一种磁传感器的动态模型标定方法
【专利摘要】本发明公开一种磁传感器的动态模型标定方法，包括：将一长直导线置于磁屏蔽筒的中心轴线上，并且选用一高精度磁传感器置于所述磁屏蔽筒内，为信号源提供反馈信号；测量所述待标定磁传感器的位置参数；所述信号源发出一典型信号，采集相应的输出信号；通过所述位置参数计算所述待标定磁传感器的激励输入磁场，处理所述激励输入磁场和所述磁场响应输出信号，标定待标定磁传感器的动态特性。本发明解决了现有技术中，由于无法为待标定的磁传感器提供标准的高频交变输入激励磁场，而导致被测磁场信号动态变化条件下，由于磁传感器对被测磁信号响应迟滞、失真现象最终导致上述方法无法满足测量精度的要求的问题。
【专利说明】一种磁传感器的动态模型标定方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于磁传感器的标定【技术领域】，具体涉及一种磁传感器的动态模型标定方 法。
【背景技术】
[0002] 磁传感器测磁精度不仅受到标度因素影响，而且还受到磁传感器动态响应模型的 影响，由此，在磁信号探测领域中，精确检测动态磁信号显得尤为重要。然而，现有磁传感器 标定主要集中在静态特性测试标定方面，而对其动态特性标定较少，究其原因，为目前的标 准磁场发生器是基于电流源和线圈组合方案，由于受到线圈高频阻抗的影响，其难于产生 标准的高频交变磁场。申请号为201010172592. 7和申请号为201110343444. 1的专利分别 公开了一种基于遗传算法的惯性/地磁传感器标定方法和一种三轴磁传感器标定用的方 法，但是此两种方法均属于静态环境下标定标度因素上提高了测磁精度。在被测磁场信号 动态变化条件下，由于磁传感器对被测磁信号响应迟滞、失真现象最终导致上述方法无法 满足测量精度的要求。
【发明内容】
[0003] 本发明的一个目的是提出一种磁传感器的动态模型标定方法，以解决现有技术 中，由于无法为待标定的磁传感器提供标准的高频交变输入激励磁场，而导致被测磁场信 号动态变化条件下，由于磁传感器对被测磁信号响应迟滞、失真现象最终导致上述方法无 法满足测量精度的要求的问题。
[0004] 本发明的技术方案为：提供一种磁传感器的动态模型标定方法，所述用于标定的 方法包括：将一长直导线置于磁屏蔽、筒的中心轴线上，所述长直导线经测试电阻与信号源 导通；选用一高精度磁传感器置于所述磁屏蔽筒内，所述高精度磁传感器实时检测所述长 直导线产生的磁信号，并将所述磁信号转换为电信号，作为负反馈量反馈给所述信号源；将 待标定磁传感器置于所述磁屏蔽筒内与所述长直导线具有一定距离的位置处；测量所述待 标定磁传感器的位置参数；所述信号源为所述长直导线提供典型信号；采集所述测试电阻 两端的电压信号和所述待标定磁传感器的磁场响应输出信号；计算所述待标定磁传感器的 激励输入磁场；处理所述激励输入磁场和所述磁传感器响应输出信号，标定待标定磁传感 器的动态特性。
[0005] 在一些可选的实施例中，所述测量所述待标定磁传感器的位置参数包括：所述信 号源为所述长直导线提供直流激励信号；采集所述测试电阻两端的电压信号和所述待标定 磁传感器的输出电压信号；由毕奥-萨伐尔定律计算所述位置参数。
[0006] 在一些可选的实施例中，所述位置参数包括所述待标定磁传感器与所述长直导线 的垂直距离，以及所述待标定磁传感器敏感轴与所述长直导线的夹角。
[0007] 在一些可选的实施例中，所述信号源为所述长直导线提供的典型信号扫频信号， 通过所述位置参数，计算得出所述待标定磁传感器的激励输入磁场。
[0008] 在一些可选的实施例中，所述信号源为所述长直导线提供的典型信号为阶跃激励 信号，通过所述位置参数，计算得出所述待标定磁传感器的激励输入磁场。
[0009] 在一些可选的实施例中，所述高精度磁传感器与所述长直导线的垂直距离小于所 述磁屏蔽筒直径的〇. 1倍，所述高精度磁传感器与所述磁屏蔽筒口部的水平距离为所述磁 屏蔽筒长度的二分之一。
[0010] 在一些可选的实施例中，所述待标定磁传感器与所述长直导线的垂直距离小于所 述磁屏蔽筒直径的〇. 1倍，所述待标定磁传感器与所述磁屏蔽筒口部的水平距离为所述磁 屏蔽筒长度的二分之一。
[0011] 本发明的另一个目的是提出一种用于实现磁传感器的动态模型标定方法系统，包 括磁屏蔽筒、长直导线和待标定磁传感器，所述长直导线置于所述磁屏蔽筒的中心轴线上； 所述长直导线经测试电阻与所述信号源导通，所述磁屏蔽筒内还放置有用于为所述信号源 提供负反馈量的高精度磁传感器；所述系统还包括用于检测所述测试电阻两端电压与所述 待标定磁传感器输出响应信号的采集装置。
[0012] 在一些可选的实施例中，所述磁屏蔽筒为材料选用高磁导率的坡莫合金、镍铁合 金等制作而成的圆柱面的筒。
[0013] 在一些可选的实施例中，所述磁屏蔽筒1的长度为0. 5米至1米。
[0014] 有益效果：采用高磁导率的屏蔽套管和长直导线产生为磁传感器提供所述磁传感 器标定过程中所需要的标准高频交变激励磁场，满足了磁传感器在动态环境下测量精度的 要求，结构简单。
【专利附图】
【附图说明】
[0015] 下面结合具体附图对本发明做进一步的详细说明。
[0016] 图1是本发明一种磁传感器的动态模型标定方法的流程示意图；
[0017] 图2是当待标定磁传感器输入信号为阶跃信号时的输出的阶跃响应曲线；
[0018] 图3是高精度磁传感器负反馈原理示意图；
[0019] 图4是当待标定磁传感器输入信号为扫频信号时的幅频特性；
[0020] 图5是当待标定磁传感器输入信号为扫频信号时的相频特性；
[0021] 图6是本发明用于实现磁传感器的动态模型标定方法的系统示意图；
[0022] 图7是本发明用于说明具体计算过程所建立的坐标系示意图。
【具体实施方式】
[0023] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照 附图，对本发明进一步详细说明。如图1所示，该方法包括：
[0024] 101 :将一长直导线置于磁屏蔽筒的中心轴线上，所述长直导线经测试电阻与信号 源导通，当所述信号源为所述长直导线提供电流后，所述长直导线周围即可产生磁场，而所 述磁屏蔽筒可屏蔽地磁场及外界环境磁场的干扰。
[0025] 102:选用一高精度磁传感器置于所述磁屏蔽筒内，所述高精度磁传感器实时检测 所述长直导线产生的磁信号，并将所述磁信号转换为电信号，作为负反馈量反馈给所述信 号源。
[0026] 采用所述高精度磁传感器实时检测目的是为了使整个磁场产生装置是闭环系统， 以便更为精确的控制长直导线中的电流，例如，温度等因素会产生一定的影响，致使所述长 直导线的电流减小或增大，从而导致磁场减小或增大，设置负反馈后，当温度升高时，所述 信号源会增大其电流从使产生的磁场稳定，达到产生标准交变磁场的目的，如图3所示。
[0027] 优选的，所述高精度磁传感器与所述长直导线的垂直距离小于所述磁屏蔽简直径 的〇. 1倍，以防止由于所述磁屏蔽筒对其内部磁场的聚磁效应而产生影响。所述高精度磁 传感器与所述磁屏蔽筒口部的水平距离为所述磁屏蔽筒长度的二分之一，因为在二分之一 处的磁场是最标准的。
[0028] 103:将待标定磁传感器置于所述磁屏蔽筒内与所述长直导线具有一定距离的位 置处。
[0029] 优选的，所述待标定磁传感器与所述长直导线的垂直距离小于所述磁屏蔽筒直径 的〇. 1倍，所述待标定磁传感器与所述磁屏蔽筒口部的水平距离为所述磁屏蔽筒长度的二 分之一。以防止由于所述磁屏蔽筒对其内部磁场的聚磁效应而对标定产生影响，并且在二 分之一处的磁场是最标准的。
[0030] 104 :测量所述待标定磁传感器的位置参数，为后续计算所述待标定磁传感器的激 励输入磁场做准备。包括：
[0031] 1041 :所述信号源为所述长直导线提供直流激励信号，所述长直导线周围产生稳 定的磁场。
[0032] 1042:采集所述测试电阻两端的电压信号和所述待标定磁传感器的输出电压信 号。
[0033] 1043 :计算所述待标定磁传感器的位置参数。事先可测量所述磁屏蔽套筒的长度， 并且由步骤1042可得到待标定磁传感器所处位置的磁感应强度，带入毕奥-萨伐尔定律公 式，即可得到相应的位置参数。
[0034] 105 :所述信号源为所述长直导线提供典型信号，同时采集所述测试电阻两端的电 压信号和所述待标定磁传感器的输出电压信号，可通过双通道信号采集系统或者双踪示波 器实现对相应信号的采集。
[0035] 107 :通过采集的信号和所述待标定磁传感器的位置参数，通过毕奥-萨伐尔定律 可计算得出所述待标定磁传感器的激励输入磁场，处理所述激励输入磁场和采集到的所述 磁场响应输出信号，标定待标定磁传感器的动态特性。
[0036] 其中，可通过系统辨识方法处理所述激励输入磁场和所述磁场响应输出信号，获 取模型参数，完成对所述待标定磁传感器的标定，系统辨识方法属于现有技术，这里不再赘 述。
[0037] 下面结合具体公式进一步说明计算所述待标定磁传感器的位置参数的过程。首先 建立如图7所示的坐标系，由毕奥-萨伐尔定律：
[0038] 式 1 :
【权利要求】
1. 一种磁传感器的动态模型标定方法，其特征在于，所述用于标定的方法包括： 将一长直导线置于磁屏蔽筒的中心轴线上，所述长直导线经测试电阻与信号源导通； 选用一高精度磁传感器置于所述磁屏蔽筒内，所述高精度磁传感器实时检测所述长直 导线产生的磁信号，并将所述磁信号转换为电信号，作为负反馈反馈给所述信号源； 将待标定磁传感器置于所述磁屏蔽筒内与所述长直导线具有一定距离的位置处； 测量所述待标定磁传感器的位置参数； 所述信号源为所述长直导线提供典型信号，采集所述测试电阻两端的电压信号和所述 待标定磁传感器的磁场响应输出信号； 通过所述位置参数计算所述待标定磁传感器的激励输入磁场，处理所述激励输入磁场 和所述磁传感器响应输出信号，标定待标定磁传感器的动态特性。
2. 如根据权利要求1所述一种磁传感器的动态模型标定方法，其特征在于，所述测量 所述待标定磁传感器的位置参数包括： 所述信号源为所述长直导线提供直流激励信号； 采集所述测试电阻两端的电压信号和所述待标定磁传感器的输出电压信号； 由毕奥-萨伐尔定律计算所述位置参数。
3. 根据权利要求2所述一种磁传感器的动态模型标定方法，其特征在于，所述位置参 数包括所述待标定磁传感器与所述长直导线的垂直距离，以及所述待标定磁传感器敏感轴 与所述长直导线的夹角。
4. 根据权利要求3所述一种磁传感器的动态模型标定方法，其特征在于，所述信号源 为所述长直导线提供的典型信号为扫频信号，通过所述位置参数，计算得出所述待标定磁 传感器的激励输入磁场。
5. 根据权利要求3所述一种磁传感器的动态模型标定方法，其特征在于，所述信号源 为所述长直导线提供的典型i信号为阶跃激励信号，通过所述位置参数，计算得出所述待标 定磁传感器的激励输入磁场。
6. 根据权利要求4或5所述一种磁传感器的动态模型标定方法，其特征在于，所述高精 度磁传感器与所述长直导线的垂直距离小于所述磁屏蔽筒直径的〇. 1倍，所述高精度磁传 感器与所述磁屏蔽筒口部的水平距离为所述磁屏蔽筒长度的二分之一。
7. 根据权利要求6所述一种磁传感器的动态模型标定方法，其特征在于，所述待标定 磁传感器与所述长直导线的垂直距离小于所述磁屏蔽筒直径的〇. 1倍，所述待标定磁传感 器与所述磁屏蔽筒口部的水平距离为所述磁屏蔽筒长度的二分之一。
8. -种用于实现如权利要求1所述的标定方法的系统，其特征在于，包括磁屏蔽筒 (1)、长直导线（2)和待标定磁传感器（3)，所述长直导线（2)置于所述磁屏蔽筒）1)的中心 轴线上；所述长直导线⑵经测试电阻⑷与所述信号源（5)导通，所述磁屏蔽筒⑴内还 放置有用于为所述信号源（5)提供负反馈量的高精度磁传感器￠);所述系统还包括用于 检测所述测试电阻（4)两端电压与所述待标定磁传感器（3)输出响应信号的采集装置（7)。
9. 如权利要求8所述系统，其特征在于，所述磁屏蔽筒（1)为材料选用高磁导率的坡莫 合金、镍铁合金等制作而成的圆柱面的筒。
10. 如权利要求9所述系统，其特征在于，所述磁屏蔽筒（1)的长度为0.5米至1米。
【文档编号】G01R35/00GK104049228SQ201410232153
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年5月28日 优先权日:2014年5月28日
【发明者】张晓明, 李 杰, 丑修建, 刘俊 申请人:苏州中盛纳米科技有限公司