專利名稱：一種三軸矢量磁強計正交校準(zhǔn)方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及儀器測量領(lǐng)域，具體涉及一種三軸矢量磁強計正交校準(zhǔn)方法及裝置。
背景技術(shù)：
三軸矢量磁強計一般是以三個單方向分量磁傳感器(如磁通門傳感器、磁阻傳感器)正交布局構(gòu)成，如果假定三個傳感器的磁軸完全正交，且方向已知，那么三個傳感器探測到的是矢量磁場的三個正交分量，可以根據(jù)已知的方向變換坐標(biāo)系到任意坐標(biāo)系下。但是實際上三個傳感器的磁軸方向不可見、不可測，因此應(yīng)用中往往以三個傳感器機械軸指代它們的磁軸，而由于磁強計的結(jié)構(gòu)加工、安裝以及傳感器制作等誤差都會使傳感器的磁軸和傳感器的機械軸不一致，且傳感器機械軸與磁強計探頭骨架正交軸向不一致，因此磁強計探頭的正交性無從保證。這種非正交性對于矢量磁場探測的誤差影響很大，舉個例子，即使正交度I”的正交度誤差在地磁場下造成的磁場分量投影測量誤差會達到0. 2nT，因而目前主流磁強計大多號稱的0.1nT的精度指標(biāo)根本毫無意義，綜上所述可知正交度校準(zhǔn)屬于精密三軸矢量磁通門的一個重要測量過程。而目前三軸矢量磁強計的正交度測量目前采用的方法主要是借助無磁轉(zhuǎn)臺和數(shù)據(jù)處理的方法實現(xiàn)的。德國有文獻記載的方法是利用絕對標(biāo)量磁場探測器，通過非線性擬合的方法標(biāo)定三軸矢量磁強計的方法。它將矢量磁場測量值與磁場標(biāo)量建立數(shù)學(xué)關(guān)系，并考慮到所有可能的干擾因素，包括零點偏移、比例系數(shù)和正交度誤差，而磁場標(biāo)量可以利用質(zhì)子旋進或者光泵這類量子原理的磁力儀進行測量，理論上依靠量子參數(shù)的磁力儀測量的是絕對磁場，可以保證準(zhǔn)確度。這種方法是一種間接的標(biāo)定方法，對絕對標(biāo)量磁場探測器精度要求很高，對轉(zhuǎn)臺的設(shè)計要求也很高，試驗實施和數(shù)據(jù)處理較為復(fù)雜，但理論上可以得到較好的標(biāo)定結(jié)果，只是對于測量精度的評估較為困難。這種方的缺點主要是雖然能夠準(zhǔn)確將三軸數(shù)據(jù)校準(zhǔn)到一個特定的正交系中`，但是這個正交系的方向不可準(zhǔn)確獲知，導(dǎo)致采用該方法的儀器經(jīng)校準(zhǔn)后在未來的使用中并不能獲得準(zhǔn)確的指向。國內(nèi)現(xiàn)有技術(shù)的正交度測量方法，都是假定地磁場穩(wěn)定，并假定能夠使探頭傳感器磁軸與地磁場方向?qū)R，實際上這兩個假定在高精度的測試中均難以保證，因此導(dǎo)致采用基于上述兩個假設(shè)的正交度測量方法得到的測量值誤差較大。這是由于，一方面，第一個假定，雖然地磁場穩(wěn)定難以做到，但是通過三軸亥姆霍斯線圈是可以在實驗室中實現(xiàn)的，另一方面第二假定，即假定可以通過某些措施使探頭傳感器磁軸與磁場方向?qū)?zhǔn)，而這個實際操作是十分困難的，現(xiàn)有技術(shù)的對準(zhǔn)一般是利用三自由度的無磁轉(zhuǎn)臺或測量讀數(shù)最大值法進行人工調(diào)整。這種實驗操作本身無法保證嚴(yán)格對準(zhǔn)，而實驗過程中的人的干擾，轉(zhuǎn)臺的精度等等因素也會帶來影響，因此國內(nèi)現(xiàn)有技術(shù)提供的由于基于上述第二個不合理的假設(shè)進行的正交度測量只能將測量精度精確到0.01度，但是這個精度在高精度的矢量磁場探測中是遠遠達不到標(biāo)準(zhǔn)的。綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)中正交校準(zhǔn)時都是傳感器磁軸作為測量基準(zhǔn)，缺陷是沒有技術(shù)手段能夠保證對準(zhǔn)；以磁軸為基準(zhǔn)的矯正，在使用中仍無法明確方向，因為磁軸在探頭外部不可測量。本發(fā)明改進了第一方面的假設(shè)的實現(xiàn)，同時基于第一方面假設(shè)的改進也改進了第二方面的假設(shè)，從而使基于該假設(shè)的正交度測量方法得到的測量精度得到很大提高，能夠用于高精度的矢量磁場探測中。與本發(fā)明利用探頭結(jié)構(gòu)坐標(biāo)系下的機械軸作為測量基準(zhǔn)進行正交校準(zhǔn)的方法相比現(xiàn)有技術(shù)均采用傳感器磁軸作為基準(zhǔn)，導(dǎo)致這種方法一致存在的原因包含缺乏需求驅(qū)動，由于沒有高精度矢量磁場測量精度的要求，低精度的正交校準(zhǔn)能夠滿足大多數(shù)用戶要求，但是隨著科技的發(fā)展，國家對于磁場測繪需求的日益強烈，對矢量磁場探測精度要求越來越高，尤其是未來開展的航空航天矢量磁場測繪，對矢量磁場探測精度都會達到秒級，因此對高精度的三軸矢量磁強計的正交校準(zhǔn)需求也更加迫切。另一方面，目前的做法均試圖進行一步到位的正交校準(zhǔn)，由于前面分析的原因采用這種采用傳感器磁軸作為基準(zhǔn)的技術(shù)手段存在缺陷，且難以克服。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，為克服現(xiàn)有技術(shù)的三軸矢量磁強計正交度校準(zhǔn)方法的校準(zhǔn)度不高，不能能滿足高精度矢量磁場探測的需求，如航天、航空磁場測繪領(lǐng)域的需要，從而提出一種三軸矢量磁強計正交校準(zhǔn)方法及裝置。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種三軸矢量磁強計正交校準(zhǔn)裝置，該裝置用于提高磁強計正交校準(zhǔn)過程中的標(biāo)準(zhǔn)磁場與基準(zhǔn)方向的對準(zhǔn)精度，所述基準(zhǔn)方向為磁強計探頭結(jié)構(gòu)坐標(biāo)系坐標(biāo)軸向，所述正交度校準(zhǔn)裝置包含屏蔽筒、磁強計探頭、螺線管線圈、圓柱形探頭安裝平臺及工作臺。所述屏蔽筒放置在工作臺上，用于屏蔽外部磁場。所述螺線管線圈穿過所述屏蔽筒中心同軸設(shè)置，且通過位于工作臺上支架進行固定，該螺線管線圈用于提供標(biāo)準(zhǔn)磁場，所述基準(zhǔn)方向為磁強計探頭結(jié)構(gòu)坐標(biāo)系的軸向。緊貼所述螺線管線圈內(nèi)壁同軸套設(shè)所述探頭安裝平臺，該探頭安裝平臺可沿所述螺線管線圈內(nèi)部軸線及外部軸線的延長線移動；所述探頭安裝平臺上部中心位置處還設(shè)置有一放置磁強計探頭的凹槽，當(dāng)正交校準(zhǔn)時該磁強計探頭可隨探頭安裝平臺沿螺線管線圈軸線外部的延長線移動至其內(nèi)部的均勻磁場區(qū)內(nèi)。其中，所述螺線管線圈長度遠大于其直徑，所述螺線管線圈形成的均勻區(qū)的直徑大于所述磁強計探頭體積直徑的1. 5倍；所述工作臺的平面度要優(yōu)于0. 04mm?？蛇x的，所述探頭安裝平臺通過其尾部的長螺桿驅(qū)動發(fā)生移動，該長螺桿一端與所述安裝平臺固定相連，另一端固定于工作臺遠離螺線管線圈端的一端的擋板上；所述凹槽采用柔軟材料作為接觸面與采用壓緊方式壓緊的待測探頭相接觸。所述探頭安裝平臺采用防止變形的硬質(zhì)材料。所述探頭安裝平臺采用光學(xué)方法標(biāo)定準(zhǔn)直、平面和垂直。所述屏蔽筒由2 4層坡莫合金構(gòu)成。優(yōu)化的，所述螺線管管線圈產(chǎn)生的磁場至少60000nT?？蛇x的，如果要達到I角秒測量精度時，上述裝置的各個部件的精度要求為當(dāng)所述螺線管線圈內(nèi)徑為300mm,長度為2000mm時,其內(nèi)徑圓柱度優(yōu)于0. 002mm;當(dāng)所述螺線管線圈直徑為300mm，長度為2000mm時，其外徑圓柱度優(yōu)于0. 002mm ;所述凹槽的底面和側(cè)面與所述螺線管線圈外徑圓柱面的軸向切線平行度優(yōu)于0.01mm;所述磁強計探頭的安裝面與所述凹槽的底面和側(cè)面分別垂直，垂直度優(yōu)于0. 002_。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)具體測量精度值的需要調(diào)整以上的各參數(shù)?；谏鲜鲅b置本發(fā)明還提供一種三軸矢量磁強計正交校準(zhǔn)方法，該方法基于權(quán)利要求I所述裝置，用于磁強計正交校準(zhǔn)過程中的標(biāo)準(zhǔn)磁場與基準(zhǔn)方向的對準(zhǔn)，所述方法包含用于利用大于60000nT的磁場在非正交軸上的小量磁場投影計算角度關(guān)系；用于以機械軸作為測量基準(zhǔn)測量三軸矢量磁強計正交校準(zhǔn)矩陣；其中，所述上述步驟中還采用單軸螺線管線圈結(jié)合磁屏蔽筒進行三軸矢量磁強計正交度標(biāo)定。所述正交校準(zhǔn)矩陣采用如下方法獲取步驟1，安裝三軸矢量磁強計，該磁強計包含的三個傳感器磁軸與探頭結(jié)構(gòu)坐標(biāo)系對應(yīng)，通過粗標(biāo)定確定三軸矢量磁強計每個方向的正反向和測量值與磁場值的初步的比例系數(shù)。步驟2，利用光學(xué)測量方式進行檢定，測量探頭安裝平臺的各個位置的正交度誤差，該誤差作為評估正交校準(zhǔn)精度的依據(jù)。步驟3，對屏蔽筒進行消磁。步驟4，在探頭安裝平臺上利用壓緊方式固定磁強計探頭，保證待測方向X與螺線管線圈的軸向一致，所述正交度誤差為三軸矢量磁強計結(jié)構(gòu)坐標(biāo)軸X與與螺線管軸向?qū)R誤差。步驟5，將探頭安裝平臺移入所述屏蔽筒，放置在磁場屏蔽均勻區(qū)內(nèi)。步驟6，在所述螺線管線圈上施加電流，產(chǎn)生至少60000nT磁場。步驟7，采集三軸矢量磁強計測量值，根據(jù)粗標(biāo)定得到的比例關(guān)系計算三個軸向的測量磁場值。步驟8，計算磁軸V，V與機械軸X的角度關(guān)系。步驟9，重復(fù)若干次，分別將機械軸Y和Z與螺線管線圈？方向?qū)R進行試驗，分別計算X’、V與機械軸Y的角度關(guān)系，計算X’，V與機械軸Z的角度關(guān)系。步驟10，數(shù)據(jù)處理，可以計算磁場X’、Y’、Z’在探頭結(jié)構(gòu)坐標(biāo)系下正交校準(zhǔn)矩陣。所述粗標(biāo)定得到的比例系數(shù)在5%的誤差內(nèi)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)優(yōu)勢在于1.這種方法采用的探頭結(jié)構(gòu)坐標(biāo)系的軸向(可由機械加工保證精度較高的正交度)與螺線管結(jié)構(gòu)軸向之間的對準(zhǔn)(螺線管線圈的磁軸與螺線管中心軸向一致)，對準(zhǔn)操作具備精確測量的條件。而且這種方法標(biāo)定之后，探頭使用時采用探頭結(jié)構(gòu)坐標(biāo)系，可以依靠正交校準(zhǔn)矩陣直接得到在這一坐標(biāo)系下的結(jié)果。2.設(shè)備依靠機械精加工，誤差可測可控，提高軸向?qū)?zhǔn)精度。3.在磁場測量過程無需人工干預(yù)，避免其他微小磁場干擾，避免了使用轉(zhuǎn)盤而帶來的測量誤差。4.測量過程以機械加工、測量誤差和傳感器測量誤差為主，所有誤差可測量、可傳導(dǎo)、可估計，對于提高正交度測量精度有很大幫助。


圖1是本發(fā)明的方法流程圖；圖2是本發(fā)明的正交轉(zhuǎn)換方法示意圖；圖3_a是本發(fā)明的試驗裝置正面視圖；圖3_b是本發(fā)明的試驗裝置包含的探頭安裝平臺的正面視圖；圖3-c是本發(fā)明的實驗裝置包含的探頭安裝平臺的俯視圖；圖3-d是本發(fā)明裝置的實景圖。附圖標(biāo)識1、屏蔽筒 2、磁場屏蔽均勻區(qū) 3、探頭安裝平臺4、螺紋 5、磁強計探頭 6、工作臺7、螺線管線圈
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體的實施方式對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步詳細(xì)描述。本發(fā)明借助精密加工的螺線管和探頭固定工裝實現(xiàn)探頭基準(zhǔn)方向與外部磁場方向的對準(zhǔn)，克服了以往手動或者借助無磁轉(zhuǎn)臺調(diào)整對準(zhǔn)無法控制誤差的困難。以三軸矢量磁強計探頭機械軸，即磁強計探頭結(jié)構(gòu)坐標(biāo)系軸向，作為探頭的基準(zhǔn)方向，實現(xiàn)校準(zhǔn)后的矢量磁場方向可以測量。本發(fā)明的幾個名詞的解釋探頭結(jié)構(gòu)坐標(biāo)系三軸矢量磁強計探頭外部標(biāo)稱的，以結(jié)構(gòu)為基準(zhǔn)的正交坐標(biāo)系，是在磁強計使用中的實際參考坐標(biāo)系。探頭結(jié)構(gòu)坐標(biāo)軸探頭結(jié)構(gòu)坐標(biāo)系中的坐標(biāo)軸。探頭傳感器磁軸探頭測量時每個傳感器實際測量磁場的方向。螺線管磁軸螺線管線圈內(nèi)部磁場方向，它與螺線管的結(jié)構(gòu)軸向一致。本發(fā)明解決的問題1、利用磁場投影法，測量正交偏差角度，計算正交校準(zhǔn)矩陣，解決將探頭傳感器測量的數(shù)據(jù)校準(zhǔn)到一個正交坐標(biāo)系內(nèi)的問題；正交校準(zhǔn)的計算過程是利用探測數(shù)據(jù)與正交校準(zhǔn)矩陣進行矢量乘法。B校準(zhǔn)過=MB校準(zhǔn)前其中，M是正交校準(zhǔn)矩陣。2、保證這個坐標(biāo)系是探頭結(jié)構(gòu)坐標(biāo)系，使在未來磁強計探頭使用中能夠準(zhǔn)確知道校準(zhǔn)后的磁場的矢量方向。利用本發(fā)明設(shè)計的正交校準(zhǔn)裝置實現(xiàn)探頭結(jié)構(gòu)坐標(biāo)系軸向與螺線管磁軸對齊，解決正交校準(zhǔn)過程中標(biāo)準(zhǔn)磁場與基準(zhǔn)方向?qū)?zhǔn)的問題。本發(fā)明提出的正交校準(zhǔn)測量裝置如圖3-a、圖3-d和圖3_c所示，包含屏蔽筒1、探頭安裝平臺3、螺紋4、磁強計探頭5、工作臺6和螺線管線圈7等。其中螺線管線圈7提供標(biāo)準(zhǔn)磁場，方案中的螺線管線圈7長度遠大于直徑，內(nèi)部磁場均勻區(qū)直徑大于磁強計探頭5體積直徑的1. 5倍。屏蔽筒I由2 4層(屏蔽筒研制要求，保證內(nèi)部磁場屏蔽均勻區(qū)內(nèi)磁場低于10nT，且均勻區(qū)內(nèi)變化小于0.1nT)坡莫合金構(gòu)成，用于屏蔽外部磁場；所述裝置借助現(xiàn)有的光學(xué)系統(tǒng)進行調(diào)整，用于保證測量過程探頭安裝平臺軸向與螺線管磁軸一致。探頭安裝平臺利用機械精密加工制造，采用硬質(zhì)材料確保機械變形可忽略，安裝平臺平面利用光學(xué)方法精確標(biāo)定準(zhǔn)直、平面和垂直。
工作臺6需經(jīng)過平面度檢驗要求平面度優(yōu)于0. 04mm。屏蔽筒I放置在工作臺6上，螺線管線圈7利用支架穿過屏蔽筒I放置，螺線管線圈7的中心與屏蔽筒I的中心一致，誤差不超過1cm。磁強計探頭5的探頭安裝平臺3的外徑與螺線管線圈7內(nèi)徑大小一致。安裝時保證探頭安裝平臺3與螺線管線圈7緊密配合，所述探頭安裝平臺3通過其尾部的長螺桿驅(qū)動在螺線管線圈7的內(nèi)部和延長線的軸線上前進和后退。探頭安裝平臺3的中心為磁強計探頭5的放置平臺，對這一區(qū)域加工的形狀誤差要求嚴(yán)格，圖3-b和3-c中給出了需要保證的誤差，主要包括一些線面的平行度和垂直度。當(dāng)正交校準(zhǔn)的精度誤差要求為I角秒時，螺線管線圈骨架內(nèi)壁，在螺線管內(nèi)徑為300mm,長度為2000mm的情況下，內(nèi)徑圓柱度優(yōu)于0. 002mm。探頭安裝平臺在直徑300mm,長度2000_的情況下，外徑圓柱度優(yōu)于0. 002_。探頭安裝平臺中部安裝探頭位置的底面和側(cè)面，與外徑圓柱面的軸向切線平行度，平行度優(yōu)于0.01mm。探頭安裝平臺的安裝探頭位置的頭部安裝面與，底面和側(cè)面分別垂直，垂直度優(yōu)于0. 002mm。實際操作時，探頭安裝平臺3推出螺線管線圈7，露出探頭安裝區(qū)域，對磁強計探頭5采用柔弱材料(如聚四氟乙烯)作為接觸面的壓緊方式安裝，然后將探頭安裝平臺3推進螺線管線圈，待測探頭5矢量磁強計應(yīng)完整進入磁場屏蔽均勻區(qū)。圖1是本發(fā)明的方法具體實施的步驟流程圖，其中粗標(biāo)定是指，磁強計標(biāo)定時傳感器磁軸與參考磁場方向夾角小于5度時的標(biāo)定結(jié)果,針對該圖描述如下1.由于磁強計安裝過程中可以保證三個傳感器磁軸與探頭結(jié)構(gòu)坐標(biāo)系基本對應(yīng)，因此磁強計探頭滿足粗標(biāo)定條件，通過粗標(biāo)定確定磁強計每個方向的正反向和測量值與磁場值的初步的比例系數(shù)。測量磁強計磁軸方向可以幫助正交校準(zhǔn)數(shù)據(jù)處理算法去除虛解，比例系數(shù)在正交校準(zhǔn)沒有測試之前無法完全測量準(zhǔn)確，粗標(biāo)定可以得到近似結(jié)果，在正交校準(zhǔn)處理算法中粗標(biāo)定得到的比例系數(shù)在5 %的誤差內(nèi)，不影響正交校準(zhǔn)精度。2.利用光學(xué)原理或者其他原理的測量設(shè)備，測量正交校準(zhǔn)裝置如圖3-b和圖3-c所特別強調(diào)的形位誤差，作為未來評估正交校準(zhǔn)精度的依據(jù)之一。3.在探頭安裝平臺上利用壓緊方式固定磁強計探頭，保證待測方向X與螺線管軸向一致，前面測量的安裝平臺的誤差決定了磁強計結(jié)構(gòu)坐標(biāo)軸X與與螺線管軸向?qū)R誤差。4.移動探頭安裝平臺使其進入磁場屏蔽均勻區(qū)內(nèi)，并通過螺線管線圈產(chǎn)生60000nT 磁場。5.采集磁強計測量值，根據(jù)粗標(biāo)定得到比例關(guān)系計算三個軸向的測量磁場值，并計算磁軸V，V與機械軸X的角度關(guān)系6.重復(fù)前面步驟4 8兩次，分別將機械軸Y和Z與螺線管方向?qū)R進行試驗，分別計算X’、Z’與機械軸Y的角度關(guān)系，計算X’，V與機械軸Z的角度關(guān)系7.數(shù)據(jù)處理，可以計算磁場X’、Y’、Z’在探頭結(jié)構(gòu)坐標(biāo)系下正交校準(zhǔn)矩陣。圖2是本發(fā)明的方法坐標(biāo)系關(guān)系圖。按照本發(fā)明方法，圖中所示，外部磁場與Z軸吻合，由于正交誤差，在X’和Z’上會有投影。根據(jù)幾何關(guān)系，可以進一步推導(dǎo)出探頭正交校準(zhǔn)矩陣。最后所應(yīng)說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制。盡管參照實施例對本發(fā)明進行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對本發(fā)明的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種三軸矢量磁強計正交校準(zhǔn)裝置，該裝置用于提高磁強計正交校準(zhǔn)過程中的標(biāo)準(zhǔn)磁場與基準(zhǔn)方向的對準(zhǔn)精度，所述基準(zhǔn)方向為磁強計探頭結(jié)構(gòu)坐標(biāo)系坐標(biāo)軸向，所述正交度校準(zhǔn)裝置包含屏蔽筒、磁強計探頭、螺線管線圈、圓柱形探頭安裝平臺及工作臺； 所述屏蔽筒放置在工作臺上，用于屏蔽外部磁場； 所述螺線管線圈穿過所述屏蔽筒中心同軸設(shè)置，且通過位于工作臺上支架進行固定，該螺線管線圈用于提供標(biāo)準(zhǔn)磁場； 緊貼所述螺線管線圈內(nèi)壁同軸套設(shè)所述探頭安裝平臺，該探頭安裝平臺可沿所述螺線管線圈內(nèi)部軸線及外部軸線的延長線移動；所述探頭安裝平臺上部中心位置處還設(shè)置有一放置磁強計探頭的凹槽，當(dāng)正交校準(zhǔn)時該磁強計探頭可隨探頭安裝平臺沿螺線管線圈軸線外部的延長線移動至其內(nèi)部的均勻磁場區(qū)內(nèi)； 其中，所述螺線管線圈長度遠大于其直徑，所述螺線管線圈形成的均勻區(qū)的直徑大于所述磁強計探頭體積直徑的1. 5倍；所述工作臺的平面度要優(yōu)于O. 04mm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三軸矢量磁強計正交校準(zhǔn)裝置，其特征在于，所述探頭安裝平臺通過其尾部的長螺桿驅(qū)動發(fā)生移動，該長螺桿一端與所述安裝平臺固定相連，另一端固定于工作臺遠離螺線管線圈端的一端的擋板上； 所述凹槽采用柔弱材料作為接觸面與采用壓緊方式壓緊的待測探頭相接觸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三軸矢量磁強計正交校準(zhǔn)裝置，其特征在于，所述工作臺上表面、支架以及探頭安裝平臺均采用防止變形的硬質(zhì)材料； 所述螺線管線圈長度與其直徑比大于5。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的三軸矢量磁強計正交校準(zhǔn)裝置，其特征在于，所述探頭安裝平臺采用光學(xué)方法標(biāo)定準(zhǔn)直、平面和垂直。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三軸矢量磁強計正交校準(zhǔn)裝置，其特征在于，所述屏蔽筒由2 4層坡莫合金構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三軸矢量磁強計正交校準(zhǔn)裝置，其特征在于，所述螺線管管線圈產(chǎn)生的磁場至少60000nT。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三軸矢量磁強計正交校準(zhǔn)裝置，其特征在于，當(dāng)所述對準(zhǔn)精度為I角秒時， 所述螺線管線圈內(nèi)徑為300mm,長度為2000mm時,其內(nèi)徑圓柱度優(yōu)于O. 002mm ； 當(dāng)所述螺線管線圈直徑為300mm,長度為2000mm時,其外徑圓柱度優(yōu)于O. 002mm ；所述凹槽的底面和側(cè)面與所述螺線管線圈外徑圓柱面的軸向切線平行度優(yōu)于O. Olmm ； 所述磁強計探頭的安裝面與所述凹槽的底面和側(cè)面分別垂直，垂直度優(yōu)于O. 002mm。
8.—種三軸矢量磁強計正交校準(zhǔn)方法，該方法基于權(quán)利要求1所述裝置，用于磁強計正交校準(zhǔn)過程中的標(biāo)準(zhǔn)磁場與基準(zhǔn)方向的對準(zhǔn)，所述方法包含 用于利用大于60000nT的磁場在非正交軸上的小量磁場投影計算角度關(guān)系； 用于以磁強計探頭結(jié)構(gòu)坐標(biāo)系的軸向作為測量基準(zhǔn)，測量三軸矢量磁強計正交校準(zhǔn)矩陣； 其中，所述上述步驟中還采用單軸螺線管線圈結(jié)合磁屏蔽筒提供穩(wěn)定的外部參考標(biāo)準(zhǔn)場。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的三軸矢量磁強計正交校準(zhǔn)方法，其特征在于，所述正交校準(zhǔn)矩陣采用如下方法獲取 安裝三軸矢量磁強計，該磁強計包含的三個傳感器磁軸與探頭結(jié)構(gòu)坐標(biāo)系對應(yīng)，通過粗標(biāo)定確定三軸矢量磁強計每個方向的正反向和測量值與磁場值的初步的比例系數(shù)；利用光學(xué)測量方式進行檢定，測量探頭安裝平臺的各個位置的正交度誤差，該誤差作為評估正交校準(zhǔn)精度的依據(jù)； 對屏蔽筒進行消磁； 在放置平臺上利用壓緊方式固定磁強計探頭，保證待測方向X與螺線管線圈的軸向一致，所述正交度誤差為三軸矢量磁強計結(jié)構(gòu)坐標(biāo)軸X與與螺線管軸向?qū)R誤差； 將探頭安裝平臺移入所述屏蔽筒，放置在磁場屏蔽均勻區(qū)內(nèi)； 在所述螺線管線圈上施加電流，產(chǎn)生至少60000nT磁場； 采集三軸矢量磁強計測量值，根據(jù)粗標(biāo)定得到的比例關(guān)系計算三個軸向的測量磁場值； 計算磁軸Y’，V與機械軸X的角度關(guān)系； 重復(fù)若干次，分別將機械軸Y和Z與螺線管線圈？方向?qū)R進行試驗，分別計算V 'V與機械軸Y的角度關(guān)系，計算V，Y’與機械軸Z的角度關(guān)系； 數(shù)據(jù)處理，可以計算磁場V 'V 'V在探頭結(jié)構(gòu)坐標(biāo)系下正交校準(zhǔn)矩陣。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的三軸矢量磁強計正交校準(zhǔn)方法，其特征在于，所述粗標(biāo)定得到的比例系數(shù)在5 %的誤差內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種三軸矢量磁強計正交校準(zhǔn)裝置及方法，該裝置用于磁強計正交校準(zhǔn)過程中的標(biāo)準(zhǔn)磁場與基準(zhǔn)方向的對準(zhǔn)，所述裝置包含屏蔽筒、螺線管線圈、圓柱形探頭安裝平臺及工作臺；所述屏蔽筒放置在工作臺上，所述螺線管線圈利用支架穿過屏蔽筒中心同軸放置，所述螺線管線圈用于提供標(biāo)準(zhǔn)磁場；所述螺線管線圈緊貼其內(nèi)壁同軸套設(shè)所述探頭安裝平臺，該探頭安裝平臺可移動且可位于所述螺線管線圈內(nèi)部和螺線管線圈軸線外部的延長線上；所述探頭安裝平臺上部中心位置處還設(shè)置有一放置磁強計探頭的凹槽，當(dāng)校準(zhǔn)時磁強計探頭可隨探頭安裝平臺沿螺線管線圈軸線外部的延長線移動至其內(nèi)部的均勻磁場區(qū)內(nèi)。
文檔編號G01R35/00GK103033786SQ20111030213
公開日2013年4月10日 申請日期2011年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月8日
發(fā)明者周斌, 王勁東, 趙華 申請人:中國科學(xué)院空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心