[發明專利]基于軸面角確定三軸磁傳感器軸間角的方法

有效

• 申請號: 201110414214.X
• 申請日: 2011-12-13
• 公開（公告）號: CN102564383A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 王慧;趙曉光;張明志;宋博
• 申請（專利權）人: 北京東方計量測試研究所
• 主分類號: G01B21/22
• 分類號: G01B21/22;G01B7/30
• 代理公司: 北京海虹嘉誠知識產權代理有限公司 11129
• 代理人: 吳小燦

技術領域

本發明涉及磁傳感器技術領域，特別是涉及一種基于軸面角確定三軸磁傳感器軸間角的方法。

背景技術

三軸磁傳感器廣泛應用于航天、航空、船舶和武器裝備等各個領域，用于進行三個方向的磁場強度的測量，三個測量軸向互成90度角，構成一個正交的三維測量系統。但由于加工和工藝等原因，使得三軸磁傳感器的三個測量軸不可能做到絕對正交，由于三個測量軸的不正交會給磁場強度的矢量測量帶來很大誤差。解決的辦法是，如果能得知三軸磁傳感器的三個軸之間的夾角角度值，即軸間角角度值，就可以通過坐標變換對測量結果進行修正。

目前，有一些方法可以直接測量三軸磁傳感器三軸之間的軸間角，但由于測量方法以及測量系統的本身準確度問題，另外還存在認為計算誤差等因素，其測量結果的精確度已不能滿足現代測量技術日益發展的需要。隨著對測量精度的要求的不斷提高，需要有更準確的確定三軸磁傳感器軸間角的方法。

中國專利ZL200710110579.3提供了一種三軸磁傳感器的測試方法，通過該方法可以準確測量三軸磁傳感器的軸面角，所說的軸面角是指三軸磁傳感器的其中的一條軸與另外兩條軸所成的平面之間的夾角。中國專利ZL200710110579.3提供的測試方法，原理是采用投影的方法進行測量，即在三軸磁傳感器的其中的一條軸上，加上一個已知的標準磁場，由于該軸與另外兩條軸所成的平面之間存在夾角，從三軸磁傳感器讀出的數據小于實際加入的標準磁場，根據這兩個磁場數值的比值，即能得到所說的軸面角角度值；對每條軸的方向進行同樣的測量，就可得出三個軸面角角度值。

發明內容

本發明提供一種基于軸面角確定三軸磁傳感器軸間角的方法，目的是提高三軸磁傳感器三軸之間的夾角即軸間角的校準精度，從而提高三軸磁傳感器矢量測量的準確性和可靠性。

本發明的技術方案是：

一種基于軸面角確定三軸磁傳感器軸間角的方法，所述軸間角是指三軸磁傳感器的三個正交測量軸中每兩個軸之間形成的實際夾角，所述三軸磁傳感器具有三個軸間角，其特征在于，首先分別測量每一條軸與另外兩條軸所成的平面之間的夾角，即軸面角；所述軸面角采用投影的方法進行測量，即在三軸磁傳感器的其中的一條軸上，加上一個已知的標準磁場，由于該軸與另外兩條軸所成的平面之間存在一定的夾角，從三軸磁傳感器讀出的數據小于實際加入的標準磁場，根據這兩個磁場數值的比值，即能得到所述軸面角角度值；對每條軸進行同樣的測量，就可得出三個軸面角角度值；根據測得的軸面角，利用幾何原理建立每條軸的軸面角與三個軸間角之間的關系式，得到每個軸面角分別與三個軸間角建立的關系式組成的聯立方程組，由該聯立方程組建立計算機程序模塊，通過運行所述計算機程序模塊得到三軸磁傳感器三條軸之間的夾角，即軸間角角度值。

所述建立每條軸的軸面角與三個軸間角之間的關系式的方法，包括：

1)根據測得的一個軸與另外兩條軸所成的平面的軸面角θ，從該軸上截取單位長度線段OA，從A點向另外兩條軸所成的平面做垂線，得出OA在這兩條軸所成的平面上的面投影線為OE，垂線與這兩條軸所成的平面的交點為面垂足E；再從所得的面垂足E向這兩條軸分別做垂線，得到該面投影線在兩條軸的軸投影線為OB和OC，垂線與兩條軸的交點分別為線垂足B和C；

2)根據三軸磁傳感器的三軸交點O、所述面垂足E和兩個線垂足B、C這四個共面的點的幾何特性，引入以面投影線的長度OE為直徑的外接圓，通過外接圓，建立面投影線OE與處于外接圓所在平面的這兩條軸之間的夾角α的關系式；所述夾角α即為三軸磁傳感器的一個軸間角；

3)再根據所述線段OA與所述兩條軸投影線OB、OC的幾何關系，得出軸投影線OB與OA和OB之間的夾角β的邊角關系，以及軸投影線OC與OA和OC之間的夾角γ的邊角關系；并通過在外接圓上建立的軸投影線OB、OC與面投影線OE的幾何關系，得出面投影線OE與兩個夾角β、γ的關系式；所述夾角β、γ即為三軸磁傳感器的另兩個軸間角；

4)將步驟2)和3)得到的兩個關系式聯立，再通過面投影線OE與軸面角θ的關系得出軸面角θ與三個軸間角α、β、γ的關系式；

5)同理，得到另外兩個軸面角分別與三個軸間角α、β、γ的關系式。

所述每個軸面角與三個軸間角建立的關系式聯立組成的方程組為非線性方程組，采用數值分析的方法進行求解。

本發明的技術效果：