磁力計

磁力計（Magnetic、M-Sensor）也叫地磁、磁感器，可用於測試磁場強度和方向，定位設備的方位，磁力計的原理跟指南針原理類似，可以測量出當前設備與東南西北四個方向上的夾角。

基本介紹

• 中文名：磁力計
• 外文名：magnetometer
• 套用：用於測量磁場
• 別稱：磁力儀、高斯計
• 領域：測繪科學與技術
• 類型：磁通門磁強計等

簡介

在國際單位制中描述磁場的物理量是磁感應強度，單位是特斯拉。由於1特斯拉意味著非常強的磁場，地球科學上常用納特（nT）來作為測量單位，工程上常用的CGS制（厘米-克-秒制）中，單位則是高斯。在早期，電磁領域高斯單位盛行，因此磁強計也稱為高斯計。

磁感應強度是矢量，具有大小和方向特徵，只測量磁感應強度大小的磁強計稱為標量磁強計，而能夠測量特定方向磁場大小的磁強計稱為矢量磁強計。

原理

由於地球重力場相當於已知信息，因而當載體處於平穩運動時，完全可以依靠採集自加表的測量信息來推算得到載體除了航向外的其它兩個姿態信息，而若將加表與其它感測器如磁力計結合使用，就能實現在多種運動情況下測得完整的載體姿態信息。

磁力計的基本工作原理如下：設磁力計三軸磁分量的數據為[Mbx Mby Mbz]載體的橫滾角和俯仰角分別為φ 和θ 。則有

公式

式中Xh 為磁力計在水平方向 X 軸上的分量，Yh 為磁力計在水平方向 Y 軸上的分量，具體分量的表示如圖

傾角、重力及水平分量的關係

方位角可以根據上面求得的兩個分量按下面的公式計算

公式計算

其中，ϕM0 為磁方位角，載體的方位角ϕM 需要經過磁偏角修正後才能得到，即ϕM = ϕM0 − ϕ0
ϕ0 為磁偏角，可以根據地球磁場模型 WMM2005 以及載體所處的位置查得。

誤差

磁力計是一種可以測量環境磁場強度的感測器，本文正是通過利用磁力計測得磁場強度進而得到所需的載體方位角信息。作為一種實用器件其存在誤差是無可避免的，目前通常將磁力計的誤差劃分為自身內部誤差、套用安裝誤差以及羅差。

自身內部誤差

磁力計的自身內部誤差有零位誤差、靈敏度誤差和正交誤差。

套用安裝誤差

當將磁力計安裝於載體上時沒有實現磁力計的坐標系與載體坐標系相互重合，這就產生了安裝誤差。

羅差

因為鐵磁材料本身的特性會對外界磁場產生影響，因此當它出現在磁力計周圍時必然會對其產生影響進而引起誤差，我們把這種誤差稱之為羅差。這種影響產生的干擾磁場分為硬鐵磁場和軟鐵磁場。對於鐵磁材料和電器設備會產生硬鐵磁場，其對磁力計測量值的影響等同於在地磁場的測量值上附加了一個大小和方向不變的常值偏移。由於受外界磁場影響而產生的磁場稱為軟鐵磁場，其大小和方向會隨著載體姿態和位置的變化而變化。

分類

能夠測量磁場的物理原理有很多，根據不同原理進行分類，常見標量磁強計原理有質子旋進磁強計，Overhauser磁強計，鹼金屬光泵磁強計等，常見的矢量磁強計有磁通門磁強計、磁阻磁強計等。主要介紹磁通門磁強計。

磁通門磁力計是一種基於軟磁材料磁化飽和時的非線性特性而工作的一種磁力計，用以精確測量大小為千分之一T以下的穩定或者低頻交變的磁場，其套用範圍涉及空間探索和地球物理等的許多領域。

是利用鐵磁體磁化時在飽和區的非線性來測量磁場的裝置，當用軟磁材料做成的鐵磁體在磁化時，由於磁化的非線性，能調製外場，使得感測器輸出和外場相關、相對調製磁場頻率的偶次諧波信號，檢測偶次諧波的大小就能得到外場的大小。