彭宇豪,张烜瑞,熊中龙,吴妍

• 1:中国地质大学(武汉)数学与物理学院

摘要(Abstract)：

本研究采用项目式学习方法，以实现微弱地磁场的精确测量为目标，自主设计测量仪器，以高斯法为起点，对地磁场水平分量进行了初步测量，接着利用自制亥姆赫兹双线圈改进高斯法，最终基于LabVIEW上位机和Arduino单片机的通信，建立了光电探头检测系统，实现了高效、便捷的数据传输与处理，也实现了更高精度的测量；同时，还自主设计霍尔高斯计，利用翻转法测量地磁场的竖直分量。为了适应磁场测量场景的多样性，本研究利用STM32单片机自制了AMR高斯计，自主编写了硬磁修正和倾斜补偿算法以替代卡尔曼滤波算法。该仪器具有成本低、交互性好、便于携带及精度高等特点，可适用于更为广泛的应用场景。

关键词(KeyWords)： 微弱地磁;高斯法;Arduino单片机;霍尔效应;翻转法;AMR高斯计

Abstract:

Keywords:

基金项目(Foundation): 中国地质大学(武汉)本科教学重点项目(2024077)

作者(Author): 彭宇豪,张烜瑞,熊中龙,吴妍

参考文献(References)：

• [1] 李涛，陈骏逸，陆申龙.高斯法测量地磁场水平分量的改进[J].物理与工程，2006(2):26-28.LI T,CHEN J Y,LU S L.Improvement of Gauss method for measuring horizontal component of geomagnetic field[J].Physics and Engineering,2006(2):26-28.(in Chinese)
• [2] 高小强，刘立英，马凌光，等.平行共轴线圈的磁场特征研究与实验设计[J].物理与工程，2014,24(4):37-40.GAO X Q,LIU L Y,MA L G,et al.Magnetic field characteristics and experimental design of parallel coaxial coils[J].Physics and Engineering,2014,24(4):37-40.(in Chinese)
• [3] CHAWLA K K.Composite materials:science and engineering[M].4th ed.Cham:Springer,2019.
• [4] 李良辉，康爱国，刘喆颉，等.一种新型便携式弱磁场测量系统[J].仪表技术与传感器，2017(10):74-76,80.LI L H,KANG A G,LIU Z J,et al.A novel portable weak magnetic field measurement system[J].Instrument Technique and Sensor,2017(10):74-76,80.(in Chinese)
• [5] 陈佳琳，侯若贤，申传英，等.基于Phyphox软件测量地磁场的一种普适性方法[J].曲阜师范大学学报(自然科学版),2023,49(3):61-64.CHEN J L,HOU R X,SHEN C Y,et al.A universal method for geomagnetic field measurement based on Phyphox software[J].Journal of Qufu Normal University (Natural Science Edition),2023,49(3):61-64.(in Chinese)
• [6] 徐一艳，罗苏惠，高宗耀.一种基于磁传感器测量值计算磁偏角、磁倾角的方法[J].弹箭与制导学报，2022,42(4):104-107.XU Y Y,LUO S H,GAO Z Y.A method for calculating magnetic declination and inclination based on magnetic sensor measurements[J].Journal of Projectiles,Rockets,Missiles and Guidance,2022,42(4):104-107.(in Chinese)
• [7] 刘竹琴.利用亥姆霍兹线圈测量地磁场强度及磁倾角[J].电子测量技术，2015,38(5):119-121.LIU Z Q.Measurement of geomagnetic field intensity and inclination using Helmholtz coils[J].Electronic Measurement Technology,2015,38(5):119-121.(in Chinese)
• [8] 张燕，陈华.HMC5883L电子罗盘的误差补偿系统设计[J].单片机与嵌入式系统应用，2015,15(5):39-42.ZHANG Y,CHEN H.Error compensation system design of HMC5883L electronic compass[J].Microcontrollers & Embedded Systems,2015,15(5):39-42.(in Chinese)
• [9] 朱兴乐.三分量磁传感器的水平姿态校正方法[J].舰船电子工程，2019,39(8):64-67,95.ZHU X L.Horizontal attitude correction method for triaxial magnetic sensor[J].Ship Electronic Engineering,2019,39(8):64-67,95.(in Chinese)
• [10] 井中武，林新华，林威，等.三维电子罗盘温度补偿方法研究[J].导航与控制，2022,21(Z1):102-108.JING Z W,LIN X H,LIN W,et al.Research on temperature compensation method for 3D electronic compass[J].Navigation and Control,2022,21(Z1):102-108.(in Chinese)
• [11] 王俊平.基于COMSOL软件的静磁场仿真与分析[J].大学物理实验，2018,31(2):88-91.WANG J P.Simulation and analysis of static magnetic field based on COMSOL software[J].College Physics Experiments,2018,31(2):88-91.(in Chinese)
• [12] 陈彦，董国波，徐平，等.AMR传感器测量地磁场的方法研究[C]//中国物理学会物理教学委员会，教育部高等学校大学物理课程教学指导委员会，教育部高等学校物理学类专业教学指导委员会.2024年全国高等学校物理基础课程教育学术研讨会论文集，2024:6-10.CHEN Y,DONG G B,XU P,et al.Research on the methods of Earth's magnetic field measurement using AMR sensors[C].2024 National Symposium on Basic Physics Courses in Higher Education,2024:6-10.(in Chinese)
• [13] 王振烨.基于AMR传感器阵列的电流监测系统研究[D].成都：电子科技大学，2024.WANG Z Y.The current monitoring system based on the AMR sensor array research[D].Chengdu:University of electronic science and technology,2024.(in Chinese)