[发明专利]一种基于磁场的无线三维倾角传感器及其检测方法

权利要求书

1.一种基于磁场的无线三维倾角传感器，包括外壳，其特征在于：在所述外壳内包括电源、两个微型三轴磁力计、数据接口、滤波器、微控制器、通信控制器和通信模块，所述电源分别与两个微型三轴磁力计连接，所述微型三轴磁力计、数据接口、滤波器、微控制器、通信控制器和通信模块顺次连接。

2.如权利要求1所述的基于磁场的无线三维倾角传感器，其特征在于：所述外壳为长方体。

3.如权利要求1所述的基于磁场的无线三维倾角传感器，其特征在于：所述两个微型三轴磁力计分别位于无线三维无线倾角传感器的两端，所述两个微型三轴磁力计的x、y和z轴一致且x、y和z轴分别与所述无线三维倾角传感器的长度、宽度、高度方向平行。

4.如权利要求1所述的基于磁场的无线三维倾角传感器，其特征在于：所述滤波器采用陷波滤波器。

5.如权利要求1所述的基于磁场的无线三维倾角传感器，其特征在于：所述外壳采用工程塑料外壳。

6.如权利要求1所述的基于磁场的无线三维倾角传感器，其特征在于：所述通信模块为无线通信装置。

7.一种利用基于磁场的无线三维倾角传感器的检测方法，其特征在于：具体包括：

步骤一：定义地磁坐标系为OXYZ,其中，北向N水平分量为X轴、东向E水平分量为Y轴、垂直D分量为Z轴，据国际地磁场模型，得到地磁场感应强度的三分量计算值为(B_X，B_Y，B_Z)；

步骤二：定义无线三维倾角传感器实测的坐标系为oxyz，其中，x轴、y轴和z轴分别为无线三维倾角传感器的长度、宽度和高度方向，所述无线三维倾角传感器的起始坐标系与地磁坐标系OXYZ平行，OXYZ坐标绕Z轴转动θ角度得到坐标系OX′Y′Z，再绕的X′轴转动φ角度得到坐标系OX′Y₁Z′，最后绕Y₁轴转动角度得到OX₁Y₁Z₁坐标系，得到oxyz标系，第一微型三轴磁力计和第二微型三轴磁力计实测的磁感应强度的三分量分别为(B_x1，B_y1，B_z1)和(B_x2，B_y2，B_z2)；

步骤三：根据三维坐标转换，所述实测磁感应强度与地磁感应强度的关系：BxByBx=RBXBYBZ=R3R2R1BXBYBZ,]]>其中，(B_x，B_y，B_z)为实测磁感应强度，包括(B_x1，B_y1，B_z1)和(B_x2，B_y2，B_z2)，R₁，R₂，R₃，R为旋转矩阵，将所述两个微型三轴磁力计实测的磁感应强度和基于国际参考地磁场的三分量计算值代入上式中，根据罗格德矩阵的性质，求得旋转矩阵R；

步骤四：根据无线三维倾角传感器的x轴在X、Y、Z的方向余弦为(a_X，a_Y，a_Z)，y轴在X、Y、Z的方向余弦为(b_X，b_Y，b_Z)，z轴在X、Y、Z的方向余弦为(c_X，c_Y，c_Z)，则得到：

aXbXcXaYbYcYaZbZcZ=R-1100010001,]]>其中，R^-1表示矩阵R的逆矩阵；

步骤五：根据无线三维倾角传感器的x轴在OXYZ地磁坐标系的三维倾角为(α_x，β_x，γ_x)，y轴在OXYZ地磁坐标系的三维倾角为(α_y，β_y，γ_y)，z轴在OXYZ地磁坐标系的三维倾角为(α_z，β_z，γ_z)，则得到：

αxαyαzβxβyβzγxγyγz=arccosaXbXcXaYbYcYaZbZcZ,]]>得到无线三维倾角传感器三个轴线在地磁坐标系的绝对倾角大小；

步骤六：将无线三维倾角传感器放在被检测物体上，分别检测出被检测物体的初始状态无线三维倾角传感器三个轴线与北向水平、东向水平、竖向的初始三维倾角和物体倾斜状态下的无线三维倾角传感器三个轴线与北向水平、东向水平、竖向的三维倾角，用所述倾斜状态下的三维倾角减去初始状态下的三维倾角，得到物体的三维倾角的变化量。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于：所述步骤三中，所述

R1=cosθsinθ0-sinθcosθ0001,]]>

R2=1000cosφsinφ0-sinφcosφ,]]>