‏معايرة البوصلة المغناطيسية الرقمية

تخبر البوصلة المغناطيسية الرقمية المركبة أو الروبوت أو الجهاز إلى أين يتجه باستشعار المجال المغناطيسي للأرض. وهذا المجال ضعيف، ويكاد كل ما حول البوصلة يشوّشه: فولاذ هيكل المركبة، أو محرك، أو كابل بطارية، أو مكبر صوت. والمعايرة هي الطريقة التي تتعلم بها البوصلة اضطرابات المكان الذي رُكّبت فيه وتزيلها. فقد تخطئ البوصلة غير المعايَرة بعدة درجات؛ أما المعايَرة جيدًا فيمكن أن تبلغ دقة تقارب درجة واحدة.

كيف تعمل البوصلة الرقمية

تحتوي البوصلة الرقمية، مثل Galileo DMC300 من Aeron، على مقياس مغنطة ثلاثي المحاور يقيس المجال المغناطيسي على ثلاثة محاور، ومقياس تسارع ثلاثي المحاور. ويقيس مقياس التسارع الدوران الجانبي والميل الأمامي من اتجاه الجاذبية، وتُستخدم هذه الزوايا لتعويض ميل الاتجاه (heading): إذ يُدوَّر المجال المغناطيسي عائدًا إلى المستوى الأفقي، فيبقى الاتجاه صحيحًا حين لا تكون البوصلة مستوية. ويقلل مرشّح رقمي الضجيج بحيث يمكن حساب الاتجاه حتى في الظروف الديناميكية.

ما الذي يشوّش البوصلة

• الحديد الصلب (Hard iron): مجالات مغناطيسية دائمة تتحرك مع البوصلة، من المغانط والفولاذ الممغنط والمحركات والأسلاك الحاملة لتيار عالٍ. ويضيف الحديد الصلب إزاحة ثابتة إلى المجال الذي تراه البوصلة، أيًّا كان الاتجاه الذي تواجهه.
• الحديد اللين (Soft iron): مواد مثل الفولاذ العادي والنيكل ليست مغانط بذاتها لكنها تحني مجال الأرض من حولها. ويشوّه الحديد اللين المجال بصورة مختلفة بحسب اتجاه البوصلة.
• أخطاء المستشعر: فروق صغيرة في الحساسية بين محاور مقياس المغنطة الثلاثة، ومحاور ليست على زوايا قائمة تمامًا أو غير محاذية تمامًا للغلاف.
• الانحراف المغناطيسي (Magnetic declination): الفرق بين الشمال المغناطيسي والشمال الحقيقي، وهو يعتمد على موقعك على الأرض ويتغير ببطء على مر السنين.

ما الذي تفعله المعايرة

إذا أُدير مقياس مغنطة مثالي في كل اتجاه ضمن مجال مغناطيسي نظيف، فإن أطراف متجهات المجال التي يقيسها تقع على كرة مركزها الصفر. ويزيح الحديد الصلب تلك الكرة بعيدًا عن المركز. ويضغطها الحديد اللين وأخطاء المستشعر إلى شكل إهليلجي مجسم. وتجمع المعايرة القياسات بينما تُدار البوصلة عبر اتجاهات كثيرة، وتلائم الشكل الذي تكوّنه، وتحسب الإزاحة والتصحيح اللذين يعيدانه إلى كرة متمركزة. ثم يطبّق الجهاز ذلك التصحيح على كل قراءة.

ولأن الاضطرابات تأتي من التركيب، يجب إجراء المعايرة والبوصلة مركّبة حيث ستُستخدم، مع وجود المعدات المحيطة وتشغيلها، ويُفضَّل أن يكون ذلك كما ستكون أثناء التشغيل. فالبوصلة التي تُعايَر على منضدة ثم تُثبَّت بجوار محرك ستكون خاطئة.

إجراء المعايرة خطوة بخطوة

1. اختر المكان. اعمل في منطقة مفتوحة بعيدًا عن المباني الفولاذية والمركبات المتوقفة والخرسانة المسلحة وخطوط الكهرباء.
2. ركّب البوصلة نهائيًا. ثبّتها بإحكام في موضعها النهائي، بعيدًا عن الحواف الحادة للمواد الفرومغناطيسية التي تركّز التشوه.
3. ابدأ نمط المعايرة في برنامج إعداد الجهاز. ويأتي Galileo DMC300 مع حزمة برامج لسطح المكتب للإعداد وعرض البيانات وتسجيلها، ويدعم معايرة الحديد الصلب والحديد اللين.
4. دوّرها عبر الاتجاهات. أدِر المركبة أو الجهاز ببطء دورة كاملة، وعبر ميول مختلفة أيضًا حيثما أمكن، ليرى البرنامج المجال من اتجاهات كثيرة. وبالنسبة إلى INS من Aeron، الممارسة الموصى بها حركة دائرية على سطح أفقي مع بقاء الدوران الجانبي والميل الأمامي ضمن ±5°.
5. تحقق من النتيجة. قارن الاتجاه المعايَر بمرجع معروف عند عدة اتجاهات. وتتيح أداة الإعداد من Aeron لنظام INS إدخال اتجاه مرجعي وتحفظ الإزاحة بين الجهاز والمرجع.
6. اضبط الموقع. أدخل خط العرض وخط الطول للموقع، أو استخدم تثبيت GNSS حيثما توافر، ليتمكن الجهاز من تطبيق الانحراف المغناطيسي الصحيح من النموذج المغناطيسي العالمي (World Magnetic Model) والإبلاغ عن الاتجاه الحقيقي.

ويوجد الإجراء الكامل لأنظمة الملاحة بالقصور الذاتي من Aeron في معايرة مقياس المغنطة في منتجات INS من Aeron.

متى تُعاد المعايرة

• بعد تركيب البوصلة أو نقلها؛
• بعد إضافة معدات قربها أو إزالتها أو نقلها، مثل البطاريات أو المحركات أو الحوامل الفولاذية؛
• بعد إصلاح المركبة أو تعرضها لصدمة قوية؛
• عند نقل المعدات إلى منطقة بعيدة يختلف فيها مجال الأرض؛
• كلما بدأت فحوص الاتجاه مقابل مرجع بالانحراف.

الدقة المتوقعة

حتى البوصلة المعايَرة لها حدود. فدقة اتجاه Galileo DMC300 محددة بـ ±1° (1σ) في الظروف الساكنة وشبه الساكنة، مع دوران جانبي وميل أمامي دون 45° وضمن خطوط عرض ±60°. وقرب القطبين المغناطيسيين، حيث يكون الجزء الأفقي من المجال صغيرًا، تقل موثوقية أي بوصلة. وحيث يجب أن يبقى الاتجاه دقيقًا خلال المناورات السريعة أو قرب منشآت فولاذية كبيرة، فإن نظام الملاحة بالقصور الذاتي المدعوم بـ GNSS مع اتجاه بهوائيين هو الأداة الأفضل.

للمساعدة في معايرة بوصلة Galileo أو نظام INS من Aeron على منصتك، تواصل مع فريق الدعم لدينا.