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FGA Logger Sensor-Kalibrierungsverfahren

hinweis

Das Sensor-Kalibrierungsverfahren ist nur für Firmware-Version 1.02 oder höher verfügbar.

Warum müssen Fluxgate-Sensoren kalibriert werden?​

1. Offset (Nullfeld-Fehler)​

Selbst in einem magnetischen Nullfeld gibt ein Fluxgate ein Signal ungleich null aus, bedingt durch:

  • Remanenz des Kerns
  • Elektronik-Offsets
  • Asymmetrien in den Messspulen

Auswirkung ohne Kalibrierung: Das gemessene Feld ist verschoben und erzeugt einen konstanten Kurs- oder Feldfehler.

Kalibrierung behebt: Das Subtrahieren des DC-Offsets, sodass ein Nullfeld wirklich als null angezeigt wird.

info

Da ein echtes magnetisches Nullfeld schwer zu erreichen ist, schlägt dieses Dokument eine einfachere Kalibrierungsmethode vor, die auf dem Vergleich von Messungen mit unterschiedlichen Sensorachsenausrichtungen basiert.

Im Idealfall sollte der gemessene magnetische Feldbetrag unabhängig von der verwendeten Achsenausrichtung identisch sein. Beobachtete Unterschiede werden verwendet, um Sensor-Offset-Fehler zu schätzen und zu korrigieren.

Der Offset-Fehler kann mit folgenden Parametern behoben werden:

S1_X_OFFSET
S1_Y_OFFSET
S1_Z_OFFSET

2. Skalierungsfaktorfehler (Verstärkungsabweichung)​

Jede Achse (X, Y, Z) hat aufgrund folgender Faktoren eine leicht unterschiedliche Empfindlichkeit:

  • Fertigungstoleranzen
  • Variation der Kernpermeabilität
  • Unterschiede in der analogen Verstärkung

Auswirkung ohne Kalibrierung: Der Feldbetrag ist verzerrt und Kurse werden elliptisch statt kreisförmig, wenn der Sensor gedreht wird.

Kalibrierung behebt: Die Normierung der Verstärkungen, sodass alle Achsen gleich auf dasselbe Feld reagieren.

Der Verstärkungsfehler kann mit folgenden Parametern behoben werden:

S1_X_GAIN
S1_Y_GAIN
S1_Z_GAIN
hinweis

Während die Offset-Kalibrierung mit der hier beschriebenen Methode durchgeführt werden kann, erfordert eine ordnungsgemäße Verstärkungskalibrierung professionelle Ausrüstung und wird in diesem Dokument nicht behandelt.

Der FGA Logger bietet die Möglichkeit, sowohl Sensor-Offset als auch Verstärkung anhand folgender Formel zu kompensieren:

S1_X = (X_VAL - S1_X_OFFSET) * S1_X_GAIN

So werden Kalibrierungsparameter auf den FGA Logger angewendet​

  1. Stellen Sie sicher, dass die SD-Karte FAT32-formatiert ist

  2. Stellen Sie sicher, dass sich eine config.txt-Datei mit Kalibrierungsparametern auf der SD-Karte befindet

Beispiel für Kalibrierungsparameter mit Standard-/Idealwerten:

S1_X_OFFSET=10000
S1_X_GAIN=1.0
S1_Y_OFFSET=-10000
S1_Y_GAIN=1.0
S1_Z_OFFSET=0
S1_Z_GAIN=0.5

S2_X_OFFSET=40
S2_X_GAIN=1.4
S2_Y_OFFSET=50
S2_Y_GAIN=1.5
S2_Z_OFFSET=60
S2_Z_GAIN=1.6
  1. Halten Sie die Multifunktionstaste gedrückt und schalten Sie das Gerät EIN

Die LEDs zeigen durch sequenzielles Ein- und Ausschalten an, dass die SD-Karten-Konfiguration geladen wurde.

  1. Die serielle Konsole gibt Informationen mit den Parameterwerten aus, die von der SD-Karte gelesen wurden — dies bestätigt, dass der Vorgang erfolgreich war.

Beispielausgabe der Konsole:

Config: reading from SD card
config.txt found.

Input 1: Offset(x,y,z): 0, 0, 0
Gain(x,y,z): 1.00000000, 1.00000000, 1.00000000

Input 2: Offset(x,y,z): 0, 0, 0
Gain(x,y,z): 1.00000000, 1.00000000, 1.00000000

Timestamp_ms,B1x_nT,B1y_nT,B1z_nT,B1v_nT,B2x_nT,B2y_nT,B2z_nT,B2v_nT,Lat_deg,Lon_deg,Alt_m,SIV,Fix,HDOP_m
9648,64555.26,-23249.89,2992.34,68679.64,109.97,-1852.41,2666.81,3248.91,0.0000000,0.0000000,0.000,0,0,0.00

Kalibrierungsparameter werden dauerhaft im FGA Logger-Gerät gespeichert.

So kalibrieren Sie Sensoren​

  1. Stellen Sie vor Beginn der Kalibrierung sicher, dass die Kalibrierungsparameter auf dem FGA Logger auf Standardwerte gesetzt sind (folgen Sie dem obigen Verfahren)

  2. Verwenden Sie das folgende Verfahren, um Sensor-Kalibrierungsparameter für jede Achse zu ermitteln

Achse-X-Kalibrierung​

Platzieren Sie den Fluxgate-Magnetometersensor in einem Magnetfeld.

Richten Sie den Sensor so aus, dass Sie eine starke Reaktion auf der X-Achse erhalten, und lesen Sie den Wert Xp ab.

Beispieldaten:

29905,27553.65,1053.99,22170.34,35381.33
30005,27547.41,1055.65,22166.55,35374.14
30105,27547.66,1054.99,22169.61,35376.23
30205,27540.91,1050.56,22167.12,35369.29
30305,27549.23,1053.85,22167.19,35375.91

Durchschnittswert: Xp = 27553

Drehen Sie den Sensor nun um 180°, sodass die X-Achse invertiert ist, und lesen Sie Xn ab.

Beispieldaten:

66605,-27296.96,516.04,21844.24,34965.14
66705,-27295.70,510.82,21839.32,34961.01
66805,-27298.24,493.04,21844.23,34965.80
66905,-27307.43,488.12,21846.38,34974.25
67005,-27300.68,485.41,21843.88,34967.39

Durchschnittswert: Xn = -27296

Offset berechnen​

Verwenden Sie die Formel:

X_offset = (Xp + Xn) / 2

Beispiel:

X_offset = (27553 + (-27296)) / 2
X_offset = 257 / 2
X_offset = 128.5

Offset anwenden​

Setzen Sie den Kalibrierungsparameter in der SD-Karten-Konfiguration:

S1_X_OFFSET=128.5

Für andere Achsen wiederholen​

Wiederholen Sie dasselbe Verfahren für:

  • Y-Achse
  • Z-Achse

Für den Sensor:

  • S1 (Eingang 1)
  • S2 (Eingang 2) — falls ein zweiter Sensor angeschlossen ist

Kalibrierung anwenden​

Nach der Berechnung aller Offsets:

  1. Aktualisieren Sie die config.txt-Datei auf der SD-Karte
  2. Stecken Sie die SD-Karte in den Logger
  3. Schalten Sie das Gerät EIN, während Sie die Multifunktionstaste gedrückt halten

Der FGA Logger lädt und speichert die Kalibrierungsparameter.

Kalibrierung abgeschlossen​

Ihre Sensor-Offsets sind nun kompensiert und der Logger gibt korrigierte Magnetfeldmessungen aus.