一种磁异常信号测量装置及测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术提出一种磁异常信号测量装置，其包括三轴磁场传感器、测距传感器、数据计算处理单元；三轴磁场传感器测量经过监测范围内的铁磁性目标在磁场传感器位置产生的磁场信号，测距传感器测量传感器到目标轨迹的垂直距离,三轴磁场传感器和测距传感器将信号输入数据计算处理单元，计算目标的运行速度。本发明专利技术还提出了一种磁异常信号测量方法。本发明专利技术不受各种诸如雨、雪、风、大雾、雾霾等环境条件的影响，可以在其他测量手段失效的情况下对各种道路上目标如车辆、飞机等目标进行测量，且仅采用单个三轴磁场传感器配合一个测距传感器即可实现目的。本发明专利技术具良好的应用前景。

A Measuring Device for Magnetic Abnormal Signal and Its Measuring Method

The invention provides a magnetic anomaly signal measuring device, which comprises a three-axis magnetic field sensor, a ranging sensor and a data processing unit; a three-axis magnetic field sensor measures the magnetic field signal generated by a ferromagnetic target in the position of a magnetic field sensor within the monitoring range; a ranging sensor measures the vertical distance from the sensor to the target trajectory; and a three-axis magnetic field sensor and a ranging sensor will communicate with each other. Number input data calculation processing unit to calculate the target speed. The invention also provides a method for measuring magnetic anomaly signal. The invention is not affected by various environmental conditions such as rain, snow, wind, fog, haze, etc. It can measure various road targets such as vehicles, aircraft and other targets when other measuring means fail, and can achieve the goal only by using a single triaxial magnetic field sensor with a range sensor. The invention has good application prospect.

【技术实现步骤摘要】
一种磁异常信号测量装置及测量方法
本专利技术涉及磁场测量领域，具体涉及一种磁异常信号测量装置及测量方法，来测量运动物体及其速度。
技术介绍
利用物体对磁场的扰动来测量该物体的运动和状态的方法叫做磁异常测量。这种方法有诸多优点，磁场测量不受各种诸如雨、雪、风、大雾、雾霾等环境条件的影响，可以在其他测量手段失效的情况下对各种道路上目标如车辆、飞机等目标进行测量。现有的测量方法中，单个传感器往往只能对目标的靠近和远离做出定性的判断；对于目标的速度等参数的测量往往需要多个传感器布网来实现。
技术实现思路
本专利技术提出了一种磁异常信号测量装置及方法，仅需要单一位置传感器来实现通过磁场测量运动物体及其运动速度。本专利技术利用一定的算法采用单个三轴磁场传感器和一个单向测距传感器组成装置实现测量目标。本专利技术提出一种磁异常信号测量装置，其包括三轴磁场传感器、单向测距传感器、数据计算处理单元；所述三轴磁场传感器测量经过监测范围内的铁磁性目标在磁场传感器位置产生的磁场信号，所述测距传感器测量运动物体经过运动轨迹和测距方向垂直交点的信号，确认坐标原点到运行轨迹的垂直距离；所述三轴磁场传感器和所述单向测距传感器将磁场信号和距离信号输入数据计算处理单元，所述数据计算处理单元计算目标的运行速度。其中，所述三轴磁场传感器的位置为原点建立直角坐标系，所述三轴磁场传感器感应方向为所述直角坐标系的x、y、z三方向；所述测距传感器位于坐标原点，其测距方向平行于所述三轴磁场传感器的一个敏感感应方向。本专利技术还提出了一种磁异常信号测量方法，所述方法为采用单个三轴磁场传感器和一个单向测距传感器测量目标的运动轨迹，其中，所述三轴磁场传感器测量经过监测范围内的铁磁性目标在磁场传感器位置产生的磁场信号，所述测距传感器测量运动物体经过运动轨迹和测距方向垂直交点的信号，确认坐标原点到运行轨迹的垂直距离，所述三轴磁场传感器和测距传感器将磁场信号和距离信号输入数据计算处理单元，按以下公式推导，计算目标的运行速度：其中，所述三轴磁场传感器位于所建立的直角坐标系的原点，其中目标指向所述三轴磁场传感器的距离矢量为目标的磁化强度矢量为所述三轴磁场传感器测量的磁场矢量为为坐标轴的单位矢量。μ0＝4π×10-7，轨迹1、2、3为目标沿平行坐标轴运行的轨迹，距离坐标轴距离为C(道路中心到传感器的最近距离，使用测距传感器测量)。计算公式如下：其中，如果使所述三轴磁场传感器在道路上的部署达到一定的条件会使得以上公式(2)-(4)化为一个更加简单的形式，原则为使某一个坐标轴的值为0，即使x、y、z三个值中有一个为0(如图2)。这些轨迹如：轨迹1：z＝0，x＝C，y＝(-∞→+∞)其中，Bz(t)为所述三轴磁场传感器的Z轴磁场实际采样值，C为测距传感器的测量值，则可发现Bz有且只有一个极值，在Bz取极值时y＝0。mz可以通过Bz(t)的极值点值和y＝0求得，由于三轴同步采样可以得到By(t)、Bx(t)在y＝0时的值。进而可以代入公式(2)、公式(3)求得mx、my。已知mz、C和Bz(t)代入公式(5)得到y和t的对应关系从而求得物体的运动速度。轨迹2：z＝0,y＝C,x＝(-∞→+∞)其中，Bz(t)为所述三轴磁场传感器的Z轴磁场实际采样值，C为测距传感器的测量值，mx，my，mz可以通过上述相同方法求得，可得到z和t的对应关系从而求得物体的运动速度。轨迹3：x＝0，z＝C，y＝(-∞→+∞)其中，Bx(t)为所述三轴磁场传感器的X轴磁场实际采样值，C为测距传感器的测量值，mx，my，mz可以通过过上述相同方法求得，可得到x和t的对应关系从而求得物体的运动速度。本专利技术也可以包括一些其他满足上述条件的传感器部署的轨迹设定。本专利技术不受各种诸如雨、雪、风、大雾、雾霾等环境条件的影响，可以在其他测量手段失效的情况下对各种道路上目标如车辆、飞机等目标进行测量。现有技术中对于目标的速度等参数的测量往往需要多个传感器布网来实现，而本专利技术则利用一定的算法只需要采用单个三轴磁场传感器配合一个测距传感器构成测量装置即可实现测量目的。本专利技术具良好的应用前景。附图说明图1本专利技术磁异常信号测量装置示意图。图2本专利技术的测量运动目标示意图。图3本专利技术的具体实施方式中z＝0，x＝2.5m，y＝(-∞→+∞)传感器部署示意图。图4本专利技术的具体实施方式中z＝0，x＝2.5,y＝(-∞→+∞)时传感器信号。具体实施方式结合以下具体实施例和附图，对本专利技术作进一步详细说明。实施本专利技术的过程、条件、实验方法等，除以下专门提及的内容之外为本领域普遍知识和公知常识。如图1-4所示，01-三轴磁场传感器，02-单向测距传感器，03-数据计算处理单元,04-测量目标。本专利技术提出一种磁异常信号测量装置，其包括三轴磁场传感器01、单向测距传感器02、数据计算处理单元03；三轴磁场传感器测量经过监测范围内的铁磁性目标在磁场传感器位置产生的磁场信号，测距传感器测量运动物体经过运动轨迹和测距方向垂直交点的信号，确认坐标原点到运行轨迹的垂直距离，三轴磁场传感器和单向测距传感器将磁场信号和距离信号输入数据计算处理单元，输入数据计算处理单元计算目标的运行速度。本专利技术提出一种磁异常信号测量方法，方法为采用单个三轴磁场传感器01和一个单向测距传感器02测量目标的运动轨迹，其中，三轴磁场传感器测量经过监测范围内的铁磁性目标在磁场传感器位置产生的磁场信号，测距传感器测量运动物体经过运动轨迹和测距方向垂直交点的信号，确认坐标原点到运行轨迹的垂直距离，三轴磁场传感器和测距传感器将该信号输入数据计算处理单元，按以下公式，计算目标的运行速度。如图2所示，建立直角坐标系，三轴磁场传感器位于坐标系的原点，其中目标指向传感器的距离矢量为目标的磁化强度矢量为为传感器测量的磁场矢量为为坐标轴的单位矢量。μ0＝4π×10-7，轨迹1、2、3为目标沿平行坐标轴运行的轨迹，距离坐标轴距离为C(道路中心到传感器的最近距离)。观察三个公式可以发现如果使传感器在道路上的部署达到一定的条件会使得公式(2)-(4)化为一个更加简单的形式,原则为使某一个坐标轴的值为0，即使x、y、z三个值中有一个为0。这些轨迹如：轨迹1：z＝0,x＝C,y＝(-∞→+∞)其中，Bz(t)为磁场传感器01的Z轴磁场实际采样值，C为测距传感器02测量值，则可发现Bz有且只有一个极值，在Bz取极值时y＝0。mz可以通过Bz(t)的极值点值和y＝0求得，由于三轴同步采样可以得到By(t)、Bx(t)在y＝0时的值。进而可以代入(2)、(3)求得mx、my。已知mz、C和Bz(t)代入公式(5)得到y和t的对应关系从而求得物体的运动速度。轨迹2：z＝0,y＝C,x＝(-∞→+∞)其中，Bz(t)为磁场传感器01的Z轴磁场实际采样值，C为测距传感器02测量值，mx,my,mz可以通过上文相同方法求得，可得到z和t的对应关系从而求得物体的运动速度。轨迹3：x＝0,z＝C,y＝(-∞→+∞)其中，Bx(t)为磁场传感器01的X轴磁场实际采样值，C为测距传感器02测量值，mx,my,mz可以通过过上文相同方法求得，可得到x和t的对应关系从而求得物体的运动速度。本专利技术也可以包括一些其他满足上述条件的传感器部署的轨迹设定。具体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磁异常信号测量装置，其特征在于，所述装置包括三轴磁场传感器、测距传感器和数据计算处理单元；其中，所述三轴磁场传感器测量经过监测范围内的运动目标在磁场传感器位置产生的磁场信号；所述测距传感器测量传感器到目标的距离信号；所述三轴磁场传感器和所述测距传感器将磁场信号和距离信号输入所述数据计算处理单元；所述数据计算处理单元计算目标的运行速度。

【技术特征摘要】
1.一种磁异常信号测量装置，其特征在于，所述装置包括三轴磁场传感器、测距传感器和数据计算处理单元；其中，所述三轴磁场传感器测量经过监测范围内的运动目标在磁场传感器位置产生的磁场信号；所述测距传感器测量传感器到目标的距离信号；所述三轴磁场传感器和所述测距传感器将磁场信号和距离信号输入所述数据计算处理单元；所述数据计算处理单元计算目标的运行速度。2.如权利要求1所述的磁异常信号测量装置，其特征在于，所述三轴磁场传感器的位置为原点建立直角坐标系，所述三轴磁场传感器感应方向为所述直角坐标系的x、y、z三方向；所述测距传感器探测位于坐标原点。3.一种磁异常信号测量方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：三轴磁场传感器测量经过监测范围内的运动目标在磁场传感器位置产生的磁场信号；步骤二：测距传感器测量传感器到目...

【专利技术属性】
技术研发人员：张清，王江涛，赵振杰，李欣，潘海林，徐刚，陈彪，施永昌，
申请(专利权)人：华东师范大学，
类型：发明
国别省市：上海,31