一种三轴磁电耦合传感器灵敏度张量的标定方法

本发明属于传感器测试，特别涉及一种三轴磁电耦合传感器灵敏度张量的标定方法。

背景技术：

1、目前，三轴磁传感器可同时获得空间三个正交方向上的磁场强度，常用来进行总场测量，被广泛应用于磁导航、磁定位、与磁探测等技术领域。商用的三轴磁传感器包括磁通门传感器，tmr传感器和gmi传感器。基于压电/压磁复合材料的磁电耦合传感器是一种新型磁探测设备，具有低等效磁噪声，低功耗，低成本，和小型化的综合优势。磁电耦合传感器的磁芯材料常常具有长条形的特点，其灵敏轴方向一般和材料的长轴方向重合。

2、对于磁电耦合传感器灵敏度系数的标定，过去通常只考虑灵敏轴方向，而忽略了另外两个正交方向的磁场响应。由于磁电耦合传感器中磁芯材料具有较强的垂直各向异性，单轴磁电耦合传感器在其厚度与宽度方向受到磁场激励时，也会产生较大的输出信号，从而影响灵敏轴方向的磁场测量准确度。上述误差在三轴磁电耦合传感器的灵敏度标定中影响更为突出，导致测量总场大小和方向均不准确。

技术实现思路

1、本发明提出一种三轴磁电耦合传感器灵敏度张量的标定方法，解决了现有技术中的问题。

2、本发明的技术方案是这样实现的：一种三轴磁电耦合传感器灵敏度张量的标定方法，包括以下步骤：对被测三轴磁电耦合传感器的方向进行定义，并将其放在高精度三轴旋转台，将三轴磁电耦合传感器和高精度三轴旋转台一同放在单轴亥姆霍兹线圈中，通过单轴亥姆霍兹线圈给三轴磁电耦合传感器施加交变磁场；通过高精度三轴转台控制三轴磁电耦合传感器使其x轴方向、y轴方向、z轴方向分别与单轴亥姆霍兹线圈轴线方向平行，记录在三种磁场激励下三轴磁电耦合传感器的九个输出结果，将其按顺序写成二阶张量s。

3、作为一种优选的实施方式，对被测三轴磁电耦合传感器的方向进行定义的方式为：三轴磁电耦合传感器中x轴传感器、y轴传感器和z轴传感器分别沿其各自的敏感轴方向为该三轴磁电耦合传感器的x方向、y方向和z方向。

4、作为一种优选的实施方式，将三轴磁电耦合传感器和高精度三轴旋转台一同放在单轴亥姆霍兹线圈之前，先对单轴亥姆霍兹线圈进行校准。

5、作为一种优选的实施方式，所述单轴亥姆霍兹线圈校准方式包括确定所用单轴亥姆霍兹线圈的转换系数：

6、

7、其中，b 0为单轴磁通门传感器测得的单轴亥姆霍兹线圈磁场大小，irms为对亥姆霍兹线圈馈电电流的有效值。

8、作为一种优选的实施方式，若电流源有效值改变为iin时，所在位置的磁场大小bl为：

9、bl＝k*in(2)

10、7、作为一种优选的实施方式，所述单轴亥姆霍兹线圈给三轴磁电耦合传感器施加交变磁场的方式为：通过高精度电流源输出特定频率且不同有效值的电流为单轴亥姆霍兹线圈馈电，以产生强度不同的交变磁场。

11、作为一种优选的实施方式，读取磁电耦合三轴传感器三个方向的输出频谱，等间隔的记录不同输入电流下相应输出电压的有效值vij，i代表传感器在局部坐标中的敏感轴方向，j代表传感器在局部坐标中受到的激励磁场方向。

12、作为一种优选的实施方式，所述高精度三轴转台控制三轴磁电耦合传感器使其x轴方向、y轴方向、z轴方向分别与单轴亥姆霍兹线圈轴线方向平行过程包括以下步骤：第一步，高精度三轴转台控制三轴磁电耦合传感器的y方向平行于磁场轴线方向，根据电流源的输出值并根据公式1和公式2计算出此时磁场大小，记录并画出bl-各传感器输出电压曲线，得到拟合出的曲线斜率分别为kxy,kyy,kzy；第二步，高精度三轴转台控制三轴磁电耦合传感器的x方向平行于磁场轴线方向，根据电流源的输出值并根据公式1和公式2计算出此时磁场大小，记录并画出bl-各传感器输出电压曲线，得到拟合出的曲线斜率分别为kxx,kyx,kzx；第三步，高精度三轴转台控制三轴磁电耦合传感器的z方向平行于磁场轴线方向，根据电流源的输出值并根据公式1和公式2计算出此时磁场大小，记录并画出bl-各传感器输出电压曲线，得到拟合出的曲线斜率分别为kxz,kyz,kzz。

13、作为一种优选的实施方式，所述三轴磁电耦合传感器灵敏度的二阶张量s与三种磁场激励下三轴磁电耦合传感器的九个输出结果之间的表示方式为：

14、

15、其中，三轴磁电耦合传感器灵敏度的二阶张量s的单位为mv/nt；sij中i表示传感器在局部坐标中的敏感轴方向，j表示传感器在局部坐标中受到的激励磁场方向。

16、采用了上述技术方案后，本发明的有益效果是：

17、(1)标定出磁电耦合三轴传感器灵敏度张量。传统标定只考虑磁场激励下长度方向的灵敏度，而忽视了其他两个方向的输出，使得测试结果与实际值相比偏大。由此磁电耦合三轴传感器标定方法得到的传感器灵敏度二阶张量可以通过后续计算算出传感器理论上的误差，以便后续对结果进行补偿，使得结果更加准确。

18、(2)标定所用的亥姆霍兹线圈为单轴亥姆霍兹线圈，比起传统三轴亥姆霍兹线圈标定方法，单轴亥姆霍兹线圈不用保证三轴亥姆霍兹线圈之间的正交性，只需要考虑传感器的放置误差，使测试结果更加精确。单轴亥姆霍兹线圈还具有系统更加简单，所需信号源与亥姆霍兹线圈更少等优点。

技术特征：

1.一种三轴磁电耦合传感器灵敏度张量的标定方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种三轴磁电耦合传感器灵敏度张量的标定方法，其特征在于，对被测三轴磁电耦合传感器的方向进行定义的方式为：三轴磁电耦合传感器中x轴传感器、y轴传感器和z轴传感器分别沿其各自的敏感轴方向为该三轴磁电耦合传感器的x方向、y方向和z方向。

3.根据权利要求1所述的一种三轴磁电耦合传感器灵敏度张量的标定方法，其特征在于，在将三轴磁电耦合传感器和高精度三轴旋转台一同放在单轴亥姆霍兹线圈之前，先对单轴亥姆霍兹线圈进行校准。

4.根据权利要求3所述的一种三轴磁电耦合传感器灵敏度张量的标定方法，其特征在于，所述单轴亥姆霍兹线圈校准方式包括确定所用单轴亥姆霍兹线圈的转换系数：

5.根据权利要求4所述的一种三轴磁电耦合传感器灵敏度张量的标定方法，其特征在于，若电流源有效值改变为iin时，所在位置的磁场大小bl为：

6.根据权利要求5所述的一种三轴磁电耦合传感器灵敏度张量的标定方法，其特征在于，所述单轴亥姆霍兹线圈给三轴磁电耦合传感器施加交变磁场的方式为：通过高精度电流源输出特定频率且不同有效值的电流为单轴亥姆霍兹线圈馈电，以产生强度不同的交变磁场。

7.根据权利要求6所述的一种三轴磁电耦合传感器灵敏度张量的标定方法，其特征在于，读取磁电耦合三轴传感器三个方向的输出频谱，等间隔的记录不同输入电流下相应输出电压的有效值vij，i代表传感器在局部坐标中的敏感轴方向，j代表传感器在局部坐标中受到的激励磁场方向。

8.根据权利要求7所述的一种三轴磁电耦合传感器灵敏度张量的标定方法，其特征在于，所述高精度三轴转台控制三轴磁电耦合传感器使其x轴方向、y轴方向、z轴方向分别与单轴亥姆霍兹线圈轴线方向平行过程包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的一种三轴磁电耦合传感器灵敏度张量的标定方法，其特征在于，所述三轴磁电耦合传感器灵敏度的二阶张量s与三种磁场激励下三轴磁电耦合传感器的九个输出结果之间的表示方式为：

技术总结本发明提出了一种三轴磁电耦合传感器灵敏度张量的标定方法，包括以下步骤：对被测三轴磁电耦合传感器的方向进行定义，并将其放在高精度三轴旋转台上，将三轴磁电耦合传感器和高精度三轴旋转台一同放在单轴亥姆霍兹线圈中，通过单轴亥姆霍兹线圈给三轴磁电耦合传感器施加交变磁场；通过高精度三轴转台控制三轴磁电耦合传感器使其X轴方向、Y轴方向、Z轴方向分别与单轴亥姆霍兹线圈轴线方向平行，记录在三种磁场激励下三轴磁电耦合传感器的九个输出结果，将其按顺序写成二阶张量S，借此，本发明具有使总场测试结果更加精确的优点，同时单轴亥姆霍兹线圈还具有系统更加简单，所需信号源与亥姆霍兹线圈更少等优点。技术研发人员：储昭强,崔建宇,但卫,杜泽林受保护的技术使用者：哈尔滨工程大学技术研发日：技术公布日：2024/9/2