高精度嵌入式地磁测量仪的研究与实现.pdf

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1、2015钲仪表技术与传感器2015第11期InstrumentTechniqueandSensorNo．11高精度嵌入式地磁测量仪的研究与实现甘攀，杨晓非，欧阳君(华中科技大学光学与电子信息学院。湖北武汉430074)摘要：研制了一款基于三轴磁传感器的高精度嵌入式地磁测量仪，同时针对三轴传感器的零偏误差、比例因子误差、非正交误差及非线性误差建立了高精度误差校正模型，并通过分段线性拟合与高斯牛顿迭代法对补偿参数进行求解。实验结果表明，传感器各轴的测量误差得到了明显抑制，总磁场强度的均方根误差从约300nT降至约7nT。关键词：三轴磁传感器；嵌入式

2、地磁测量仪；误差校正模型；分段线性拟合中图分类号：TH762文献标识码：A文章编号：1002-1841(2015)t1-0045-04ResearchandImplementationofHigh-precisionEmbeddedGeomagneticMeasuringInstrumentGANPan，YANGXiao—fei，OUYANGJun(SchoolofOpticalandElectronicInformation，HuazhongUniversityofScienceandTechnology，Wuhan430074，China)

3、Abstract：Ahigh—precisionembeddedgeomagneticmeasuringinstrumentbasedontriple—axismagneticsensorwasdeveloped．Ahigh—precisioncorrectionmodelwasestablishedforbiaserror，scalefactorerror，non—orthogonalerrorandnonlinearityerror．Thecompensationparametersweresolvedthroughpiecewiselin

4、earfitandGauss—Newtonmethod．TheexperimentalresultsindicatethatmeasurementerrorofeachaxisissignificantlyinhibitedandtheRMSeroroftotalmagneticfieldstrengthdecreasesfromabout300nTtoabout7nT．Keywords：triple—axismagneticsensor；embeddedgeomagneticmeasuringinstrument；errorcorrectio

5、nmodel；piecewiselinearfitting0引言SPI接口控制ADC的三个通道对传感器的三轴信号并行采样，同地磁场是地球的基本物理场，蕴含着重要而丰富的地球物时完成数据的预处理，并通过UART发送至嵌入式处理器SOC。理信息，是人们进行磁力勘探、矿藏探测、地质分析等方面研究的重要信息来源。因此，在获取磁场信息的过程中，对磁场数据的挖掘和分析显得至关重要。然而，由于受多种误差的影响，磁测仪难以实现高精度测量，因此需要对测量误差进行校正及补偿。在三轴磁传感器的误差校正模型及补偿算法方面，国内外学者做了一些有益的研究。但是，目前的研究

6、主要集中在零偏、比例因子及非正交误差，而关于传感器非线性误差的研究还较少。现有的非线性误差补偿方法是基于三次多项式拟合实现的“，然而其精度有限，需要研究高精度误差补偿方法。本文针对三轴磁传感器，建立了其误差校正模型，重点采用分段线性拟合算法，对传感器的非线性误差进行补偿。最终，成功研制了三轴地磁测量仪，该设备具有高精度、低功耗、图1系统结构图便于携带等优点，适合于野外磁力勘探应用。嵌入式处理器SOC以ARM11为核心，对磁测误差进行精1系统设计确补偿，并通过LCD触控屏、USB接口实现人机交互及结果显1．1硬件设计示、数据存储。系统硬件结构如图

7、1所示。其中，三轴磁传感器为MAG—o31．2软件设计型三轴磁通门传感器。地磁测量仪主要由数据采集部分、嵌入式系统软件分为2部分：运行于ARM11中的应用程序及数处理器SOC部分及人机交互部分构成。采部分中的MCU程序。其中，应用程序采用多进程的设计，包其中，数据采集部分采用24位高精度∑一△型ADC，MCU通过括显示主进程、数采子进程、存储子进程，以并发地实现误差补偿、显示及存储等功能。当启动数据采集时，MCU首先对ADC收稿日期：2015-02-05收修改稿日期：2015-06—01进行初始化，之后开始模数转换，并通过UART将转换结果发I

8、nstrumentTechniqueandSensorNOV．20l5送至数据采集子进程。各进程间的交互如图2所示，MCU程序流程如图3所示。创建图4