基于磁通門(mén)與ARM的三分量磁力儀的研究.ppt

基于磁通門(mén)與arm的三分量磁力儀的研究,專(zhuān)業(yè)：檢測(cè)技術(shù)與自動(dòng)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(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,目 錄,06,展望,第一章 課題背景,地球及周?chē)目臻g存在著磁場(chǎng)地磁場(chǎng)。它與地球引力場(chǎng)，地球的重力場(chǎng)和地球電場(chǎng)等地球物理場(chǎng)一樣，同屬天然地球物理場(chǎng)，在地磁學(xué)中，通常采用nt為單位。 三分量磁力儀是測(cè)量大地坐標(biāo)系下的不同點(diǎn)的兩個(gè)水平地磁場(chǎng)分量x、y和一個(gè)垂直地磁場(chǎng)分量z的磁場(chǎng)測(cè)量?jī)x 。,課題背景地磁場(chǎng)介紹,課題背景地磁場(chǎng)測(cè)量的意義,地磁場(chǎng)是地球的基本場(chǎng)之一，與人類(lèi)活動(dòng)密切相關(guān)，地磁場(chǎng)的測(cè)量廣泛的應(yīng)用于礦產(chǎn)勘查、國(guó)防軍工，航海導(dǎo)航等領(lǐng)域。,課題背景常見(jiàn)三分量磁力儀,平臺(tái)式,懸掛式,這兩種三分量磁力儀均屬于機(jī)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(diǎn),本文借鑒了測(cè)斜儀與井中三分量磁力儀的相關(guān)原理。設(shè)計(jì)了一種基于三軸磁通門(mén)與三軸加速度傳感器的三維磁場(chǎng)測(cè)量磁力儀，可以最大限度的解決了傳感器擺放位置對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。 本文采用了高精度的磁通門(mén)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(guò)軟件對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，提高了測(cè)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(cè)量精度為1% 噪聲及穩(wěn)定性1nt 磁場(chǎng)測(cè)量范圍0100000nt 采用鋁制無(wú)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(shí)，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(chǎng)值, 大地坐標(biāo)系下的磁場(chǎng)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(mén)傳感器本身的測(cè)量精度 磁場(chǎng)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(mén)傳感器和三軸加速度傳感器測(cè)量6組數(shù)據(jù) 。 第二步 計(jì)算出6個(gè)不正交偏差系數(shù)。 第三步 計(jì)算出三個(gè)3個(gè)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(jiǎn)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(jī)存儲(chǔ)器，和512kb的具有在系統(tǒng)編程和在線(xiàn)應(yīng)用編程功能片內(nèi)flash程序存儲(chǔ)器。 （3）擁有多達(dá)70個(gè)的gpio管腳滿(mǎn)足整個(gè)硬件設(shè)計(jì)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(gè)32位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器及4個(gè)匹配寄存器。 （5）一個(gè)spi控制器和3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的iic硬件接口。 （6）4個(gè)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(mén)狗復(fù)位,系統(tǒng)硬件系統(tǒng)硬件框圖硬件框圖激勵(lì)單元, 74lvc74雙d型觸發(fā)器 實(shí)現(xiàn)2分頻 mc74vhc 異或門(mén)與74lvc74實(shí)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(guò)spi總線(xiàn)與控制單元通信。,系統(tǒng)硬件系統(tǒng)硬件框圖傾角測(cè)量單元, 通過(guò)iic總線(xiàn)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(jī)電技術(shù)，能夠檢測(cè)出小于1的傾角變化。,系統(tǒng)硬件系統(tǒng)硬件框圖信號(hào)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(cè)系統(tǒng),系統(tǒng)軟件基于matlab的轉(zhuǎn)向差校正程序設(shè)計(jì),（1）導(dǎo)入9項(xiàng)校正參數(shù)和n組測(cè)量數(shù)據(jù)。 （2）利用計(jì)算每一組的gx1、gy1、gz1。 （3）利用和gx1、gy1、gz1計(jì)算gx0、gy0、gz0。 （4）利用計(jì)算每一組的hx0、hy0、hz0。 （5）利用角度計(jì)算公式分別計(jì)算校正前后的兩個(gè)角度值。 （6）利用公式分別計(jì)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(duì)比曲線(xiàn)圖。 （8）將n組校正前的測(cè)量數(shù)據(jù)和n組校正后的測(cè)量數(shù)據(jù)導(dǎo)入到excel文件中。,第三章 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證三分量磁力儀技術(shù)指標(biāo)測(cè)試,測(cè)試內(nèi)容：靜態(tài)誤差及量程、分辨率、噪聲及穩(wěn)定性,實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證三分量磁力儀技術(shù)指標(biāo)測(cè)試,測(cè)試結(jié)果： 磁力儀靜態(tài)誤差在1%以?xún)?nèi)，可以滿(mǎn)足0100000nt的量程范圍。 x、y、z三個(gè)分量的分辨率均約為1nt。,，,，, x軸噪聲及穩(wěn)定性測(cè)試結(jié)果。噪聲s=0.3nt1nt。穩(wěn)定性s=0.7nt1nt。,實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證三分量磁力儀技術(shù)指標(biāo)測(cè)試基于bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的曲線(xiàn)擬合,訓(xùn)練函數(shù)采用學(xué)習(xí)率可變的動(dòng)量bp算法traingdx，訓(xùn)練次數(shù)為2500次，訓(xùn)練精度為0.001。,實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證三分量誤差校正系統(tǒng)實(shí)驗(yàn),通過(guò)2000年地磁圖查得實(shí)驗(yàn)當(dāng)?shù)氐牡卮趴偭縣0=48866nt，重力加速度值g0=9.78m/ss。,實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證三分量誤差校正系統(tǒng)實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)是將三分量磁力儀以一定小傾角安裝在無(wú)磁轉(zhuǎn)臺(tái)上，旋轉(zhuǎn)一周，每隔大約15采集一次數(shù)據(jù)，共選取24個(gè)點(diǎn),。,實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 三分量磁測(cè)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(shí)各選取4個(gè)點(diǎn)，共20個(gè)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。,實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 三分量磁測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用,部分測(cè)量數(shù)據(jù)：,三分量磁力儀完整的實(shí)物圖：,第六章 展望, 在理