專利名稱：數(shù)字磁羅盤的制作方法
技術領域：
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：
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，頻率響應時間長，功耗也比較大。

發(fā)明內容
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上設有插座。
本實用新型由于采用上述結構，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，頻率響應時間短等優(yōu)點。


本實用新型的具體結構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構示意圖。
圖7是圖6的側視圖。
圖8是本實用新型的磁探頭結構示意圖。
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)字磁羅盤內傾斜角傳感器的輸出電壓值發(fā)生相應變化，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，形成一坐標系，數(shù)字磁羅盤安裝在載體上，此坐標系即為載體坐標系，磁探頭測量載體坐標系下地磁場矢量的三個分量，當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)生相應變化，輸出對應的電壓值。電壓值經(jīng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)轉換為數(shù)字信號。在數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)內，結合測量的俯仰角和橫滾角，通過坐標變換，將接收到的載體坐標系下的地磁場矢量信號轉換為水平坐標系下的地磁場信號，進而計算出地磁場的水平分量方向(地磁北)與磁羅盤基準線的夾角，結合磁羅盤在載體上的安裝角度關系，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、A/D轉換器和單片機等，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，且安裝調試方便。
本實用新型的技術性能指標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制，通過檢波電路，即可檢出與外磁場成正比的電壓值。
權利要求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)權利要求1所述的一種數(shù)字磁羅盤，其特征是外殼(1)內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