一种用于三轴磁通门传感器零偏标定的装夹工装

1.本发明涉及传感器标定技术领域，更具体地说是一种用于三轴磁通门传感器零偏标定的装夹工装。


背景技术：

2.磁通门传感器是精密弱磁测量领域应用最广泛的磁场测量仪器，它是基于“法拉第电磁感应定律”原理设计的一种矢量磁传感器，通过高磁导率、低矫顽力的铁芯在饱和电流激励下选通调制磁芯中的磁场分量，将磁场分量转换为电压信号输出的一种磁场测量仪器。它具有分辨力高、鲁棒性好、体积小、重量轻、功耗小等优点，在地球科学、深空探测、生物医学和国防建设等领域得到了普遍应用。
3.受内部电子线路、铁芯缺陷、自身剩磁和温度变化等因素的影响，磁通门传感器不可避免地存在测量误差，其中“零偏误差”是测量低频或微弱磁场主要测量误差之一。构成三轴磁通门传感器每一个单轴传感器都有各自的零点偏移，在使用磁通门传感器开展磁场测量前对其三轴零偏进行标定是必要的工作程序。
4.三轴传感器零偏标定的原理如下所述：我们认为在短时间内三轴磁通门传感器的零偏是一个固定不变的未知量。在零偏标定过程中，磁通门传感器的测量值是其当前所在空间位置的磁场和零偏误差的线性叠加，用数学语言可以描述为：
[0005][0006]
式中b
1x
，b
1y
，b
1z
表示传感器的三方向(正向)磁场测量值；b
x
(x,y,z)，by(x,y,z)，bz(x,y,z)表示该测量点三方向真实磁场值，b
x0
，b
y0
，b
z0
表示磁通门传感器的三轴零偏误差。
[0007]
为了得到磁通门的三轴零偏误差，我们需要将磁通门传感器的三轴分别翻转180
°
进行反方向磁场测量，即
[0008][0009]
在短时间内，我们认为空间某一测量点的磁场是不变的，即b
x
(x,y,z)，by(x,y,z)，bz(x,y,z)与-b
x
(x,y,z)，-by(x,y,z)，-bz(x,y,z)大小相等方向相反，从(1)式和(2)式可以得到
[0010][0011]
然而，在对传感器的x,y,z轴进行180
°
翻转测量时，由于各轴的原点/坐标原点均在传感器的内部，我们无法观察到其具体位置，因而在正反两次测量中，各轴原点/坐标原点的位置并非完全重合，存在一定位置误差(目前做法均是手动盲翻180
°
或者在传感器表
面或者地面刻画标记，位置误差很大)，即b
x
(x,y,z)，by(x,y,z)，bz(x,y,z)与-b
x
(x,y,z)，-by(x,y,z)，-bz(x,y,z)不再满足大小相等方向相反的条件，因而造成零偏的标定存在误差。


技术实现要素：

[0012]
本发明
[0013]
目的1：解决磁通门传感器零偏误差标定过程中，正向测量和反向180
°
翻转测量过程中，传感器三轴坐标原点位置不重合引入的零偏标定误差问题。
[0014]
目的2：便于操作，以最小程度减小正反两次测量操作过程中，环境磁场的变化对于零偏标定误差的影响。
[0015]
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0016]
一种用于三轴磁通门传感器零偏标定的装夹工装，包括底座、z轴距离补偿块、第一限位杆，第二限位杆；所述底座上垂直设有两个相互平行的y轴限位板，所述y轴限位板一端垂直设有z轴限位板；两个所述y轴限位板限位板上对应位置开设有中部限位孔和端部限位孔；
[0017]
当三轴磁通门传感器一端接触z轴限位板时，第一限位杆插入中部限位孔，此时三轴磁通门传感器位于z轴限位板与第一限位杆之间，即可对三轴磁通门传感器限位并测量；随后将轴磁通门传感器在z轴限位板与第一限位杆内翻转180
°
后继续测量，因此x,y轴坐标原点与翻转前重合；
[0018]
当三轴磁通门传感器在z轴翻转180
°
时，第二限位杆插入端部限位孔，此时三轴磁通门传感器一端紧贴第二限位杆，另一端紧贴z轴距离补偿块一端，z轴距离补偿块另一端紧贴z轴限位板；z轴距离补偿块起到z轴翻转180
°
后，补偿翻转后z轴原点平移的距离，使z轴坐标原点翻转前后重合的作用。
[0019]
还包括锁紧螺栓，锁紧螺栓拧入y轴限位板上对应的螺孔内，时间进一步将三轴磁通门传感器锁紧。测量完一次后，手动拧松螺栓，旋转三轴磁通门传感器后又拧紧，以此类推。
[0020]
所述z轴距离补偿块上部设有提手，方便拿取。
[0021]
所述底座上开设工装安装孔，可以通过螺钉安装定位底座，防止在实验操作过程中工装受力引起的位置变动。
[0022]
本发明的技术效果和优点：
[0023]
效果1：解决磁通门传感器零偏误差标定过程中，正向测量和反向180
°
翻转测量过程中，传感器三轴坐标原点位置不重合引入的零偏标定误差问题。
[0024]
效果2：便于操作，以最小程度减小正反两次测量操作过程中，环境磁场的变化对于零偏标定误差的影响。
[0025]
效果3：定位精度高，可以有效得地减少位置误差；操作简便，可以快速实现180
°
翻转，以减小时间因素引入的零偏标定误差(即翻转操作历时越短，正方两方向磁场的幅值的一致性越好)。
附图说明
[0026]
图1为底座结构示意图；
[0027]
图2为z轴距离补偿块结构示意图；
[0028]
图3为x,y,z轴均正向测量时三轴磁通门传感器位置示意图；
[0029]
图4为x,y轴反向测量时三轴磁通门传感器位置示意图；
[0030]
图5为z轴反向测量时三轴磁通门传感器位置示意图；
[0031]
图6为图5的俯视图。
具体实施方式
[0032]
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0033]
实施例一
[0034]
一种用于三轴磁通门传感器零偏标定的装夹工装，包括底座1、z轴距离补偿块2、第一限位杆3，第二限位杆4；所述底座上垂直设有两个相互平行的y轴限位板5，所述y轴限位板一端垂直设有z轴限位板6；两个所述y轴限位板限位板上对应位置开设有中部限位孔51和端部限位孔52；
[0035]
如图3所示，当三轴磁通门传感器7一端接触z轴限位板时，第一限位杆3插入中部限位孔51，此时三轴磁通门传感器7位于z轴限位板6与第一限位杆3之间，即可对三轴磁通门传感器限位并测量；
[0036]
如图4所示，随后将轴磁通门传感器7在z轴限位板与第一限位杆内翻转180
°
后继续测量，即x,y轴翻转180
°
测量，此时x,y轴坐标原点与翻转前重合；
[0037]
实施例二
[0038]
如图5所示，当z轴翻转180
°
时，即轴磁通门传感器7在z轴方向翻转180
°
，第二限位杆4插入端部限位孔52，此时三轴磁通门传感器一端紧贴第二限位杆4，另一端紧贴z轴距离补偿块2一端，z轴距离补偿块2另一端紧贴z轴限位板6；z轴距离补偿块起到z轴翻转180
°
后，补偿翻转后z轴原点平移的距离，使z轴坐标原点翻转前后重合的作用。
[0039]
还包括锁紧螺栓8，锁紧螺栓8拧入y轴限位板上对应的螺孔内，进一步将三轴磁通门传感器锁紧。测量完一次后，手动拧松螺栓，旋转三轴磁通门传感器后又拧紧，以此类推。
[0040]
所述z轴距离补偿2块上部设有提手21，方便拿取。
[0041]
所述底座1上开设工装安装孔11，可以通过螺钉安装定位底座，防止在实验操作过程中工装受力引起的位置变动。
[0042]
实施列三
[0043]
三轴磁通门传感器7采用英国巴廷顿公司生产的型号为mag03的三轴磁通门传感器。
[0044]
操作过程：
[0045]
第一步：如图3，x,y,z轴均正向测量，得到b
1x
，b
1y
，b
1z
[0046]
第二步：如图4，三轴磁通门传感器在x,y轴翻转180
°
测量，得到-b
1x
，-b
1y
[0047]
第三步：如图5，三轴磁通门传感器在z轴翻转180
°
测量，得到-b
1z
[0048]
整个操作过程完毕后，即可得到零偏数据，
[0049]
依据公式计算。
[0050]
实施例四
[0051]
本发明整体采用尼龙材料加工，强度高，不易变形，可加工性好，并且尼龙材料是无磁材料，避免了引入额外磁场的干扰，适用于在屏蔽室或屏蔽筒内的近零磁环境下标定使用。
[0052]
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种用于三轴磁通门传感器零偏标定的装夹工装，其特征在于：包括底座、z轴距离补偿块、第一限位杆，第二限位杆；所述底座上垂直设有两个相互平行的y轴限位板，所述y轴限位板一端垂直设有z轴限位板；两个所述y轴限位板限位板上对应位置开设有中部限位孔和端部限位孔；当三轴磁通门传感器一端接触z轴限位板时，第一限位杆插入中部限位孔，此时三轴磁通门传感器位于z轴限位板与第一限位杆之间，即可对三轴磁通门传感器限位并测量；随后将轴磁通门传感器在z轴限位板与第一限位杆内翻转180
°
后继续测量，因此x,y轴坐标原点与翻转前重合；当三轴磁通门传感器在z轴翻转180
°
时，第二限位杆插入端部限位孔，此时三轴磁通门传感器一端紧贴第二限位杆，另一端紧贴z轴距离补偿块一端，z轴距离补偿块另一端紧贴z轴限位板；z轴距离补偿块起到z轴翻转180
°
后，补偿翻转后z轴原点平移的距离，使z轴坐标原点翻转前后重合的作用。2.根据权利要求1所述的一种用于三轴磁通门传感器零偏标定的装夹工装，其特征在于：还包括锁紧螺栓，锁紧螺栓拧入y轴限位板上对应的螺孔内，时间进一步将三轴磁通门传感器锁紧。测量完一次后，手动拧松螺栓，旋转三轴磁通门传感器后又拧紧，以此类推。3.根据权利要求1所述的一种用于三轴磁通门传感器零偏标定的装夹工装，其特征在于：所述z轴距离补偿块上部设有提手。4.根据权利要求1所述的一种用于三轴磁通门传感器零偏标定的装夹工装，其特征在于：所述底座上开设工装安装孔，可以通过螺钉固定底座。

技术总结
本发明公开了一种用于三轴磁通门传感器零偏标定的装夹工装，包括底座、z轴距离补偿块、第一限位杆，第二限位杆；所述底座上垂直设有两个相互平行的y轴限位板，所述y轴限位板一端垂直设有z轴限位板；两个所述y轴限位板限位板上对应位置开设有中部限位孔和端部限位孔；本发明解决磁通门传感器零偏误差标定过程中，正向测量和反向180


技术研发人员：李朋轩 王雷 孙芝茵 喻九维 李子琦 曹炳章 李运召 张效源 李立毅
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：2023.06.20
技术公布日：2023/8/13