本發明屬于電磁學測量儀器校準，具體涉及一種霍爾磁強計校準裝置及方法。

背景技術：

1、霍爾磁強計是一種基于霍爾效應原理進行磁場強度測量的儀器。它利用霍爾元件在磁場中通電時產生的橫向電壓差(霍爾電壓)來計算交變和恒定磁場強度，具有體積小、靈敏度高、線性度好等優點，廣泛應用于工業測量、科研探索、導航與定位、醫療設備、安全監測等多個領域。

2、常用霍爾磁強計的磁場測量范圍從0.1μt～10t，測量精度最高可達0.01％。由于霍爾磁強計的磁場測量范圍較寬，目前對其進行校準通常是分段在不同的磁場標準裝置中進行。43mt以上的測量范圍通常采用核磁共振磁強計(核磁共振磁強計測量范圍下限為43mt)作為磁場標準，核磁共振磁強計與霍爾磁強計分別測量磁場線圈或電磁鐵產生的磁場進行比對校準；43mt以下的測量范圍通常用磁場線圈作為標準磁場源，磁場線圈產生不同強度的標準磁場對其進行校準。

3、對于43mt以上的磁場，最大65μt的背景地磁場對校準過程的影響相對較小，即使是0.01％精度的霍爾磁強計，背景地磁場的影響也基本可以忽略不計，但當標準磁場的強度下降時，背景地磁場的影響逐漸變大。如校準10mt磁場點時，背景地磁場對標準磁場的影響最大可達3×10-5倍，校準0.01％精度的霍爾磁強計時，背景地磁場已成為校準不確定度的主要來源之一。當磁場校準點進一步下降時，在地磁場中就無法對高精度的霍爾磁強計進行校準。目前，國內的霍爾磁強計校準裝置均不具備地磁場影響的消除功能，所以無法在測量范圍偏下限的區段對高精度的霍爾磁強計進行校準。

技術實現思路

1、有鑒于此，本發明提供了一種霍爾磁強計校準裝置及方法，能夠消除地磁場的影響，實現高精度霍爾磁強計的精確校準。

2、本發明是通過下述技術方案實現的：

3、一種霍爾磁強計校準裝置，主要對霍爾磁強計的探頭進行校準，校準裝置包括：三維地磁場抵消組件、標準磁場復現組件和磁軸定位裝置；

4、三維地磁場抵消組件包括三組互相正交的通電線圈，用于產生空間三維方向的恒定磁場，且恒定磁場與地磁場的三分量大小相等、方向相反，以抵消地磁場；

5、標準磁場復現組件位于三維地磁場抵消組件內部，標準磁場復現組件包括一維標準磁場線圈和電源組件，一維標準磁場線圈與電源組件電性連接，用于產生霍爾磁強計校準所需的標準磁場；且標準磁場的中心與三維地磁場抵消組件的中心重合；

6、磁軸定位裝置位于標準磁場復現組件內，霍爾磁強計的探頭位于磁軸定位裝置上，磁軸定位裝置用于定位霍爾磁強計的探頭，使探頭位于標準磁場內，且探頭的磁軸與標準磁場的磁軸平行。

7、進一步的，三維地磁場抵消組件包括三維磁場線圈、x軸電流源、y軸電流源、z軸電流源和磁強計；

8、三維磁場線圈包括x軸線圈ⅰ、x軸線圈ⅱ、y軸線圈ⅰ、y軸線圈ⅱ、z軸線圈ⅰ和z軸線圈ⅱ；

9、x軸線圈ⅰ和x軸線圈ⅱ并排設置，且與yoz平面平行；x軸線圈ⅰ和x軸線圈ⅱ分別與x軸電流源電性連接，用于產生x方向的恒定磁場；

10、y軸線圈ⅰ和y軸線圈ⅱ并排設置，且與xoz平面平行，y軸線圈ⅰ和y軸線圈ⅱ分別與y軸電流源電性連接，用于產生y方向的恒定磁場；

11、z軸線圈ⅰ和z軸線圈ⅱ并排設置，且與xoy平面平行；z軸線圈ⅰ和z軸分別與z軸電流源電性連接，用于產生z方向的恒定磁場；

12、x軸線圈ⅰ、x軸線圈ⅱ、y軸線圈ⅰ、y軸線圈ⅱ、z軸線圈ⅰ和z軸線圈ⅱ共同圍成一個長方體空間；磁強計設置在長方體空間的中心位置，當磁強計的示值為零時，長方體空間內的地磁影響已消除。

13、進一步的，一維標準磁場線圈包括若干圓形繞組，若干圓形繞組同軸間隔排列。

14、進一步的，電源組件包括復現電流源和復現電流表；

15、復現電流表串聯設置在復現電流源和一維標準磁場線圈之間；復現電流源向一維標準磁場線圈供電，在線圈內產生校準用的標準磁場；

16、復現電流表可以測量一維標準磁場線圈中通過的電流值；

17、通過一維標準磁場線圈的線圈常數和電流值相乘可計算復現的標準磁場量值；

18、通過調節復現電流源輸出電流的大小，可以調節復現標準磁場的量值大小。

19、進一步的，磁軸定位裝置包括探頭固定工裝和姿態調整底座；

20、探頭固定工裝位于方向調整底座頂部，且位于一維標準磁場線圈內的標準磁場內，探頭固定工裝用于固定霍爾磁強計的探頭；

21、姿態調整底座用于對探頭固定工裝進行豎直方向的俯仰調節和水平方向的方位調節，從而使探頭的磁軸與標準磁場的磁軸平行。

22、進一步的，姿態調整底座包括俯仰旋轉機構、方位旋轉機構和支架；

23、俯仰旋轉機構位于方位旋轉機構的頂部，支架位于俯仰旋轉機構的頂部；探頭固定工裝位于支架上；

24、方位旋轉結構包括下固定塊和上旋轉塊；上旋轉塊位于下固定塊的頂部，可相對下固定塊水平旋轉；

25、方位旋轉結構的側面設置有方位旋轉調節手柄，通過旋轉方位旋轉調節手柄可使上旋轉塊相對于下固定塊水平旋轉，進而調整探頭固定工裝的方位；

26、俯仰旋轉機構包括下旋轉塊和上俯仰塊；下旋轉塊的底部與方位旋轉結構的上旋轉塊固定連接；下旋轉塊的頂面為內凹弧形面；上俯仰塊的底面為外凸弧形面；下旋轉塊的內凹弧形面與上俯仰塊的外凸弧形面配合；

27、俯仰旋轉機構的側面設置有俯仰旋轉調節手柄，通過旋轉俯仰旋轉調節手柄可使上俯仰塊沿著弧形面移動，從而調整探頭固定工裝的俯仰。

28、進一步的，下固定塊的一個側面為弧形面ⅰ，弧形面ⅰ上設置有刻度ⅰ；

29、上旋轉塊的一個側面為弧形面ⅱ，弧形面ⅱ上設置有刻度ⅱ；

30、刻度ⅰ和刻度ⅱ上下相對。

31、進一步的，下旋轉塊的一個側面沿著上端邊緣設置有刻度ⅲ，上俯仰塊的一個側面沿著下端邊緣設置有刻度ⅳ，刻度ⅲ和刻度ⅳ上下相對。

32、一種霍爾磁強計校準方法，基于一種霍爾磁強計校準裝置，方法為：

33、步驟一、將磁強計置于通電線圈的中心，改變三組互相正交的通電線圈內的電流大小同時觀察磁強計的示值變化，使磁強計示值為零，取出磁強計；

34、步驟二、將霍爾磁強計的探頭固定在磁軸定位裝置上，使探頭的磁軸方向與一維標準磁場線圈的磁軸方向基本平行；

35、步驟三、利用電源組件為一維標準磁場線圈通電，根據通電的電流和一維標準磁場線圈的線圈常數計算并復現標準磁場；

36、步驟四、旋轉方位旋轉調節手柄調整探頭的磁軸方位，旋轉俯仰旋轉調節手柄調整探頭的磁軸俯仰，當霍爾磁強計的探頭測得最大值時，即可認為探頭的磁軸方向與一維標準磁場線圈的磁軸方向精確平行，進而對霍爾磁強計進行校準。

37、有益效果：

38、(1)本發明提供的一種霍爾磁強計校準裝置，首先利用三維地磁場抵消組件對地磁場進行抵消后，再利用標準磁場復現組件建立精確的標準磁場，能夠消除地磁場的影響，實現高精度霍爾磁強計的精確校準。

39、(2)本發明提供的標準磁場復現組件，可通過調節復現電流源輸出電流的大小，調節復現標準磁場的量值大小，從而對霍爾磁強計在不同磁場下的示值誤差進行校準。

40、(3)本發明提供磁軸定位裝置能夠對探頭的磁軸進行精確的俯仰調整和方位調整，使探頭的磁軸和一維標準磁場線圈的磁軸能夠精精確平行，進一步提高了霍爾磁強計校準的精確度。

41、(4)本發明提供的霍爾磁強計校準裝置，下固定塊和上旋轉塊上均設置有刻度，便于直觀的對探頭的磁軸方位進行精確調整。

42、(5)本發明提供的霍爾磁強計校準裝置，下旋轉塊和上俯仰塊均設置有刻度，便于直觀的對探頭的磁軸俯仰進行精確調整。

43、(6)本發明提供的一種霍爾磁強計校準方法，一方面消除了地磁的干擾，另一方面設置了磁軸定位裝置，對探頭的磁軸方向進行精確調整，從而可實現霍爾磁強計的高精度校準。