一種非屏蔽環(huán)境下磁傳感器陣列的校準方法
【技術領域】
[0001 ]本發(fā)明涉及到多個傳感器組成的磁傳感器陣列的校準方法。
【背景技術】
[0002] 在磁場測量應用中，磁傳感器陣列通常作為系統(tǒng)的最前端。為保證多個傳感器工 作的一致性，通常需要對磁傳感器進行校準。磁傳感器的校準是相對困難的，主要是體現在 背景磁場對校準精度的影響。即使在磁屏蔽室內進行校準，也很難保證磁場的一致性，尤其 是在低頻段磁場。
[0003] 現有技術大部分都在磁屏蔽室內進行，通過校準線圈產生一個已知強度和方向的 磁場，通過測量傳感器陣列的電壓輸出實現校準方法。這種方法相對而言是比較準確的，但 缺點也很明顯。一是磁屏蔽室的造價隨著屏蔽效果的提高而急劇上升，其成本在很多情況 下可能會無法接受;二是對于低頻磁場和地磁場，由于其波長極長，目前的技術手段難以保 證其屏蔽效果。

【發(fā)明內容】

[0004] 本發(fā)明人研究了非屏蔽的環(huán)境下利用磁場處理的一些自定義指標選擇數據選擇， 以將背景磁場的影響盡可能降低，并提出一種校準方法。該方法相對簡單易行，并且有一定 精度，具備良好的應用價值。
[0005] 本發(fā)明人由此提出了一種非屏蔽環(huán)境下對磁傳感器陣列進行校準的方法，其包括 選擇背景磁場數據、去除背景磁場和校準磁傳感器陣列三個步驟。其中，選擇背景磁場數據 通過自定義的指標及一定的規(guī)則，選擇背景磁場中相對來講均勾度和一致性較好的磁場數 據，作為后續(xù)處理的依據;去除背景磁場是依據選擇后的數據，將背景磁場強度的值進行處 理，以得到較符合校準線圈的磁場強度數據;校準磁傳感器陣列是在將背景磁場去除后對 校準磁場的信號進行進一步的選擇及處理，并得到多個通道之間的校準系數。
[0006] 根據本發(fā)明的一個方面，提供了一種非屏蔽環(huán)境下對磁傳感器陣列進行校準的方 法，其特征在于包括：
[0007] 選擇一個磁場傳感器陣列中的磁場傳感器測得的背景磁場的磁場強度數據，根據 預定的指標和規(guī)則，選擇背景磁場強度中均勻度和一致性相對較好的磁場強度數據，作為 后續(xù)處理的依據；
[0008] 去除背景磁場，依據選擇的均勻度和一致性相對較好的磁場強度數據，對背景磁 場強度的值進行處理，以得到更符合校準線圈的磁場強度數據；
[0009] 校準磁傳感器陣列，對校準磁場強度的信號進行進一步的選擇及處理，并得到多 個通道之間的校準系數。
【附圖說明】
[0010] 圖1是本發(fā)明的校準各部分的連接示意圖。
[0011] 圖2是本發(fā)明的實施步驟一個實施例的流程框圖。
[0012] 圖3是本發(fā)明的選擇磁場強度數據一個實施例的流程框圖。
[0013] 圖4是本發(fā)明的校準陣列一個實施例的流程框圖。
【具體實施方式】
[0014] 為更好說明本發(fā)明的內容，本發(fā)明首先對磁傳感器陣列進行說明。磁傳感器陣列 是由多個磁場傳感器組成，目前有多種形式，其測量原理和使用方法不盡相同。本發(fā)明中的 數據針對是某一個方向的磁場數據，比較適合于方向性明確的矢量磁場傳感器。對于標量 傳感器或者總場傳感器，需在本發(fā)明的基礎上，需進行增加方向性或者進行分量求解。因 此，本發(fā)明的磁傳感器的測量方向為同一個方向，并且能夠測量大小及方向。下文中對此將 不再強調。
[0015] 對磁場傳感器陣列進行校準，需要使用校準線圈，在磁傳感器陣列的傳感器位置 產生一個標準均勻的磁場信號。校準線圈需要覆蓋磁場傳感器的空間大小，并且滿足均勻 度要求。校準線圈通常由校準線圈控制器控制，以產生制定頻率和幅度的校準磁場強度。控 制器可使用標準信號源或者帶有一定功率輸出的信號產生裝置接口。磁場傳感器陣列的輸 出為電壓信號，需要使用數據采集裝置，通常至少為16位精度及滿足采樣率要求，用于記錄 磁傳感器陣列的電壓輸出。
[0016] 為了使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面結合具體實施例對本發(fā)明 進行詳細描述。
[0017] 在根據本發(fā)明的一個具體實施例中，磁傳感器陣列存在著5個磁場傳感器，其中第 一磁傳感器位于傳感器的中間位置。整個校準各部分的連接示意圖如圖1所示。其中，100為 磁傳感器陣列，包括5個磁場傳感器，分別標為1-5。101為校準線圈，其用于在磁傳感器陣列 的傳感器104的位置產生一個標準均勻的磁場信號。102為電壓信號記錄器，用于記錄磁傳 感器的電壓輸出。103為校準線圈控制器，用于控制校準線圈，以產生指定頻率和幅度的校 準磁場強度。
[0018] -選擇磁場數據
[0019] 為更好的選擇磁場數據，首先定義了如下的磁場物理量，用于評價磁場的大小，具 體內容如下。
[0020] (1)定義磁場的總強度為T，校準線圈產生的磁場為S，背景磁場為B。對于空間某位 置的某位置i，磁場傳感器陣列中的一個傳感器處的總磁場強度!^可用公式（1)表示。需要 注意的，從磁場傳感器的輸出看，只能測量出磁場的總磁場強度，并不能區(qū)分磁場是校準線 圈產生的磁場與背景磁場。
[0021] Ti = Si+Bi 公式（1)
[0022] (2)定義任意兩點沿某方向的磁場強度平均值為I^(i矣j)，需要根據Ti和Tj進行 計算，其計算公式如公式⑵所示。顯然，Tij = Tji。
[0024] (3)定義任意兩點的磁場強度差值絕對值為VI^(i矣j)，則可依據公式(3)進行。如 不使用校準線圈，則磁場強度差值絕對值等同于背景磁場強度的差值絕對值。如使用校準 線圈，則磁場強度差值絕對值近似等于背景磁場強度的差值絕對值。
[0025] ATij= |Ti-Tj| =(Si-Sj) + (Bi-Bj) 公式（3)
[0026] (4)定義任意兩點的磁場強度梯度絕對值為G^(i矣j)，則可根據磁場強度的差值 絕對值與距離值計算，則可依據公式(4)進行。
[0027] Gij=ATij/dij 公式⑷
[0028]其次，定義如下三個參考偏差量，用于表明磁場的分布特點。注意的是，這三個量 在一定程度上反映了磁場的分布規(guī)律。三個量分別是：
[0029] (1)中心點的總場參考偏差ηι;
[0030] (2)總磁場的參考最大偏差Π 2;
[0031 ] (3)總磁場梯度的參考最大偏差Π 3;
[0032]中心點的總場參考偏差m通過計算中心點的磁場強度與各個點的磁場強度的平 均值，得到兩者的偏差，用于評價總磁場的分布均勻性。該偏差越接近于0,說明總磁場的空 間一致性越好。其計算過程如公式(5)和(6)所示。其中，T。為測量得到的中心點的總磁場強 度，ξ為通過平均化得到的平均值。
[0035]總磁場的參考最大偏差η2通過計算總磁場中的磁場強度差值絕對值的最大值A Tij(max)與最小值△ Tij(min)的相對偏差，從而得到了總磁場強度的最大偏差?？偞艌鰪姸?的最大偏差在有校準信號的時候，近似于背景磁場強度的最大偏差。該偏差越接近于〇,說 明背景磁場的空間一致性越好。其計算過程如公式(7)所示。
[0037]總磁場梯度的參考最大偏差n3通過計算總磁場強度中的梯度磁場差值絕對值的 最大值Gij (max)與最小值Gij (min)的相對偏差，從而得到了總磁場強度梯度的最大偏差。總 磁場強度梯度的最大偏差在有校準信號的時候，近似于背景磁場強度梯度的最大偏差。該 偏差越接近于0,說明背景磁場強度隨空間距離變化的一致性越好。其計算過程如公式(8) 所示。
[0039] 最后，將磁場強度數據進行測量與記錄，對依據公式(2)-(4)計算?^，ΔΤυ和Gu， 并進一步依據公式(5)-⑶計算ηι，η2及q3,并制定判斷閾值ηι(ΤΗ)，η2(