磁傳感器陣列測量中的平行度誤差補償方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種磁傳感器陣列測量中的平行度誤差補償方法和系統(tǒng)，將被測磁傳感器陣列多種方式固定在轉(zhuǎn)臺上，通過轉(zhuǎn)動磁傳感器陣列的同時采集不同轉(zhuǎn)角下每個磁傳感器輸出的數(shù)據(jù)從而獲得每個磁傳感器各個磁軸的固有方位誤差角和固有俯仰誤差角，從而得到修正矩陣對每個磁傳感器進行修正，能夠?qū)⑷至看帕x敏感軸之間的平行度誤差補償至0.02°以內(nèi)，有效的提高了梯度張量儀對磁性目標(biāo)的定位精度。
【專利說明】磁傳感器陣列測量中的平行度誤差補償方法和系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及精密磁測量【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種磁傳感器陣列測量中的平行度誤差補償方法。
【背景技術(shù)】
[0002]梯度張量探測是最近幾年才發(fā)展起來的技術(shù)，應(yīng)用多個矢量磁傳感器構(gòu)成的磁力梯度張量測量儀(以下簡稱張量儀)，可對磁性目標(biāo)進行定位。與光泵磁力儀的搜索式定位方式不同，張量儀對磁性目標(biāo)進行定位時無需來回往復(fù)地搜索，且具有定位精度高，操作簡單的優(yōu)點。
[0003]梯度張量儀是磁傳感器陣列的一種形式,一般由數(shù)個(最少3個,多則9個)三分量磁傳感器構(gòu)成。由于機械安裝工藝及傳感器制造工藝的限制，安裝誤差總是存在的——即各磁傳感器的敏感軸并不是平行的。理論計算可以得出:即使各磁傳感器敏感軸之間的平行度誤差只有0.05°，則由之帶來的測量誤差可達數(shù)十納特，這大大超過了被測目標(biāo)的信號強度，造成的直接后果就是測量誤差偏大，無法應(yīng)用于后期的精確定量計算。由于構(gòu)成梯度張量儀的磁傳感器尺寸較小(長度不超過200mm)，而且磁傳感器的敏感軸與機械結(jié)構(gòu)參考面之間存在平行度誤差，一般通過精密的機械對準(zhǔn)機構(gòu)進行磁傳感器的安裝，但是精密對準(zhǔn)機構(gòu)也只能將平行度誤差縮小到0.2°，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足梯度張量探測的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]有鑒于此，本發(fā)明提供了一種磁傳感器陣列測量中的平行度誤差補償方法和系統(tǒng)，能夠?qū)⑷至看艂鞲衅鞔琶舾休S之間的平行度誤差補償至0.02度以內(nèi)，有效提高了梯度張量儀對磁性目標(biāo)的定位精度。
[0005]一種磁傳感器陣列測量中的平行度誤差補償方法，所述的磁傳感器陣列由η個磁傳感器固定在同一安裝板上構(gòu)成，安裝板上有三個兩兩正交的基準(zhǔn)線，每個磁傳感器有三個磁軸，分別為磁軸X、磁軸Y和磁軸Ζ，以安裝板的一個頂點為原點0，三個基準(zhǔn)線方向為X軸、Y軸和Z軸方向建立坐標(biāo)系，該方法包括下列步驟:
[0006]步驟一、將磁傳感器陣列的安裝板的XOY平面與轉(zhuǎn)臺臺面平行固定在轉(zhuǎn)臺上，將磁傳感器陣列的X軸與轉(zhuǎn)臺的0°刻線對準(zhǔn)；
[0007]步驟二、旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺一周，每旋轉(zhuǎn)15°對磁傳感器陣列的每個磁傳感器的磁軸X、磁軸Y的輸出數(shù)據(jù)進行采集，分別獲得磁傳感器陣列磁軸X的方位角與磁軸X的輸出數(shù)據(jù)的對應(yīng)關(guān)系、磁軸Y的方位角與磁軸Y輸出數(shù)據(jù)的對應(yīng)關(guān)系；所述磁軸X的方位角為磁軸X在XOY平面的投影與X軸的夾角，所述磁軸Y的方位角為磁軸Y在XOY平面的投影與Y軸的夾角；
[0008]步驟三、將磁傳感器陣列的安裝板YOZ平面與轉(zhuǎn)臺臺面平行固定在轉(zhuǎn)臺上，將Y軸基準(zhǔn)線與轉(zhuǎn)臺的0°對準(zhǔn)；
[0009]步驟四、旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺一周，每旋轉(zhuǎn)15°對磁傳感器陣列的每個磁傳感器的磁軸Y和磁軸Z的輸出數(shù)據(jù)進行采集，分別獲得磁傳感器陣列磁軸Y的俯仰角與磁軸Y的輸出數(shù)據(jù)的對應(yīng)關(guān)系、磁軸Z的俯仰角與磁軸Z輸出數(shù)據(jù)的對應(yīng)關(guān)系；所述磁軸Y的俯仰角為磁軸Y與YOZ平面的投影與Y軸的夾角，所述磁軸Z的俯仰角為磁軸Z與YOZ平面的投影與Z軸的夾角；
[0010]步驟五、將磁傳感器陣列的安裝板的XOZ平面與轉(zhuǎn)臺臺面平行固定在轉(zhuǎn)臺上，將Z軸基準(zhǔn)線與轉(zhuǎn)臺的0°對準(zhǔn)；
[0011]步驟六、旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺一周，每旋轉(zhuǎn)15°對磁傳感器陣列的每個磁傳感器的磁軸X和磁軸Z的輸出數(shù)據(jù)進行采集，分別獲得磁傳感器陣列磁軸X的俯仰角與磁軸X的輸出數(shù)據(jù)的對應(yīng)關(guān)系、磁軸Z的方位角與磁軸Z輸出數(shù)據(jù)的對應(yīng)關(guān)系；所述磁軸X的俯仰角為磁軸X在XOZ平面的投影與X軸的夾角，所述磁軸Z的方位角為磁軸Z在XOZ平面的的投影與Z軸的夾角；
[0012]步驟七、分別對步驟二、步驟四和步驟六獲得的對應(yīng)關(guān)系進行正弦擬合，獲得每個磁傳感器的每個磁軸的方位固有誤差角和俯仰固有誤差角，方位固有誤差角記為ami，俯仰固有誤差角記為Pmi,其中m為X、y、ζ,分別代表磁傳感器的磁軸X、磁軸Y、磁軸Z, i為磁傳感器陣列的編號，1=1,2,3……η ；
[0013]步驟八、根據(jù)步驟七獲得每個磁傳感器的修正矩陣Ai,所述修正矩陣Ai為:
【權(quán)利要求】
1.一種磁傳感器陣列測量中的平行度誤差補償方法，所述的磁傳感器陣列由η個磁傳感器固定在同一安裝板上構(gòu)成，安裝板上有三個兩兩正交的基準(zhǔn)線，每個磁傳感器有三個磁軸，分別為磁軸X、磁軸Y和磁軸Ζ，以安裝板的一個頂點為原點O，三個基準(zhǔn)線方向為X軸、Y軸和Z軸方向建立坐標(biāo)系，其特征在于，該方法包括下列步驟: 步驟一、將磁傳感器陣列的安裝板的XOY平面與轉(zhuǎn)臺臺面平行固定在轉(zhuǎn)臺上，將磁傳感器陣列的X軸與轉(zhuǎn)臺的0°刻線對準(zhǔn)； 步驟二、旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺一周，每旋轉(zhuǎn)15°對磁傳感器陣列的每個磁傳感器的磁軸X、磁軸Y的輸出數(shù)據(jù)進行采集，分別獲得磁傳感器陣列磁軸X的方位角與磁軸X的輸出數(shù)據(jù)的對應(yīng)關(guān)系、磁軸Y的方位角與磁軸Y輸出數(shù)據(jù)的對應(yīng)關(guān)系；所述磁軸X的方位角為磁軸X在XOY平面的投影與X軸的夾角，所述磁軸Y的方位角為磁軸Y在XOY平面的投影與Y軸的夾角；步驟三、將磁傳感器陣列的安裝板YOZ平面與轉(zhuǎn)臺臺面平行固定在轉(zhuǎn)臺上，將Y軸基準(zhǔn)線與轉(zhuǎn)臺的0°對準(zhǔn)； 步驟四、旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺一周,每旋轉(zhuǎn)15°對磁傳感器陣列的每個磁傳感器的磁軸Y和磁軸Z的輸出數(shù)據(jù)進行采集，分別獲得磁傳感器陣列磁軸Y的俯仰角與磁軸Y的輸出數(shù)據(jù)的對應(yīng)關(guān)系、磁軸Z的俯仰角與磁軸Z輸出數(shù)據(jù)的對應(yīng)關(guān)系；所述磁軸Y的俯仰角為磁軸Y與YOZ平面的投影與Y軸的夾角，所述磁軸Z的俯仰角為磁軸Z與YOZ平面的投影與Z軸的夾角；步驟五、將磁傳感器陣列的安裝板的XOZ平面與轉(zhuǎn)臺臺面平行固定在轉(zhuǎn)臺上，將Z軸基準(zhǔn)線與轉(zhuǎn)臺的0°對準(zhǔn)； 步驟六、旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺一周,每旋轉(zhuǎn)15°對磁傳感器陣列的每個磁傳感器的磁軸X和磁軸Z的輸出數(shù)據(jù)進行采集，分別獲得磁傳感器陣列磁軸X的俯仰角與磁軸X的輸出數(shù)據(jù)的對應(yīng)關(guān)系、磁軸Z的方位角與磁軸Z輸出數(shù)據(jù)的對應(yīng)關(guān)系；所述磁軸X的俯仰角為磁軸X在XOZ平面的投影與X軸的夾角，所述磁軸Z的方位角為磁軸Z在XOZ平面的的投影與Z軸的夾角； 步驟七、分別對步驟二、步驟四和步驟六獲得的對應(yīng)關(guān)系進行正弦擬合，獲得每個磁傳感器的每個磁軸的方位固有誤差角和俯仰固有誤差角，方位固有誤差角記為ami，俯仰固有誤差角記為Pmi，其中m為X、y、Z，分別代表磁傳感器的磁軸X、磁軸Y、磁軸Z，i為磁傳感器陣列的編號，1=1,2,3……η ； 步驟八、根據(jù)步驟七獲得每個磁傳感器的修正矩陣Ai,所述修正矩陣Ai為:
2.一種磁傳感器陣列測量中的平行度誤差補償系統(tǒng)，所述的磁傳感器陣列由η個磁傳感器固定在同一安裝板上構(gòu)成，安裝板上有三個兩兩正交的基準(zhǔn)線，每個磁傳感器有三個磁軸，分別為磁軸X、磁軸Y和磁軸Ζ，以安裝板的一個頂點為原點0，三個基準(zhǔn)線方向為X軸、Y軸和Z軸方向建立坐標(biāo)系，其特征在于，該系統(tǒng)包括多路數(shù)據(jù)采集器、處理模塊和輸出顯示器； 所述多路數(shù)據(jù)采集器分別對磁傳感器陣列的每個磁傳感器的每個磁軸的輸出數(shù)據(jù)進行采集，并發(fā)送給處理模塊； 所述采集數(shù)據(jù)具體為:對每個磁傳感器的每個磁軸的輸出數(shù)據(jù)進行采集，針對每個磁傳感器，該數(shù)據(jù)包括該傳感器的磁軸X、磁軸Y和磁軸Z的方位角與輸出數(shù)據(jù)的對應(yīng)的關(guān)系，以及磁傳感器的磁軸X、磁軸Y和磁軸Z的俯仰角與輸出數(shù)據(jù)的對應(yīng)的關(guān)系,所述磁軸X的方位角為磁軸X在XOY平面的投影與X軸的夾角的，所述磁軸X的俯仰角為磁軸X在XOZ平面的投影與X軸的夾角；所述磁軸Y的方位角為磁軸Y在XOY平面的投影與Y軸的夾角，所述磁軸Y的俯仰角為磁軸Y與YOZ平面的投影與Y軸的夾角；所述磁軸Z的方位角為磁軸Z在XOZ平面的的投影與Z軸的夾角，所述磁軸Z的俯仰角為磁軸Z與YOZ平面的投影與Z軸的夾角； 所述處理模塊具體包括擬合單元、矩陣計算單元、修正單元； 所述擬合單元將多路數(shù)據(jù)采集器采集到的每個磁軸的轉(zhuǎn)角與輸出數(shù)據(jù)的關(guān)系進行正弦擬合處理，獲得每個磁傳感器的每個磁軸的方位固有誤差角和俯仰固有誤差角；方位固有誤差角記為ami，俯仰固有誤差角記為i3mi，其中m為x、y、z，分別代表磁傳感器的磁軸X、磁軸Y、磁軸z，i為磁傳感器陣列的編號，1=1,2, 3……η ； 所述矩陣計算單元根據(jù)擬合單元獲得的每個磁傳感器的每個磁軸的方位固有誤差角和俯仰固有誤差角獲得每個磁傳感器的修正矩陣Ai,
【文檔編號】G01R35/00GK103885002SQ201410079847
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年3月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月6日
【發(fā)明者】李偉, 陳正想, 車振, 孟誠, 黃捷 申請人:中國船舶重工集團公司第七一〇研究所