[发明专利]一种三维亥姆霍兹线圈磁场最优编排标定法

说明书

本发明提供一种三维亥姆霍兹线圈磁场最优编排标定法，建立三轴磁强计输出与待测磁场之间的差分线性方程组；采用人群搜索算法以系数矩阵的条件数为优化目标函数；并依次产生磁场最优编排值，待稳定后记录共有三组阵列中的每一个三轴磁强计输出，并与线圈不通电时的输出作差构建差分方程组，得到三轴磁强计的轴向比例因子和轴间耦合系数；旋转阵列，分别记录这两次旋转时每一个三轴磁强计的输出，将这两次输出求均值得到每一个三轴磁强计的零偏。本发明不仅能标定出轴间强耦合三轴磁强计阵列的轴向比例因子、轴间耦合系数及零偏，而且算法简单快速、标定精度高、效率高、流程简便，阵列无需全姿态空间转动，消除了零偏和恒定背景磁场的影响。

技术领域

本发明属于三轴磁强计阵列标定技术领域，具体涉及一种三维亥姆霍兹线圈磁场最优编排标定法。

背景技术

用于总场和总场梯度测量的标量磁传感器有光泵磁力仪、质子磁力仪、原子磁力仪等，但这些磁力仪体积大、功耗大、价格高，不便大规模集成成阵。由多个三轴磁强计构成的三轴磁强计阵列能够测量更多的磁性体磁场物理量及其空间多点分布，这有助于磁性体的磁特征分析与测量数据解释，也是磁性体单次测量定位的实现途径之一。隧道磁阻式(TMR)等类型的三轴磁强计具有小型化、低成本、低功耗、高度集成、高响应频率和高传感灵敏度的优点，使用TMR型三轴磁强计作为阵列的集成单元有利于阵列的小型化，但这类三轴磁强计的轴间耦合大。

如果先独自标定阵列中的每一个三轴磁强计再装配成阵，则成阵的阵列会存在未知的再安装误差，因此三轴磁强计阵列的标定应采用一体化标定法。双探头三轴磁通门梯度计的两步标定法是先独立校准两个探头，再将它们对齐，但对固定式探头来说这是无法再对齐的(Jan V.Calibration of triaxial fluxgate gradiometer[J].Journal ofappliedphysics,2006,99:08D913)。陆军工程大学将三轴磁强计系统误差和载体软、硬磁干扰整合为集成误差系数矩阵和集成零偏，采用最小二乘椭球拟合建立集成补偿模型，再运用最小二乘估计非对准(Yin G,Zhang Y T,Fan H B,Zhang G,andRen G Q.Linearcalibration method of magnetic gradient tensor system[J].Measurement,2014,56:8-18)。海军航空工程学院建立了四面体磁梯度张量系统载体磁干扰模型，通过磁梯度张量元素之间的约束方程式补偿载体磁干扰(于振涛，吕俊伟，毕波，周静.四面体磁梯度张量系统的载体磁干扰补偿方法[J].物理学报，2014,63(11)：110702)。吉林大学使用磁梯度张量的两个旋转不变量标定三轴磁强计的非正交误差、比例因子误差、零偏及非对准误差(SuiY Y,Liu S B,Zhou JZ J,Wang Y Z,and Cheng D F.Invariant calibration ofmagnetic tensor gradiometers[J].IEEE Magnetic Letters,2017,8:6505105)。国防科技大学提出了平面十字形三轴磁强计阵列的非线性一体化标定模型，通过标定提高了阵列对磁性体的定位精度(Pang H F,Pan M C,Wan C B,Chen J F,Zhu X J,Luo FL.Integrated compensation of magnetometer array magnetic distortion field andimprovement of magnetic object localization[J].IEEE Transactions onGeoscience and Remote Sensing,2014,52(9):5670-5676)。