一种基于加速度计的磁力计校正装置及方法

1.本发明属于磁力计磁场非正交校正技术领域，具体涉及一种基于加速度计的磁力计校正装置及方法。

背景技术：

2.三轴磁力计是当前应用最广泛的地磁测量传感器。其作为惯性导航系统的一个重要组成部分具有广泛的应用场景。
3.目前，已有众多高校、公司和科研单位对三轴磁力计的矫正系统进行了研究，现列举如下：武汉大学的公开号为cn200810047287.8的发明专利“三轴磁强计校正方法以及三轴磁梯度计校正方法”，该专利采用以普通的三轴线圈、标量磁强计、高精度电流源组成校正装置，其校正精度与被校正的三轴磁强计单轴的测试精度同数量级。
4.北斗天地股份有限公司的公开号为cn202010657570.3的发明专利“一种基于余弦磁场的磁力计非正交偏角测量及校正方法”将多轴磁力计固定在转台上，使多轴磁力计中一面轴与转轴在同一直线上，然后将固定好的多轴磁力计放置于通有余弦磁场信号的螺线管中，多轴磁力计转动采集各轴数据，并对采集的每个轴的数据分别进行三阶余弦拟合，得出磁力计轴向偏角，运用这一偏角对各轴向测量数据进行校正。
5.现有的三轴磁力计的矫正系统，均需要外部磁场以及转台，这种矫正存在结构复杂、成本较高。
6.手工方式的测定是技术门槛最低、最简单有效的，缺点是需要手动旋转转台后，手动记录转动的角度数据，然后再手动录入到计算机系统里进行分析，整个过程是繁琐复杂的，且容易存在人工错误录入等问题，同时每一次重复校正都意味着大量的人工成本。
7.现有的基于地磁矫正三轴磁力计的方法，虽然结构简单，但是使用过程中，需要尽可能减少测量场景中的磁场干扰；同时，闭环电机本身会产生较强的变化磁场、闭环电机旋转中测量用径向充磁铷磁铁也会产生较强的变化磁强，因此现有装置中，不能使用电机驱动、或者如果使用需要配合至少2m的长距离传动结构。

技术实现要素：

8.本发明要解决的技术问题：本发明的目的是为了解决现有技术中的不足，提供一种可利用地磁场的，无需电机转台驱动的磁力计校正装置及方法。
9.本发明的技术方案：本发明所述的基于加速度计的磁力计校正装置，包括两根垂直设置的传动轴以及匹配所述传动轴，与所述传动轴可拆卸连接的加速度计和磁力计；所述磁力计可相对所述传动轴水平或竖直安装；两所述传动轴为联动关系，一传动轴转动，可带动另一所述传动轴转动；所述加速度计经过正交化校正；所述磁力计未经过正交化校正。
10.进一步的，所述磁力计通过磁力计固定支架连接所述传动轴；
所述磁力计固定支架包括用于所述磁力计的垂直安装的垂直快换转接板以及用于所述磁力计的水平安装的水平快换转接板；所述垂直快换转接板设置在第一法兰转接板上，所述水平快换转接板设置在所述垂直快换转接板上，且平行所述第一法兰转接板。
11.进一步的，还包括法兰盘；所述法兰盘固定于传动轴的末端；所述传动轴上设有支撑定位所述法兰盘的轴上台阶限位面；所述传动轴末端依次穿过法兰盘、第二法兰转接板和第一法兰转接板，并通过法兰限位螺母固定所述第一法兰转接板和第二法兰转接板。
12.进一步的，所述传动轴上设有传动齿轮限位面；所述传动齿轮通过限位螺母压紧在所述传动齿轮限位面上；所述传动轴包括结构完全相同的加速度传动轴和磁力传动轴；所述加速度传动轴和磁力传动轴上的传动齿轮的传动齿90度交错配合。
13.进一步的，所述加速度传动轴上，用于固定加速度计的加速度计固定板；所述磁力传动轴上，设有用于固定所述磁力计的磁力计垂直固定板、磁力计水平固定板。
14.进一步的，所述加速度计的坐标系的原点与所述传动轴的轴线共线。
15.本发明还公开了一种基于加速度计的磁力计校正方法，包括基于上述的磁力计校正装置，加速度计的坐标系的原点与所述传动轴的轴线共线，包括如下流程：s1.将待正交化校正磁力计相对地面水平方向，设置在传动轴上;将经过正交化校正的加速度计沿垂直地面方向固定在另一传动轴上；s2.旋转传动轴，带动加速度计旋转，同步带动磁力计旋转，达到加速度计与磁力计同步；以加速度测量的重力矢量表示角度变化，记录下每一时刻的重力矢量，计算出每一时刻相对于上一时刻的角度变化。
16.s3.更换步骤s1中磁力计方向，相对地面垂直方向设置，重复步骤s2；s4.通过磁力计分别沿相对地面水平方向、相对地面垂直方向绕传动轴旋转时的磁场强度数据，以及加速度计的角度变化的数据，照常规技术施密特正交化计算出磁场传感器的非正交系数。
17.有益效果：本发明与现有技术相比的有益效果：1.本发明利用地磁以及加速度计对磁力计进行校正，使用加速度计测量磁力计的角度变化，装置整体更为紧凑、所需材料较少、使用场地限制更小、使用更为方便、降低了设备使用的专业化需求。
18.2.由于加速度计测量的加速度在静止时为垂直地面的重力，加速度计的固定支架安装于垂直地面的机架一侧，且加速度计的z轴与地面平行。由于磁力计包含x、y、z三轴的磁场分量强度，因此非正交校正需要至少校正两次才能完成对于磁力计的正交化校正，对此磁力计支架包括两种互相垂直的快换固定位。
19.3.设有垂直快换转接板以及水平快换转接板，为后续安装传感器提供更大的安装面积。
20.4.加速度计对于其他传感器，容易受到外部的加速度干扰导致测定的加速度不是
重力。对此，本设备在制作时会对加速度计的坐标系的原点与转轴共线，使加速度计测定的值为重力。这样设备变能够在不对磁场传感器产生额外误差的条件下完成对于磁场传感器实际转动角度的测定。
附图说明
21.图1本发明的整体结构示意图；图2本发明中传动轴的工作状态示意图；图3本发明中传动轴的具体结构示意图；图4本发明中加速度及其传动轴的具体结构示意图。
具体实施方式
22.为了加深本发明的理解，下面我们将结合附图对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
23.如图1-4，本实施例提供的是一种基于加速度计的磁力计校正装置，包括直角传动机构、传感器固定用法兰盘机构、待校正磁力计传感器快换固定支架；如图2-3所示，直角传动机构包括两个螺旋齿轮6、两根传动轴9、两组关于传动齿轮6对称设置的卧式轴承组件、两个限位螺母7、两个用于固定连接板和传动轴9的法兰限位螺母12、和多组用于连接个盖板1的90度角码2。
24.相邻两盖板间通过90度角码2连接固定，90度角码2与盖板通过螺栓螺母连接；其中两块平行设置的水平面盖板1上分别设有第一卧式轴承5和第二卧式轴承8；第一卧式轴承5和第二卧式轴承8对称设置，且轴心相同。
25.两块相对平行设置的侧边盖板3分别设有第一卧式轴承5和第二卧式轴承8；第一卧式轴承5和第二卧式轴承8对称设置，且轴心相同；第一卧式轴承5固定在传动轴9上，并采用顶丝以及台阶面固定限位，轴上使用顶丝安装螺旋齿轮6，两个螺旋齿轮6成90度交错配合，螺旋齿轮6一端被轴9台阶面限位，另一端依靠轴上螺纹安装限位螺母7限位。
26.如图4所示，法兰盘14固定于传动轴9的末端，采用顶丝安装于传动轴9上，传动轴9上设有支撑定位法兰盘14的轴上台阶限位面91。
27.磁力计固定支架包括垂直安装转接板17以及水平安装转接板18分别对应垂直固定磁力计示意安装位置15以及水平固定磁力计示意安装位置16，垂直安装转接板17与磁力计间使用90度角码固定，水平安装转接板18与磁力计间也采用90度角码固定。该结构安装于水平地面放置的传感器用法兰盘结构上。
28.本实施例中，待测量的磁力计至少有两种不同的安装姿态，且两种安装姿态不仅限于垂直。
29.本技术中基于加速度计的磁力计校正方法，包括如下步骤，s1. 将装置夹持在台虎钳上，将待正交化校正磁力计20相对地面水平方向，设置在传动轴9上;将经过正交化校正的加速度计10沿垂直地面方向固定在另一传动轴9上；s2.旋转传动轴9，带动加速度计10旋转，同步带动磁力计20旋转，达到加速度计10与磁力计同步；以加速度测量的重力矢量表示角度变化，记录下每一时刻的重力矢量，计算
出每一时刻相对于上一时刻的角度变化。
30.s3.更换步骤s1中磁力计20方向，相对地面垂直方向设置，重复步骤s2；s4.通过磁力计20分别沿相对地面水平方向、相对地面垂直方向绕传动轴9旋转时的磁场强度数据，以及加速度计的角度变化的数据，照常规技术施密特正交化计算出磁场传感器的非正交系数。
31.在本方法的夹持状态下，重力在加速度计10坐标系下的分量主要集中在x轴与y轴上，s1.中加速度计10的安装方式使重力与加速度计z轴近乎垂直。因此，角度变化被加速度计10测量的重力矢量所表示。记录下每一时刻的重力矢量，既可计算出每一时刻相对于上一时刻的角度变化。因为磁场传感器存在一定抖动，所以在旋转过程中，尽可能略缓慢的、多轮的旋转，多次采样可以尽可能减少随机误差的影响，可以提高拟合的精度，达到对于磁场传感器转角的测定。
32.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本领域的技术人员应该了解本发明不受上述具体实施例的限制，上述具体实施例和说明书中的描述只是为了进一步说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护的范围由权利要求书及其等效物界定。

技术特征：

1.一种基于加速度计的磁力计校正装置，其特征在于：包括两根垂直设置的传动轴以及匹配所述传动轴（9），与所述传动轴可拆卸连接的加速度计和磁力计；所述磁力计可相对所述传动轴（9）水平或竖直安装；两所述传动轴为联动关系，一传动轴转动，可带动另一所述传动轴转动；所述加速度计经过正交化校正；所述磁力计未经过正交化校正。2.根据权利要求1所述的基于加速度计的磁力计校正装置，其特征在于：所述磁力计通过磁力计固定支架连接所述传动轴；所述磁力计固定支架包括用于所述磁力计的垂直安装的垂直快换转接板（17）以及用于所述磁力计的水平安装的水平快换转接板（18）；所述垂直快换转接板（17）设置在第一法兰转接板（11）上，所述水平快换转接板（18）设置在所述垂直快换转接板（17）上，且平行所述第一法兰转接板（11）。3.根据权利要求2所述的基于加速度计的磁力计校正装置，其特征在于：还包括法兰盘（14）；所述法兰盘（14）固定于传动轴（9）的末端；所述传动轴（9）上设有支撑定位所述法兰盘14的轴上台阶限位面（91）；所述传动轴9末端依次穿过法兰盘（14）、第二法兰转接板（13）和第一法兰转接板（11），并通过法兰限位螺母（12）固定所述第一法兰转接板（11）和第二法兰转接板（13）。4.根据权利要求3所述的基于加速度计的磁力计校正装置，其特征在于：所述传动轴（9）上设有传动齿轮限位面（92）；所述传动齿轮（6）通过限位螺母（7）压紧在所述传动齿轮限位面（92）上；所述传动轴（9）包括结构完全相同的加速度传动轴（93）和磁力传动轴（94）；所述加速度传动轴（93）和磁力传动轴（94）上的传动齿轮（6）的传动齿90度交错配合。5.根据权利要求4所述的基于加速度计的磁力计校正装置，其特征在于：所述加速度传动轴（93）上，用于固定加速度计的加速度计固定板（10）；所述磁力传动轴（94）上，设有用于固定所述磁力计的磁力计垂直固定板（15）、磁力计水平固定板（16）。6.根据权利要求1-4中任一所述的基于加速度计的磁力计校正装置，其特征在于：所述加速度计的坐标系的原点与所述传动轴（9）的轴线共线。7.一种基于加速度计的磁力计校正方法，其特征在于：基于权利要求1-4中任一所述的磁力计校正装置，加速度计的坐标系的原点与所述传动轴（9）的轴线共线，包括如下流程：s1.将待正交化校正磁力计相对地面水平方向，设置在传动轴（9）上;将经过正交化校正的加速度计沿垂直地面方向固定在另一传动轴（9）上；s2.旋转传动轴（9），带动加速度计旋转，同步带动磁力计旋转，达到加速度计与磁力计同步；以加速度测量的重力矢量表示角度变化，记录下每一时刻的重力矢量，计算出每一时刻相对于上一时刻的角度变化;s3.更换步骤s1中磁力计方向，相对地面垂直方向设置，重复步骤s2；s4.通过磁力计分别沿相对地面水平方向、相对地面垂直方向绕传动轴（9）旋转时的磁场强度数据，以及加速度计的角度变化的数据，照常规技术施密特正交化计算出磁场传感器的非正交系数。

技术总结

本发明属于磁力计磁场非正交校正技术领域，具体为一种基于加速度计的磁力计校正装置，包括：直角传动机构、传感器固定用法兰盘机构、待校正磁力计传感器快换固定支架。直角传动机构采用螺旋齿轮传动，两端分别连接待非正交校正的磁力计与非正交校正完毕的加速度计，通过加速度计，计算的加速度转动量，实现对磁力计转动量的测量。由于加速度计测量的加速度在静止时为垂直地面的重力，加速度计的固定支架安装于垂直地面的机架一侧，且加速度计的z轴与地面平行。由于磁力计包含x、y、z三轴的磁场分量强度，因此非正交校正需要至少校正两次才能完成对于磁力计的正交化校正，对此磁力计支架包括两种互相垂直的快换固定位。支架包括两种互相垂直的快换固定位。支架包括两种互相垂直的快换固定位。