Използването на магнито сензори в навигационни системи

Повечето от навигационните системи днес се използва някакъв вид магнитен датчик за да определи позицията си по отношение на кардинала. Използване на магнитното поле на Земята, електронен компас, въз основа на магнито сензори, които могат да открият азимут на обекта с точност до 0,1 °. Тази статия разглежда проблема за изграждане на компас с точност до 1 °, както и някои аспекти на прилагането му.

геомагнитното поле

Модел на магнитното поле на Земята може да бъде диполна, както е показано на фиг. 1. Фигурата показва, че магнитното поле е насочен надолу в Северното полукълбо (ъгъл на падане 70 °), до - в южната и успоредна на земната повърхност - на екватора. Интензивността на магнитното поле на Земята е около 0,5. 0,6 гауса.

Използването на магнито сензори в навигационни системи

Във всеки случай, магнитното поле на Земята има компонент, успореден на земната повърхност и насочена строго към северния магнитен полюс. Този компонент се използва за определяне на азимут.

Терминът "магнитен северния полюс" подчертава, че земята географски полюс различен от магнитните до 11,5 °. Географски магнитен полюс се определя от оста на въртене на Земята и отправна точка на меридионален линии върху картата. Разликата в подреждането на магнитните полюси и географски причинява грешката да се определи азимут на ± 25 °. Тази грешка се нарича ъгълът на наклон и може да бъде определена от специални маси в зависимост от конкретното географско местоположение.

По този начин, проблемът с намирането на лагера се състои от две стъпки:

1. определяне на хоризонталните компоненти X и Y на магнитното поле на Земята (приемем ос А "успоредно на оста на движение);

2. добавяне ъгъл деклинация за да се определи истинския север.

ОСНОВА ЗА ИЗМЕРВАНЕ НА магнитно поле

Има много видове сензори магьосник полета nitnogo: индуктивен, магнито-резистивни и т.н. на магнитен За повечето съвременни навигационни системи електронен компас използва индуктивни датчици, представляващи бобина със сърцевина, която осигурява чувствителност към магнитно поле с интензитет по-малко от 1 мг и с ниска цена. Въпреки това, тези сензори са много тежки и чупливи и имат голямо време за реакция - 2 до 3 секунди. Това забавяне може да бъде неприемлива при навигиране бързо движещи се обекти.

Друг вид на магнитни сензори са магниторезистивен сензори. Тези сензори са направени като тънка ивица на пермалой, устойчивостта на което зависи от външното магнитно поле. Магниторезистивен сензори имат известна чувствителност строго ос и произведени под формата на интегрални схеми. Чувствителността на сензорите достигне 0.1 мг, време за реакция - по-малко от една микросекунда. Така магниторезистивен сензори позволяват областта на измерване с честота от 1000 пъти / сек.

ДИЗАЙН COMPASS

Когато е необходимо, навигация на мобилни обекти, за да се определи точно посоката на движение. Такава информация може да се получи с помощта на GPS система, която получава информация от сателити и ви позволява да се намери обект за срок от 5 m. Въпреки това, тази система не винаги работи в градска среда, с преминаването на различни тунели и т.н. В този случай, навигационната система трябва да се ръководи от електронен компас четене. Да разгледаме случая на ниска цена и лесен за производство на електронен компас въз основа на NMS1002 магниторезистивен сензор на Honeywell.

За да се постигне необходимата точност в датчика Т позволява да улови промяна в ъгъла на позиция на 0,1 °, с ниска хистерезис (<0,05%) и высокую степень линейности (ошибка <0,5%). Магнитное поле по координатам X и Y обычно лежит в диапазоне 200. 300 мГс — на экваторе больше, у полюса меньше. Используя соотношение для азимута

предложи да се използва схемата за изграждане на цифров компас, е показана на фиг. 2. В основата на компас е magnitorezis двойна тива NMS1002 сензор способни да измерват както напрегнатост на магнитното поле по осите X и Y. Изходният сигнал се подава на 16-битов АЦП AD7705 а, което позволява да се получи желаната разделителна способност от 1 °. Прилагане на чипа поради възможността, печалбата програмен елиминира допълнително използването на операционен усилвател на печалба (обикновено набор от сензор изходното напрежение ± 30 MV) от изхода на диференциалното сигнал от сензора, който увеличава гъвкавостта на системата. Получените стойности предоставени микроконтролер с порт за програмиране в съединение и генериране на необходимите математически изчисления. Азимут резултат изчисляване на серийния порт е получена директно от системата за навигация или дисплей устройството.

Когато са изложени на magnitorezis-тивна сензор на силно външно магнитно поле може да се наблюдава ефекта на остатъчната намагнитване, която е свързана с вътрешната структура на пермалой. За да се избегне изкривяване на показанията трябва да представят определени / нулиране импулс [3], която е предоставена от

транзистор монтаж IRF7105. В нормално състояние контрол изхода на процесора е в "дневника. 1". За хранене набор / нулиране на импулсен изход за момент се обърна към "влезете. О", а след това се връща в "влезете. 1". При тази процедура на автономна работа на компаса е целесъобразно да се извърши на всеки 20. 30 секунди, което също ще се отървете от дрифт температурен датчик.

Преди изчисляване на азимут, че е необходимо да се нормализират показанията сензора. Тъй като характеристиките на канала не са еднакви в сензора, е необходимо да се въведат коригиращи фактори:

можем да определим стойността. За решаване на 0.1 степени при сила на полето от 200 мг необходимо чувствителност сензор е не по-малко от 0.35 мг. Magnitore-съпротивителни датчици, произведени днес осигуряват чувствителността на 0.07 мг, с доставка пет пъти.

За да направите това, трябва да се направи пълен обрат в хоризонталната равнина и да се определят максимални и минимални показанията на сензорите по осите X и Y. Изчисляване на коефициента на корекция с помощта на формулата на:

При изчисляване на азимут, че е необходимо да се има предвид, че когато X = 0, се намират в положение на деление на нула, и то е препоръчително да се използват следните уравнения:

Компенсация на външни фактори, пречещи

Горният алгоритъм работи добре в открити пространства в отсъствието на предмети, да доведе до изкривявания в магнитното поле на Земята.

и ако магнитното поле на превозното средство. По този начин, за да се определи наземна магнитното поле е необходимо да се определи предварително заплащане на допълнителна магнитно поле [4].

Фигури 3 и 4 показват изкривяванията, въведени от допълнителна магнитното поле в показанията на датчика. Както се вижда от фиг. 3, сензорни измервания по време на нейното разпространение на 360 ° образуват окръжност с център в основата. Магнитното поле на превозното средство се превръща в кръга на елипса и измества центъра. По този начин, за да направи компенсация необходимо да се определят два мащабиране коефициент Xsf и Ysf, трансформиране на елипсата в кръг, и две коригиращи стойности Xoff и Йоф. се върне в центъра на кръга, в точката на произход. В този случай, X и V стойности за изчисляване на азимут се изчисляват от системата от уравнения (4):

където Хг и Уд - доказателство за съответните сензори.

Най-простият метод на калибриране е както следва:

подвижен обект монтиран с компас се завърта на 360 ° в хоризонталната равнина
определена от максималните и минималните стойности на сензорите в х и у
с четири формули, посочени по-долу са определени чрез мащабиране на коефициентите (Xsf, Ysf) и стойностите за корекция (Xoff, Йоф):

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Горната схема с фина настройка за точни изчисления азимут повече от ± 1 ° и възможността за въвеждане на компенсация на външни магнитни полета нарушат. Когато използвате това устройство трябва да се счита, че точна дефиниция на азимут е възможно само, когато е в хоризонтално положение. За да разрешите функционирането на компаса в наклонено положение трябва да въведете сензора според Z координатните оси, както и допълнителен сензор за преобръщане и терена. В този случай, устройството е много по-сложно и увеличава цената му значително.

Грант Г.А. Компас Klinkert J. на кораба, 2 изд 1970
Барбър Г. У. Aarott A.S. История и Magnetics на Compass Ad / Уст / п. IEEE Trans. Magn. Ноември 1988
Комплект / Reset Pulse схеми за магнитни сензори. Honeywell Забележка кандидатстване. AN-201
Карузо M.I Приложения на Магнито-съпротивителни датчици в навигационни системи. Honeywell, www.ssec.honeywell.com