一种水下动态高精度磁力测量方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种水下动态高精度磁力测量方法及装置，所述方法包括以下步骤：步骤A：校准磁力仪自身三轴,使磁力仪三轴各轴之间保持正交，包括以下子步骤：步骤A1：求出除载体外的外界固定干扰磁力Hh的值，步骤A2：采用最小二乘法求出ξ，步骤A3求出对称矩阵A，步骤A4：求出K和He，步骤A5：计算出Hm；步骤B包括依次执行的以下步骤：步骤B1：将姿态仪X轴旋转与磁力仪的X轴重合，步骤B2：将姿态仪Y轴旋转与磁力仪的Y轴重合，步骤B3：将姿态仪Z轴旋转与磁力仪的Z轴重合。本发明专利技术使得磁力仪自身的磁轴正交且各磁轴与姿态仪对应的各轴保持一致，能在动态条件下获取高精度的磁力测量数据。

Underwater dynamic high-precision magnetic measurement method and device

The invention relates to an underwater dynamic high-precision magnetic measurement method and device. The method comprises the following steps: step A: calibrate the three axes of the magnetometer itself to keep the orthogonality between the three axes of the magnetometer, including the following sub-steps: step A1: find out the value of the external fixed interference magnetic Hh except the carrier, step A2: adopt the most effective method. Step A 4: K and He, step A 5: Hm; step B includes the following steps: step B1: coincide the X-axis rotation of the attitude meter with the X-axis of the magnetometer; step B: coincide the Y-axis rotation of the attitude meter with the Y-axis of the magnetometer; step B: coincide the Y-axis rotation of the attitude meter with the Y-axis of the magnetometer; step B: rotate the Z-axis of the attitude meter. The Z axis coincides with the magnetometer. The magnetic axis of the magnetometer itself is orthogonal, and the magnetic axes are consistent with the corresponding axes of the attitude meter, so that high-precision magnetic measurement data can be obtained under dynamic conditions.

【技术实现步骤摘要】
一种水下动态高精度磁力测量方法及装置
本专利技术涉及勘探设备
，具体是一种水下动态高精度磁力测量方法及装置。
技术介绍
海底磁力测量的精度跟距离成正比，距离海底越近，测量的磁力精度也越高，距离越远，精度越低；而传统的海洋磁力勘探采用船载方式，由于距离异常源较远，难以获取高分辨率的磁力信息，达不到深海油气和矿产资源勘查的精度和分辨率要求。在深水环境中，磁力仪借助载体进行海洋磁力探测，比如通过将磁力仪安装在探测拖体上，探测拖体在母船拖曳过程中，受母船拖曳和海流的影响，探测拖体的姿态会有一定的变化，这导致磁力仪磁场的三轴方向与姿态仪的三轴(X、Y、Z轴)方向不一致，而姿态仪的三轴代表真实的地球三轴坐标，这就意味着磁力仪测得的三轴方向的磁场，即测得的磁力三分量三轴与地球三轴坐标不一致，而使得对磁力三分量进行合成后与真实的磁力有误差，也即测得的磁力三分量精度不高。这样为了获取高精度的磁力三分量，就需要解决磁力仪三轴方向与姿态仪三轴一致的问题。同时由于磁力仪所搭载的载体，具体在海洋探测应用中，磁力仪搭载的拖体中的铁磁性材料部件会对地磁场叠加一个干扰磁力，该干扰磁力，定义为载体上的固有磁场；同时拖体中材料会被地磁场所磁化，其个材料的磁化率是各向异性的，被地磁场所磁化后产生的干扰磁力也会施加在拖体上，材料磁化后产生的干扰磁力，定义为除载体外的外界固定干扰磁力；由于上述两种干扰磁力的存在，使得测量数据最终形成一个球心偏离原点、主轴与系统坐标系斜交的椭球面，也即是存在磁力仪在各轴轴间非正交、各轴刻度因子不一致、零偏不一致的问题。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的之一提供一种水下动态高精度磁力测量方法，其能够解决磁力仪三轴不能正交的问题。本专利技术的目的之二提供一种磁力磁力装置，其能够解决磁力仪三轴不能正交的问题。实现本专利技术目的之一的技术方案为：一种水下动态高精度磁力测量方法，包括以下步骤：步骤A：校准磁力仪自身三轴,使磁力仪三轴各轴之间保持正交，包括以下子步骤：步骤A1：获取磁力仪的测量数据Hmi，求出除载体外的外界固定干扰磁力Hh的值，计算公式为①：式中，n为采样点个数，步骤A2：采用最小二乘法求出公式②的ξ，式中，X′＝[x2xyy2xzyzz21]，ξ＝[abcdef1]T，a,b,c,d,e,f均为常数，F＝X′ξ,(x,y,z)表示(Hm-Hh)在0xyz坐标系下三轴分量的值，步骤A3：根据公式③求出对称矩阵A，步骤A4：根据方程组④，求出K和He，其中，U为正交矩阵，SA为A的特征值组成的对角阵，M＝(E+K)-1，E为3×3的单位矩阵，K为载体感应磁场系数，步骤A5：根据公式⑤计算出Hm，Hm＝(K+E)-1He+Hh------⑤由此得到三轴正交的Hm，相比于普通的磁力仪，保证了测得数据精度更高；经过步骤A处理后，执行步骤B，实现磁力仪三轴方向与姿态仪三轴保持一致，步骤B包括依次执行的以下步骤：步骤B1：将姿态仪X轴旋转与磁力仪的X轴重合，根据公式⑥得到旋转后的三轴磁力分量，式中，(x1,y1,z1)为X轴旋转后的磁力仪的三轴磁力分量，(x,y,z)为未旋转前的磁力仪的三轴磁力分量，ψ为姿态仪的X轴与磁力仪的X轴之间的倾斜角度；步骤B2：将姿态仪Y轴旋转与磁力仪的Y轴重合，根据公式⑦得到旋转后的三轴磁力分量，式中，(x2,y2,z2)为Y轴旋转后的磁力仪的三轴磁力分量，τ为姿态仪的Y轴与磁力仪的Y轴之间的倾斜角度；步骤B3：将姿态仪Z轴旋转与磁力仪的Z轴重合，根据公式⑧得到旋转后的三轴磁力分量，式中，(x2,y2,z2)为Z轴旋转后的磁力仪的三轴磁力分量，ω为姿态仪的Z轴与磁力仪的Z轴之间的倾斜角度；步骤B1、B2和B3中的ψ、τ和ω的值可由姿态仪内部的三轴加速度计直接计算获取。进一步地，所述磁力仪为磁通门磁力仪。实现本专利技术目的之二的技术方案为：一种磁力测量装置，包括大直径筒、小直径筒、磁力仪、姿态仪和控制器，小直径筒的长度大于大直径筒的长度；所述大直径筒包括第一上盖、第一筒体和下盖，第一筒体为中空的圆筒形结构，第一上盖和下盖分别设置在第一筒体的两端，第一上盖和下盖与第一筒体的连接均为可拆卸且密封连接，小直径筒包括第二筒体和第二上盖，第二筒体与第一上盖及第二上盖与第二筒体之间均为密封固定连接；第一筒体内设有姿态仪和控制器，小直径筒的第二筒体内设有磁力仪；姿态仪和磁力仪均与控制器电性连接，控制器用于执行所述的水下动态高精度磁力测量方法。进一步地，所述大直径筒的直径为347mm，小直径筒的直径为99mm，大直径筒的长度为530mm，小直径筒的长度为1616mm。进一步地，所述磁力仪为磁通门磁力仪。本专利技术的有益效果为：1)本专利技术解决动态条件下，磁力仪自身各轴间不能正交的问题；2)同时解决了磁力仪与姿态仪对应的各轴之间不一致的问题，使得磁力仪自身的磁轴正交且各磁轴与姿态仪对应的各轴保持一致，能在动态条件下获得高精度的磁力测量数据。附图说明图1为本专利技术的结构示意图；图2为本专利技术的变形量云图；图3为本专利技术的等效应力云图；图4为本专利技术的大直径筒的变形量云图；图5为本专利技术的大直径筒的等效力云图；图6为本专利技术的大直径筒的第一阶屈曲变形云图；图中，3081-第二上盖、3082-第二筒体、3083-第一上盖、3084-第一筒体、3085-下盖。具体实施方式下面，结合附图以及具体实施方式，对本专利技术做进一步描述：如图1所示，一种水下动态高精度磁力装置，包括大直径筒、小直径筒和控制器(图中未示出)，所述大直径筒的直径为347mm，小直径筒的直径为99mm，小直径筒的长度大于大直径筒的长度，大直径筒的长度为530mm，属于短圆筒的结构形状，小直径筒的长度为1616mm，属于长圆筒的结构形状；所述大直径筒包括第一上盖3083、第一筒体3084和下盖3085，第一筒体3084为中空的圆筒形结构，第一筒体3084内设有姿态仪，第一上盖3083和下盖3085分别设置在第一筒体3084的两端，小直径筒包括第二筒体3082和第二上盖3081，第二筒体3082与第一上盖3083为密封固定连接，第二上盖3081与第二筒体3082为密封固定连接，小直径筒的第二筒体3082内设有磁通门传感器组成的磁力仪，也即在第二筒体3082内设有磁通门磁力仪，在本实施例中，可以采用北京圣烁科技有限公司生产的型号为FVM-400的磁通门磁力仪；姿态仪和控制器均设置在大直径筒的第一筒体3084内，姿态仪和磁力仪均与控制器电性连接；为了便于将包括姿态仪和控制器在内的设备安装在第一筒体3084内部，将第一上盖3083和下盖3085与第一筒体3084的连接方式均设计为可拆卸连接，同时，为了保证磁力装置能够适应水下环境，第一上盖3083和下盖3085与第一筒体3084的连接均为密封连接。设计这样一大一小的变径直径筒，可以确保磁通门传感器和姿态仪之间保持一定的距离，避免由于靠近大直径筒内的电子设备而对磁通门传感器造成影响。在深水环境中，磁力仪直接接触到海水，故磁力仪需要能够承受高压，为此需要对大直径筒和小直径筒的壁厚进行精心的设计：大直径筒和小直径筒均采用TC4钛合金，该材料特性参数为：密度4500kg/m3，抗拉强度895MPa，屈服强度825MPa，弹性模本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水下动态高精度磁力测量方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤A：校准磁力仪自身三轴,使磁力仪三轴各轴之间保持正交，包括以下子步骤：步骤A1：获取磁力仪的测量数据Hmi，求出除载体外的外界固定干扰磁力Hh的值，计算公式为①：

【技术特征摘要】
1.一种水下动态高精度磁力测量方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤A：校准磁力仪自身三轴,使磁力仪三轴各轴之间保持正交，包括以下子步骤：步骤A1：获取磁力仪的测量数据Hmi，求出除载体外的外界固定干扰磁力Hh的值，计算公式为①：式中，n为采样点个数，步骤A2：采用最小二乘法求出公式②的ξ，式中，ξ＝[abcdef1]T，a,b,c,d,e,f均为常数，F＝X′ξ,(x,y,z)表示(Hm-Hh)在0xyz坐标系下三轴分量的值，步骤A3：根据公式③求出对称矩阵A，步骤A4：根据方程组④，求出K和载体的固有磁场He，其中，U为正交矩阵，SA为A的特征值组成的对角阵，M＝(E+K)-1，E为3×3的单位矩阵，K为载体感应磁场系数，步骤A5：根据公式⑤计算出地磁场观测值Hm，Hm＝(K+E)-1He+Hh------⑤由此得到三轴正交的Hm。2.根据权利要求1所述的水下动态高精度磁力测量方法，其特征在于：经过所述步骤A处理后，执行步骤B，步骤B包括依次执行的以下子步骤：步骤B1：将姿态仪X轴旋转与磁力仪的X轴重合，获取姿态仪的X轴与磁力仪的X轴之间的倾斜角度ψ，根据公式⑥得到旋转后的三轴磁力分量，式中，(x1,y1,z1)为X轴旋转后的磁力仪的三轴磁力分量，(x′,y′,z′)为未旋转前的磁力仪的三轴磁力分量；步骤B2：将姿态仪Y轴旋转与磁力仪的Y轴重合，获取姿态仪的Y轴与磁...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈洁，车振，王劲松，佘以军，曹平军，杨昌茂，廖开训，
申请(专利权)人：广州海洋地质调查局，
类型：发明
国别省市：广东,44