專利名稱：數(shù)字磁羅盤的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種測量三維角度數(shù)據(jù)的裝置，特別是一種數(shù)字磁羅盤。
背景技術(shù)：
目前，使用的測量方位角、俯仰角和橫滾角的儀器主要是陀螺，它雖然測量精度高，但其體積大，內(nèi)裝有電機需要大電源供電，而且對安裝平臺要求高，其價格隨著體積與精度的不同由幾萬元到十幾萬元不等，在石油鉆井及空間狹小的裝備中無法應(yīng)用。雖然現(xiàn)在市場也有磁羅盤，但其測量俯仰角和橫滾角的范圍在0°-40°之間，且價格昂貴，頻率響應(yīng)時間長，功耗也比較大。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的就是要提供一種指示方位和姿態(tài)的數(shù)字磁羅盤，它利用地磁場固有的指向原理實現(xiàn)方位角測量，利用重力加速度測量俯仰角和橫滾角。
本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的一種數(shù)字磁羅盤，包括外殼、三軸磁探頭、三通道磁放大器、傾斜角傳感器和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，三通道磁放大器是一個具有16引腳的厚膜集成芯片，它包括有振蕩信號發(fā)生電路、檢波電路、放大電路和濾波電路，振蕩信號發(fā)生電路的輸出端通過引腳1、2、3與三軸磁探頭的輸入端相連，三軸磁探頭的輸出端通過引腳4、5、6與檢波電路的輸入端相連，檢波的輸出端與放大電路的輸入端相連，放大電路的輸出端與濾波電路的輸入端相連，同時放大電路的輸出端通過三通道磁放大器的引腳7、8、9分別與3個靈敏度調(diào)節(jié)電阻的輸入相連，濾波電路的輸出端通過引腳12、13、14與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)相連，三通道磁放大器的引腳10、11處分別與電源正極、負(fù)極相連，三通道磁放大器的引腳15、16為檢測引腳，傾斜角傳感器的輸出端直接與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)相連。三軸磁探頭由磁探頭2、磁探頭3和磁探頭4組成，磁探頭2、磁探頭3和磁探頭4相互垂直安裝在外殼1上。每個磁探頭為單繞組線圈，線圈繞阻5繞在線圈骨架6上，線圈繞阻5有一對引出線7，線圈骨架6的中心固定放置磁材料8。外殼1內(nèi)固定有三通道磁放大器、傾斜角傳感器和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的電路板，外殼1上設(shè)有插座。
本實用新型由于采用上述結(jié)構(gòu)，所以其具有體積小的優(yōu)點，能在石油鉆井及空間狹小的裝備中應(yīng)用，并且本實用新型具有功耗低，測量俯仰角和橫滾角的范圍在0°-80°之間，頻率響應(yīng)時間短等優(yōu)點。


本實用新型的具體結(jié)構(gòu)由以下的實施例及附圖給出。
圖1是本實用新型的框圖。
圖2是本實用新型的三通道磁放大器中的振蕩信號發(fā)生電路的原理圖。
圖3是本實用新型的三通道磁放大器中的檢波電路原理圖。
圖4是本實用新型的三通道磁放大器中的放大電路原理圖。
圖5是本實用新型的三通道磁放大器中的濾波電路原理圖。
圖6是本實用新型的磁探頭安裝結(jié)構(gòu)示意圖。
圖7是圖6的側(cè)視圖。
圖8是本實用新型的磁探頭結(jié)構(gòu)示意圖。
其中，圖1兼作摘要附圖。
圖中1、外殼，2、磁探頭，3、磁探頭，4、磁探頭，5、線圈繞阻，6、線圈骨架，7、引出線，8、磁材料。
具體實施方式
如圖1所示，使用時，將數(shù)字磁羅盤水平固定安裝在載體上，當(dāng)載體運動時，數(shù)字磁羅盤與載體一起運動。如載體俯仰或橫滾運動，則數(shù)字磁羅盤也呈俯仰或橫滾姿態(tài)，數(shù)字磁羅盤內(nèi)傾斜角傳感器的輸出電壓值發(fā)生相應(yīng)變化，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)則以此來計算載體的俯仰和橫滾角。數(shù)字磁羅盤內(nèi)的三通道磁放大器與磁探頭2、3和4組成三軸磁場測量系統(tǒng)。三個磁探頭是相互垂直，形成一坐標(biāo)系，數(shù)字磁羅盤安裝在載體上，此坐標(biāo)系即為載體坐標(biāo)系，磁探頭測量載體坐標(biāo)系下地磁場矢量的三個分量，當(dāng)載體相對地磁場矢量運動時，地磁場矢量在三個探頭上的分量將發(fā)生相應(yīng)變化，輸出對應(yīng)的電壓值。電壓值經(jīng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。在數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)內(nèi)，結(jié)合測量的俯仰角和橫滾角，通過坐標(biāo)變換，將接收到的載體坐標(biāo)系下的地磁場矢量信號轉(zhuǎn)換為水平坐標(biāo)系下的地磁場信號，進而計算出地磁場的水平分量方向(地磁北)與磁羅盤基準(zhǔn)線的夾角，結(jié)合磁羅盤在載體上的安裝角度關(guān)系，可以知道載體的方位角。
數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)包括模擬多路開關(guān)、A/D轉(zhuǎn)換器和單片機等，單片機的型號為PIC16F876。
如圖2、圖3、圖4所示，三通道磁放大器是一個具有16引腳的厚膜集成芯片，它包括有振蕩信號發(fā)生電路、檢波電路、放大電路和濾波電路，振蕩信號發(fā)生電路的輸出端通過引腳1、2、3與三軸磁探頭的輸入端相連，三軸磁探頭的輸出端通過引腳4、5、6與檢波電路的輸入端相連，檢波的輸出端與放大電路的輸入端相連，放大電路的輸出端與濾波電路的輸入端相連，同時放大電路的輸出端通過三通道磁放大器的引腳7、8、9分別與3個靈敏度調(diào)節(jié)電阻的輸入相連，濾波電路的輸出端通過引腳12、13、14與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)相連，三通道磁放大器的引腳10、11處分別與電源正極、負(fù)極相連，三通道磁放大器的引腳15、16為檢測引腳，傾斜角傳感器的輸出端直接與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)相連。
如圖5所示，磁探頭2、磁探頭3和磁探頭4技術(shù)參數(shù)相同，每個磁探頭為單繞組線圈，線圈繞阻5繞在線圈骨架6上，線圈繞阻5有一對引出線7，線圈骨架6的中心固定放置磁材料8。
如圖6所示，將三軸磁探頭2、3和4固定在外殼1上，為了能接收地磁場矢量信號，磁探頭2、磁探頭3和磁探頭4必須相互垂直，從而接收地磁場的三個分量，通過信號處理實現(xiàn)地磁場矢量信號的接收。磁探頭2、3和4固定在外殼上，可以有效利用空間，減小磁探頭相互之間的干擾，且安裝調(diào)試方便。
本實用新型的技術(shù)性能指標(biāo)如下方位角測量范圍0°-360°方位角測量精度0.5°俯仰角測量范圍0°-±45°俯仰角測量精度1.0°橫滾角測量范圍0°-±45°橫滾角測量精度1.0°工作電源DC6V-DC9V本實用新型采用磁通門磁傳感器，其工作原理是在帶磁芯的線圈中通過交變激勵電流，使磁芯交變飽和，當(dāng)存在外磁場時，則磁芯中同時存在外磁場和激勵交變磁場，外磁場在磁芯中形成的磁通被交變磁場所調(diào)制，通過檢波電路，即可檢出與外磁場成正比的電壓值。
權(quán)利要求1.一種數(shù)字磁羅盤，包括外殼、三軸磁探頭、三通道磁放大器、傾斜角傳感器和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，其特征在于三通道磁放大器是一個具有16引腳的厚膜集成芯片，它包括有振蕩信號發(fā)生電路、檢波電路、放大電路和濾波電路，振蕩信號發(fā)生電路的輸出端通過引腳1、2、3與三軸磁探頭的輸入端相連，三軸磁探頭的輸出端通過引腳4、5、6與檢波電路的輸入端相連，檢波的輸出端與放大電路的輸入端相連，放大電路的輸出端與濾波電路的輸入端相連，同時放大電路的輸出端通過三通道磁放大器的引腳7、8、9分別與3個靈敏度調(diào)節(jié)電阻的輸入相連，濾波電路的輸出端通過引腳12、13、14與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)相連，三通道磁放大器的引腳10、11處分別與電源正極、負(fù)極相連，三通道磁放大器的引腳15、16為檢測引腳，傾斜角傳感器的輸出端直接與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種數(shù)字磁羅盤，其特征是三軸磁探頭由磁探頭(2)、磁探頭(3)和磁探頭(4)組成，磁探頭(2)、磁探頭(3)和磁探頭(4)相互垂直安裝在外殼(1)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種數(shù)字磁羅盤，其特征是每個磁探頭為單繞組線圈，線圈繞阻(5)繞在線圈骨架(6)上，線圈繞阻(5)有一對引出線(7)，線圈骨架(6)的中心固定放置磁材料(8)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種數(shù)字磁羅盤，其特征是外殼(1)內(nèi)固定有三通道磁放大器、傾斜角傳感器和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的電路板，外殼(1)上設(shè)有插座。
專利摘要本實用新型公開了一種數(shù)字磁羅盤，包括三軸磁探頭、三通道磁放大器、傾斜角傳感器和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。三軸磁探頭與三通道磁放大器組合完成磁場測量，傾斜角傳感器完成兩個方向的傾斜角測量，即俯仰角和橫滾角的測量，測量的模擬量經(jīng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，經(jīng)過分析處理，計算出方位角、俯仰角和橫滾角。
文檔編號G01C17/02GK2634434SQ03254919
公開日2004年8月18日 申請日期2003年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月22日
發(fā)明者陳正想, 楊昌茂, 佘以軍, 程華富, 王曉峰 申請人:中國船舶重工集團公司第七一○研究所