新型測(cè)斜儀測(cè)量誤差分析

徐 斌，顧 偉

（上海海事大學(xué)科學(xué)研究院，上海 200135）

新型測(cè)斜儀測(cè)量誤差分析

徐 斌，顧 偉*

（上海海事大學(xué)科學(xué)研究院，上海 200135）

在地下勘測(cè)，鉆井探礦等領(lǐng)域，需要測(cè)斜儀對(duì)鉆頭的姿態(tài)進(jìn)行精確定位與控制，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)地底下鉆頭的姿態(tài)變化。新型測(cè)斜儀采用環(huán)形雙分量磁通門傳感器和鐵芯不固定的方法，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)量參數(shù)少，算法簡(jiǎn)單，正交度補(bǔ)償算法簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。但是新測(cè)斜儀在測(cè)量過(guò)程中，受到外界的誤差干擾和內(nèi)部傳感器的安裝設(shè)置誤差等問(wèn)題的干擾。本文針對(duì)新型測(cè)斜儀的傳感器模型和電路設(shè)計(jì)方面，進(jìn)行了新型測(cè)斜儀的測(cè)量誤差原理分析，應(yīng)用合理的電路設(shè)計(jì)減少電氣間電磁干擾誤差、應(yīng)用了軟件正交校正及物理校正的方法，有效的抑制了測(cè)斜儀傳感器本身的姿態(tài)誤差，提高了測(cè)斜傳感器的測(cè)量準(zhǔn)確度。

正交補(bǔ)償；誤差分析；磁通門；測(cè)斜儀

隨著科技的發(fā)展，磁測(cè)量技術(shù)已經(jīng)在越來(lái)越多的工業(yè)領(lǐng)域具有著重要的地位。在地下勘測(cè)，鉆井探礦等領(lǐng)域，需要測(cè)斜儀對(duì)鉆頭的姿態(tài)進(jìn)行精確定位與控制，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)地底下鉆頭的姿態(tài)變化［1］。測(cè)斜儀通常為三分量磁通門傳感器與三分量加速度傳感器相結(jié)合，其測(cè)量精度高，范圍大，但算法復(fù)雜。新型測(cè)斜儀采用環(huán)形雙分量磁通門傳感器和鐵芯不固定的方法，通過(guò)鐵芯與磁通門傳感器的敏感軸磁通量之間的角度關(guān)系，測(cè)量被測(cè)物體的傾斜角度等姿態(tài)變化，省去了重力加速度傳感器，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)量參數(shù)少，算法簡(jiǎn)單，正交度補(bǔ)償算法簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，但其測(cè)量范圍比較小。

無(wú)論是哪一種測(cè)斜儀在測(cè)量過(guò)程中，都會(huì)受到外界的誤差干擾和內(nèi)部傳感器的安裝設(shè)置誤差等問(wèn)題的干擾。尤其因?yàn)榇磐ㄩT傳感器為矢量測(cè)量，其對(duì)角度的敏感度巨大，因此些許的傳感器安裝角度的偏移就會(huì)引起測(cè)斜儀精確姿態(tài)定位的巨大誤差。

本文針對(duì)新型測(cè)斜儀的傳感器模型和電路調(diào)理方面，進(jìn)行了新型測(cè)斜儀的測(cè)量誤差原理分析，并對(duì)其提出了相應(yīng)誤差校正方法，有效的抑制了測(cè)斜儀本身的測(cè)量誤差，提高了測(cè)斜的測(cè)量精度。

1 新型測(cè)斜儀傳感器結(jié)構(gòu)

新型測(cè)斜儀采用環(huán)形雙分量磁通門傳感器。磁通門傳感器有一個(gè)在弱磁場(chǎng)中就能達(dá)到飽和磁化的由高磁導(dǎo)率合金制成的磁芯［2］，最基本的做法是在兩個(gè)平行的磁芯上分別繞以初級(jí)和次級(jí)線圈，兩個(gè)初級(jí)線圈串聯(lián)起來(lái)通以50 Hz～1000 Hz的激勵(lì)磁場(chǎng)，使磁芯達(dá)到飽和狀態(tài)，次級(jí)線圈與差動(dòng)放大器相連。在外磁場(chǎng)為零時(shí)，磁芯中所感應(yīng)的交流磁通的正半周與負(fù)半周完全對(duì)稱，從而消除變壓器效應(yīng)，次級(jí)線圈輸出為0。當(dāng)沿磁芯軸向有直流磁場(chǎng)時(shí)，則磁芯將在某一半周先達(dá)到飽和，正負(fù)半周就不對(duì)稱，兩個(gè)次級(jí)線圈的輸出電壓差與磁通量的變化率成正比，測(cè)量此電壓就可得到地磁場(chǎng)的變化［3］。

現(xiàn)有磁通門傳感器有單鐵芯式和雙鐵芯式［4］，本文的雙分量環(huán)形鐵芯設(shè)計(jì)［5］是由雙鐵芯跑道型磁通門傳感器改良而來(lái)。其鐵芯線圈結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 環(huán)形磁芯磁通門探頭結(jié)構(gòu)及雙分量環(huán)形磁芯磁通門結(jié)構(gòu)

圖中灰色圓形為鐵芯，為黃色代表激磁線圈，紅色為感應(yīng)線圈1，藍(lán)色為感應(yīng)線圈2。感應(yīng)線圈相互正交放置。因?yàn)樵谕F芯上同時(shí)繞2組感應(yīng)線圈，但因感應(yīng)線圈基本垂直，在物理制作中，雖然不能保證嚴(yán)格正交，但其正交度誤差一般能控制在1°左右，因此，在感應(yīng)線圈中的感應(yīng)電流產(chǎn)生的感應(yīng)磁場(chǎng)，其磁場(chǎng)的對(duì)另一線圈方向上的感應(yīng)磁場(chǎng)分量將產(chǎn)生小于sin1°的弱耦合磁場(chǎng)。因?yàn)閟in1°≈0，因此可以忽略感應(yīng)線圈之間的弱耦合磁場(chǎng)［6］。

針對(duì)于現(xiàn)有磁性測(cè)斜儀傳感器幾何中心不重合以及測(cè)量算法和誤差校正算法復(fù)雜的問(wèn)題，提出采用環(huán)型雙分量磁通門傳感器的新型磁性測(cè)斜儀傳感器。新型磁性測(cè)斜儀傳感器由磁通門傳感器和小型磁屏蔽桶組成，如圖2所示。在磁屏蔽桶的中央固定住環(huán)形磁通門傳感器，磁通門傳感器按水平面放置。

為了能夠正確的測(cè)量鉆頭的姿態(tài)角變化，在測(cè)量磁場(chǎng)的時(shí)候，要對(duì)周圍的環(huán)境磁場(chǎng)干擾進(jìn)行屏蔽，使傳感器置于一個(gè)相對(duì)不變化的磁場(chǎng)中。可在屏蔽裝置中設(shè)置霍爾姆斯線圈，人為產(chǎn)生磁場(chǎng)或者直接利用過(guò)磁化磁屏蔽桶中的剩磁，該剩磁由屏蔽桶材料磁化所引起的磁場(chǎng)，其隨著屏蔽桶的方向變化而變化，其大小不變?cè)谄帘瓮爸醒氲拇艌?chǎng)方向相對(duì)于屏蔽桶是不變的。以該磁場(chǎng)被平行姿態(tài)時(shí)的傳感器所測(cè)得的磁場(chǎng)為基準(zhǔn)，與傾斜姿態(tài)時(shí)傳感器測(cè)得的磁場(chǎng)進(jìn)行比較計(jì)算。

同時(shí)對(duì)于雙分量環(huán)形磁通門傳感器，其采用環(huán)形空心骨架，在骨架中放置半桶硅油，再放入環(huán)形鐵芯薄皮，使鐵芯浮于硅油之上，如圖3所示。在傳感器發(fā)生姿態(tài)變化時(shí)，即骨架偏離水平面時(shí)，鐵芯仍然由于硅油液體的流動(dòng)來(lái)始終保持在水平位置。

圖2 測(cè)斜儀傳感器結(jié)構(gòu)圖

圖3 環(huán)形磁通門傳感器內(nèi)側(cè)面剖視圖

由環(huán)形磁通門測(cè)量原理可以看出，其測(cè)量的磁場(chǎng)為沿磁芯軸向的直流磁場(chǎng)。其兩個(gè)次級(jí)線圈的輸出電壓差與磁通量的變化率成正比，因此當(dāng)鐵芯與傳感器感應(yīng)線圈軸向不一致時(shí)，測(cè)量的磁場(chǎng)值的磁場(chǎng)方向?yàn)閭鞲衅鞲袘?yīng)線圈軸向的磁場(chǎng)方向。傳感器斜置時(shí)，鐵芯始終保持水平，在鐵芯方向存在直流磁場(chǎng)，傳感器的磁場(chǎng)測(cè)量方向?yàn)楦袘?yīng)線圈的軸線方向。感應(yīng)線圈所感應(yīng)到的線圈軸向的磁通量變化與鐵芯中的磁通量變化成角。在外部磁場(chǎng)不變的情況下，傳感器中的磁通量總量不變。由平衡姿態(tài)測(cè)得的磁場(chǎng)和傾斜姿態(tài)時(shí)測(cè)得的磁場(chǎng)可計(jì)算得出測(cè)斜儀的傾角，并由傾角與雙分量磁場(chǎng)數(shù)據(jù)計(jì)算得出物體的各個(gè)姿態(tài)角。其只需采用了兩組雙分量磁場(chǎng)數(shù)據(jù)即4個(gè)測(cè)量參數(shù)，進(jìn)行計(jì)算，并且雙分量環(huán)形磁通門傳感器幾何中心同點(diǎn)，測(cè)量算法與校正算法得到有效的簡(jiǎn)化［7］。

2 新型測(cè)斜儀電氣結(jié)構(gòu)

測(cè)斜儀由五部分組成，測(cè)斜傳感器，磁通門調(diào)理電路，數(shù)模轉(zhuǎn)換，電源，單片機(jī)組成。電路設(shè)計(jì)為磁通門調(diào)理模塊，電源模塊，數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊，單片機(jī)模塊。測(cè)斜傳感器測(cè)量得到磁場(chǎng)的磁通門信號(hào)，傳輸給磁通門調(diào)理電路。磁通門調(diào)理電路對(duì)所傳輸?shù)拇磐ㄩT信號(hào)進(jìn)行選頻放大和積分調(diào)理，得到直流電壓信號(hào)給數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，單片機(jī)讀出數(shù)模轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過(guò)算法計(jì)算得到測(cè)斜角度，通過(guò)以太網(wǎng)傳輸給上位機(jī)顯示。電源模塊給整個(gè)電路系統(tǒng)供電。如圖4所示。

圖4 新型測(cè)斜儀電氣結(jié)構(gòu)

3 新型測(cè)斜儀測(cè)量誤差原因分析

3.1 環(huán)形磁通門傳感器初始水平放置時(shí)不水平

由于新型測(cè)斜儀傳感器實(shí)際測(cè)量為傾斜后磁場(chǎng)與水平時(shí)磁場(chǎng)的比較，因此傳感器在初始位置時(shí)應(yīng)保持水平，即在外層屏蔽桶水平放置時(shí)，其中的雙分量環(huán)形磁通門傳感器應(yīng)保持水平。但是在傳感器制作安裝的過(guò)程中，屏蔽桶內(nèi)的無(wú)磁固定支架安裝，及雙分量磁通門傳感器的固定上，并不能嚴(yán)格保證，雙分量磁通門傳感器水平放置，即新型測(cè)斜儀傳感器水平放置時(shí)，其中的環(huán)形磁通門傳感器與水平面具有一個(gè)傾斜角，如圖5所示。在具有傾斜角沒(méi)有校正的測(cè)斜儀測(cè)量過(guò)程中，因磁通門傳感器內(nèi)鐵芯與感應(yīng)線圈有以一個(gè)固有角度，因此在測(cè)量實(shí)際姿態(tài)變化中，姿態(tài)角都將帶有這個(gè)固定角度誤差，形成測(cè)量誤差［8］。

圖5 磁通門傳感器不水平放置狀態(tài)

3.2 雙分量環(huán)形磁通門傳感器間不正交

在雙分量環(huán)形磁通門傳感器的制作過(guò)程中，因?yàn)殡p分量分別對(duì)應(yīng)X，Y軸的測(cè)量軸，因此在制作傳感器時(shí)需要使兩個(gè)感應(yīng)線圈處于完全正交。然而在實(shí)際制作過(guò)程中沒(méi)有辦法保證雙分量感應(yīng)線圈相互正交。實(shí)際感應(yīng)線圈安置坐標(biāo)軸與理想X-Y坐標(biāo)軸比較，假設(shè)X軸重合，Y軸具有一個(gè)小角度的偏差。這個(gè)偏差會(huì)使對(duì)應(yīng)的X軸磁場(chǎng)測(cè)量與實(shí)際X軸磁場(chǎng)不一致，造成新型測(cè)斜儀傳感的測(cè)量誤差，并致使姿態(tài)角測(cè)量的誤差［9-10］。

3.3 新型測(cè)斜儀電氣誤差

因?yàn)樵陔娐钒逶O(shè)計(jì)中時(shí)，電路中包含了放大及調(diào)理電磁信號(hào)的模擬電路模塊、運(yùn)算顯示通信的數(shù)字電路模塊與電源模塊，如果電路設(shè)計(jì)布局不當(dāng)，容易產(chǎn)生電磁信號(hào)干擾，造成測(cè)量信號(hào)的噪聲增大甚至引起信號(hào)不穩(wěn)定。

4 新型測(cè)斜儀誤差校正算法

4.1 環(huán)形磁通門傳感器水平修正算法

當(dāng)磁通門傳感器與水平面不平行時(shí)，其與水平面成一個(gè)小的傾斜角α。當(dāng)傳感器在固定一個(gè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，旋轉(zhuǎn)一圈得到測(cè)量值Xi，Yi，如果不產(chǎn)生傾斜的話，傳感器水平，其測(cè)得的X分量與Y分量的H應(yīng)該一致，在坐標(biāo)圖中，應(yīng)為一個(gè)半徑為H的圓［11］。實(shí)際情況為傳感器與水平面具有傾斜角θ，因此其在坐標(biāo)圖中具有一個(gè)形變，其按旋轉(zhuǎn)軸位置的總量H1為長(zhǎng)軸，垂直于旋轉(zhuǎn)軸位置的總量H2為短軸的橢圓。

在實(shí)際測(cè)量中，形變的測(cè)量值Xi，Yi，其磁場(chǎng)最大值Hmax（Xi，Yi）為其旋轉(zhuǎn)軸位置上的測(cè)量得到的磁場(chǎng)，Hmin（Xi，Yi）為垂直于旋轉(zhuǎn)軸位置的磁場(chǎng)。因此可以得到傾斜角α。

實(shí)際進(jìn)行水平修正中，因?yàn)樾D(zhuǎn)軸位置不與X軸位置重合。因此，可以通過(guò)Hmax（Xi，Yi）、Hmin（Xi，Yi）和α的關(guān)系，求出旋轉(zhuǎn)軸與X軸之間的夾角φ。

式中，α1為實(shí)際坐標(biāo)中的X軸與水平面X軸的傾斜角。

隨后把實(shí)際傳感器的旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)至水平面X軸［12］，得到Xi1，Yi1其坐標(biāo)變換為：

因此，修正后得到水平面磁場(chǎng)數(shù)值（Xi2，Yi2）：

4.2 雙分量環(huán)形磁通門傳感器的正交補(bǔ)償算法

因?yàn)殡p分量磁通門傳感器需要檢測(cè)X-Y正交坐標(biāo)系方向的磁場(chǎng)，所以在感應(yīng)線圈安裝設(shè)計(jì)中，物理上盡量做到正交，然而在實(shí)際制作中，在物理上并無(wú)法將感應(yīng)線圈做到完全正交。感應(yīng)線圈間仍然存在著相互影響的感應(yīng)磁場(chǎng)，因此在測(cè)量軟件中需要將這由非完全正交所帶來(lái)的誤差進(jìn)行修正。

雙分量磁通門傳感器，設(shè)其一軸與理想坐標(biāo)軸X軸重合。即測(cè)量磁場(chǎng)為：

推動(dòng)依法處理國(guó)際經(jīng)濟(jì)、政治和社會(huì)事務(wù)，保障對(duì)外開(kāi)放和和平發(fā)展。40年來(lái)，我國(guó)不斷建立健全涉外法律法規(guī)體系，運(yùn)用法治方式維護(hù)我國(guó)主權(quán)、安全、發(fā)展利益。改革開(kāi)放初期，為吸引外資，我國(guó)先后制定了中外合資經(jīng)營(yíng)企業(yè)法、中外合作經(jīng)營(yíng)企業(yè)法、外資企業(yè)法等一系列涉外法律法規(guī)。2001年加入世界貿(mào)易組織后，為構(gòu)建符合多邊貿(mào)易規(guī)則的法律體系，大規(guī)模開(kāi)展法律法規(guī)清理修訂工作。同時(shí)，我國(guó)積極參與國(guó)際規(guī)則制定、全球治理體系改革和建設(shè)，增強(qiáng)在國(guó)際法律事務(wù)中的話語(yǔ)權(quán)和影響力。通過(guò)建立和完善法治，40年來(lái)，我國(guó)成為世界多極化和經(jīng)濟(jì)全球化的重要力量，為推動(dòng)建設(shè)開(kāi)放型世界經(jīng)濟(jì)和構(gòu)建人類命運(yùn)共同體作出了重大貢獻(xiàn)。

4.3 新型測(cè)斜儀電氣誤差

因?yàn)殡娐吩O(shè)計(jì)中電路板既包含電源電路，模擬電路，又包含數(shù)字電路，為了減少電路中的電磁干擾電氣誤差，數(shù)字地與模擬地設(shè)計(jì)要分開(kāi)，兩者的地線不要相混，分別與電源端地線相連，要盡量加大線性電路的接地面積。接地線盡量加粗且構(gòu)成閉環(huán)路。低頻電路的地應(yīng)盡量采用單點(diǎn)并聯(lián)接地，實(shí)際布線有困難時(shí)可部分串聯(lián)后再并聯(lián)接地。高頻電路宜采用多點(diǎn)串聯(lián)接地，地線應(yīng)短而粗，高頻元件周圍盡量用柵格大面積接地。

為了防止電路板中的元器件間的電磁耦合干擾，盡量在關(guān)鍵元件，如ROM、RAM等芯片旁邊安裝去耦電容。實(shí)際上，印制電路板走線、引腳連線和接線等都可能含有較大的電感效應(yīng)。大的電感可能會(huì)在Vcc走線上引起嚴(yán)重的開(kāi)關(guān)噪聲尖峰。防止Vcc走線上開(kāi)關(guān)噪聲尖峰的唯一方法，是在VCC與電源地之間安放一個(gè)0.1 μF的電子去耦電容。

5 誤差校正算法試驗(yàn)

本文對(duì)新型測(cè)斜儀誤差算法進(jìn)行了試驗(yàn)測(cè)試，圖6為測(cè)試流程圖、圖7為測(cè)試用雙分量環(huán)形磁通門傳感器，三軸正交旋轉(zhuǎn)平臺(tái)及調(diào)試電路板的實(shí)物圖。

圖6 測(cè)試流程圖

圖7 測(cè)試用測(cè)斜傳感器實(shí)物圖

從圖8可以看出，因?yàn)閭鞲衅靼惭b時(shí)不能保持完全水平，其與水平面有一微小角度。因此測(cè)量的磁場(chǎng)總量隨采樣點(diǎn)變化，不為一條水平直線。其單個(gè)傳感器磁場(chǎng)數(shù)據(jù)按時(shí)間分布是一個(gè)幅值不等的正弦波波形。X軸上半周幅值為148 nT，下半周幅值為-156 nT，Y軸上半周幅值為-128 nT，下半周幅值為115 nT。

從圖9中可以看出，進(jìn)過(guò)磁場(chǎng)分析運(yùn)算后，得出一組修正后的磁場(chǎng)數(shù)據(jù)，其總量基本為一水平直線，即總量一致。其單個(gè)傳感器磁場(chǎng)數(shù)據(jù)按時(shí)間分布是一個(gè)幅值均等的正弦波波形，X軸磁場(chǎng)上下半周磁場(chǎng)幅值皆為153 nT，Y軸磁場(chǎng)上下半周磁場(chǎng)幅值皆為128nT。磁通門傳感器與水平面的傾斜角為1.45°。

圖8 修正前磁場(chǎng)X、Y及總量數(shù)據(jù)圖

由上文的數(shù)據(jù)可以看出，磁場(chǎng)數(shù)據(jù)修正前磁場(chǎng)總量不一致，總量數(shù)據(jù)不為一條水平直線。修正后磁場(chǎng)數(shù)據(jù)總量基本一致，為一直線。由計(jì)算得出，修正后的總量誤差相對(duì)于修正前的總量誤差得到有效減小，誤差得到有效抑制，具有實(shí)用價(jià)值。

6 結(jié)論

從上文可以得出，本文針對(duì)新型測(cè)斜儀進(jìn)行了原理分析，得出了測(cè)斜傳感器的測(cè)量姿態(tài)誤差、磁通門傳感器的不正交誤差及電路設(shè)計(jì)的誤差點(diǎn)，并對(duì)這些誤差進(jìn)行了分析。針對(duì)電路設(shè)計(jì)誤差，采用更加完善的電路設(shè)計(jì)方案，減少電路設(shè)計(jì)中的電磁干擾及數(shù)模地之間的干擾。針對(duì)磁通門傳感器不正交和測(cè)斜傳感器水平放置時(shí)磁通門傳感器不水平的問(wèn)題，建立了數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行了算法補(bǔ)償，有效地減少了測(cè)量誤差。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)表明，補(bǔ)償算法確實(shí)有效的減少了測(cè)斜儀的測(cè)量誤差，使測(cè)斜儀在實(shí)際應(yīng)用中能更加準(zhǔn)確的進(jìn)行姿態(tài)角測(cè)量，具有實(shí)用價(jià)值。

［1］ 龍達(dá)峰，劉俊，張曉明.陀螺測(cè)斜儀小角度井斜角測(cè)量的姿態(tài)提取方法［J］.傳感技術(shù)學(xué)報(bào)，2013，26（6）：883-886.

［2］ 郭愛(ài)煌.磁通門技術(shù)及其應(yīng)用［J］.傳感器技術(shù)，2000，19（4）：1-4.

［3］ RIPKA P.Review of Fluxgate Sensors［J］.Sensors and Actuators A：Phys，1992（3）：129-141.

［4］ 王鋒，焦國(guó)太，安曉紅.三端式磁通門傳感器的數(shù)學(xué)建模及數(shù)值分析［J］.探測(cè)與控制學(xué)報(bào)，2008，30（5）：22-25.

［5］ 劉騰飛.環(huán)型磁通門傳感器的研究與設(shè)計(jì)［D］.武漢：華中科技大學(xué)，2010.

［6］ 徐斌，顧偉.新型環(huán)形同點(diǎn)單鐵芯雙分量磁通門傳感器［J］.傳感技術(shù)學(xué)報(bào)，2014，27（6）：1232-1236.

［7］ 徐斌，顧偉.雙分量環(huán)形磁通門測(cè)斜傳感器測(cè)量原理分析［J］.傳感技術(shù)學(xué)報(bào)，2014，27（9）：1004-1008.

［8］ Pavel Ripka，Mattia Butta，et al.Sensitivity and Noise of Wire-Core Transverse Fluxgate［J］.IEEE Transactions on Magnet ics， 2010，46（2）：654-657.

［9］ 張韋，劉詩(shī)斌，馮文光，等.基于磁通門的三軸電子羅盤自動(dòng)誤差補(bǔ)償方法［J］.傳感技術(shù)學(xué)報(bào)，2012，25（12）：1696-1700.

［10］焦秉剛，顧偉，張松勇.三分量磁通門傳感器非正交性誤差校正［J］.現(xiàn)代電子技術(shù)，2011，34（13）：123-126.

［11］秦勇，趙杰，王曉宇.基于橢圓擬合誤差補(bǔ)償算法的數(shù)字磁羅盤［J］.吉林大學(xué)學(xué)報(bào)：工學(xué)版，2009（2）：489-493.

［12］施一民，陳偉，施寶湘.區(qū)域性獨(dú)立坐標(biāo)系與三維地心坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換［J］.同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2009，37（8）：1104-1108.

徐 斌（1985-），男，上海海事大學(xué)，物流工程學(xué)院，在讀博士研究生，研究方向?yàn)榇艌?chǎng)測(cè)量，xubin725@sina.com；

顧 偉（1958-），男，上海海事大學(xué)，科學(xué)研究院，教授，博士生導(dǎo)師，現(xiàn)任上海海事大學(xué)科學(xué)研究院常務(wù)副院長(zhǎng)、航運(yùn)技術(shù)與控制工程交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任、上海市造船學(xué)會(huì)理事、中國(guó)電工學(xué)會(huì)船舶電氣委員會(huì)理事。主要研究方向?yàn)楦劭?、船舶自?dòng)化與機(jī)電一體化技術(shù)。主持和參加了上海市、交通部、企事業(yè)單位委托科研項(xiàng)目十多項(xiàng)，獲中國(guó)航?？萍既泉?jiǎng)一項(xiàng)、上海市科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)兩項(xiàng)及三等獎(jiǎng)兩項(xiàng)、安全生產(chǎn)科技成果獎(jiǎng)三等獎(jiǎng)一項(xiàng)。共申請(qǐng)專利23項(xiàng)，其中發(fā)明專利14項(xiàng)，實(shí)用新型9項(xiàng)；獲得授權(quán)專利10項(xiàng)，其中發(fā)明專利1項(xiàng)，實(shí)用新型9項(xiàng)。在《IEEE transactions on IM》、《機(jī)械工程學(xué)報(bào)》、《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》、《儀器儀表學(xué)報(bào)》、《中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)》、《中國(guó)造船》等刊物發(fā)表論文近三十篇，其中EI、SCI、ISTP檢索論文近二十篇，weigu@shmtu.edu.cn。

The Analysis of the Measurement Error for the New Inclinometer

XU Bin，GU Wei*
（Logistics Engineering College，Shanghai Maritime University，Shanghai 200135，China）

In the underground survey，drilling exploration and other fields，the inclinometer is need to pose for bit accurate positioning and control，and for monitoring ground drill attitude change.The new inclinometer by the method of using ring double component fluxgate sensor and the unfixed iron core，has the advantages characteristics of simple structure，less measurement parameters，simple algorithm，simple orthogonal compensation algorithm.But in the process of measurement by the new inclinometer，the measurement is interfered by the outside error interference and internal sensor setup-error etc..According to the model of the inclinometer sensor model and circuit design，the measurement error of principle of a new type of inclinometer is analyzed in this paper.The electromagnetic interference is reduced by application reasonable method of circuit design.The attitude error of measuring inclinometer sensor itself is effectively inhibited by application software orthogonal correction and physical correction.The measurement accuracy of the inclinometer sensor is improved.

orthogonal compensation；error analysis；fluxgate sensor；inclinometer EEACC：7230

TP393

A

1004-1699（2015）07-1035-06

10.3969/j.issn.1004-1699.2015.07.016

2015-01-21 修改日期：2015-03-12