基于改进Levenberg-Marquardt算法的地磁矢量校准方法

三轴磁传感器误差校准的椭球拟合方法通常要先求得椭球参数,再通过矩阵分解才能得到误差校准参数,这将导致误差校准参数存在无穷多解.为解决此问题,提出了一种基于改进的Levenberg-Marquardt(LM)算法的地磁矢量校准方法.首先使用质子磁传感器提供地磁场真值,利用改进的LM算法直接求解三轴磁传感器误差校准参数,然后利用加速度计测量恒定重力场作为辅助信息校准三轴磁传感器和加速度计坐标系之间的非对准误差.仿真结果表明,本文提出的方法可以使得三轴磁传感器测量地磁总场的均方根误差减小两个数量级,测量地磁分量的均方根误差减小一个数量级;实验结果表明该方法能够大大提高三轴磁传感器测量精度,最终获得加速度计坐标系下的高精度地磁场矢量.     

磁通门磁力计测地磁研究

磁通门磁力计是一种弱磁测量仪器,可以用来测量地磁场。介绍了磁通门磁力计系统的结构和工作原理,并用一维开环系统实现了单方向地磁场分量变化的相对测量;在此基础上,增加三维球状反馈线圈实现了地磁场3个正交方向分量的测量。一维开环系统测量结果显示:在测量方向地磁场的周期以半日周期最为明显;三维系统测地磁场数据统计表明:当日地磁场变化不超过3μT。     

基于双十字形测量结构的磁信标定位方法

为解决地磁场对磁信标定位影响较大的问题,首先提出了一种两点式磁梯度张量解算运动载体位置的定位算法,然后通过对定位算法进行分析,设计出测量两点磁梯度张量的双十字形测量结构,最后建立关于以位置坐标为参数的非线性方程,利用粒子群算法得出目标位置的最优解。仿真结果表明磁信标与运动载体在单一坐标轴上的距离大于25 m时,磁传感器精度和信标磁矩对定位误差影响较大,在环境磁噪声影响下,当信噪比低于80 dB时,定位误差显著增大,基于双十字形测量结构的磁信标定位方法可有效消除地磁场和其他恒定磁场的影响。     

磁方向测量的一种实用系统

磁方向测量是利用方向传感器测运动动物体相对地磁北的方向角，本文应用单片机对二维地磁感应元件组成的磁方向传感器感测的信号进行数据处理，得出运动物体的磁方向角，并且应用单片机对磁方向向测量系统的罗差，安装误差及传输误差进行补偿，得到了较好满意的结果。     

3-D磁传感器的电路设计与信号处理

研究具有倾斜传感器的三维方向磁传感器电路设计及信号处理。首先,二维磁传感器HMC1052和一维磁传感器HMC1051Z正交测量地磁场的三个分量,并将其转换为差分电压信号放大输出,电压信号分别被A/D采样存储到单片机中;其次,倾角传感器输出与磁传感器的倾角成正比的脉冲信号,脉冲信号高电平被单片机内部计数器计算出存储在单片机内;最后,单片机通过串口将数据传送到PC机进行处理和显示。文中利用传感器的复位/置位电路有效地提高传感器的灵敏度,同时还对此进行了仿真。此外,通过软件方法消除电桥偏置电压。     

矿用回转钻机离线式随钻测斜系统

针对矿用回转钻机打钻过程中无法直接测量孔底钻具姿态数据和绘制钻孔轨迹的问题,基于随钻测斜原理和离线式数据同步方法,开发了一种矿用回转钻机离线式随钻测斜系统。该系统由探管、同步仪和上位机软件组成。探管通过三轴加速度传感器和三轴磁阻传感器分别测量重力场和地磁场,以采集钻杆姿态;同步仪通过按键采集钻孔和钻杆编号,并根据钻杆姿态数据进行有效测点筛选;上位机软件通过测点递推算法绘制钻孔2D或3D轨迹图。功能测试结果表明:该系统测量的总地磁场矢量模长接近真实值50～60μT,总重力加速度矢量模长接近1g,经传感器校正算法校正后的倾角最大偏差为1°,方位角最大偏差为5°。井下测试结果表明:对于已成钻孔,该系统绘制的钻孔轨迹与实际轨迹基本相同;对于钻进钻孔,孔口轨迹易受钻机本身的磁干扰而出现偏差,导致整条钻孔轨迹偏差较大,应保持钻机距离孔口3m以上。     

数字补偿式巨磁阻抗传感器设计

地磁环境下弱磁信号的检测要求地磁传感器具有灵敏度高、工作范围宽的特点,非晶丝在高频交流激励下具有阻抗变化率高的特点,宜于用来作地磁传感器.但非晶丝线性工作区较短,不能完全覆盖地磁场范围,通过采用数字补偿技术可以补偿大部分地磁场,使传感器工作于非晶丝的线性区,提高了传感器的灵敏度,扩展了传感器的工作范围.通过测试,采用数字补偿技术的巨磁阻传感器灵敏度为71. 133μV/nT,工作于-61 750. 8~73 774. 8 nT,与被测磁场的最大误差为2. 45 nT.     

基于磁阻传感器的铁磁体探测系统设计

简要介绍了铁磁体在地磁场中的模型,针对磁异信号的检测,设计了一种基于各项异性磁阻传感器的三轴测试系统。硬件电路主要包括：磁阻传感器、置位／复位电路、信号调理电路、A／D转换电路及控制电路。该系统由Honeywell公司HMC1001和1002组成三轴测量传感器,利用FPGA作为控制器实现对磁异信号的采集。试验结果表明,系统能够对移动目标铁磁体进行有效检测,并可达到较高的检测精度。     

电工钢片磁化曲线无损检测传感器研究

针对一种电工钢片磁化曲线无损检测传感器进行研究,该传感器利用磁通测量线圈和磁位计分别检测电工钢片特定区域的磁通和磁势,实现钢片磁化曲线的无损检测.为了实现传感器的优化设计,利用ANSYS软件对传感器进行二维和三维仿真实验.同时,通过仿真实验获得不同励磁载荷情况下磁通测 量线圈和磁位计的仿真测量值;对检测到的信号进行曲线拟合,求得被测电工钢片的基本磁化曲线.仿真实验验证了该传感器检测方案的正确性和优化设计的可行性,并为实际应用提供了根据.     

基于磁传感器组合的运动物体姿态解算

姿态参数的测试是运动物体测试过程中的重要指标。针对角速度陀螺仪在高速运动中姿态角的测量误差较大,提出了基于加速度和线圈式磁传感器的姿态测量组合。线圈式磁传感器的输出值包含了载体的转速和角速度信息的综合,求出载体的角速度信息,通过扩展的全姿态四元数算法进行数据融合和姿态解算。在三轴转台上进行半实物的仿真实验,验证算法的正确性,在解算过程中无须知道当地磁场大小,方法简单易行。