RU2793283C1 - Method for calibrating three-component ferroprobe magnetometers - Google Patents
Method for calibrating three-component ferroprobe magnetometers Download PDFInfo
- Publication number
- RU2793283C1 RU2793283C1 RU2022117033A RU2022117033A RU2793283C1 RU 2793283 C1 RU2793283 C1 RU 2793283C1 RU 2022117033 A RU2022117033 A RU 2022117033A RU 2022117033 A RU2022117033 A RU 2022117033A RU 2793283 C1 RU2793283 C1 RU 2793283C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- component
- magnetometer
- axes
- deviation
- small angular
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области магнитометрических измерений и может быть использовано для проведения калибровочных операций трехкомпонентных феррозондовых магнитометров. Для выполнения калибровки трехкомпонентных магнитометров осуществляют последовательное задание ряда произвольных пространственных положений корпуса прибора трехкомпонентного магнитометра и определяют значения малых угловых параметров отклонения осей чувствительности трехкомпонентных феррозондовых датчиков от ортогональных осей с использованием метода их итерационного варьирования.The invention relates to the field of magnetometric measurements and can be used for calibration operations of three-component fluxgate magnetometers. To calibrate three-component magnetometers, a series of arbitrary spatial positions of the three-component magnetometer device body are sequentially set and the values of small angular parameters of deviation of the sensitivity axes of the three-component flux-gate sensors from orthogonal axes are determined using the method of their iterative variation.
Известен способ калибровки трехкомпонентного магнитометра (патент РФ 2497139, G01R33/00, опубл. 27.10.2013), заключающийся в калибровке трехкомпонентного магнитометра с помощью меры магнитной индукции через определение корректирующей матрицы и уходов нулей магнитометра с исключением влияния внешних неоднородных (индустриальных) помех в процессе калибровки.There is a known method for calibrating a three-component magnetometer (RF patent 2497139, G01R33/00, publ. 10/27/2013), which consists in calibrating a three-component magnetometer using a measure of magnetic induction by determining the correction matrix and drifts of the zeros of the magnetometer with the exclusion of the influence of external inhomogeneous (industrial) interference in the process calibration.
Недостатком такого способа является невозможность определения малых угловых параметров отклонения осей чувствительности трехкомпонентного магнитометра от ортогональных осей.The disadvantage of this method is the impossibility of determining the small angular parameters of the deviation of the sensitivity axes of the three-component magnetometer from the orthogonal axes.
Также известен способ автоматизированной калибровки электронных измерительных устройств (патент РФ 2310880, G01R35/00, опубл. 20.11.2007), заключающийся в осуществлении автоматического анализа погрешности электронного измерительного устройства и преобразовании ее в калибровочный код, который передается в измерительное устройство для калибровки погрешности. При этом осуществляется последовательное формирование импульса тока для удаления перемычек регулировочного поля (запись калибровочного кода посредством удаления проводников) на плате.Also known is a method for automated calibration of electronic measuring devices (RF patent 2310880, G01R35/00, publ. 20.11.2007), which consists in the automatic analysis of the error of the electronic measuring device and converting it into a calibration code, which is transmitted to the measuring device to calibrate the error. In this case, the sequential formation of a current pulse is carried out to remove the jumpers of the control field (recording the calibration code by removing the conductors) on the board.
Недостатком такого способа также является невозможность определения малых угловых параметров отклонения осей чувствительности трехкомпонентных феррозондовых датчиков от ортогональных осей.The disadvantage of this method is also the impossibility of determining the small angular parameters of the deviation of the sensitivity axes of three-component fluxgate sensors from orthogonal axes.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является способ определения углов отклонения магниточувствительных осей феррозондов трехкомпонентного магнитометра от его собственных геометрических осей ортогонального базиса (Афанасьев Ю.В., Студенцов Н.В., Щелкин А.П. Магнитометрические преобразователи, приборы, установки. Л.: Энергия, 1972. С.247-250), заключающийся в определении шести углов непосредственно в геомагнитном поле на главных магнитных курсах 0, 90°, 180° и 270° путем последовательных поворотов блока феррозондов, например, вокруг вертикальной оси, для этого магниточувствительный блок магнитометра устанавливают на поворотном столе так, что продольная ось одного из преобразователей оказывается совмещенной с вертикалью, а продольные оси двух других преобразователей - лежащими в горизонтальной плоскости, после разворота блока вокруг вертикальной оси с наблюдением показаний на главных курсах искомые углы вычисляют в виде функций результатов преобразований и угла магнитного наклонения.The closest in technical essence and the achieved result to the claimed is a method for determining the angles of deviation of the magnetically sensitive axes of the fluxgates of a three-component magnetometer from its own geometrical axes of the orthogonal basis (Afanasiev Yu.V., Studentsov N.V., Shchelkin A.P. Magnetometric transducers, devices, L.: Energia, 1972. S.247-250), which consists in determining six angles directly in the geomagnetic field on the main magnetic courses of 0, 90°, 180° and 270° by successive rotations of the fluxgate block, for example, around the vertical axis , for this, the magnetically sensitive block of the magnetometer is installed on a turntable so that the longitudinal axis of one of the transducers is aligned with the vertical, and the longitudinal axes of the other two transducers lie in the horizontal plane, after turning the block around the vertical axis with the observation of indications on the main courses, the required angles are calculated in the form of functions of the results of transformations and the angle of magnetic inclination.
Недостатком такого способа является сложность реализации и необходимость применения дорогостоящего оборудования.The disadvantage of this method is the complexity of implementation and the need for expensive equipment.
Таким образом, анализ известных способов калибровки трехкомпонентных феррозондовых магнитометров выявил, что все они обладают серьезными недостатками, а именно: их применение на практике не обеспечивает получение высокой точности измерений при проведении процедуры калибровки трехкомпонентных феррозондовых магнитометров.Thus, the analysis of the known methods for calibrating three-component flux-gate magnetometers revealed that all of them have serious drawbacks, namely: their application in practice does not provide high measurement accuracy during the calibration procedure of three-component flux-gate magnetometers.
Задача изобретения - повышение качества калибровки трехкомпонентных феррозондовых магнитометров.The objective of the invention is to improve the quality of calibration of three-component fluxgate magnetometers.
Технический результат - уменьшение погрешности измерений трехкомпонентных феррозондовых магнитометров за счет определения с высокой точностью малых угловых параметров отклонения осей чувствительности трехкомпонентных феррозондовых датчиков от ортогональных осей и их учета при дальнейшей обработке результатов измерений.EFFECT: reduction of measurement error of three-component flux-gate magnetometers by determining with high accuracy small angular parameters of deviation of sensitivity axes of three-component flux-gate sensors from orthogonal axes and taking them into account during further processing of measurement results.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что в способе определения углов отклонения магниточувствительных осей феррозондов трехкомпонентного магнитометра от его собственных геометрических осей ортогонального базиса при калибровке магнитометра, при котором производят совокупность измерений трех проекций вектора магнитной индукции непосредственно в геомагнитном поле, согласно изобретению, производят последовательные произвольные повороты блока феррозондов в пространстве и накопление измерительной информации при изменении пространственного положения блока магнитометра, а искомые углы определяют по накопленным результатам измерений методом их итерационного варьирования и при этом осуществляют последовательное приближение к истинным значениям малых угловых параметров с нахождением минимума функции цели. The problem is solved, and the technical result is achieved by the fact that in the method for determining the angles of deviation of the magnetically sensitive axes of the fluxgates of a three-component magnetometer from its own geometrical axes of the orthogonal basis when calibrating the magnetometer, in which a set of measurements of three projections of the magnetic induction vector directly in the geomagnetic field is made, according to the invention, sequential arbitrary rotations of the ferroprobe unit in space and accumulation of measurement information are performed when the spatial position of the magnetometer unit is changed, and the desired angles are determined from the accumulated measurement results by their iterative variation, and at the same time, successive approximation to the true values of small angular parameters is carried out with finding the minimum of the target function.
Полученные значения малых угловых параметров помещают в электронный файл магнитометра и используют при обработке результатов измерений, что позволяет повысить точность определения углов пространственной ориентации - магнитного азимута α и модуля вектора магнитной индукции |B|.The obtained values of small angular parameters are placed in the electronic file of the magnetometer and used in processing the measurement results, which improves the accuracy of determining the angles of spatial orientation - the magnetic azimuth α and the modulus of the magnetic induction vector | B |.
Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 изображен датчик трехкомпонентного феррозондового магнитометра, поворачиваемый по визирному углу ϕ и азимутальному углу α, наклоняемый на зенитный угол θ. На фиг. 2 изображены малые угловые параметры датчика, значения которых определяют.The essence of the invention is illustrated by drawings. In FIG. 1 shows the sensor of a three-component fluxgate magnetometer, rotated along the sighting angle ϕ and azimuth angle α, tilted by the zenith angle θ. In FIG. 2 shows the small angular parameters of the sensor, the values of which are determined.
Последовательность операций варьирования малых угловых параметров изображена на Фиг. 3. The sequence of operations for varying small angular parameters is shown in Fig. 3.
При проведении процесса варьирования находят минимум функции цели: вариации значений модуля вектора магнитной индукции среди всех значений проекций накопленной измерительной информации должны иметь минимальные значения:When carrying out the variation process, the minimum of the target function is found: the variations in the values of the modulus of the magnetic induction vector among all the values of the projections of the accumulated measurement information should have the minimum values:
илиor
где b k ( k = x , y , z ) - проекции вектора магнитной индукции, измеряемые трехкомпонентным феррозондовым магнитометром, определяемые по известным математическим моделям:where b k ( k = x , y , z ) are the projections of the magnetic induction vector, measured by a three-component fluxgate magnetometer, determined by known mathematical models:
в которых поправочные коэффициенты, определяемые значениями малых угловых параметров отклонения осей чувствительности феррозондов, вычисляют по зависимостям: in which the correction factors determined by the values of small angular parameters of the deviation of the sensitivity axes of the ferroprobes are calculated from the dependencies:
Измеряемые сигналы с феррозондов в виде цифровых кодов определяют по зависимости:The measured signals from ferroprobes in the form of digital codes are determined by the dependence:
D i = S i +R i (b i ), D i = S i + R i ( b i ),
где 
К малым угловым параметрам трехкомпонентного феррозондового датчика относятся следующие:The small angular parameters of a three-component fluxgate sensor include the following:
- δ x - угол отклонения оси чувствительности феррозонда F X от оси 0X в плоскости 0XZ;- δ x - the angle of deviation of the sensitivity axis of the fluxgate F X from the axis 0 X in the plane 0 XZ ;
- χ и - угол отклонения оси чувствительности феррозонда F X от оси 0X в плоскости 0XY;- χ and - the angle of deviation of the sensitivity axis of the fluxgate F X from the axis 0 X in the plane 0 XY ;
- δ y - угол отклонения оси чувствительности феррозонда F Y от оси 0Y в плоскости 0YZ;- δ y - angle of deviation of the sensitivity axis of the ferroprobeF Y from axis 0Y in plane 0YZ;
- γ - угол отклонения оси чувствительности феррозонда F Y от оси 0Y в плоскости 0XY;- γ - deviation angle of fluxgate sensitivity axisF Y from axis 0Y in plane 0XY;
- σ1 - угол отклонения оси чувствительности феррозонда F Z от оси 0Z в плоскости 0YZ;- σ 1 - the angle of deviation of the sensitivity axis of the fluxgate F Z from the axis 0 Z in the plane 0 YZ ;
- σ2 - угол отклонения оси чувствительности феррозонда F Z от оси 0Z в плоскости 0XZ.- σ2 - angle of deviation of the sensitivity axis of the ferroprobeF Z from axis 0Z in plane 0XZ.
Пример конкретной реализации способа.An example of a specific implementation of the method.
Определение искомых параметров производят в пространстве, характеризуемом отсутствием локальных искажений естественного геомагнитного поля вдали от ферромагнитных предметов, задавая начальное вертикальное положение корпусу магнитометра (θ=0°), выставляя последовательно произвольные положения корпуса, и измеряя и занося при этом в массив данных информационные сигналы с трехкомпонентных феррозондовых преобразователей магнитометра. По значениям сигналов, хранящихся в массиве данных, рассчитывают искомые параметры феррозондовых преобразователей χ, γ, δ x , δ y , σ1, σ2, которые сохраняют в файл конфигурации в качестве констант и используют при эксплуатации магнитометра для коррекции результатов измерений.The desired parameters are determined in a space characterized by the absence of local distortions of the natural geomagnetic field far from ferromagnetic objects, by setting the initial vertical position of the magnetometer body (θ = 0°), by sequentially setting arbitrary positions of the body, and by measuring and entering into the data array information signals from three-component fluxgate transducers of the magnetometer. The values of the signals stored in the data array are used to calculate the required parameters of fluxgate transducers χ, γ, δ x , δ y , σ 1 , σ 2 , which are stored in the configuration file as constants and used during operation of the magnetometer to correct the measurement results.
Для проверки заявляемого способа проведен процесс сбора и накопления измерительной информации в процессе перемещения корпуса трехкомпонентного феррозондового магнитометра в пространстве и определены параметры феррозондовых преобразователей χ, γ, δ x , δ y , σ1, σ2, соответствующие минимуму функции цели, представленные в таблице.To test the proposed method, the process of collecting and accumulating measurement information was carried out in the process of moving the body of a three-component fluxgate magnetometer in space and the parameters of the fluxgate transducers χ, γ, δ x , δ y , σ 1 , σ 2 corresponding to the minimum of the target function, presented in the table, were determined.
Таким образом, заявляемое изобретение позволяет определить все искомые параметры трехкомпонентных феррозондовых преобразователей - χ, γ, δ x , δ y , σ1, σ2, относящиеся к разряду постоянных параметров, т.е. констант, характеризующих конкретное конструктивное исполнение трехкомпонентного феррозондового магнитометра, что позволяет уменьшить его погрешность измерений за счет определения данных малых угловых параметров и их учета при дальнейшей обработке результатов измерений.Thus, the claimed invention allows you to determine all the desired parameters of three-component fluxgate transducers - χ, γ, δ x , δ y , σ 1 , σ 2 relating to the category of constant parameters, i.e. constants characterizing a specific design of a three-component fluxgate magnetometer, which makes it possible to reduce its measurement error by determining the data of small angular parameters and taking them into account during further processing of the measurement results.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2793283C1 true RU2793283C1 (en) | 2023-03-30 |
Family
ID=
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116736208A (en) * | 2023-06-14 | 2023-09-12 | 中勘地球物理有限责任公司 | Method for checking orthogonality of triaxial fluxgate magnetometer probe |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2433421C1 (en) * | 2010-05-28 | 2011-11-10 | Открытое акционерное общество "Раменское приборостроительное конструкторское бюро" | Method of determining magnetometer calibration curve parameters |
| RU2481593C9 (en) * | 2011-06-03 | 2013-09-10 | Открытое акционерное общество "Раменское приборостроительное конструкторское бюро " (ОАО "РПКБ") | Method of determining parameters of transformation characteristics of three-component magnetometer |
| RU2497139C1 (en) * | 2012-05-18 | 2013-10-27 | Закрытое акционерное общество "МЕРА" | Method to calibrate three-component magnetometer |
| RU2611567C1 (en) * | 2015-12-09 | 2017-02-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Method of calibrating inclinometer systems |
| WO2017135836A1 (en) * | 2016-02-01 | 2017-08-10 | Limited Liability Company "Topcon Positioning Systems | A method and device for calibration of a three-axis magnetometer |
| US20200233053A1 (en) * | 2017-07-26 | 2020-07-23 | Sysnav | Method for calibrating a magnetometer |
| WO2017134695A9 (en) * | 2016-02-04 | 2021-03-18 | Gipstech S.R.L. | System and method for calibrating magnetic sensors in real and finite time |
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2433421C1 (en) * | 2010-05-28 | 2011-11-10 | Открытое акционерное общество "Раменское приборостроительное конструкторское бюро" | Method of determining magnetometer calibration curve parameters |
| RU2481593C9 (en) * | 2011-06-03 | 2013-09-10 | Открытое акционерное общество "Раменское приборостроительное конструкторское бюро " (ОАО "РПКБ") | Method of determining parameters of transformation characteristics of three-component magnetometer |
| RU2497139C1 (en) * | 2012-05-18 | 2013-10-27 | Закрытое акционерное общество "МЕРА" | Method to calibrate three-component magnetometer |
| RU2611567C1 (en) * | 2015-12-09 | 2017-02-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Method of calibrating inclinometer systems |
| WO2017135836A1 (en) * | 2016-02-01 | 2017-08-10 | Limited Liability Company "Topcon Positioning Systems | A method and device for calibration of a three-axis magnetometer |
| WO2017134695A9 (en) * | 2016-02-04 | 2021-03-18 | Gipstech S.R.L. | System and method for calibrating magnetic sensors in real and finite time |
| US20200233053A1 (en) * | 2017-07-26 | 2020-07-23 | Sysnav | Method for calibrating a magnetometer |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116736208A (en) * | 2023-06-14 | 2023-09-12 | 中勘地球物理有限责任公司 | Method for checking orthogonality of triaxial fluxgate magnetometer probe |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106125026B (en) | A kind of three axis magnetometer total error parameter identification and bearing calibration independent of earth's magnetic field amount | |
| US4698912A (en) | Magnetic compass calibration | |
| WO2018006020A1 (en) | Calibration and monitoring for 3-axis magnetometer arrays of arbitrary geometry | |
| EP0363370B1 (en) | A roll-independent magnetometer system | |
| US6242907B1 (en) | Apparatus and method of determining the orientation of an object relative to a magnetic field | |
| WO2018121765A1 (en) | Data processing method and apparatus for magnetometer calibration | |
| CN103941309B (en) | Geomagnetic sensor calibrator (-ter) unit and its method | |
| JP6719902B2 (en) | Phantom-based MR magnetic field mapping of polarized magnetic fields | |
| CN108227005A (en) | A kind of target positioning and recognition methods | |
| RU2793283C1 (en) | Method for calibrating three-component ferroprobe magnetometers | |
| CN113176529A (en) | Magnetic gradiometer correction method, magnetic gradiometer correction device and storage medium | |
| JP5898418B2 (en) | Automatic data acquisition algorithm for 3D magnetic field calibration with reduced memory requirements | |
| CN111504301B (en) | Positioning method, device and system based on magnetic field characteristic vector | |
| US4972593A (en) | Method and apparatus for measuring the undistorted magnetic field of the earth | |
| RU2611567C1 (en) | Method of calibrating inclinometer systems | |
| DOELL et al. | Analysis of spinner magnetometer operation | |
| WO2021182310A1 (en) | Magnetic flaw detection method, magnetic field measurement processing device, and magnetic flaw detection device | |
| CN115728829A (en) | Magnetic target positioning method based on magnetic gradient full tensor | |
| Yu et al. | Synchronous correction of two three-axis magnetometers using FLANN | |
| CN115718273A (en) | Device and method for measuring object magnetic susceptibility based on magnetic induction intensity | |
| Wu et al. | A preliminary study on fast calibration method for magnetic positioning sensor array | |
| RU2620326C1 (en) | Device for contactless diagnostics of the underground pipelines technical condition with the possibility of calibration in the field conditions | |
| CN112179343A (en) | Magnet positioning system and method | |
| CN112036073A (en) | 3D printing part measurement result correction method | |
| US4194150A (en) | Method and apparatus for reducing magnetometer errors |