一種基於有源磁場的方向角測量裝置及測量方法與流程
2023-05-05 10:11:41 3
本發明涉及一種傳感器技術領域，具體涉及一種基於有源磁場的方向角測量裝置。
背景技術：
目前，通常通過旋轉法利用地磁測量方向角，在利用傳感器測量時，如果不旋轉傳感器，外界有磁場變化時，測量結果就會產生誤差。採用地磁傳感器測量地磁強度，實現方向角測量，由於地磁信號很弱，地磁也在發生變化，因此，外界磁場的幹擾，會造成方向角測量的誤差。現有技術中方向角的測量裝置必須定期運動校正，當有金屬物體或者外部磁場的影響時，磁場會發生變化，造成測量的誤差。
綜上所述，現有技術中，通過旋轉法對方向角的測量，由於地磁變化的影響，容易造成方向角測量的誤差，若存在外界電磁幹擾時，誤差更大，誤差可達10到30度。
技術實現要素：
本發明的目的在於提供一種基於有源磁場的方向角測量裝置及測量方法，用以解決現有技術中對方向角的測量過程中存在著由於地磁場等外部磁場的變化對測量的方向角的準確度的影響。
為實現上述目的，本發明提供一種基於有源磁場的方向角測量裝置，所述方向角測量裝置包括控制器、磁場發生器、磁阻傳感器以及電源；
所述控制器分別與所述磁場發生器、磁阻傳感器控制連接；
所述電源分別與所述控制器、磁場發生器、磁阻傳感器電連接。
所述電源通過繼電器與所述有源磁場連接。
所述繼電器和所述控制器之間還設有電源開關。
本發明還提供一種應用上述所述的方向角測量裝置的測量方法，其特徵在於包括以下步驟：
步驟1：利用所述磁阻傳感器測量磁場發生器未開啟時的外部磁場值為X1，Y1，Z1，並將測量數值傳輸給所述控制器；
步驟2：測量磁場發生器開啟時的磁場值為X2，Y2，Z2，並將測量值傳輸給所述控制器；
步驟3：根據步驟1和步驟2測定的磁場值，由公式X3＝(A*X2-B*X1)/C；Y3＝(D*Y2-E*Y1)/F；Z3＝(G*Z2-H*Z1)/I，計算得到消除外部磁場影響，得到的磁場值X3，Y3，Z3；其中，A、B、C、D、E、F、G、H、I為參考加權參數；
步驟4：根據步驟3計算得到的X3，Y3，Z3計算方向角。
其中，所述參考加權參數A、B、C、D、E、F、G、H、I的值均為1。
本發明基於有源磁場的方向角測量裝置及其測量方法具有如下優點：
本發明基於有源磁場的方向角測量裝置採用磁場發生器和高性能磁阻傳感器，測量磁場發生器開啟與關閉前後兩者間的相對變化，消除了地磁場變化、外界磁場幹擾造成的測量誤差，提高方向角測量的精度。
附圖說明
圖1為本發明的基於有源磁場的方向角測量裝置結構原理圖。
具體實施方式
以下實施例用於說明本發明，但不用來限制本發明的範圍。
如圖1所示，本發明提供一種基於有源磁場的方向角測量裝置，所述方向角測量裝置包括控制器、磁場發生器、磁阻傳感器以及電源；所述控制器分別與所述磁場發生器、磁阻傳感器控制連接；所述電源分別與所述控制器、磁場發生器、磁阻傳感器電連接，其中，磁場發生器，用於產生磁場的變化，以克服地磁場不穩定帶來的測量誤差。控制器一方面可以控制磁場發生器和磁阻傳感器的開啟或者關閉；另一方面，控制器可以對磁阻傳感器和磁場發生器測量的數據進行處理，並將計算得到的結果通過進行輸出，並通過顯示裝置顯示。
本發明中，所述電源通過繼電器與所述有源磁場連接，所述繼電器和所述控制器之間還設有電源開關。控制器可以按照需要，控制磁阻傳感器或磁場發生器的開啟或者關閉。
本發明的基於有源磁場的方向角測量裝置的工作原理如下：
本發明的基於有源磁場的方向角測量裝置，控制器與磁阻傳感器、磁場發生器連接，在使用時，首先通過控制器控制磁場發生器關閉，開啟磁阻傳感器，利用磁阻傳感器測量地磁場、外部金屬磁場等外部磁場，將測量的外部磁場數值作為數據參考值；然後，控制器控制磁場發生器的開啟，同時，開啟磁阻傳感器，利用磁阻傳感器測量磁場發生器產生的磁場以及地磁磁場、外部磁場等磁場；最後，將磁場發生器開啟時測得的磁場減去磁場發生器關閉時測得的磁場，得到去除外部磁場的影響的磁場值，即得到磁場發生器產生的磁場值。這樣，消除了地磁場，金屬磁場等外部磁場的影響和幹擾。再根據得到的磁場發生器產生的磁場，計算得到方向角。本發明中所指的外部磁場主要是除去外加固定磁場外的地磁場、金屬磁場等磁場。
本發明基於有源磁場的方向角測量裝置對方向角的具體測量過程如下：
步驟一：當磁場發生器關閉時，開啟磁阻傳感器，該磁阻傳感器測量值為X1，Y1，Z1，此時，無外加固定磁場，只有地磁場等外部磁場，將測得的磁場值傳輸給控制器。
步驟二：當磁場發生器開啟時，磁阻傳感器測量值為X2，Y2，Z2，有外加固定磁場，並將測得磁場值傳輸給控制器。
步驟三：地磁場的消除計算方法如下：經過地磁消除算法得到的計算值為X3，Y3，Z3，此時，磁場發生器工作，有外加固定磁場，無地磁場等外部磁場。其中，參考加權參數為A、B、C、D、E、F、G、H、I。則消除地磁等外部磁場影響後，測得的磁場的數值為：X3＝(A*X2-B*X1)/C；Y3＝(D*Y2-E*Y1)/F；Z3＝(G*Z2-H*Z1)/I。其中，參考加權參數A、B、C、D、E、F、G、H、I，在一般精度的要求下可以取值為1，參考加權參數是根據大量試驗數據進行統計，然後採用最小二乘擬合方法，統計加權，具體的，由於金屬鐵塔對鐵塔天線方向角的測量有很大影響，鐵塔物理結構在變化，加、減一個金屬件對鐵塔天線方向角測量有一定影響，周邊施工設備以及金屬設備靠近時，都對參考加權參數有一定的影響。在數天或更長時間周期內，利用磁力傳感器測量鐵塔附近三軸磁場，綜合考慮溫度，天氣環境變化等因素，最終計算得到參考加權參數。
通過上述計算後得到的磁場值，計算出的方向角與外界磁場的幹擾無關。因而，實時消除了外界磁場的幹擾。通過上述計算的磁場值X3，Y3，Z3按照方向角的計算方法，計算反正切函數值，通過反正切函數值最終得到方向角的大小。
本發明基於有源磁場的方向角測量裝置，與傳統的測量裝置的測量精度相比，測得的方向角的測量精度提高50％，而且不需要定期旋轉校正。例如，傳統測量裝置測量計算後的精度為5度，本發明的方向角的測量裝置測量的精度為2.5度。本發明的測量和計算方法消除了大部分外界磁場的幹擾，幹擾產生的誤差較小，一般限制在1-2度。本發明也可採用有線網絡實現遠程控制，能夠在線實時對天線方向角變化測量，可在任意時間測量，通過網絡實時獲得檢測結果。
雖然，上文中已經用一般性說明及具體實施例對本發明作了詳盡的描述，但在本發明基礎上，可以對之作一些修改或改進，這對本領域技術人員而言是顯而易見的。因此，在不偏離本發明精神的基礎上所做的這些修改或改進，均屬於本發明要求保護的範圍。