三轴磁强计校正方法以及三轴磁梯度计校正方法技术

本发明专利技术涉及一种磁强计校正方法以及磁梯度计校正方法，尤其是涉及一种三轴磁强计校正方法以及三轴磁梯度计校正方法。本发明专利技术在无需标准三轴线圈、标准磁场及已规格化三轴磁强计的条件下对三轴磁强计和三轴磁梯度计的非正交性、轴间耦合及灵敏度不一致所产生的误差及载体磁干扰一并进行了校正。本发明专利技术以普通的三轴线圈、标量磁强计、高精度电流源组成校正装置，其校正精度与被校正的三轴磁强计单轴的测试精度同数量级。本发明专利技术在校正过程中无需转动被校正的三轴磁强计和三轴磁梯度计，操作过程简单，校正精度高，提高了三轴磁强计和三轴磁梯度计对磁场矢量测试精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种磁强计校正方法以及磁梯度计校正方法，尤其是涉及一种。
技术介绍
由于三轴磁强计和三轴磁梯度计探头机械加工装配误差、线圈绕制误差、磁芯非对称误差等，使三磁轴间不正交且具有相互耦合效应，其三轴灵敏度也存在微弱差别，这将严重影响三轴磁强计和三轴磁梯度计的矢量测试精度，必须进行校正。目前使用的校正方法主要有 1.操作磁强计在地磁场中转动到各方位使其尽可能“各向经历”，以地磁场模量不变构成方程，解之得到各系数，然后正交化运算实现校正，但当轴间耦合较强时该方法在理论上不成立，且其精度受到磁强计线性度的制约，该方法只在要求较低的磁罗盘磁强计中使用，且当轴间耦合较强时该方法在理论上不成立。 2.将磁强计放在转台上一并放置在亥姆霍兹线圈的均匀区中心，以相距很远(如MAGSAT磁强计校正时为400米)的两点为参照，用高精度经纬仪进定标使磁强计每次精确转动90度，同时亥姆霍兹线圈所产生一设定的磁场，磁强计读出三组数据，每次通过该数据及待求的正交校正矩阵构成一矢量，由此得到多个矢量，由于精确转动90度，这些矢量之间的标量积应该为零，据此可组成方程组，解之得到校正矩阵，但该方法操作时间较长，场地面积要求过大，背景磁场可能发生变化而引起误差，转台等要求无磁性且进行精确转动对设备要求太高。 3.第三种校正方法需要假定一个标准三轴磁场线圈，该标准三轴磁场线圈在工程上难以实现，该方法在计算中所要求的一个关键参数——标准输出电压因子Vm定义为“一个已规格化的三轴磁强计在标准磁场下的估计值”，该定义中假定的“已规格化的三轴磁强计”和“标准磁场”难以在实际操作中提供，用统一的标准输出电压因子Vm也不可能适用于不同的三轴线圈磁场。另外，材料、元器件及固定连接的装置等会产生磁干扰，磁强计所安装于其上的装置也会产生磁干扰，这些磁干扰的性质完全相同，我们称之为载体磁干扰，改方法也未考虑载体磁干扰校正。
技术实现思路
本专利技术主要是解决现有技术所存在的在理论上不成立，且其精度受到磁强计线性度的制约，该方法只在要求较低的磁罗盘磁强计中使用，且当轴间耦合较强时该方法在理论上不成立等的技术问题；提供了一种精度不受到磁强计线性度的制约，在要求较高的磁罗盘磁强计中也能使用，且适用于轴间耦合较强时的情况的。 本专利技术还有一目的是解决现有技术所存在的操作时间较长，场地面积要求过大，背景磁场可能发生变化而引起误差，转台等要求无磁性且进行精确转动对设备要求太高等的技术问题；提供了一种操作时间短，场地面积要求小，设备要求低的。 本专利技术再有一目的是解决现有技术所存在的用统一的标准输出电压因子Vm也不可能适用于不同的三轴线圈磁场，材料、元器件及固定连接的装置等会产生磁干扰，磁强计所安装于其上的装置也会产生磁干扰等的技术问题；提供了一种不涉及到统一的标准输出电压因子Vm，校正过程中不会产生磁干扰的。 本专利技术的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的 三轴磁强计校正方法，主要运用三轴线圈、标量磁强计、电流源、被校正三轴磁强计及载体，其特征在于具有如下步骤 a.将三轴线圈均匀区中心的背景磁场补偿至磁场值小于1nT的水平； b.将步骤a的三轴线圈每个轴向上均依次施加正负两个方向的电流，记录所施加的电流值和放置在上述三轴线圈均匀区中心的标量磁强计相应的输出值，并计算出上述三轴线圈每个轴向上的线圈常数； c.将完成步骤b后的三轴线圈每两个轴向上均依次施加组合电流，记录所施加的电流值和放置在上述三轴线圈均匀区中心的标量磁强计的相应输出值，计算出上述三轴线圈每两个轴之间的夹角及线圈矩阵； d.移出完成步骤c后的标量磁强计，放置三轴磁强计及载体在以上述标量磁强计原来所在位置点为圆心，半径小于0.1mm的区域内任何一点处，磁强计三轴的每个轴向与其所对应的标量磁强计的三轴的每个轴向的角度差在0分-10分，并在三轴线圈每个轴向上均依次施加电流，记录所施加的电流值以及三轴磁强计每个轴向与所施加的电流值相应的输出电压值； e.计算步骤d中三轴线圈每个轴向所施加的电流值与步骤b中三轴线圈与上述所施加的电流值相对应的每个轴向的线圈常数的乘积，将完成步骤d后记录的输出电压值除以与三轴线圈每个轴向的输出电压值相对应的上述乘积，并组成系数矩阵； f.将步骤c中的线圈矩阵的逆矩阵乘以步骤e中的系数矩阵的逆矩阵得到校正矩阵-1-1； g.将步骤f中的校正矩阵-1-1乘以上述三轴磁强计的步骤d中的输出电压值获得三轴磁强计的校正后的数据。 在上述的三轴磁强计校正方法，所述步骤c中，组合电流共有正正、正负、负正、负负四种电流。 在上述的三轴磁强计校正方法，所述载体是探头支架、磁强计外壳、与磁强计固定连接的装置。 在上述的三轴磁强计校正方法，所述的标量磁强计为光泵磁强计或者质子磁强计。 三轴磁梯度计校正方法，主要运用三轴线圈、标量磁强计、电流源、被校正三轴磁强计及载体，其特征在于具有如下步骤 a.将三轴线圈均匀区中心的背景磁场补偿至磁场值小于1nT的水平； b.将步骤a的三轴线圈每个轴向上均依次施加正负两个方向的电流，记录所施加的电流值和放置在上述三轴线圈均匀区中心的标量磁强计相应的输出值，并计算出上述三轴线圈每个轴向上的线圈常数； c.将完成步骤b后的三轴线圈每两个轴向上均依次施加组合电流，记录所施加的电流值和放置在上述三轴线圈均匀区中心的标量磁强计的相应输出值，计算出上述三轴线圈每两个轴之间的夹角及线圈矩阵； d.移出完成步骤c后的标量磁强计，放置三轴磁梯度计的第一个三轴磁强计及载体在以上述标量磁强计原来所在位置点为圆心，半径小于0.1mm的区域内任何一点处，磁强计三轴的每个轴向与其所对应的标量磁强计的三轴的每个轴向的角度差在0分-10分，并在三轴线圈每个轴向上均依次施加电流，记录所施加的电流值以及第一个三轴磁强计每个轴向与所施加的电流值相应的输出电压值； e.计算步骤d中三轴线圈每个轴向所施加的电流值与步骤b中三轴线圈与上述所施加的电流值相对应的每个轴向的线圈常数的乘积，将完成步骤d后记录的输出电压值除以与三轴线圈每个轴向的输出电压值相对应的上述乘积，并组成系数矩阵； f.将步骤c中的线圈矩阵的逆矩阵乘以步骤e中的系数矩阵的逆矩阵得到校正矩阵-1-1； g.将完成步骤f后的三轴磁梯度计及载体整体平移，使三轴磁梯度计的第二个三轴磁强计移至以三轴磁梯度计的第一个三轴磁强计原来所在位置点为圆心，半径小于0.1mm的区域内任何一点处，第二个磁强计三轴的每个轴向与其所对应第一个磁强计的三轴的每个轴向的角度差在0分-10分； h.重复步骤a至f，及按照与上述三轴磁梯度计的第一个三轴磁强计同样的步骤，依次获得第二个三轴磁强计每个轴向与所施加的电流值相应的输出电压值，以及第二个校正矩阵-1-1； i.将步骤f中的校正矩阵-1-1乘以上述步骤d中的第一个三轴磁强计的输出电压值获得三轴磁梯度计的第一个三轴磁强计的校正结果数据； j.将步骤h中的第二个校正矩阵-1-1乘以步骤h中三轴磁梯度计的第二个三轴磁强计的输出电压值获得上述三轴磁梯度计的第二个三轴磁强计的校正结果数据； k.将步骤i个的三轴磁梯度计的第一个三轴磁本文档来自技高网...

【技术保护点】
三轴磁强计校正方法，主要运用三轴线圈、标量磁强计、电流源、被校正三轴磁强计及载体，其特征在于具有如下步骤：ａ．将三轴线圈均匀区中心的背景磁场补偿至磁场值小于１ｎＴ的水平；ｂ．将步骤ａ的三轴线圈每个轴向上均依次施加正负两个方向的电流，记录所施加的电流值和放置在上述三轴线圈均匀区中心的标量磁强计相应的输出值，并计算出上述三轴线圈每个轴向上的线圈常数；ｃ．将完成步骤ｂ后的三轴线圈每两个轴向上均依次施加组合电流，记录所施加的电流值和放置在上述三轴线圈均匀区中心的标量磁强计的相应输出值，计算出上述三轴线圈每两个轴之间的夹角及线圈矩阵［Ｔ］；ｄ．移出完成步骤ｃ后的标量磁强计，放置三轴磁强计及载体在以上述标量磁强计原来所在位置点为圆心，半径小于０．１ｍｍ的区域内任何一点处，磁强计三轴的每个轴向与其所对应的标量磁强计的三轴的每个轴向的角度差在０分－１０分，并在三轴线圈每个轴向上均依次施加电流，记录所施加的电流值以及三轴磁强计每个轴向与所施加的电流值相应的输出电压值；ｅ．计算步骤ｄ中三轴线圈每个轴向所施加的电流值与步骤ｂ中三轴线圈与上述所施加的电流值相对应的每个轴向的线圈常数的乘积，将完成步骤ｄ后记录的输出电压值除以与三轴线圈每个轴向的输出电压值相对应的上述乘积，并组成系数矩阵［Ｓ］；ｆ．将步骤ｃ中的线圈矩阵［Ｔ］的逆矩阵乘以步骤ｅ中的系数矩阵［Ｓ］的逆矩阵得到校正矩阵［Ｔ］↑［－１］［Ｓ］↑［－１］；ｇ．将步骤ｆ中的校正矩阵［Ｔ］↑［－１］［Ｓ］↑［－１］乘以上述三轴磁强计的步骤ｄ中的输出电压值获得三轴磁强计的校正后的数据。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：卢卓宇，刘斯，张俊杰，蒋昌忠，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]