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FGA Logger 传感器校准程序

备注

传感器校准程序仅适用于固件版本 1.02 或更高版本。

为什么需要对磁通门传感器进行校准？​

1. 偏置（零场误差）​

即使在零磁场环境中，磁通门传感器也会因以下原因输出非零信号：

  • 磁芯剩磁
  • 电子元件偏置
  • 感测线圈的不对称性

未校准时的影响： 测量磁场发生偏移，产生恒定的方位角或磁场误差。

校准的作用： 减去直流偏置，使零场真正读数为零。

信息

由于真正的零磁场难以实现，本文档提出一种更简便的校准方法，该方法基于对不同传感器轴方向下所取测量值的比较。

在理想情况下，无论使用哪种轴方向，测量到的磁场幅值应完全相同。观察到的任何差异均可用于估算并修正传感器偏置误差。

偏置误差可通过以下参数进行修正：

S1_X_OFFSET
S1_Y_OFFSET
S1_Z_OFFSET

2. 比例因子误差（增益不匹配）​

各轴（X、Y、Z）因以下原因具有略微不同的灵敏度：

  • 制造公差
  • 磁芯磁导率变化
  • 模拟增益差异

未校准时的影响： 磁场幅值发生失真，旋转传感器时方位角轨迹呈椭圆形而非圆形。

校准的作用： 归一化各轴增益，使所有轴对相同磁场的响应一致。

增益误差可通过以下参数进行修正：

S1_X_GAIN
S1_Y_GAIN
S1_Z_GAIN
备注

偏置校准可使用本文描述的方法进行，但增益校准需要专业设备，本文档不涉及此内容。

FGA Logger 提供使用以下公式补偿传感器偏置和增益的功能：

S1_X = (X_VAL - S1_X_OFFSET) * S1_X_GAIN

如何将校准参数应用到 FGA Logger​

  1. 确保 SD 卡已格式化为 FAT32

  2. 确保 SD 卡上存在包含校准参数的 config.txt 文件

默认/理想值的校准参数示例：

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. 按住多功能按钮的同时开启设备电源

LED 指示灯将依次亮灭，表示 SD 卡配置已加载成功。

  1. 串口控制台将输出从 SD 卡读取的参数值信息——这确认了操作已成功执行。

控制台输出示例：

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

校准参数将永久存储在 FGA Logger 设备内部。

如何校准传感器​

  1. 开始校准前，确保 FGA Logger 上的校准参数已设置为默认值（按照上述程序操作）

  2. 使用以下程序获取每个轴的传感器校准参数

X 轴校准​

将磁通门磁力仪传感器置于磁场中。

调整传感器方向，使 X 轴响应最强，并读取数值 Xp。

数据示例：

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

平均值：Xp = 27553

现在将传感器旋转 180°，使 X 轴反向，并读取 Xn。

数据示例：

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

平均值：Xn = -27296

计算偏置​

使用公式：

X_offset = (Xp + Xn) / 2

示例：

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

应用偏置​

在 SD 卡配置文件中设置校准参数：

S1_X_OFFSET=128.5

对其他轴重复操作​

对以下轴重复相同程序：

  • Y 轴
  • Z 轴

适用于以下传感器：

  • S1（输入 1）
  • S2（输入 2）——如果连接了第二个传感器

应用校准​

计算出所有偏置后：

  1. 更新 SD 卡上的 config.txt 文件
  2. 将 SD 卡插入记录仪
  3. 按住多功能按钮的同时开启设备电源

FGA Logger 将加载并存储校准参数。

校准完成​

您的传感器偏置现已得到补偿，记录仪将输出经过修正的磁场测量数据。