基于磁通門與ARM的三分量磁力儀的研究.ppt

基于磁通門與arm的三分量磁力儀的研究,專業(yè)：檢測技術(shù)與自動化裝置 導(dǎo)師：xxx 姓名：xxx,01,課題背景,02,系統(tǒng)方案,03,系統(tǒng)硬件,04,系統(tǒng)軟件,05,實驗驗證,目 錄,06,展望,第一章 課題背景,地球及周圍的空間存在著磁場地磁場。它與地球引力場，地球的重力場和地球電場等地球物理場一樣，同屬天然地球物理場，在地磁學(xué)中，通常采用nt為單位。 三分量磁力儀是測量大地坐標(biāo)系下的不同點的兩個水平地磁場分量x、y和一個垂直地磁場分量z的磁場測量儀 。,課題背景地磁場介紹,課題背景地磁場測量的意義,地磁場是地球的基本場之一，與人類活動密切相關(guān)，地磁場的測量廣泛的應(yīng)用于礦產(chǎn)勘查、國防軍工，航海導(dǎo)航等領(lǐng)域。,課題背景常見三分量磁力儀,平臺式,懸掛式,這兩種三分量磁力儀均屬于機械式三分量磁力儀，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，可靠度較低，且易受到擺放位置的影響。,本文創(chuàng)新點,本文借鑒了測斜儀與井中三分量磁力儀的相關(guān)原理。設(shè)計了一種基于三軸磁通門與三軸加速度傳感器的三維磁場測量磁力儀，可以最大限度的解決了傳感器擺放位置對測量結(jié)果的影響。 本文采用了高精度的磁通門傳感器和三軸加速度傳感器，并采用了相關(guān)的誤差修正方法。通過軟件對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，提高了測量精度。,第二章 系統(tǒng)方案,系統(tǒng)方案系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖, 分辨率1 nt 測量精度為1% 噪聲及穩(wěn)定性1nt 磁場測量范圍0100000nt 采用鋁制無磁性材料作為儀器外殼,系統(tǒng)方案數(shù)學(xué)模型,系統(tǒng)方案數(shù)學(xué)模型探管坐標(biāo)系,x軸方向垂直地表向下，當(dāng)探管平放時，與重力方向平行。 z軸方向與探管方向平行。 y軸方向與x軸和z軸形成的平面垂直。,（roll）,（pitch）,系統(tǒng)方案數(shù)學(xué)模型坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換, 探管坐標(biāo)系下的磁場值, 大地坐標(biāo)系下的磁場值,系統(tǒng)方案誤差修正誤差的組成, 加速度傳感器和磁通門傳感器本身的測量精度 磁場各分量由探管坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為大地坐標(biāo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換精度,不正交 不共軸,系統(tǒng)方案誤差修正修正數(shù)學(xué)模型,第一步 利用三軸磁通門傳感器和三軸加速度傳感器測量6組數(shù)據(jù) 。 第二步 計算出6個不正交偏差系數(shù)。 第三步 計算出三個3個不共軸偏差系數(shù)。,hx0 hy0 hz0 gx0 gy0 gz0,第三章 系統(tǒng)硬件,系統(tǒng)硬件系統(tǒng)硬件框圖,系統(tǒng)硬件系統(tǒng)硬件框圖控制單元,lpc2366簡介： （1）32位arm7tdmi-s cpu內(nèi)核的處理器，其工作頻率為72mhz。 （2）32kb的片內(nèi)靜態(tài)隨機存儲器，和512kb的具有在系統(tǒng)編程和在線應(yīng)用編程功能片內(nèi)flash程序存儲器。 （3）擁有多達(dá)70個的gpio管腳滿足整個硬件設(shè)計需求。且支持標(biāo)準(zhǔn)的jtag協(xié)議，方便程序的下載和調(diào)試。 （4）4個32位的定時器/計數(shù)器及4個匹配寄存器。 （5）一個spi控制器和3個標(biāo)準(zhǔn)的iic硬件接口。 （6）4個uart串行通信接口。,系統(tǒng)硬件系統(tǒng)硬件框圖硬件框圖控制單元, 復(fù)位電路：, 晶振電路： 采用了外部11.0592mhz晶振, 上電復(fù)位 看門狗復(fù)位,系統(tǒng)硬件系統(tǒng)硬件框圖硬件框圖激勵單元, 74lvc74雙d型觸發(fā)器 實現(xiàn)2分頻 mc74vhc 異或門與74lvc74實現(xiàn)4分頻,系統(tǒng)硬件系統(tǒng)硬件框圖硬件框圖ad單元, cs553224位雙通道調(diào)制型ad轉(zhuǎn)換器。,系統(tǒng)硬件系統(tǒng)硬件框圖硬件框圖ad單元, 3路ad單元通過spi總線與控制單元通信。,系統(tǒng)硬件系統(tǒng)硬件框圖傾角測量單元, 通過iic總線與控制單元通信。 mma8451q 14位軸數(shù)字加速度傳感器。 基于mems微機電技術(shù)，能夠檢測出小于1的傾角變化。,系統(tǒng)硬件系統(tǒng)硬件框圖信號處理單元,第四章 系統(tǒng)軟件,系統(tǒng)軟件下位程序框圖,系統(tǒng)軟件上位程序框圖,系統(tǒng)軟件上位程序框圖三分量誤差校正系統(tǒng),系統(tǒng)軟件上位程序框圖三分量磁測系統(tǒng),系統(tǒng)軟件基于matlab的轉(zhuǎn)向差校正程序設(shè)計,（1）導(dǎo)入9項校正參數(shù)和n組測量數(shù)據(jù)。 （2）利用計算每一組的gx1、gy1、gz1。 （3）利用和gx1、gy1、gz1計算gx0、gy0、gz0。 （4）利用計算每一組的hx0、hy0、hz0。 （5）利用角度計算公式分別計算校正前后的兩個角度值。 （6）利用公式分別計算校正前后的大地坐標(biāo)系下的三軸磁分量。 （7）繪制出校正前后的z軸磁分量和水平磁分量 的對比曲線圖。 （8）將n組校正前的測量數(shù)據(jù)和n組校正后的測量數(shù)據(jù)導(dǎo)入到excel文件中。,第三章 實驗驗證,實驗驗證三分量磁力儀技術(shù)指標(biāo)測試,測試內(nèi)容：靜態(tài)誤差及量程、分辨率、噪聲及穩(wěn)定性,實驗驗證三分量磁力儀技術(shù)指標(biāo)測試,測試結(jié)果： 磁力儀靜態(tài)誤差在1%以內(nèi)，可以滿足0100000nt的量程范圍。 x、y、z三個分量的分辨率均約為1nt。,，,，, x軸噪聲及穩(wěn)定性測試結(jié)果。噪聲s=0.3nt1nt。穩(wěn)定性s=0.7nt1nt。,實驗驗證三分量磁力儀技術(shù)指標(biāo)測試基于bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的曲線擬合,訓(xùn)練函數(shù)采用學(xué)習(xí)率可變的動量bp算法traingdx，訓(xùn)練次數(shù)為2500次，訓(xùn)練精度為0.001。,實驗驗證三分量誤差校正系統(tǒng)實驗,通過2000年地磁圖查得實驗當(dāng)?shù)氐牡卮趴偭縣0=48866nt，重力加速度值g0=9.78m/ss。,實驗驗證三分量誤差校正系統(tǒng)實驗,實驗是將三分量磁力儀以一定小傾角安裝在無磁轉(zhuǎn)臺上，旋轉(zhuǎn)一周，每隔大約15采集一次數(shù)據(jù)，共選取24個點,。,實驗驗證 三分量磁測系統(tǒng)的應(yīng)用,分別選取傾角為0、5、10、20，40左后，橫滾角為任意角度時各選取4個點，共20個點進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。,實驗驗證 三分量磁測系統(tǒng)的應(yīng)用,部分測量數(shù)據(jù)：,三分量磁力儀完整的實物圖：,第六章 展望, 在理