تعرّف كيف تعايِر مقاييس المغنطة في أنظمة INS من Aeron للحصول على قياسات دقيقة للمجال المغناطيسي.
ما هو مقياس المغنطة؟
مقياس المغنطة مستشعر أو جهاز يقيس شدة المجالات المغناطيسية واتجاهها في البيئة المحيطة. وهو أداة أساسية في الجيولوجيا والملاحة وعلم الآثار وعلوم الفضاء، إذ يساعد على كشف الظواهر المغناطيسية وتحليلها. وتُصمَّم أنواع مختلفة من مقاييس المغنطة لقياس اتجاه المجال المغناطيسي أو شدته أو تغيّره النسبي في موقع محدد.
كيف يعمل؟
يعمل مقياس المغنطة بقياس شدة المجال المغناطيسي واتجاهه. وهو يعتمد عادةً على مبدأ الحث المغناطيسي، حيث تولّد المجالات المغناطيسية المتغيرة تيارات في ملفات من الأسلاك، أو على تفاعل المواد المغناطيسية مع المجالات المغناطيسية الخارجية. ويكشف مقياس المغنطة تغيرات المجال المغناطيسي بمستشعرات مثل عناصر البوابة المغناطيسية (fluxgate) أو تأثير هول (Hall-effect) أو المقاومة المغناطيسية. وتنتج هذه المستشعرات إشارات متناسبة مع المجال المغناطيسي، تُعالَج لقياس شدته واتجاهه.
تقدير الاتجاه بمقياس المغنطة
قد يؤدي تركيب نظام INS يحتوي على مقياس مغنطة على أجسام تحتوي مواد فرومغناطيسية أو بالقرب منها إلى تشويه المجال المغناطيسي، ما يسبب أخطاء في تقدير الاتجاه. ولمعالجة ذلك، توفّر Aeron أداة برمجية خاصة تصحّح الاضطرابات المغناطيسية في أنظمة INS من Aeron.
أسباب الأخطاء المغناطيسية
تشوّهات الحديد الصلب (الانحياز): تنتج عن المجالات المغناطيسية الدائمة من المغانط أو المواد الممغنطة، مثل:
المغانط
المعادن الممغنطة
الأسلاك ذات التيار العالي
أسلاك مكبرات الصوت
المحركات
تشوّهات الحديد اللين: تنتج عن مواد بارامغناطيسية تحرف المجال المغناطيسي للأرض وتشوّهه، ومنها:
المعادن الحديدية (الحديد والفولاذ)
النيكل
ألياف الكربون
أخطاء شائعة في محاذاة المستشعر:
عدم محاذاة المحاور
عدم التعامد بسبب عدم دقة التصنيع
نظرة عامة على عملية المعايرة
لمعايرة نظام INS من Aeron مغناطيسيًا، اتبع الخطوات التالية:
1. الاحتياطات
يجب تدوير الجهاز حركة دائرية على سطح أفقي. ويجب أن تكون زاوية ميل السطح (Roll/Pitch) قريبة من الصفر وألا تتجاوز ±5 deg.
يجب أن تخلو المنطقة التي ستُجرى فيها المعايرة من التداخل المغناطيسي.
تجنّب تركيب INS قرب الحواف الحادة للمواد الفرومغناطيسية، لأنها تركّز التشوهات المغناطيسية.
2. التحضير
ثبّت INS تثبيتًا محكمًا لمنع أي حركة أثناء المعايرة.
لا يلزم اتجاه تركيب محدد.
3. جمع البيانات
دوّر INS عبر اتجاهات متعددة لالتقاط بيانات المستشعر الخام.
استخدم أداة Aeron لتسجيل هذه البيانات.
4. الإجراء
شغّل الجهاز (Power ON).
شغّل AICS (أداة Aeron).
صِل منفذ الجهاز بالحاسوب.
يمكن للمستخدم توصيل الجهاز من قائمة File -> Connect أو من زر شريط الأدوات، كما يظهر في الشكل 1: قائمة File - Connect والشكل 2: Connect - زر شريط الأدوات.
الشكل 1: قائمة File - Connect
أو
الشكل 2: Connect - زر شريط الأدوات
اختر منفذ COM ومعدل الباود من القائمة المنسدلة.
انقر Connect.
انقر أيقونة Configuration من شريط الأدوات واختر تبويب Magnetometer settings، وستظهر نافذة كما في الشكل 3.
الشكل 3: المعايرة المغناطيسية - إعدادات مقياس المغنطة
أدخل قيمة اتجاه نظام المرجع (Reference System Heading). وتُعرض قيمة الإزاحة بحساب الفرق بين قيمتَي اتجاه الجهاز ونظام المرجع. انقر Save لتطبيق الإعدادات.
أدخل بيانات الموضع (خط العرض وخط الطول) لموقع المعايرة المغناطيسية من أجل WMM.
أو
إذا كان تثبيت GNSS FIX متاحًا، فانقر ‘Use current position’.
اختر التاريخ الحالي.
اختر أحدث ملف WMM.COF أو تخطَّ ذلك لاستخدام ملف WMM المدمج.
انقر الآن Calculate > Save لحفظ كل الإعدادات أعلاه.
أصبح الجهاز الآن جاهزًا لبدء المعايرة.
انقر أيقونة إعدادات المغنطة (
) المتوافرة على شريط الأدوات.
الشكل 4: المعايرة المغناطيسية – الخطوة 1
انقر زر Start لبدء عملية المعايرة المغناطيسية. واتبع التعليمات التي تظهر في مربع الحالة النصي كما يظهر في الشكل 4.
الشكل 5: المعايرة المغناطيسية - الخطوة 2 - بدء العملية
دوّر الجهاز (أو المنصة المركّب عليها) ببطء وراقب عملية المعايرة في شريط “Status”. وتحقق من النسبة المئوية ‘Progress’ أثناء تنفيذ العملية. واقرأ رسائل الحالة بعناية.
الشكل 6: المعايرة المغناطيسية - الخطوة 3 - قيد التنفيذ 15% (a)
الشكل 7: المعايرة المغناطيسية - الخطوة 3 - قيد التنفيذ 84% (b)
الشكل 8: المعايرة المغناطيسية - الخطوة 4 - اكتملت العملية 100%
عندما تبلغ النسبة 100%، تكتمل عملية المعايرة المغناطيسية بنجاح وتكون البيانات اللازمة للمعايرة قد جُمعت.
انقر Stop > Save لحفظ المعايرة.
سيتحول الجهاز الآن إلى نمط الملاحة.
الشكل 9: حُفظت المعايرة المغناطيسية بنجاح
بعد اكتمال المعايرة، تحقق من وجود أي إزاحة بين نظام المرجع والجهاز.
الشكل 10: المعايرة المغناطيسية - الإزاحة
انقر زر Save.
اكتملت المعايرة الآن.
عند اتباع الخطوات أعلاه بالتسلسل، تكتمل المعايرة المغناطيسية بنجاح.
5. إعادة المعايرة
مطلوبة إذا تغيّر موضع التركيب أو هندسة الجسم تغيرًا كبيرًا.
ضرورية للحفاظ على الدقة مع الزمن أو بعد إجراء تعديلات.
6. ميزات وملاحظات إضافية
تغيّر البيئة: يتغير المجال المغناطيسي للأرض جغرافيًا وزمنيًا.
دمج النموذج المغناطيسي: تتضمن أداة Aeron أحدث نموذج مغناطيسي عالمي (WMM) لتحديث البيانات المغناطيسية بحسب الموقع (خط العرض وخط الطول والارتفاع) والتوقيت العالمي الحالي UTC.
إدخال الموقع والوقت: يمكن إدخالهما يدويًا أو الحصول عليهما تلقائيًا عبر GNSS.
تصحيح الإزاحة: قد يسبب الانحراف المغناطيسي المحلي إزاحات في الاتجاه (yaw) تبلغ عدة درجات، ويمكن تصحيحها أثناء المعايرة.
الرسوم البيانية وتصوير البيانات
تُعرض نتائج المعايرة في رسوم بيانية قبل المعايرة وبعدها، مما يبيّن فاعلية العملية في فئات متعددة (مثل المعايرة ثلاثية الأبعاد 3D).
ملاحظة: تضمن المعايرة السليمة احتفاظ INS بدقة عالية وتساعد على العمل في بيئات خالية من التداخل الفرومغناطيسي. ويُوصى بمعايرة دورية إذا تغيّر إعداد التركيب أو البيئة المحيطة.
تواصل مع فريقنا اليوم لمعرفة المزيد عن حلول IMU وINS من Aeron.
المؤلف: Harsh Shah | مدير مساعد، المبيعات الأولية والدعم
