基于零磁装置的磁通门传感器的新型标定方法

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1、硕士学位论文基于零磁装置的磁通门传感器的新型标定方法ANEWCALIBRATIONMETHODOFFLUXGATEMAGNETOMETERBASEDONZEROMAGNETICDEVICE李吉哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TM351学校代码：10213国际图书分类号：621.3密级：公开工学硕士学位论文基于零磁装置的磁通门传感器的新型标定方法硕士研究生：李吉导师：潘东华副研究员申请学位：工程硕士学科：电气工程所在单位：电气工程及自动化学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:T

2、M351U.D.C:621.3DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringANEWCALIBRATIONMETHODOFFLUXGATEMAGNETOMETERBASEDONZEROMAGNETICDEVICECandidate：LiJiSupervisor：AssociateProf.PanDonghuaAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：ElectricalEngineeringAffiliation：Schoolof

3、ElectricalEngineeringandAutomationDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要三轴磁通门传感器被广泛应用于空间探测、定位导航、地质勘探等领域，作为高精度的矢量磁传感器，其测量精度将直接决定所得磁场数据的准确性。但受到机械加工精度与电子电路自身特性的限制，三轴磁通门传感器在测量时存在着三种自身误差：零偏误差、比例系数误差以及非正交误差。这三种误差会使得磁通门

4、传感器示数偏离环境真实的磁场值。因此，在实际测量前需要对各误差参数进行标定。传统标量校正法尽管应用广泛，但仍存有诸多问题。如磁噪声较大的背景磁场环境、无磁转台自身的磁干扰、转台使用对磁环境高均匀性的要求以及低实验效率等。这些问题都限制了标定精度的进一步提升。本文针对上述问题，并结合零磁装置，提出一种基于零磁装置的磁通门传感器无姿态调整的新型标定方法（简称新型标定方法）。该方法以零磁装置内部的低磁场噪声环境作为整个标定过程的背景磁场环境。优先在零磁装置内部标定三轴均匀场线圈的误差参数，随后借助零磁装置与已标定的三轴线圈构成可控标准磁源，产

5、生一定数量不同方向的空间矢量磁场来标定三轴磁通门传感器。本文将新型标定方法分为“基于零磁装置的三轴线圈标定”与“基于可控标准磁源的三轴磁通门标定”两个步骤。针对“基于零磁装置的三轴线圈标定”，通过分析三轴线圈的现有标定方法，对传统标定模型进行了优化，引入环境磁场三分量这3个误差参数，构建了9个误差参数的误差模型。针对“基于可控标准磁源的三轴磁通门标定”，构建了包含3种误差共计9个误差参数的误差模型。总结了新型标定方法的具体标定流程。针对新型标定方法的两个特有问题，即“屏蔽层与三轴线圈外部磁场的耦合”以及“矢、标量传感器的位置偏差”，借助

6、COMSOL与MATLAB软件对问题进行分析与评估。最终在本课题所用屏蔽层边长为1.85m的零磁装置内，选用直径为0.46m的三轴亥姆霍兹线圈作为本课题的磁场发生装置，合理地解决了这两个问题。随后借助MATLAB软件，并结合零磁装置内部磁场环境的实测数据，对新型标定方法的标定过程进行仿真分析。借助概率统计的思想，分析新型标定方法两个步骤各自输入电流情况对标定结果的影响，明确了两个步骤各自获得左右标定结果的输入电流情况。将新型标定方法与传统标量校正法进行仿真对比，证明新型标定方法的优势。最后根据现有资源，搭建实验平台，利用新型标定方法对M

7、ag-03磁通门传感器的误差参数进行标定。通过分析数据与标定结果，证明新型标定方法的可行性。关键词：三轴磁通门传感器；误差标定；零磁装置；可控标准磁源；无矩线圈-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractThree-axisfluxgatemagnetometersarewidelyusedinspaceexploration,positioningnavigation,geologicalexplorationandotherfields.Ashigh-precisionvectormagnetometers,theiracc

8、uracywilldirectlydeterminetheaccuracyoftheobtainedmagneticfielddata.However,therearethreekindsofselferr