[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

说明书

技术领域

本发明属于测量技术领域，涉及一种基于磁场的无线三维倾角传感器及其检测方法。 

背景技术

倾角传感器广泛应用于建筑、地质、航空、交通、矿产钻探、石油钻井、军事等诸多领域，在仪器科学领域有重要的地位。传统倾角传感器的测量方式有固体摆式、液体摆式、气体摆式等，主要基于重力场的变化实现倾角测量，诸多学者基于上述测量原理改进研制了不同的倾角传感器，如液态介质差动电容式倾角传感器、加速度式倾角传感器、导电液倾角传感器、光纤布拉格光栅倾角传感器等，但存在不利于传感器小型化、材料选用范围有限、加工生产工艺较复杂等缺点，且大多具有非线性的问题，需要单片机进行数据处理和非线性校正，影响成本和测量精度。另一方面，上述倾角传感器通常仅测量一个方向或两个方向的倾角，难以测量三维倾角。 

随着光纤传感器技术的发展，采用光纤传感技术改进的光纤陀螺仪，克服了陀螺仪在倾角传感器测量方面的累积误差漂移等缺点，可实现三维倾角的高精度、快速测量，具有可承载高动态环境、线性度好、稳定性高等优点，但目前大多应用在军用领域，在民用领域的光 纤陀螺仪精度被大幅度降低，且其成本尚需进一步降低。通过光纤激光器可实现三维倾角的精确测量，但目前成本过高，仅应用在极少数军事工业领域。基于微机电系(Micro-Electro-Mechanical Systems,MEMS)和微加速度传感器、气体摆传感器制作的倾角传感器已得到广泛的研究，如果大规模应用在民用领域尚需进一步考虑价格并降低生产工艺的复杂程度，且不适合恶劣环境下长期工作。 

基于地磁场的磁场定位和磁力勘探，目前逐渐应用到水下目标定位与导航、金属物探、水域探测、城市工程物探、考古以及军事物探等方面，具有隐蔽性好、适应性强、不易受干扰等优点。随着高性能三轴磁力计的发展及小型化，目前可采用磁传感器通过地磁场的测量实现运动物体相对地磁北的方向角监测，已应用在腹腔镜微创手术和钻孔倾斜等领域的研究或应用，但仅为一维角度的测量，且构造过于复杂。总体而言，基于地磁场的磁测技术构造倾角传感器是一项值得借鉴的研究方法。 

鉴于亟需一种可在恶劣环境下服役、且操作简单、价格低廉的三维倾角传感器的现状，针对磁测技术可穿透水、岩石和土体，且适应恶劣环境下全天候工作的特征，本发明采用三轴磁力计构造一种简单、使用方便的无线三维倾角传感器及其检测方法。 

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种基于磁场的无线三维倾角传感器及其检测方法，基于磁场的无线三维倾角传感器构 造简单，成本低廉，可以在室内、建筑物、水、泥土、岩土等各种环境中服役。 

本发明通过以下技术手段解决上述技术问题： 

一种基于磁场的无线三维倾角传感器，包括外壳，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。 

进一步，所述外壳为长方体； 

进一步，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； 

进一步，所述滤波器采用陷波滤波器； 

进一步，所述外壳为工程塑料外壳； 

进一步，所述通信模块为无线通信装置； 

一种利用基于磁场的无线三维倾角传感器检测倾角的方法，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，根据国际地磁场模型，得到地磁场感应强度的三分量计算值为(B_X，B_Y，B_Z)；