轴、Y轴、Z轴的磁场模拟真值，X_i、Y_i、Z_i分别为由第i次测量时磁强计探头X轴、Y轴、Z轴的直接测量值的j次幂组成的向量；

利用最小二乘方法计算所述磁强计每个测量轴在所述探头温度下的探头温度修正系数；

在探头温度范围内选取一组温度并计算所述一组温度下所述探头温度修正系数的均值，所述均值为所述磁强计测量轴的探头温度修正系数。

4.根据权利要求3所述的磁强计误差校正方法，其特征在于，所述调整电路温度，并根据所述非线性修正系数计算所述磁强计测量轴的电路温度修正系数包括：

在预先设定次数内调整所述磁强计测量轴的磁场模拟真值并采集所述磁场模拟真值对应的所述直接测量值；

调整电路温度并在所述电路温度下根据公式III将所述磁强计每个测量轴的直接测量值与磁场模拟真值进行建模处理；

其中，T_i为第i次测量时的电路温度，T₀为常温状态下温度，

分别是磁强计探头X轴、Y轴、Z轴在电路温度为T_i下的电路温度修正系数，

是探头X轴、Y轴、Z轴的非线性修正系数，m_x、m_y、m_z分别为第i次测量的磁强计探头X轴、Y轴、Z轴的磁场模拟真值，X_i、Y_i、Z_i分别为由第i次测量时磁强计探头X轴、Y轴、Z轴的直接测量值的j次幂组成的向量；

利用最小二乘方法计算所述磁强计测量轴在所述电路温度下的电路温度修正系数；

在电路温度范围内选取一组温度并计算所述一组温度下所述电路温度修正系数的均值，所述电路温度修正系数的均值为所述磁强计测量轴的电路温度修正系数。

5.根据权利要求4所述的磁强计误差校正方法，其特征在于，所述利用所述非线性修正系数、所述探头温度修正系数以及所述电路温度修正系数校正所述磁强计每个测量轴的直接测量值包括：

利用公式IV关系计算所述直接测量值经过非线性修正、探头温度修正以及电路温度修正后的值；

其中，x_c、y_c、z_c分别是探头X轴、Y轴、Z轴的直接测量值进行了线性度校正、探头温度校正以及电路温度校正后的值，r′_x、r_y′、r_z′分别是探头X轴、Y轴、Z轴的电路温度修正系数，r_x、r_y、r_z是探头X轴、Y轴、Z轴的探头温度修正系数。

6.根据权利要求5所述的磁强计误差校正方法，其特征在于，所述正交度矫正包括：

测量所述磁强计测量轴两两之间的夹角；

根据公式V利用校正后的所述直接测量值与所述夹角获取所述磁强计测量轴的磁场分量；

其中，α,β,λ分别表示X,Y轴夹角，Z,Y轴夹角，X,Z轴夹角，B_x,B_y,B_z分别是探头X轴、探头Y轴、探头Z轴的直接测量值经过线性度校正、探头温度校正、电路温度校正以及正交度校正后的最后输出值。

7.一种磁强计误差校正装置，应用于磁强计及各种测量装置，其特征在于，所述磁强计误差校正装置包括：

第一计算模块，用于测量并计算磁强计测量轴的直接测量值与磁场模拟真值，根据公式I对所述直接测量值与磁场模拟真值进行建模处理，并利用最小二乘方法计算所述磁强计每个测量轴的非线性修正系数；

其中，[k_x,N-1,k_x,N-2,…,k_x,1,k_x,0]、[k_y,N-1,k_y,N-2,…,k_y,1,k_y,0]、[k_z,N-1,k_z,N-2,…,k_z,1,k_z,0]分别为X轴、Y轴、Z轴待求的所述非线性修正系数，m_x,i、m_y,i、m_z,i分别为第i次测量X轴、Y轴、Z轴的磁场模拟真值，x_i、y_i、z_i分别为第i次测量X轴、Y轴、Z轴的直接测量值；

第二计算模块，用于调整探头温度，并根据所述非线性修正系数计算所述磁强计测量轴的探头温度修正系数；

第三计算模块，用于调整电路温度，并根据所述非线性修正系数计算所述磁强计测量轴的电路温度修正系数；

校正模块，用于利用所述非线性修正系数、所述探头温度修正系数以及所述电路温度修正系数校正所述磁强计每个测量轴的直接测量值；

获取模块，用于将校正后的每个测量轴的直接测量值进行正交度矫正，得到所述磁强计每个测量轴的磁场分量。

8.根据权利要求7所述的磁强计误差校正装置，包括探头、模拟电路模块、数字电路模块，其特征在于，所述数字电路模块包括：

校正系数存储单元，用于存储纠正测量误差的系数；

模拟数字转换单元，通过模拟数字转换芯片将模拟电路模块传输给数字电路模块的输出信号转化为数字信号；

线性度校正单元，用于将数字信号进行线性度校正；

探头温度校正单元，用于将数字信号进行探头温度校正；

电路温度校正单元，用于将数字信号进行电路温度校正；

正交度校正单元，用于将数字信号进行正交度校正；

原始测量合并单元，用于将磁强计的原始测量值进行合并处理；

选择单元，用于选择输出校正后的数字信号或原始测量值合并后的数字信号。

9.一种磁强测量装置，其特征在于，所述磁强测量装置包括处理器，所述处理器用于执行存储器中存储的计算机程序时实现如权利要求1-6中任意一项所述的磁强计误差校正方法的步骤。

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