專利名稱：磁通門羅盤的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及導(dǎo)航領(lǐng)域，具體地說是一種導(dǎo)航用磁通門羅盤。
有纜和無纜水下機(jī)器人、水下自走與爬行工具車等機(jī)器大多在水下幾百米乃至數(shù)千米的海洋中工作，其自身攜帶的導(dǎo)航系統(tǒng)是尋找目標(biāo)并保證自身安全的關(guān)鍵，由于無線電波在混濁、含鹽的海水中傳播衰減非?？?，因而不能滿足水下機(jī)器人等設(shè)備的導(dǎo)航要求，而航向陀螺易產(chǎn)生漂移、磨損，同時(shí)還有體積、重量、電源等問題，在水下機(jī)器人上應(yīng)用不太方便，有些場合甚至無法使用。
本實(shí)用新型的目的是提供一種應(yīng)用范圍廣、導(dǎo)航靈活度高、可靠性好的磁通門羅盤。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案是包括檢測頭和信號處理兩部分，其特征在于其中所述信號處理部分由濾波器、解調(diào)器、電平變換器、波形變換器、分頻器、振蕩器及計(jì)算機(jī)組成，所述振蕩器輸出信號通過分頻器分別接至兩個(gè)波形變換器A、B，所述其中一個(gè)波形變換器A的輸出與檢測頭輸入端相連，另一個(gè)波形變換器B輸出信號分別送至兩個(gè)解調(diào)器，檢測頭的兩個(gè)測量繞組分別經(jīng)過濾波器接至解調(diào)器的另一個(gè)輸入端，解調(diào)器的輸出端分別經(jīng)過兩個(gè)電平變換器至計(jì)算機(jī)；所述檢測頭具有兩組在空間上相互垂直的、帶有磁芯的繞組，其中激勵(lì)繞組纏繞在空間上相互垂直的兩根磁芯上，其端頭a、b與波形變換器A的輸出端連接，測量繞組分別纏繞在各自的磁芯上，作為水平或垂直分量的輸出c、d或e、f端分別接兩個(gè)濾波器的第三運(yùn)算放大器的輸入端；所述波形變換器A、B結(jié)構(gòu)相同，包括第一、二運(yùn)算放大器，其中來自分頻器的信號經(jīng)第一電阻R1接至第一運(yùn)算放大器的同相端，所述第一運(yùn)算放大器的輸出端分二路一路經(jīng)第二電阻、第三電阻至第二運(yùn)算放大器的輸出端，第二路經(jīng)第四、五電阻接地，第二、三電阻節(jié)點(diǎn)處與第一、二運(yùn)算放大器的異相端連在一起，第四、五電阻的節(jié)點(diǎn)處與第二運(yùn)算放大器的同相端相連，其第二運(yùn)算放大器的輸出端通過第六電阻至第一運(yùn)算放大器的同相端，所述第一電阻與第一運(yùn)算放大器同相端的節(jié)點(diǎn)V0為所述波形變換器的輸出端；所述濾波器的反饋電路是在常規(guī)第三、四運(yùn)算放大器之間依次接入第七電阻、第五運(yùn)算放大器和第八電阻，其中第五運(yùn)算放大器異相端接第八電阻，其同相端接地，其輸出端接第七電阻，第一電容跨接在第五運(yùn)算放大器輸出端和異相端之間，第三運(yùn)算放大器的異相端為輸入端，第四運(yùn)算放大器的輸出端接調(diào)解器的一個(gè)輸入端；所述解調(diào)器第六運(yùn)算放大器同相端通過第九、十電阻接相敏解調(diào)器輸出端，并經(jīng)第二電容接地，其異相端與其輸出端連接，并經(jīng)第十一電阻連至第九、十電阻的節(jié)點(diǎn)上，相敏解調(diào)器的一個(gè)輸入端信號來自濾波器輸出端，其另一個(gè)輸入端與波形變換器B的輸出端相連，所述第六運(yùn)算放大器輸出端與電平變換器輸入端相連；所述計(jì)算機(jī)采用80C552單片機(jī)。
本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)1.本實(shí)用新型采用的檢測頭具有兩組空間上相互垂直的帶有磁芯的線圈，可在地球表面的任意一點(diǎn)將磁場的強(qiáng)度分解為水平和垂直兩個(gè)分量。
2.本實(shí)用新型采用波形變換器輸出的正弦波電壓，為檢測頭的激勵(lì)繞組提供一個(gè)頻率和幅值均穩(wěn)定的正弦波激勵(lì)電壓，其波形圓滑、純正，從而使本實(shí)用新型所測量的角度精度高。
3.由于在本實(shí)用新型的濾波器中采用第三運(yùn)算放大器作為負(fù)反饋，解調(diào)器加入了以第五運(yùn)算放大器組成的有源低通濾波器，使本實(shí)用新型具有穩(wěn)定性好、高增益、高Q值，而且中心頻率可調(diào)，還具有輸入阻抗高、輸出阻抗低、穩(wěn)定性好、電路易于前后連接之特點(diǎn)。
4.應(yīng)用范圍廣。由于本實(shí)用新型體積小、重量輕、起動快、精度高、可靠性好等特點(diǎn)，除了可應(yīng)用在陸地的各種載體上之外，還廣泛地應(yīng)用在飛行體、艦船和潛水設(shè)備的導(dǎo)航與控制上。


圖1為本實(shí)用新型框圖。
圖2為圖1中檢測頭原理圖。
圖3為圖1中波形變換器原理圖。
圖4為圖1中濾波器原理圖。
圖5為圖1中解調(diào)器原理圖。
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
如圖1所示，包括檢測頭和信號處理兩部分，其中所述信號處理部分由濾波器1、解調(diào)器2、電平變換器3、波形變換器、分頻器5、振蕩器6采用及計(jì)算機(jī)7組成，所述振蕩器6采用4MHz，其輸出信號通過分頻器5分別接至波形變換器A41、波形變換器B42，其給波形變換器B42的頻率是波形變換器A41的兩倍，所述其中一個(gè)波形變換器A41的輸出與檢測頭8輸入端相連，另一個(gè)波形變換器B42輸出信號分別送至兩個(gè)解調(diào)器2、2腳，檢測頭8的兩個(gè)測量繞組分別經(jīng)過濾波器1接至解調(diào)器2的另一個(gè)輸入端，解調(diào)器2的輸出端分別經(jīng)過兩個(gè)電平變換器3至計(jì)算機(jī)7；所述計(jì)算機(jī)7采用80C552單片機(jī)；如圖2所示，所述檢測頭8具有兩組在空間上相互垂直的、帶有磁芯I、II的繞組，其中激勵(lì)繞組纏繞在空間上相互垂直的兩根磁芯I、II上，其端頭a、b與波形變換器A41的輸出端連接，測量繞組分別纏繞在各自的磁芯上，作為水平或垂直分量的輸出c、d或e、f端分別接兩個(gè)濾波器1的第三運(yùn)算放大器F3的輸入端，端頭a、b、c、d、e、f屏蔽端接地；
如圖3所示，所述波形變換器A41、542結(jié)構(gòu)相同，包括第一、二運(yùn)算放大器F1、F2，其中來自分頻器5的信號經(jīng)第一電阻R1接至第一運(yùn)算放大器F1的同相端，所述第一運(yùn)算放大器F1的輸出端分兩路一路經(jīng)第二電阻R2、第三電阻R3至第二運(yùn)算放大器F2的輸出端，第二路經(jīng)第四、五電阻R4、R5接地，第二、三電阻R2、R3節(jié)點(diǎn)處與第一、二運(yùn)算放大器F1、F2的異相端連在一起，第四、五電阻R4、R5的節(jié)點(diǎn)處與第二運(yùn)算放大器F2的同相端相連，其第二運(yùn)算放大器F2的輸出端通過第六電阻R6至第一運(yùn)算放大器F1的同相端，所述第一電阻R1與第一運(yùn)算放大器F1同相端的節(jié)點(diǎn)V0為所述波形變換器4的輸出端；如圖4所示，所述濾波器1的反饋電路是在常規(guī)第三、四運(yùn)算放大器F3、F4之間依次接入第七電阻R7、第五運(yùn)算放大器F5和第八電阻R8，其中第五運(yùn)算放大器F5異相端接第八電阻，其同相端接地，其輸出端接第七電阻R7，第一電容C1跨接在第五運(yùn)算放大器F5輸出端和異相端之間，第三運(yùn)算放大器F3的異相端為輸入端，第四運(yùn)算放大器F4的輸出端接調(diào)解器2的一個(gè)輸入端1、5腳；如圖5所示，所述解調(diào)器2第六運(yùn)算放大器F6同相端通過第九、十電阻R9、R10接相敏解調(diào)器F7輸出端，并經(jīng)第二電容C2接地，其異相端與其輸出端連接，并經(jīng)第十一電阻R11連至第九、十電阻R9、R10的節(jié)點(diǎn)上，相敏解調(diào)器F7的一個(gè)輸入端信號來自濾波器1輸出端，其另一個(gè)輸入端與波形變換器B42的輸出端相連，所述第六運(yùn)算放大器F6輸出端與電平變換器3輸入端相連。
在地球磁場水平分量為0.06～0.4奧斯特的條件下，應(yīng)用本實(shí)用新型技術(shù)性能測試數(shù)據(jù)如下測角范圍0°～360°測角精度1°響應(yīng)時(shí)間＜40ms輸出信號脈沖串，TTL電平最大縱向傾角±40°最大橫向傾角±40°工作電源+5VDC本實(shí)用新型的工作原理如下若在檢測頭的激勵(lì)繞組上施加一個(gè)足以使磁芯飽和的正弦電壓，將檢測頭置于被測直流磁場中時(shí)，其測量繞組的輸出信號中不但含有奇次諧波而且還含有偶次諧波，其中偶次諧波(特別是二次諧波)的大小和相位分別反映了直流磁場的強(qiáng)度和方向，若檢測出測量繞組中偶次諧波的幅值和相位并加以鑒別，也就檢測出了該直流磁場的大小和方向，這是本實(shí)用新型測角的基本原理；采用正弦波電壓作為激勵(lì)信號，在測量繞組兩端產(chǎn)生與地磁方向相關(guān)的互不相同的兩組輸出信號，分別加在濾波器1上，再經(jīng)解調(diào)器2把濾波器1輸出的、與地磁強(qiáng)度相關(guān)的載波信號變換成緩慢變化的直流信號，經(jīng)電平變換后，送入計(jì)算機(jī)，輸出與羅盤指向相關(guān)的θ角度信號。
權(quán)利要求1.一種磁通門羅盤，包括檢測頭和信號處理兩部分，其特征在于其中所述信號處理部分由濾波器(1)、解調(diào)器(2)、電平變換器(3)、波形變換器、分頻器(5)、振蕩器(6)及計(jì)算機(jī)(7)組成，所述振蕩器(6)輸出信號通過分頻器(5)分別接至兩個(gè)波形變換器A、B(41、42)，所述其中一個(gè)波形變換器A(41)的輸出與檢測頭(8)輸入端相連，另一個(gè)波形變換器B(42)輸出信號分別送至兩個(gè)解調(diào)器(2)，檢測頭(8)的兩個(gè)測量繞組分別經(jīng)過濾波器(1)接至解調(diào)器(2)的另一個(gè)輸入端，解調(diào)器(2)的輸出端分別經(jīng)過兩個(gè)電平變換器(3)至計(jì)算機(jī)(7)。
2.按照權(quán)利要求1所述磁通門羅盤，其特征在于所述檢測頭(8)具有兩組在空間上相互垂直的、帶有磁芯(I、II)的繞組，其中激勵(lì)繞組纏繞在空間上相互垂直的兩根磁芯(I、II)上，其端頭a、b與波形變換器A(41)的輸出端連接，測量繞組分別纏繞在各自的磁芯上，作為水平或垂直分量的輸出c、d或e、f端分別接兩個(gè)濾波器(1)的第三運(yùn)算放大器(F3)的輸入端。
3.按照權(quán)利要求1所述磁通門羅盤，其特征在于所述波形變換器A、B(41、42)結(jié)構(gòu)相同，包括第一、二運(yùn)算放大器(F1、F2)，其中來自分頻器(5)的信號經(jīng)第一電阻R1接至第一運(yùn)算放大器(F1)的同相端，所述第一運(yùn)算放大器(F1)的輸出端分二路一路經(jīng)第二電阻(R2)、第三電阻(R3)至第二運(yùn)算放大器(F2)的輸出端，第二路經(jīng)第四、五電阻(R4、R5)接地，第二、三電阻(R2、R3)節(jié)點(diǎn)處與第一、二運(yùn)算放大器(F1、F2)的異相端連在一起，第四、五電阻(R4、R5)的節(jié)點(diǎn)處與第二運(yùn)算放大器(F2)的同相端相連，其第二運(yùn)算放大器(F2)的輸出端通過第六電阻(R6)至第一運(yùn)算放大器(F1)的同相端，所述第一電阻(R1)與第一運(yùn)算放大器(F1)同相端的節(jié)點(diǎn)V0為所述波形變換器(4)的輸出端。
4.按照權(quán)利要求1所述磁通門羅盤，其特征在于所述濾波器(1)的反饋電路是在常規(guī)第三、四運(yùn)算放大器(F3、F4)之間依次接入第七電阻(R7)、第五運(yùn)算放大器(F5)和第八電阻(R8)，其中第五運(yùn)算放大器(F5)異相端接第八電阻，其同相端接地，其輸出端接第七電阻(R7)，第一電容(C1)跨接在第五運(yùn)算放大器(F5)輸出端和異相端之間，第三運(yùn)算放大器(F3)的異相端為輸入端，第四運(yùn)算放大器(F4)的輸出端接調(diào)解器(2)的一個(gè)輸入端。
5.按照權(quán)利要求1所述磁通門羅盤，其特征在于所述解調(diào)器(2)第六運(yùn)算放大器(F6)同相端通過第九、十電阻(R9、R10)接相敏解調(diào)器(F7)輸出端，并經(jīng)第二電容(C2)接地，其異相端與其輸出端連接，并經(jīng)第十一電阻(R11)連至第九、十電阻(R9、R10)的節(jié)點(diǎn)上，相敏解調(diào)器(F7)的一個(gè)輸入端信號來自濾波器(1)輸出端，其另一個(gè)輸入端與波形變換器B(42)的輸出端相連，所述第六運(yùn)算放大器(F6)輸出端與電平變換器(3)輸入端相連。
6.按照權(quán)利要求1所述磁通門羅盤，其特征在于所述計(jì)算機(jī)(7)采用80C552單片機(jī)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種導(dǎo)航用磁通門羅盤。包括檢測頭和信號處理兩部分,其中信號處理部分由濾波器、解調(diào)器、電平變換器、波形變換器、分頻器、振蕩器及計(jì)算機(jī)組成,振蕩器輸出通過分頻器分別接兩個(gè)波形變換器A、B,其中波形變換器A的輸出與檢測頭輸入端相連,另一個(gè)波形變換器B輸出信號分別送至兩個(gè)解調(diào)器,檢測頭兩個(gè)測量繞組分別經(jīng)濾波器接解調(diào)器另一個(gè)輸入端,解調(diào)器輸出端分別經(jīng)過電平變換器至計(jì)算機(jī)。它應(yīng)用范圍廣、導(dǎo)航靈活度高、可靠性好。
文檔編號G01C17/00GK2408436SQ00211070
公開日2000年11月29日 申請日期2000年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2000年3月10日
發(fā)明者燕奎臣, 周純祥 申請人:中國科學(xué)院沈陽自動化研究所