CN111735477A - 一种基于余弦磁场的磁力计非正交偏角测量及校正方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于余弦磁场的磁力计非正交偏角测量及校正方法，将多轴磁力计固定在转台上，使多轴磁力计中一面轴与转轴在同一直线上，然后将固定好的多轴磁力计放置于通有余弦磁场信号的螺线管中，多轴磁力计转动采集各轴数据，并对采集的每个轴的数据分别进行三阶余弦拟合，得出磁力计轴向偏角，运用这一偏角对各轴向测量数据进行校正。本发明能够精确测得各轴间非正交偏角，进而为磁力计数据、仪器校正提供必要需求。
Description
技术领域
本发明属于磁变量测量技术领域，更具体的说是涉及一种基于余弦磁场的磁力计非正交偏角测量及校正方法。
背景技术
为补偿磁力仪的敏感轴非正交所带来的磁测误差，周建军等利用蚁群算法对非正交度进行了计算，该模型在标准磁场偏差不大时，可以稳定收敛，且能达到较高精度；胡海滨等利用了共轭次梯度的方法对非理想正交磁力仪的非正交角度进行了标定：这两种方法都需要进行迭代计算，计算结果易受到初始值的影响。在借助外界的标准磁场的前提下，殷勤等提出了以误差校正矩阵为基础的快速校正算法，对非正交问题做了校正，使得计算量变小，但该方法仍较为复杂；王一等利用非线性最小二乘优化方法求解非正交角与磁总场误差关系模型，完成磁力仪的校正与补偿，该方法较为复杂不便于实际使用。黄玉，齐瑞云等人发明了一种磁力计自身误差在线校正方法，该方法用于实时补偿地磁矢量；贾文抖，林春生等人提出非正交的转动补偿方法，该方法适用于理论分析，实际中难以满足实验所需条件，难以在现实中进行应用。
因此，如何提供一种基于余弦磁场的磁力计非正交偏角测量及校正方法成为了本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种基于余弦磁场的磁力计非正交偏角测量及校正方法，能够精确测得各轴间非正交偏角，进而为磁力计数据、仪器校正提供必要需求。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于余弦磁场的磁力计非正交偏角测量及校正方法，将多轴磁力计固定在转台上，使多轴磁力计中一面轴与转轴在同一直线上，然后将固定好的多轴磁力计放置于通有余弦磁场信号的螺线管中，多轴磁力计转动采集各轴数据，并对采集的每个轴的数据分别进行三阶余弦拟合，得出磁力计轴向偏角，运用这一偏角对各轴向测量数据进行校正。
优选的，每个轴的数据分别进行三阶余弦拟合，得到拟合函数为：
f(t)＝a1 sin(b1t+c1)+a2 sin(b2t+c2)+a3 sin(b3t+c3)
其中，t为自变量，a1，b1，c1，a2，b2，c2均为常量。
优选的，设定一个轴向的拟合函数为f(t)＝a1 sin(b1t+c1)+a2 sin(b2t+c2)+a3sin(b3t+c3)；另一个轴向的拟合函数为f'(t)＝a'1sin(b'1t+c'1)+a'2sin(b'2t+c'2)+a'3sin(b'3t+c'3)；
若a1≈a2，将b1和b2变为正数，再比较这两系数大小，若b1＞b2，则令
若b1＜b2，则令
若a1≈a3，将将b1和b3变为正数，再比较这两系数大小，若b1＞b3，则令
若b1＜b3，则令
若a2≈a3，将将b2和b3变为正数，再比较这两系数大小，若b2＞b3，则令
若b2＜b3，则令
若a'1≈a'2，将b'1和b'2变为正数，再比较这两系数大小，若b'1＞b'2，则令
若b'1＜b'2，则令
若a'1≈a'3，将b'1和b'3变为正数，再比较这两系数大小，若b'1＞b'3，则令
若b'1＜b'3，则令
若a'2≈a'3，将b'2和b'3变为正数，再比较这两系数大小，若b'2＞b'3，则令
若b'2＜b'3，则令
根据
和
得到磁力计轴向偏角为：
优选的，根据磁力计轴向偏角采用如下公式对各轴向测量数据进行校正：
式中，Bx，By为校正后的各轴数据，
为磁力计轴向偏角，Bxm，Bym为实际测量的各轴数据。
本发明的有益效果在于：
本发明能够精确测得各轴间非正交偏角，进而为磁力计数据、仪器校正提供必要需求，利用此正交偏角也可进一步对测量数据进行校正，提高磁力计的数据精度。本发明方法具有可行性高、有效性强、精确性高的特点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为本发明求解
的流程图。
图2附图为本发明实验例的数据拟合图。
具体实施方式
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。
请参阅附图1，本发明提供了一种基于余弦磁场的磁力计非正交偏角测量及校正方法，将多轴磁力计固定在转台上，使多轴磁力计中一面轴与转轴在同一直线上，然后将固定好的多轴磁力计放置于通有余弦磁场信号的螺线管中，多轴磁力计转动采集各轴数据，并对采集的每个轴的数据分别进行三阶余弦拟合，得出磁力计轴向偏角，运用这一偏角对各轴向测量数据进行校正。
每个轴的数据分别进行三阶余弦拟合，得到拟合函数为：
f(t)＝a1 sin(b1t+c1)+a2 sin(b2t+c2)+a3 sin(b3t+c3)
其中，t为自变量，a1，b1，c1，a2，b2，c2均为常量。
设定一个轴向的拟合函数为f(t)＝a1 sin(b1t+c1)+a2 sin(b2t+c2)+a3 sin(b3t+c3)；另一个轴向的拟合函数为f'(t)＝a'1sin(b'1t+c'1)+a'2sin(b'2t+c'2)+a'3sin(b'3t+c'3)。
若a1≈a2，将b1和b2变为正数，再比较这两系数大小，若b1＞b2，则令
若b1＜b2，则令
其中，将b1和b2变为正数的方法为：若b1＞0，则b1不变；若b1＜0，则b1＝-b1，c1＝-c1；若b2＞0，则b2不变；若b2＜0，则b2＝-b2，c2＝-c2。
若a1≈a3，将将b1和b3变为正数，再比较这两系数大小，若b1＞b3，则令
若b1＜b3，则令
其中，将b1和b3变为正数的方法为：若b1＞0，则b1不变；若b1＜0，则b1＝-b1，c1＝-c1；若b3＞0，则b3不变；若b3＜0，则b3＝-b3，c3＝-c3。
若a2≈a3，将将b2和b3变为正数，再比较这两系数大小，若b2＞b3，则令
若b2＜b3，则令
其中，将b2和b3变为正数的方法为：若b2＞0，则b2不变；若b2＜0，则b2＝-b2，c2＝-c2；若b3＞0，则b3不变；若b3＜0，则b3＝-b3，c3＝-c3。
若a'1≈a'2，将b'1和b'2变为正数，再比较这两系数大小，若b'1＞b'2，则令
若b'1＜b'2，则令
其中，将b'1和b'2变为正数的方法为：若b'1＞0，则b'1不变；若b'1＜0，则b'1＝-b'1，c'1＝-c'1；若b'2＞0，则b'2不变；若b'2＜0，则b'2＝-b'2，c'2＝-c'2。
若a'1≈a'3，将b'1和b'3变为正数，再比较这两系数大小，若b'1＞b'3，则令
若b'1＜b'3，则令
其中，将b'1和b'3变为正数的方法为：若b'1＞0，则b'1不变；若b'1＜0，则b'1＝-b'1，c'1＝-c'1；若b'3＞0，则b'3不变；若b'3＜0，则b'3＝-b'3，c'3＝-c'3。
若a'2≈a'3，将b'2和b'3变为正数，再比较这两系数大小，若b'2＞b'3，则令
若b'2＜b'3，则令
其中，将b'2和b'3变为正数的方法为：若b'2＞0，则b'2不变；若b'2＜0，则b'2＝-b'2，c'2＝-c'2；若b'3＞0，则b'3不变；若b'3＜0，则b'3＝-b'3，c'3＝-c'3。
根据
和
得到磁力计轴向偏角为：
根据磁力计轴向偏角采用如下公式对各轴向测量数据进行校正：
式中，Bx，By为校正后的各轴数据，
为磁力计轴向偏角，Bxm，Bym为实际测量的各轴数据。将算出的轴向偏角及实际测量的各轴数据都带入上式的右侧，便可得到校正后的各轴数据，大大提高了测量精度。
本发明能够精确测得各轴间非正交偏角，进而为磁力计数据、仪器校正提供必要需求，利用此正交偏角也可进一步对测量数据进行校正，提高磁力计的数据精度。本发明方法具有可行性高、有效性强、精确性高的特点。
实验例：
首先将多轴磁力计固定在转台上，固定应满足磁力计的某一面的轴与转轴在同一直线上。随后将已经固定好的多轴磁力计放置于提供磁场信号的螺线管中，预设输出信号为电压20V频率60Hz的余弦信号，多轴磁力计的正交偏角预设约15°，通过让多轴磁力计匀速转动测出各轴向磁通量大小，对结果进行三阶余弦拟合，如附图2所示，图中黑色曲线是测得的磁通量数据，蓝色曲线为选用的拟合函数生成的函数曲线。可以看出拟合函数对实测数据的拟合效果较好。对拟合函数的参数进行运算得出正交偏角为14.742°，结果证明了该方法的可行性、有效性、精确性，利用此正交偏角也可进一步对测量数据进行校正。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (4)
1.一种基于余弦磁场的磁力计非正交偏角测量及校正方法，其特征在于，将多轴磁力计固定在转台上，使多轴磁力计中一面轴与转轴在同一直线上，然后将固定好的多轴磁力计放置于通有余弦磁场信号的螺线管中，多轴磁力计转动采集各轴数据，并对采集的每个轴的数据分别进行三阶余弦拟合，得出磁力计轴向偏角，运用这一偏角对各轴向测量数据进行校正。
2.根据权利要求1所述的一种基于余弦磁场的磁力计非正交偏角测量及校正方法，其特征在于，每个轴的数据分别进行三阶余弦拟合，得到拟合函数为：
f(t)＝a1 sin(b1t+c1)+a2 sin(b2t+c2)+a3 sin(b3t+c3)
其中，t为自变量，a1，b1，c1，a2，b2，c2均为常量。
3.根据权利要求2所述的一种基于余弦磁场的磁力计非正交偏角测量及校正方法，其特征在于，设定一个轴向的拟合函数为f(t)＝a1 sin(b1t+c1)+a2 sin(b2t+c2)+a3 sin(b3t+c3)；另一个轴向的拟合函数为f'(t)＝a'1sin(b'1t+c'1)+a'2sin(b'2t+c'2)+a'3sin(b'3t+c'3)；
若a1≈a2，将b1和b2变为正数，再比较这两系数大小，若b1＞b2，则令
若b1＜b2，则令
若a1≈a3，将将b1和b3变为正数，再比较这两系数大小，若b1＞b3，则令
若b1＜b3，则令
若a2≈a3，将将b2和b3变为正数，再比较这两系数大小，若b2＞b3，则令
若b2＜b3，则令
若a'1≈a'2，将b'1和b'2变为正数，再比较这两系数大小，若b'1＞b'2，则令
若b'1＜b'2，则令
若a'1≈a'3，将b'1和b'3变为正数，再比较这两系数大小，若b'1＞b'3，则令
若b'1＜b'3，则令
若a'2≈a'3，将b'2和b'3变为正数，再比较这两系数大小，若b'2＞b'3，则令
若b'2＜b'3，则令
根据
和
得到磁力计轴向偏角为：
4.根据权利要求3所述的一种基于余弦磁场的磁力计非正交偏角测量及校正方法，其特征在于，根据磁力计轴向偏角采用如下公式对各轴向测量数据进行校正：
式中，Bx，By为校正后的各轴数据，
为磁力计轴向偏角，Bxm，Bym为实际测量的各轴数据。
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