Calibração de uma bússola magnética digital

Uma bússola magnética digital informa a um veículo, robô ou instrumento para onde ele está apontando ao detectar o campo magnético da Terra. Esse campo é fraco, e quase tudo ao redor de uma bússola o perturba: o aço do chassi de um veículo, um motor, um cabo de bateria, um alto-falante. A calibração é a forma de a bússola aprender as perturbações do local em que está instalada e removê-las. Uma bússola sem calibração pode errar muitos graus; uma bem calibrada pode ter precisão de cerca de um grau.

Como funciona uma bússola digital

Uma bússola digital como a Galileo DMC300 da Aeron contém um magnetômetro triaxial, que mede o campo magnético em três eixos, e um acelerômetro triaxial. O acelerômetro mede a rolagem e a arfagem a partir da direção da gravidade, e esses ângulos são usados para compensar a inclinação do rumo: o campo magnético é girado de volta para o plano horizontal, de modo que o rumo permaneça correto quando a bússola não está nivelada. Um filtro digital reduz o ruído para que o rumo possa ser calculado mesmo em condições dinâmicas.

O que perturba uma bússola

• Ferro duro: campos magnéticos permanentes que se movem com a bússola, vindos de ímãs, aço magnetizado, motores e fios com corrente alta. O ferro duro soma um deslocamento fixo ao campo que a bússola enxerga, qualquer que seja a direção para a qual ela aponte.
• Ferro mole: materiais como aço comum e níquel, que não são ímãs, mas curvam o campo da Terra ao redor deles. O ferro mole distorce o campo de modo diferente conforme a direção da bússola.
• Erros do sensor: pequenas diferenças de sensibilidade entre os três eixos do magnetômetro e eixos que não estão exatamente em ângulo reto ou exatamente alinhados com a carcaça.
• Declinação magnética: a diferença entre o norte magnético e o norte verdadeiro, que depende de onde você está na Terra e muda lentamente ao longo dos anos.

O que a calibração faz

Se um magnetômetro perfeito for girado em todas as direções em um campo magnético limpo, as pontas dos vetores de campo que ele mede ficam sobre uma esfera centrada em zero. O ferro duro desloca essa esfera para longe do centro. O ferro mole e os erros do sensor a achatam em um elipsoide. A calibração coleta medições enquanto a bússola é girada por muitas orientações, ajusta a forma que elas descrevem e calcula o deslocamento e a correção que a transformam de novo em uma esfera centrada. O dispositivo passa a aplicar essa correção a cada leitura.

Como as perturbações vêm da instalação, a calibração deve ser feita com a bússola montada onde será usada, com os equipamentos ao redor no lugar e, de preferência, ligados como estarão em operação. Uma bússola calibrada em bancada e depois parafusada ao lado de um motor estará errada.

Um procedimento de calibração passo a passo

1. Escolha o local. Trabalhe em uma área aberta, longe de edifícios de aço, veículos estacionados, concreto armado e linhas de energia.
2. Monte a bússola em definitivo. Fixe-a com firmeza em sua posição final, longe de arestas vivas de material ferromagnético, que concentram a distorção.
3. Inicie o modo de calibração no software de configuração do dispositivo. A Galileo DMC300 vem com um pacote de software para desktop de configuração, exibição e registro de dados, e aceita calibração de ferro duro e de ferro mole.
4. Gire por todas as orientações. Gire o veículo ou o instrumento lentamente em um círculo completo e, quando possível, também com inclinações diferentes, para que o software veja o campo de muitas direções. Para os INS da Aeron, a prática recomendada é um movimento circular em uma superfície horizontal, com rolagem e arfagem dentro de ±5°.
5. Verifique o resultado. Compare o rumo calibrado com uma referência conhecida em vários rumos. O utilitário de configuração da Aeron para seus INS permite informar um rumo de referência e salva o deslocamento entre o dispositivo e a referência.
6. Defina a localização. Informe a latitude e a longitude do local, ou use uma correção de GNSS quando houver, para que o dispositivo aplique a declinação magnética correta do World Magnetic Model e informe o rumo verdadeiro.

O procedimento completo para os sistemas de navegação inercial da Aeron está em Calibração do magnetômetro dos produtos INS da Aeron.

Quando calibrar de novo

• após instalar a bússola ou movê-la;
• após acrescentar, remover ou mover equipamentos perto dela, como baterias, motores ou suportes de aço;
• após o veículo ser reparado ou sofrer um impacto forte;
• ao levar o equipamento para uma região muito distante, onde o campo da Terra é diferente;
• sempre que as verificações de rumo em relação a uma referência começarem a derivar.

Que precisão esperar

Mesmo uma bússola calibrada tem limites. A Galileo DMC300 é especificada com precisão de rumo de ±1° (1σ) em condições estáticas e semiestáticas, com rolagem e arfagem abaixo de 45° e em latitudes de ±60°. Perto dos polos magnéticos, onde a parte horizontal do campo é pequena, qualquer bússola se torna menos confiável. Onde o rumo precisa continuar preciso em manobras rápidas ou perto de grandes estruturas de aço, um sistema de navegação inercial auxiliado por GNSS com rumo por antena dupla é a ferramenta mais indicada.

Para obter ajuda na calibração de uma bússola Galileo ou de um INS da Aeron na sua plataforma, fale com nossa equipe de suporte.