[发明专利]线圈矢量磁力仪几何轴与磁轴夹角电学检测系统及方法

权利要求书

1.一种线圈矢量磁力仪几何轴与磁轴夹角电学检测方法，基于一种线圈矢量磁力仪几何轴与磁轴夹角电学检测系统，其特征在于：所述线圈矢量磁力仪几何轴与磁轴夹角电学检测系统包括：Helmholtz线圈、总场传感器和无磁转台，所述Helmholtz线圈中包含两个平行设置的线圈，所述总场传感器放置于所述两个平行设置的线圈所围成区域的中心处，且所述两个平行设置的线圈所围成区域内磁场均匀分布，所述无磁转台保持水平状态，所述Helmholtz线圈中其中一个线圈与水平面平行放置在所述无磁转台上，且所述Helmholtz线圈的几何中心轴向与所述无磁转台的旋转轴心保持同轴；

所述线圈矢量磁力仪几何轴与磁轴夹角电学检测方法包括以下步骤：

S1、将所述电学检测系统放置于地磁环境下，保持所述Helmholtz线圈与所述无磁转台为关闭状态，通过所述总场传感器获得地磁环境磁场大小；

S2、向所述Helmholtz线圈中施加激励电流，产生线圈磁场，计算出线圈磁场大小；

S3、持续向所述Helmholtz线圈中施加激励电流，且电流大小不变，开启所述无磁转台，利用所述无磁转台带动所述Helmholtz线圈在水平面上旋转一周，通过所述总场传感器获得所述地磁环境磁场与所述线圈磁场的合成磁场值的最大值和最小值；

S4、基于所述合成磁场值的最大值和最小值，计算出所述Helmholtz线圈的几何中心轴向与磁轴向的偏离角度；所述磁轴向即为步骤S2中线圈磁场方向。

2.如权利要求1所述的线圈矢量磁力仪几何轴与磁轴夹角电学检测方法，其特征在于：步骤S1中，保持所述Helmholtz线圈为关闭状态即是：不向Helmholtz线圈通入电流，使该线圈不产生线圈磁场；保持所述无磁转台为关闭状态即是：使无磁转台停止转动。

3.如权利要求1所述的线圈矢量磁力仪几何轴与磁轴夹角电学检测方法，其特征在于：步骤S2中，通过公式(1)，计算出线圈磁场大小：

A＝k×i (1)

其中，k为线圈常数，i为向所述Helmholtz线圈中施加的激励电流的大小，A为线圈磁场大小。

4.如权利要求1所述的线圈矢量磁力仪几何轴与磁轴夹角电学检测方法，其特征在于：步骤S3中，以线圈磁场中心为原点，以Helmholtz线圈几何中心轴为z轴，以地磁环境磁场所在竖直平面的水平方向为x轴，以垂直于xoz平面直线为y轴，建立坐标系；

无磁转台旋转过程中，线圈磁场表示为如公式(2)：

其中，A表示线圈磁场大小，θ表示无磁转台与x轴的夹角，即无磁转台旋转角度，α表示线圈磁场与z轴的夹角，即线圈矢量磁力仪几何轴向与磁轴向的夹角；

无磁转台旋转过程中，根据矢量运算法则，所述地磁环境磁场与所述线圈磁场的合成磁场表示为如公式(3)：

其中，地磁环境磁场F₀表示地磁环境磁场大小，I表示地磁环境磁场与水平面的夹角，即地磁环境磁场的倾角；

由公式(3)可知，合成磁场值F随着无磁转台旋转角度θ的变化关系如公式(4)所示：

将公式(4)进行简化得到公式(5)：

通过公式(6)、(7)、(8)，计算得到合成磁场值的最大值和最小值：

其中，F_max表示合成磁场值的最大值，F_min表示合成磁场值的最小值。

5.如权利要求4所述的线圈矢量磁力仪几何轴与磁轴夹角电学检测方法，其特征在于：在步骤S4中，通过公式(7)和公式(8)，计算得出线圈矢量磁力仪几何轴向与磁轴向的夹角α，如公式(9)：

其中，F₀表示地磁环境磁场大小，A表示线圈磁场大小，F_max表示合成磁场值的最大值，F_min表示合成磁场值的最小值。