專利名稱：一種弱磁方向傳感器的標(biāo)定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對弱磁方向傳感器的標(biāo)定，特別涉及利用地磁場對方向敏感的弱 磁方向傳感器的標(biāo)定。
背景技術(shù)：
弱磁方向傳感器因其方向敏感性而被廣泛用于方向定位和局域性探測，如車 輛識別、地震監(jiān)測、運動導(dǎo)航、姿態(tài)顯示等。
弱磁方向傳感器在處于不同空間角度的時候會有不同的輸出，因而其標(biāo)定內(nèi) 容包括弱磁方向傳感器內(nèi)部的輸出特性以及敏感方向與傳感器外部結(jié)構(gòu)之間的 空間位置關(guān)系。
現(xiàn)有的弱磁方向傳感器標(biāo)定一般使用無磁的方法，利用磁屏蔽房或者三維線 圈將環(huán)境磁場抵消，然后再產(chǎn)生一個大小及角度容易控制的磁場來對其進(jìn)行標(biāo) 定。這種方法對儀器條件要求苛刻，需要昂貴且體積大的磁屏蔽房和三維亥姆霍 茲線圈。
在專利CN 101393022A中，發(fā)明者在環(huán)境磁場存在的情況下利用弱磁方向傳 感器在特定位置的輸出值對其本身進(jìn)行標(biāo)定，不需要昂貴的磁屏蔽儀器和磁產(chǎn)生 儀器。然而，這種標(biāo)定方法需要對弱磁方向傳感器的22個方位角輸出值進(jìn)行測 量，過于復(fù)雜，且這22個位置中，有45度、135度、225度和315度的空間位 置出現(xiàn)，對于外形為長方體的弱磁方向傳感器而言，空間位置容易實現(xiàn)的是90 度整數(shù)倍的位置，而對其它位置的實現(xiàn)比較困難，并且?guī)胝`差較大，因而這種 標(biāo)定方法所能達(dá)到的精度只能是3 5度，而對于現(xiàn)在測量精度已經(jīng)達(dá)到0. 5度 的弱磁方向傳感器而言，顯然是不合適的。另外，這種標(biāo)定方法基于弱磁方向傳 感器輸出特性為線性的假定，因而不能對弱磁方向傳感器的輸出特性進(jìn)行標(biāo)定。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是針對現(xiàn)有弱磁方向傳感器的標(biāo)定方法所需的儀器龐大而且昂 貴的缺點，提出一種利用地磁場對弱磁方向傳感器進(jìn)行標(biāo)定的方法，該方法使用一個一維旋轉(zhuǎn)平臺，利用弱磁方向傳感器在不同空間方向的輸出值變化對弱磁方 向傳感器進(jìn)行標(biāo)定。
本發(fā)明為實現(xiàn)其目的所采取的技術(shù)方案 一種弱磁方向傳感器的標(biāo)定方法， 通過地磁場對弱磁方向傳感器進(jìn)行標(biāo)定，其特征在于該方法實現(xiàn)裝置包括一個臺 面水平的一維旋轉(zhuǎn)平臺， 一個裝弱磁方向傳感器的長方體，整個裝置無磁；通過 在一維旋轉(zhuǎn)平臺水平方向360度旋轉(zhuǎn)以及長方體塊90度整數(shù)倍翻轉(zhuǎn)的弱磁方向 傳感器空間位置變化所對應(yīng)的傳感器輸出變化，確定弱磁方向傳感器敏感方向在 磁場與水平面組成的坐標(biāo)系和長方體塊坐標(biāo)系中的空間位置，確定弱磁方向傳感 器輸出特性。
所述一維旋轉(zhuǎn)平臺(1)在水平面內(nèi)圍繞豎直方向旋轉(zhuǎn)，臺面有水平二維直 角坐標(biāo)系XY;
所述長方體塊(2)是無磁的，長方體塊(2)也可為封裝后的完整弱磁方向 傳感器(3)本身，或者是作為標(biāo)定的弱磁方向傳感器(3)的容器；
所述弱磁方向傳感器(3)輸出由地磁場在弱磁方向傳感器(3)敏感方向a 的投影決定，輸出量為電學(xué)量，弱磁方向傳感器(3)敏感方向矢量記為a， a 為單位矢量；
將長方體塊底邊緊靠水平坐標(biāo)系兩條垂直軸X和Y,選定為初始位置，以X 軸為旋轉(zhuǎn)軸，以逆時針方向為正方向翻轉(zhuǎn)長方體塊O度，90度、180度、270度， 在這些位置上360度旋轉(zhuǎn)一維旋轉(zhuǎn)平臺，獲得弱磁方向傳感器輸出與一維旋轉(zhuǎn)平 臺旋轉(zhuǎn)角度之間的關(guān)系7 = &(^、 F = g2&)、 r = g3&)、 r = g4(^，相應(yīng)的弱
磁方向傳感器輸出極小值對應(yīng)的一維旋轉(zhuǎn)平臺轉(zhuǎn)角為W。、 ％。、 ％。、 ％。，初始
位置旋轉(zhuǎn)輸出極小值的位置^。后第一個中點值位置為Pn。
0角為a矢量初始位置時在水平面上的投影與長方體塊側(cè)面的夾角，y角為 a矢量初始位置時在包含X軸側(cè)面上的投影與長方體塊底面的夾角，^角為方向 矢量a與包含X軸的初始位置長方體側(cè)面的夾角，-角為方向矢量a與水平面的 夾角，y9為方向矢量a與地磁場B的夾角，a為地磁場B與水平面的夾角；
該方法流程如下利用伊,。、％。、 ％。、 ％。，確定0和^;
利用^和y，求出^和-; 禾U用0、伊,o和化，求出a;
利用a、仍0和#，獲得"和爐之間的函數(shù)關(guān)系；
利用/ 和^之間的函數(shù)關(guān)系以及r^g"^，獲得弱磁方向傳感器輸出特性。 利用上述弱磁方向傳感器輸出特性，利用弱磁方向傳感器輸出極小值對應(yīng)的 一維旋轉(zhuǎn)平臺轉(zhuǎn)角A。、 ％。、 ％。、 ^。之間的角度差，確定弱磁方向傳感器敏感
方向在立方體各個面上投影的位置關(guān)系，0 = (%。-伊|())/2 ，
<formula>formula see original document page 6</formula>
利用上述磁方向傳感器敏感方向在立方體各個面上投影的位置關(guān)系，確定弱 磁方向傳感器方向矢量a與長方體各個面之間的夾角，
<formula>formula see original document page 6</formula>
利用上述弱磁方向傳感器輸出極值和中點值時的一維旋轉(zhuǎn)平臺轉(zhuǎn)角的差值 Pu-^。以及方向矢量a與水平面之間的夾角-，確定地磁場B的磁傾角"，
<formula>formula see original document page 6</formula>
利用上述地磁場B的磁傾角"和弱磁方向傳感器敏感方向a與水平面的夾 角- ，確定弱磁方向傳感器敏感方向矢量和地磁場S的夾角"與一維旋轉(zhuǎn)平臺旋
轉(zhuǎn)角度p的對應(yīng)關(guān)系，"=cos-'[(cosorcos0cos(p —仍。)+ sinorsin^]。
利用上述弱磁方向傳感器敏感方向矢量a和地磁場S的夾角/ 的對應(yīng)關(guān)系，
確定弱磁方向傳感器輸出K與"角之間的關(guān)系為<formula>formula see original document page 6</formula>
上述的標(biāo)定方法，能夠標(biāo)定各向異性磁阻傳感器、霍爾效應(yīng)磁傳感器、磁通門磁傳感器等方向敏感且量程與地磁場相仿或者小于地磁場的磁傳感器。
本發(fā)明的有益效果用于弱磁方向傳感器的標(biāo)定方法所需求的儀器只需要一 個可測旋轉(zhuǎn)角度的水平旋轉(zhuǎn)平臺，不需要磁屏蔽房和三維亥姆霍茲線圈，能夠利 用地磁場本身對弱磁方向傳感器進(jìn)行標(biāo)定。
用于弱磁方向傳感器的標(biāo)定方法只需要在小范圍標(biāo)定空間以內(nèi)穩(wěn)定且均勻 的磁場存在，因而可在有鐵磁物質(zhì)干擾的地方標(biāo)定，不需要到野外無干擾環(huán)境。
用于弱磁方向傳感器的標(biāo)定方法只需要對弱磁方向傳感器進(jìn)行旋轉(zhuǎn)和90度 整數(shù)倍的翻滾，因而對機(jī)械平臺的要求只需要水平度高，能在水平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)，而 不需要有非90度整數(shù)倍的傾斜角，對機(jī)械加工要求低。
用于弱磁方向傳感器的標(biāo)定方法包括實驗操作部分和數(shù)據(jù)處理部分，實驗操 作只需要翻轉(zhuǎn)長方體塊四次和水平旋轉(zhuǎn)平臺四次，時間很短，因而對環(huán)境要求低。 用于弱磁方向傳感器的標(biāo)定方法因地磁場在短時間內(nèi)具有高度穩(wěn)定性，用于
弱磁方向傳感器的標(biāo)定方法精度決定于機(jī)械旋轉(zhuǎn)的精度，因而可以為精度達(dá)0. 5 度的弱磁方向傳感器進(jìn)行標(biāo)定。


圖1為弱磁方向傳感器標(biāo)定流程圖。
圖2為弱磁方向傳感器標(biāo)定裝置示意圖。
圖3為零位置時坐標(biāo)系、地磁場、弱磁方向傳感器敏感方向矢量以及弱磁方 向傳感器方向矢量關(guān)系示意圖。
圖4為弱磁方向傳感器敏感方向矢量空間位置求解示意圖。 圖5為地磁場傾角求解示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明 圖l為弱磁方向傳感器標(biāo)定流程圖。該方法步驟為
開始(步驟100);確定弱磁方向傳感器3初始位置(步驟IIO)，即將長方 體塊2置于一維旋轉(zhuǎn)平臺l之上，并確保其底面垂直的棱與XY軸平行；翻轉(zhuǎn)旋 轉(zhuǎn)長方體塊2，改變?nèi)醮欧较騻鞲衅?空間位置關(guān)系(步驟120)，包括兩個部分，一方面以90度倍數(shù)以X軸為旋轉(zhuǎn)軸翻轉(zhuǎn)，另一方面水平旋轉(zhuǎn)平臺；獲得弱磁方 向傳感器3輸出極小值與中點值的位置(步驟130)，獲得每一個按X軸翻轉(zhuǎn)后 位置的弱磁方向傳感器3水平旋轉(zhuǎn)所得的輸出極小值與中點值所對應(yīng)的一維旋 轉(zhuǎn)平臺1旋轉(zhuǎn)角度；獲得弱磁方向傳感器3敏感方向矢量a在水平面及側(cè)面投影 向量位置(步驟140);獲得方向矢量a的空間位置(步驟150)，即求出方向矢 量a與水平面及含X軸側(cè)面的夾角；獲得地磁傾角(步驟160)，即求出地磁場 與水平面夾角；獲得弱磁方向傳感器3輸出特性(步驟170)，即求出弱磁方向 傳感器3敏感方向矢量和傳感器輸出的函數(shù)關(guān)系；完成標(biāo)定(步驟180)
圖2為弱磁方向傳感器標(biāo)定裝置示意圖。
一維旋轉(zhuǎn)平臺1即可繞垂直軸360度水平旋轉(zhuǎn)的平臺，臺面上有二維直角坐 標(biāo)系XY， 一維旋轉(zhuǎn)平臺1的旋轉(zhuǎn)角度可被精密轉(zhuǎn)角傳感器測得。弱磁方向傳感 器3裝于長方體塊2之中，如圖2(a)所示，其敏感方向矢量為a，為單位矢量，
弱磁方向傳感器3的輸出由外磁場在該方向矢量上的投影決定，即與COS;ff成正
比，其中/ 為弱磁方向傳感器3敏感方向矢量a與地磁場5的夾角，如圖2 (b) 所示，弱磁方向傳感器3輸出電學(xué)量。一維旋轉(zhuǎn)平臺1和長方體塊2都是無磁的。
圖3為零位置時坐標(biāo)系、地磁場、弱磁方向傳感器敏感方向矢量以及弱磁方
向傳感器方向矢量關(guān)系示意圖。 三維直角坐標(biāo)系e,(e^2，e0， 77,07,，^,73)，其中"e,,^^)為大地磁場坐標(biāo)
系，A為萬有引力反方向，e^面為水平面，地磁場B處于e,&面內(nèi)且與e,、 63皆
成鈍角；/;,(巧，/72,仏)坐標(biāo)系中^為萬有引力反方向，與A相同，^、仏分別對
應(yīng)于一維旋轉(zhuǎn)平臺1上的X和Y，該坐標(biāo)系隨一維旋轉(zhuǎn)平臺1的旋轉(zhuǎn)而變化。零 位置是指矢量a、地磁場5處于同一個平面且夾角為鈍角的一維旋轉(zhuǎn)平臺1所處 的位置。
弱磁方向傳感器3敏感方向矢量為a，矢量a零位置在e,^,A,A)里的表達(dá) 式為a^e,，e2，e3)(cos^,0,sin-)7 ， 0為矢量a與水平面夾角，零位置即a與外磁場5處于同一個平面的位置。地磁場B與水平面夾角為a，地磁場在e，(e,，^，^)中 的表達(dá)為(ei,e2,e3)(-5cosa,0，-5sinay ，在零位置，矢量a與長方體塊2含X軸 側(cè)面夾角為y， -與W皆為銳角。
圖4為弱磁方向傳感器敏感方向矢量空間位置求解示意圖。
確定初始位置(步驟iio)，旋轉(zhuǎn)一維旋轉(zhuǎn)平臺i，獲得初始位置的r =^^0，
找出兩個極值和兩個中點值，以逆時針方向為正方向，則極小值和極大值時矢量 a處于e,A面，即與地磁場5處于同一平面，極小值時a與e,、 ( 3皆成銳角，極
小值時a與e,、 A皆成鈍角，極小值時轉(zhuǎn)角記為^。，從極小值旋轉(zhuǎn)至極大值之
間的中點值的轉(zhuǎn)角記為伊 。
翻轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)長方體塊2，改變?nèi)醮欧较騻鞲衅?空間位置關(guān)系(步驟120)。以 X軸為旋轉(zhuǎn)軸，以逆時針方向為正方向翻轉(zhuǎn)長方體塊90度、180度、270度。
獲得弱磁方向傳感器3輸出極小值與中點值的位置(步驟130)，在上述位 置旋轉(zhuǎn)一維旋轉(zhuǎn)平臺1，獲得弱磁方向傳感器3輸出與旋轉(zhuǎn)角度之間的關(guān)系 廠=g2fe>)、 F = g3&) 、 K = g4W，相應(yīng)的弱磁方向傳感器3輸出極小值記為％。、
獲得弱磁方向傳感器3敏感方向矢量a在水平面及側(cè)面投影向量位置(步驟 140)。 w。是矢量a在初始位置與地磁場B處于同一平面時的一維旋轉(zhuǎn)平臺1轉(zhuǎn)
角，即長方體塊2的零位置，而^。是長方體塊2以X軸為旋轉(zhuǎn)軸翻轉(zhuǎn)180度后 所獲得的極小值點的 一 維旋轉(zhuǎn)平臺1轉(zhuǎn)角。初始位置w。時 a二(^，e2，e3)(cos-，0，sin(^ ，此時長方體±央2的側(cè)面與/7,仏面平行，因此a與77&面 夾角為^，以X軸為旋轉(zhuǎn)軸翻轉(zhuǎn) 180 度以后 a二Ope2,e3)(cos0cos2^，cos^sin2^,-sin^"，其中0為7,和a在水平面投影之間的 夾角。將一維旋轉(zhuǎn)平臺1水平旋轉(zhuǎn)到^。時，a再次與地磁場處于同一平面，且坐 標(biāo)變 為 0^2,e3)(cos-,0,-sin-)7 ， 也 就 是 說將 (e,，e2,e3)(cos^cos2e，cos0sin20,-sinW水平旋轉(zhuǎn)角度(伊3。-^0)后變?yōu)?(e,， ^)(cosA0,-sin〃， 按照坐標(biāo)轉(zhuǎn)換公式可知
廣cos(p3。 - sin(p30 - 0
-sin(>3。-p10) cos(p3。i0) 0 0 0 1
丫 COS- 、
0=cos ^ sin
八—sin(、—sin- 乂
從而得到
0 =(爐3。-^))/2 。 0角同時也為a矢量初始位置時在水平面上的投影與長方體塊 2側(cè)面的夾角-90° S^^卯G。
依據(jù)上述方法，對比以X軸翻轉(zhuǎn)軸的90度和270度旋轉(zhuǎn)所得到的％。和伊4。可 以獲得^ =(化。-%Q)/2 ，其中/角為a矢量初始位置時在;/,;73面上的投影與長方 體塊2底面的夾角，-90QS;^90Q。
獲得方向矢量a的空間位置(步驟150)。 ^角為角度v在水平面即初始位置 方塊底面的投影，7角為-角在初始位置時；7&面上的投影，因而
tan^ = tan;rcos0
—tan—'[
tan
gjg =伊40
COS
伊30 一A
2
tan ^ = tan 0cos;r
，y — tan一 [
tan
伊30 —爐10
cos
從 而
<^20 一 ^40
2
圖5為地磁場傾角求解示意圖。
獲得地磁傾角(步驟160)。弱磁方向傳感器3在初始位置旋轉(zhuǎn)過程中的最 大值逆時針方向第一個中點值一維旋轉(zhuǎn)平臺1角度為& ,此時矢量a與地磁場B
的夾角為90度。此時矢量a是在坐標(biāo)系e，(ei,e2,e3)中的坐標(biāo)為
Ope2,e3)(cos^，0，sin^)7 旋轉(zhuǎn)伊n—仍。獲得，所以表達(dá)式為
(e,，e2,e3)(cos^cos(9,cos0sin(9，sin(^ ， 而地磁場B在e,^,^,^)中的表達(dá)為
(e,，e2，e3)(-5cosa,0，—Ssinaf ，則二者的點乘結(jié)果為零，即cos^cos(Pu -^ 10)cosor + sin^sina = 0 ，艮卩or = tan
-i
cos-cos(伊n sin-
,因a為
銳角，可唯一確定，即確定了地磁場S的磁傾角。
初始位置水平旋轉(zhuǎn)平臺，獲得^=^^)，其中伊為一維旋轉(zhuǎn)平臺1旋轉(zhuǎn)角
度。而矢量 a 在坐標(biāo)系中的表達(dá)式為
(7i ， 72, "3 )(cos 0 cos cos ^ sin 0,sin ，而坐*示系7,, 72,73)在坐豐示系, e2, e3)
中的表達(dá)式為071,72,仏)=(e,^2,e3)
sin(p-p10) cos(p_A0) 0 0 0 1
，因而矢量a
表達(dá)式為(e,，e2,e3)(cos ^ cos(伊 一 伊10),cos ^ sin( p —爐10), sin 。
獲得弱磁方向傳感器3輸出特性(步驟170)。弱磁方向傳感器3敏感方向
矢
a 與地磁場S的夾角為p
因COSyg =
"IB
則
"=cos-'[(cosacos^cos(伊-仍o) + sinasin^，從而能夠獲得弱磁方向傳感器3輸
出r與夾角y 之間的關(guān)系F = g,&) = g,
cos
cos yff _ sin or sin ^
=，)
COS" COS 0
完成標(biāo)定(步驟180)。確定了弱磁方向傳感器3敏感方向矢量a與長方體 塊2的各面之間的夾角-與^、 a在坐標(biāo)系e，(e,， A)中的表達(dá)式以及傳感器輸
出K與角;0之間的關(guān)系F = ，即完成了弱磁方向傳感器3的標(biāo)定。
實施例
三維電子羅盤的標(biāo)定,三維電子羅盤利用地磁場的三維分量確定物體所處的 方位，廣泛用于導(dǎo)航系統(tǒng)。
標(biāo)定內(nèi)容為電子羅盤在任一位置與外磁場方向角及傾角。電子羅盤外形為長 方體塊，其三個單維弱磁方向傳感器敏感方向矢量為a, b， c，分別與坐標(biāo)系
仏(巧,72，73)中的M， 72， 73成銳角；a， b， c構(gòu)成三維空間坐標(biāo)系(a， b， c);
電子羅盤自身三條不平行的棱構(gòu)成坐標(biāo)系77',(77,，7'2,7'3)，其在水平時與坐標(biāo)系T7，(",，77"仏)重合；電子羅盤在空間的任意方位可以看成是電子羅盤在零位置起
始先后繞仏軸、仏軸、/;,軸旋轉(zhuǎn)伊、伊、—角獲得，此時p角為電子羅盤與地
磁場B的水平夾角，p角為電子羅盤的俯仰角，—角為電子羅盤的翻滾角。
依據(jù)上述方法，可以獲得電子羅盤的三個單維弱磁方向傳感器方向矢量a， b， c 在坐標(biāo)系wO;,,""^)中的表達(dá)式為
<formula>formula see original document page 12</formula>
a在水平面投影與;/,的夾角，^為矢量a與水平面夾角；A角為矢量a在水平面
投影與^的夾角，,為矢量a與水平面夾角；"角為矢量b在水平面投影與w的
夾角，,'為矢量c與水平面夾角。在初始位置旋轉(zhuǎn)長方體塊的時候，與a， b， c
對應(yīng)的弱磁方向傳感器極大值時的一維旋轉(zhuǎn)平臺轉(zhuǎn)角分別為仍。、p'H)、 —u);以 X軸為旋轉(zhuǎn)軸，以逆時針方向為正方向翻轉(zhuǎn)長方體塊90度、180度、270度，獲 得與a， b， c對應(yīng)的弱磁方向傳感器極大值的一維轉(zhuǎn)角傳感器轉(zhuǎn)角記為、 p2。、
P 21,; Ao 、 p 30 、 P ; P40、 P 4 、4 。
上述表達(dá)為初始位置(a， b， c)在水平面上即圍繞仏軸旋轉(zhuǎn)^角時在坐標(biāo) 系W，07,，W，仏)中的表達(dá)式，在實際操作中為三維旋轉(zhuǎn)，還應(yīng)該添加上圍繞;/2軸 旋轉(zhuǎn)的角度^和繞^軸旋轉(zhuǎn)的角度—'，因而構(gòu)建坐標(biāo)系7',07'i,72,7'3)，該坐標(biāo)
系為坐標(biāo)系7，(仏,仏,73)圍繞仏軸旋轉(zhuǎn)角度伊再繞巧軸旋轉(zhuǎn)伊'的角度后所得坐 標(biāo)系，二者關(guān)系為(7W2，73) = (^72,73)
0 0 0
0 cosp -sinp 、0 sin— cos—
、廣'
乂、
cos" 0 —sin —
0 1 0 sin伊"0 cos—
坐標(biāo)系7,(7, ，72,^3)在坐標(biāo)系e,^,^,^)中的表達(dá)式為
07"72,"3) = (ei，e2，e3)
cosO-p10) -sinO,) 0' sinO-Wo) cosO-^o) 0 0 0 1
，因而坐標(biāo)系77',(71，72,7'3)
在坐標(biāo)系e,(e,， e;)中表達(dá)式為
(T7i,;7'2 , 77 3Xe,，e2,e3)
cosOio) —sinO —0、「1 0
sin((pi。)cos(^io) 0 0 0 1
0
、,
0 cosp —sin^) 人0 sin—cos—人sin"' 0 cosp
cosp0 —sin" 0 1 0
三維弱磁方向傳感器敏感方向矢量組(a， b， c)與坐標(biāo)系;7，(;7,,77'2,;7'3)之 間的關(guān)系為確定關(guān)系，無論如何旋轉(zhuǎn)都不會改變，因而
(a， b， c) =(7/1,772,773)
cos^cosP cos- cosP COS- COS0 cos-sin0 cos^ sin0cos^ sinP sin^ sin- sin-
(a， b， c) =(6^2,63) X
V
cosO-p10) - sin(>-0 sin(伊io) cos(9 i。) 0 0 0 1
1
0
，從而
0
乂乂
0 cos 9 _ sin p 0 sin pcos p
X
cosp 0 _sinp
0 1 0 sinp 0 cosp
八
cos^cosP COS- COS0 COS0 COS0 cos^sinP cos* sin夕 cos^ sin0 sin- sin, sin—'
依據(jù)上述方法，可知與a， b， c對應(yīng)的三維磁傳感器響應(yīng)曲線分別為 「 = F'=/2(y9), f=/3(/ ')，其中等式坐標(biāo)為傳感器輸出電學(xué)量，自變
量為外磁場5與a， b， c三個方向矢量的夾角，則
當(dāng)長方體塊在空間旋轉(zhuǎn)某個角度后，三維弱磁方向傳感器的輸出為Fi，^，K，則可求出外磁場萬與三個坐標(biāo)軸的夾角分別為
<formula>formula see original document page 14</formula>因而外磁場S在(a， b， c)坐標(biāo)系中 的表達(dá)式為(a， b， c) (cos^，cos/ 2，cosAf，在坐標(biāo)系e,0^2，e3)中的表達(dá)式 為
<formula>formula see original document page 14</formula>
可記為(…^，eX,^,^)7 ，而在坐標(biāo)系e,(q,&，^)中，外磁場S的表達(dá)式為
<formula>formula see original document page 14</formula>，可聯(lián)立方程
<formula>formula see original document page 14</formula>
，從而能夠解出p、
P、 P'，即電子羅盤與地磁場B的水平夾角為^，與水平面夾角p，翻滾角^'。
權(quán)利要求
1.一種弱磁方向傳感器的標(biāo)定方法，通過地磁場對弱磁方向傳感器(3)進(jìn)行標(biāo)定，其特征在于該方法實現(xiàn)裝置包括一個臺面水平的一維旋轉(zhuǎn)平臺，一個裝弱磁方向傳感器的長方體，整個裝置無磁；通過在一維旋轉(zhuǎn)平臺水平方向360度旋轉(zhuǎn)以及長方體塊90度整數(shù)倍翻轉(zhuǎn)的弱磁方向傳感器空間位置變化所對應(yīng)的傳感器輸出變化，確定弱磁方向傳感器敏感方向在磁場與水平面組成的坐標(biāo)系和長方體塊坐標(biāo)系中的空間位置，確定弱磁方向傳感器輸出特性。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的弱磁方向傳感器標(biāo)定方法，其特征在于所述一維 旋轉(zhuǎn)平臺(1)在水平面內(nèi)圍繞豎直方向旋轉(zhuǎn)，臺面有水平二維直角坐標(biāo)系XY;所述長方體塊(2)是無磁的，長方體塊(2)也可為封裝后的完整弱磁方向 傳感器(3)本身，或者是作為標(biāo)定的弱磁方向傳感器(3)的容器；所述弱磁方向傳感器(3)輸出由地磁場在弱磁方向傳感器(3)敏感方向a 的投影決定，輸出量為電學(xué)量，弱磁方向傳感器(3)敏感方向矢量記為a， a 為單位矢量；將長方體塊(2)底邊緊靠水平坐標(biāo)系兩條垂直軸X和Y，選定為初始位置， 以X軸為旋轉(zhuǎn)軸，以逆時針方向為正方向翻轉(zhuǎn)長方體塊(2) 0度，90度、180 度、270度，在這些位置上360度旋轉(zhuǎn)一維旋轉(zhuǎn)平臺(1)，獲得弱磁方向傳感器(3)輸出與一維旋轉(zhuǎn)平臺(1)旋轉(zhuǎn)角度之間的關(guān)系r-g,^0、 r = g2(^)、K = g3(^、 K = g4fe>)，相應(yīng)的弱磁方向傳感器(3)輸出極小值對應(yīng)的一維旋轉(zhuǎn)平臺(1)轉(zhuǎn)角為仍。、％。、 a。、 ％。，初始位置旋轉(zhuǎn)輸出極小值的位置w。后第一個中點值位置為&;^角為a矢量初始位置時在水平面上的投影與長方體塊(2) X軸夾角，y角為a矢量初始位置時在長方體塊含X軸側(cè)面上的投影X軸夾角，y角為初始位置方向矢量a與長方體塊含X軸側(cè)面的夾角，-角為方向矢量a與水平面的夾角，-為方向矢量a與地磁場S的夾角，《為地磁場S與水平面的夾角； 該方法流程如下利用Wo、 p2()、 A。、外q，確定e和"利用^和/，求出^和-;禾廿用-、仍o和伊u，求出"；利用cr、 A。和-，獲得;9和p之間的函數(shù)關(guān)系；利用/ 和爐之間的函數(shù)關(guān)系以及r^g,fe))，獲得弱磁方向傳感器(3)輸出 特性。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的弱磁方向傳感器標(biāo)定方法，其特征是所述的 0 = (%0一伊10)/2， ^ =(化0—%0)/2， 一900 ^0^900， 一900《y《900 。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的弱磁方向傳感器標(biāo)定方法，其特征是所述的- = tan_1[tan^20 — ^40COS乂^30 — PlO,y = tan一1[tancos^20 一 ^403
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的弱磁方向傳感器標(biāo)定方法，其特征是所述的地磁場S的磁傾角a， "-tan一1cos^cos(Pu 110) sin^
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的弱磁方向傳感器標(biāo)定方法，其特征是所述的弱 磁方向傳感器敏感方向矢量 a 和地磁場B的夾角= cos—'[(cosorcos0cos(伊一Wo) + sinasin^]。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種弱磁傳方向感器標(biāo)定方法，其特征是所述的弱磁方向傳感器輸出K與y9角之間的關(guān)系為K = ，) = g,COScos" —sin a sin ^+ W。cosa COS0
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項所述的弱磁方向傳感器標(biāo)定方法，其特征是上述的弱磁方向傳感器標(biāo)定方法，能夠標(biāo)定各向異性磁阻傳感器、霍爾效應(yīng)磁傳 感器、磁通門磁傳感器等方向敏感且量程與地磁場相仿或者小于地磁場的磁傳感 器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種弱磁方向傳感器的標(biāo)定方法，特別是磁場響應(yīng)值相當(dāng)于或者小于地磁場的弱磁方向傳感器標(biāo)定方法。該方法實現(xiàn)裝置包括一個臺面水平的一維旋轉(zhuǎn)平臺，一個裝弱磁方向傳感器的長方體，整個裝置無磁。通過在一維旋轉(zhuǎn)平臺水平方向360度旋轉(zhuǎn)以及長方體塊90度整數(shù)倍翻轉(zhuǎn)的弱磁方向傳感器空間位置變化所對應(yīng)的傳感器輸出變化，確定弱磁方向傳感器敏感方向在磁場與水平面組成的坐標(biāo)系和長方體塊坐標(biāo)系中的空間位置，確定弱磁方向傳感器輸出特性。該方法不需要現(xiàn)有弱磁傳感器標(biāo)定使用的磁屏蔽房和亥姆霍茲線圈，在簡單設(shè)備情況下實現(xiàn)對弱磁方向傳感器的高精度標(biāo)定。
文檔編號G01P21/00GK101587132SQ200910117170
公開日2009年11月25日 申請日期2009年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月26日
發(fā)明者朱榮華, 林新華, 陳池來, 高理升 申請人:中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院