Магнитный датчик HMC, Снова о калибровке Опции

[Daria]

здравствуйте. Такая проблема - датчик, точнее - компас с таким датчиком нужно установить в систему управления поворотными устройствами. Вопрос - как быть с калибровкой датчика. Вообще говоря, насколько я понимаю, при установке в систему следует перекалибровать, там ведь будут наводиться какие-то поля. Поворачивать не получится, если в горизонтальной плоскости еще можно, то в вертикальной(чтобы откалиброваться по всем трем осям) никак. Нет ли какого-нибудь способа перекалибровки (т.е. вычисления смещений и чувствительностей) без поворотов?
Есть идея - вместо поворотов изменять поле катушками индуктивности, но сомнительно, что получится - поле земли примерно 0,6Гаусса, нужно тогда создавать создавать аналогичное, меняя только направление... Подскажите, если кто знает, как бы это можно было сделать? или никак?
Еще важный вопрос - через какое время подобным датчикам требуется перекалибровка, т.е. как быстро будет расти погрешность из-за изменения чувствительности? Ну, и какой датчик из серии HMC лучше использовать?
очень нужно, очень срочно. заранее спасибо.
Да, если сюда вдруг заглянет Станислав - загляните в свой ящик, очень нужна Ваша помощь

[Okorok]

здравствуйте. Такая проблема - датчик, точнее - компас с таким датчиком нужно установить в систему управления поворотными устройствами. Вопрос - как быть с калибровкой датчика. Вообще говоря, насколько я понимаю, при установке в систему следует перекалибровать, там ведь будут наводиться какие-то поля. Поворачивать не получится, если в горизонтальной плоскости еще можно, то в вертикальной(чтобы откалиброваться по всем трем осям) никак. Нет ли какого-нибудь способа перекалибровки (т.е. вычисления смещений и чувствительностей) без поворотов?
Есть идея - вместо поворотов изменять поле катушками индуктивности, но сомнительно, что получится - поле земли примерно 0,6Гаусса, нужно тогда создавать создавать аналогичное, меняя только направление... Подскажите, если кто знает, как бы это можно было сделать? или никак?
Еще важный вопрос - через какое время подобным датчикам требуется перекалибровка, т.е. как быстро будет расти погрешность из-за изменения чувствительности? Ну, и какой датчик из серии HMC лучше использовать?
очень нужно, очень срочно. заранее спасибо.
Да, если сюда вдруг заглянет Станислав - загляните в свой ящик, очень нужна Ваша помощь

О (пере)калибровке:
Поле Земли 0,6 Гаусса - на самом деле не так много.
Компенсировать влияние магнитного поля Земли при калибровке, а также задать поле заданной величины (в любом направлении) можно трехмерной системой катушек Гельмгольца.
Если нет возможности "перевернуть кубик" с датчиком в вертикальной плоскости, придется вертикальную составляющую поля Земли точно измерять. В зависимости от требуемой точности придется учитывать, что поле Земли - на самом деле не константа и может меняться в пределах +/-0,5%.

По поводу других вопросов - недостаточно компетентен.

Да, Станислав вроде в отпуске на две недели.

[Daria]

О (пере)калибровке:
Поле Земли 0,6 Гаусса - на самом деле не так много.
Компенсировать влияние магнитного поля Земли при калибровке, а также задать поле заданной величины (в любом направлении) можно трехмерной системой катушек Гельмгольца.

А можно поподробнее о методике (пере)калибровки системой катушек Гельмгольца? Нашла несколько ссылок про них, но конкретно не очень понятно, как это можно сделать, ведь датчик откалибруется для поля, созданного катушками? Будут вычислены смещения, но при отключении поля катушек поле будет другим, и смещения соответственно тоже

Если нет возможности "перевернуть кубик" с датчиком в вертикальной плоскости, придется вертикальную составляющую поля Земли точно измерять.

А как измерять?

[Daria]

Похоже, "нет никто"
подскажите тогда хотя бы вот что(кто-нибудь!) - Насколько я понимаю, трехосевой датчик надо калибровать/перекалибровывать, вращая по всем трем осям. У нас вроде есть поворотное устройство. которое позволит вращать по двум - т.е., в плоскости XY и в плоскости XZ. Насколько большой будет погрешность при такой перекалибровке? И. кстати, где можно купить такое поворотное устройство - небольшого размера, вращающее по трем степеням свободы - ну, это так, а вдруг кто знает. Вряд ли, конечно Если бы еще и корпус аллюминиевый...

[Okorok]

А как измерять?

Измерять поле, похоже, не надо, это я погорячился.

Разделю задачу калибровки на две подзадачи:
1) Определение "нулевой точки" (напряжение смещения при отсутствующем внешнем поле) по каждой из осей XYZ.
2) Сравнение чувствительности по каждой из осей.

Для определения "нулевой точки" достаточно поместить сам компасный модуль (а не все изделие) в точно построенный "кубик", который можно переворачивать на любую грань - так уже рекомендовал Станислав. Тогда можно получить смещение "нулевой точки" (или как оно там называется) как среднее арифметическое от напряжений, измеренных при укладывании "кубика" на противоположные грани.
Кроме того, путем сравнения разности напряжений по разным осям можно определить относительную чувствительность по каждому из направлений.
Делать эту операцию необходимо для каждого компасного модуля, т.к. датчики одинаковыми не бывают.

Кроме того, если компас встроен в изделие, содержащее достаточно массивные ферромагнитные компоненты, придется хотя бы один раз сравнить относительную чувствительность по каждому из направлений на всем изделии (это нужно, чтобы узнать, насколько исказятся показания встроенного компаса).

Проще, если есть возможность вращать все изделие - тогда процедура как с "кубиком".
Если, например, нет возможности перевернуть изделие вверх тормашками, тогда придется для каждого из направлений в одинаковой мере менять внешнее поле (например, системой катушек, в которой можно изменять ток), и сравнивать разность откликов датчиков.
Катушки Гельмгольца - гарантированный способ получить более-менее однородное поле внутри некоторого объема.

подскажите тогда хотя бы вот что(кто-нибудь!) - Насколько я понимаю, трехосевой датчик надо калибровать/перекалибровывать, вращая по всем трем осям. У нас вроде есть поворотное устройство. которое позволит вращать по двум - т.е., в плоскости XY и в плоскости XZ. Насколько большой будет погрешность при такой перекалибровке? И. кстати, где можно купить такое поворотное устройство - небольшого размера, вращающее по трем степеням свободы - ну, это так, а вдруг кто знает. Вряд ли, конечно Если бы еще и корпус аллюминиевый...

Если есть возможность выполнять полные обороты в двух плоскостях XY и XZ, значит, у Вас есть возможность развернуть изделие каждой стороной "слева-справа-спереди-сзади-сверху-снизу" поочередно на Север, а этого достаточно.
Но мне кажется, что "кубиком" проще (и дешевле) достичь высокой точности позиционирования.

[Daria]

Если, например, нет возможности перевернуть изделие вверх тормашками, тогда придется для каждого из направлений в одинаковой мере менять внешнее поле (например, системой катушек, в которой можно изменять ток), и сравнивать разность откликов датчиков.
Катушки Гельмгольца - гарантированный способ получить более-менее однородное поле внутри некоторого объема.

А немного подробнее об этом? Ведь датчик откалибруется для суммарного вектора поля, складывающегося из поля, созданного катушками, наведенных полей, и поля земли. при отключении поля катушек, будет уже другое поле, соответсвенно нули сместятся... Вы делали когда-нибудь это? Получалось? Я просто непонимаю, наверное
И вот еще, как вам такой способ - что, если не использовать третий датчик оси z совсем, а попытаться вычислить третью составляющую, откалибровавшись для двух осей.
Замерить показания датчика в одном положении(X,Y). Зная крены(определенные акселерометром), записать уравнения проекций X1, Y1 на горизонтальную плоскость через X,Y, Z и косинусы, синусы кренов. Два уравнения - три неизвестных(X1,Y1,Z). Затем повернуться на угол 90 градусов, снова замерить показания(X',Y'). Записать X2, Y2. Неизвестные X2,Y2,Z'. Четыре уравнения - шесть неизвестных. Дальше atan(X1/Y1)-atan(X2/Y2)=90 - пятое уравнение, и sqrt(X^2+Y^2+Z^2)=sqrt(X'^2+Y'^2+Z'^2) - шестое уравнение, если считать, что поле однородно. Шесть уравнений, шесть неизвестных. Таким образом, вычислим модуль вектора маг. поля и при последующих измерениях X,Y Z - составляющую просто вычислять.
как вы считате? вся проблема в однородности поля

[Okorok]

А немного подробнее об этом? Ведь датчик откалибруется для суммарного вектора поля, складывающегося из поля, созданного катушками, наведенных полей, и поля земли. при отключении поля катушек, будет уже другое поле, соответсвенно нули сместятся...

Речь идет о двух процедурах: 1) определение "нулей" по каждой оси и 2) нормирование чувствительностей между осями.
1) Для определения нулей проще всего переворачивать компасный модуль на 180 градусов в направлении каждой из осей (в "кубике", например). Тогда "ноль" - это среднее арифметическое между полученными значениями в положениях 0 и 180 градусов.
2) Для нормирования чувствительностей между осями нужны разности откликов на одинаковое изменение поля вдоль каждой из осей. Это можно делать переворачиванием "кубика", а также путем изменения тока в катушке (или системе катушек) на заданную величину.

Процедуру 1) проще делать на компасном модуле (который меньше всего изделия).
Процедуру 2) - тоже проще делать на компасном модуле.
Кроме того, настоятельно рекомендуется повторить процедуру 2) также на всем изделии - хотя бы на одном, если изделие содержит массивные ферромагнитные компоненты.

Для процедуры 2) не нужны абсолютные нули поля, только разности полей. Для этого достаточно включить ток в катушке, например, 1 А, а потом -1 А (минус один ампер). Суммарное поле с учетом поля Земли при каждом измерении будет другое (неважно какое), но разность будет соответствовать двум амперам в катушке.

Вы делали когда-нибудь это? Получалось? Я просто непонимаю, наверное

Я не делал компасы на датчиках магнитного поля, если бы взялся делать - любые рекомендации проверял бы на практике для конкретной задачи.

О Вашей задаче я знаю слишком мало и представляю себе что-то вроде автопилота для автомобиля.

Честно говоря, я не стал бы строить "автопилот" на магнитном компасе, ибо такой автопилот, подозреваю, доведет до ближайшего столба трубопровода.

Неупомянутые тонкости:
И напряжение смещения, и чувствительность датчиков зависят от температуры.
Ферромагнитные компоненты изделия могут намагничиваться до неизвестной степени.

И вот еще, как вам такой способ - что, если не использовать третий датчик оси z совсем, а попытаться вычислить третью составляющую, откалибровавшись для двух осей.
Замерить показания датчика в одном положении(X,Y). Зная крены(определенные акселерометром), записать уравнения проекций X1, Y1 на горизонтальную плоскость через X,Y, Z и косинусы, синусы кренов. Два уравнения - три неизвестных(X1,Y1,Z). Затем повернуться на угол 90 градусов, снова замерить показания(X',Y'). Записать X2, Y2. Неизвестные X2,Y2,Z'. Четыре уравнения - шесть неизвестных. Дальше atan(X1/Y1)-atan(X2/Y2)=90 - пятое уравнение, и sqrt(X^2+Y^2+Z^2)=sqrt(X'^2+Y'^2+Z'^2) - шестое уравнение, если считать, что поле однородно. Шесть уравнений, шесть неизвестных. Таким образом, вычислим модуль вектора маг. поля и при последующих измерениях X,Y Z - составляющую просто вычислять.
как вы считате? вся проблема в однородности поля

Теоретически - можно вычислить.
Практически - точность любого датчика ограниченна, тем более для известных мне "твердотельных" акселерометров и магнитных датчиков. Поэтому дополнительная (теоретически - избыточная) информация предпочтительнее.