[发明专利]一种利用合成标量磁场测量磁场线圈的磁轴正交度方法

说明书

本发明公开了一种利用合成标量磁场测量磁场线圈的磁轴正交度方法，先后给磁场线圈两个磁轴施加一定大小的磁场，该磁场会与地磁场相互作用，产生合成磁场，使用标量磁强计分别测量合成磁场，然后通过公式计算线圈磁轴之间的夹角；在测量过程中不需要移动测试设备，也无需对轴，没有机械装配操作，可以避免引入安装误差；本发明具有测量精度高、操作简单、方便的优点。将上述方法应用于某装置磁场线圈的正交度测试中，测得的实际角度为89.945°，测量重复性优于0.01°，比常用的检测方法准确度高一个数量级以上。

技术领域

本发明属于磁计量技术领域，具体涉及一种利用合成标量磁场测量磁场线圈的磁轴正交度方法。

背景技术

磁轴正交度是两轴磁场线圈、三轴磁场线圈的一个基本参数，表示的是磁场线圈两个磁轴之间两两垂直的程度，这对于磁场线圈产生磁场量值的准确度非常重要。因为磁场线圈广泛应用于磁学计量领域，是产生标准磁场的一种重要手段，在多种磁学计量装置中均是主标准器。

目前最常用的测量磁场线圈正交度的方法是：将单轴或者三轴矢量磁传感器安装在二维或三维转台上，并放于磁场线圈中心，通过调整转台将磁传感器的一敏感轴与线圈磁轴对准，观察磁传感器另一敏感轴的输出，利用三角函数结算线圈磁轴之间的夹角。该测量方法具有以下缺点，一是转台对轴过程的不确定度较大，约有0.2°～0.5°的偏差，该偏差是无法消除的；二是该种方法需要的配套设备较多，无磁转台、安装基座等，校准过程操作步骤多，对检测人员要求较高。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种利用合成标量磁场测量磁场线圈的磁轴正交度方法，通过测量三次不同状态下的标量磁场即可实现磁轴正交度的解算，检测设备为测量标量磁场的磁强计，测试过程中不需要对轴等操作，不存在装配误差，可以达到很高的测量精度。

一种测量磁场线圈的磁轴正交度方法，包括如下步骤：

步骤0、定义待测量磁场线圈X轴与Y轴之间的磁轴夹角为∠XOY，OX为X轴磁场线圈的磁轴方向，OY为Y轴磁场线圈的磁轴方向，E为地磁场矢量方向；

步骤1、在磁场线圈通电前，将标量磁强计置于磁场线圈的中心工作区，测量地磁场的大小，记为B₀；

步骤2、给磁场线圈X轴通电，复现与地磁场大小B₀相等的磁场，根据磁场合成定理，X轴产生的磁场与地磁场的合成磁场的方向为OP方向，即为∠XOE的角平分线方向，合成磁场的大小通过标量磁强计测得，记为B_0+x；

步骤3、利用三角函数关系，在等腰三角形ΔXOE中，记∠XOE的大小为2α，则有：

步骤4、给磁场线圈Y轴通电，复现与地磁场大小相等的磁场，记录标量磁强计测得的Y轴与地磁场的合成磁场大小，记为B_0+y；

步骤5、利用三角函数关系，在等腰三角形ΔYOE中，记∠YOE的大小为β，则有；

步骤6、给磁场线圈X轴通电，使其复现与地磁场等量的磁场B0，同时给磁场线圈Y轴通电，使其复现大小为B_0+x的磁场，记录标量磁强计测得的三者的合成磁场大小B_0+x+y；

步骤7、利用三角函数关系，在三角形ΔYOP中，记Y轴磁场方向与∠XOE角平分线的夹角为θ，则有：

步骤8、利用步骤3、5和7的公式，求得∠XOY，即为磁场线圈的正交度。

较佳的，所述标量磁强计为光泵磁强计、质子磁强计，或者为三轴正交度已知的三轴磁传感器。