專利名稱：一種具有自校正功能的電子羅盤設(shè)計的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)地球磁場來辨別方向的電子羅盤導航設(shè)備，具體為一種具有自校正功能的電子羅盤設(shè)計。
背景技術(shù)：
導航系統(tǒng)在包括飛機、艦船、車輛在內(nèi)的各個領(lǐng)域得到了廣泛的應用。相比于目前常用的導航技術(shù)如GPS導航和陀螺儀導航，磁電子羅盤導航技術(shù)具有體積小、成本低、無累積誤差和智能化等優(yōu)點，目前小型化的磁電子羅盤已被廣泛應用于智能手機、汽車導航和定位、野外探險和搜救、地質(zhì)勘探及各種軍事用途，具有巨大的市場價值和潛力。電子羅盤的原理是利用地球磁場來進行定位，由于地球具有一個始終指向北極的大小為0. 50e左右的磁場，電子羅盤就是通過測量該磁場的大小和方向來判斷方位。要利用地球磁場來判斷方位，必須同時獲得水平面上X和Y方向地球磁場分量Hx和Hy的數(shù)據(jù)， 然后根據(jù)如下公式來計算方位角
￥ = arc tan | i/r/ Hx | ⑴。目前所有的二維電子羅盤都是采用兩個拼接而成的互相垂直的磁感應傳感器來探測X和Y方向的地球磁場，如果羅盤不在水平面上，則必須采用互相垂直的三個磁感應傳感器來探測X、Y、Z三個方向的磁場，另外還要加上傾角傳感器。影響電子羅盤精度的最大的因素是周圍雜散磁場的干擾，當羅盤在沒有任何磁性物質(zhì)的區(qū)域工作時，它可以準確的測量地球磁場在X和Y方向的分量Hx和Hy并利用該數(shù)據(jù)根據(jù)(I)式定位，給出正確的方向角。這時它的X和Y方向讀數(shù)隨角度的變化應該是一個圓，如圖I所示。但事實上羅盤周圍可能存在著各種各樣的磁性物質(zhì)和干擾磁場，如汽車、飛機和各種磁性金屬，這些都會極大地影響羅盤的精度，這時它的讀數(shù)是一個原點偏離圓心的不規(guī)則的圓，如圖2所示。因此高精度的羅盤必須采用各種補償技術(shù)來抵消外界磁場的干擾，矯正電子羅盤的數(shù)據(jù)以準確的獲得地磁場的大小以用于最終的方向判斷。目前所有的電子羅盤的矯正技術(shù)都是采用如下方法首先是采集電子羅盤所在處的周圍雜散磁場信息，具體操作如下將電子羅盤在周圍環(huán)境中均勻轉(zhuǎn)到360度，同時記錄下整個過程中X和Y方向上磁場的最大和最小值，然后根據(jù)如下公式對X和Y方向上的磁場分量Hx和Hy進行矯正。
矯正后就可以獲得正確的X和Y方向的磁場大小，進而算出方位角，如圖3所示。由于電子羅盤的使用環(huán)境千差萬別并且不斷變化，對于測量精度要求較高的領(lǐng)域中，必須隨時隨地轉(zhuǎn)動電子羅盤對測量環(huán)境的磁場進行補償，才能獲得準確地數(shù)據(jù)和信息， 這就給使用帶來了很大的麻煩，尤其是在一些磁場環(huán)境復雜的地方，使用者必須不停地轉(zhuǎn)動電子羅盤以便隨時補償干擾磁場已獲得準確的地球磁場信息。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種自校正電子羅盤，以解決現(xiàn)有技術(shù)中電子羅盤在導航時需要隨時隨地轉(zhuǎn)動電子羅盤來采集環(huán)境中的磁場信息并進行補償?shù)膯栴}。為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為
一種具有自校正功能的電子羅盤設(shè)計，包括電路板、電路部分和磁感應傳感器組，所述電路部分和磁感應傳感器組安裝在電路板上，其特征在于所述磁感應傳感器組由至少不少于4個沿360度圓環(huán)形等角度分布的磁感應傳感器構(gòu)成，所述電路部分中對應每個磁感應傳感器均設(shè)有外圍電路，且相隔90度夾角的兩個磁感應傳感器連接在同一個外圍電路上。所述的一種具有自校正功能的電子羅盤設(shè)計，其特征在于所述電路板上還設(shè)有分別與電路部分電連接的用于測量電路板傾角的傳感器和用于測量電路板平面垂直方向磁場大小的磁感應傳感器。所述的一種具有自校正功能的電子羅盤設(shè)計，其特征在于所述電路部分采用大規(guī)模集成電路半導體工藝制作的CMOS電路，磁感應傳感器組與大規(guī)模集成電路半導體工藝制作的CMOS電路電連接。所述的一種自校正電子羅盤，其特征在于所述磁感應傳感器選用隧道結(jié)磁感應傳感器，或巨磁電阻磁感應傳感器，或各向異性傳感器，或霍爾效應傳感器，或半導體材料磁感應傳感器。本發(fā)明的有益效果為
本發(fā)明采用多對相互垂直的磁感應傳感器設(shè)計，相當于多個傳感器采集所測量環(huán)境周圍的磁場信息，因此不需要在導航時通過轉(zhuǎn)動電子羅盤來采集環(huán)境中的磁場信息并進行補償，使用更加方便，且本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，同時也相當于多個傳統(tǒng)電子羅盤同時進行測量，可以對其取平均以消除離散誤差，有效地提高了電子羅盤對周圍干擾磁場的抗干擾性能，進一步提高測量精度并可根據(jù)精度需要來設(shè)置相應的磁感應傳感器數(shù)量。


圖I為無干擾磁場時的電子羅盤隨角度的變化示意圖。圖2為有干擾磁場時的電子羅盤隨角度的變化示意圖。圖3為有干擾磁場時但經(jīng)過矯正的電子羅盤隨角度的變化示意圖。圖4為本發(fā)明中磁感應傳感器組結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明包括電路板、電路部分和磁感應傳感器組，電路部分和磁感應傳感器組安裝在電路板上，磁感應傳感器組由至少不少于4個沿360度圓環(huán)形等角度分布的磁感應傳感器構(gòu)成，如圖4所示，電路部分中對應每個磁感應傳感器均設(shè)有外圍電路，且相隔90度夾角的兩個磁感應傳感器連接在同一個外圍電路上。電路板上還設(shè)有分別與電路部分電連接的用于測量電路板傾角的傳感器和用于測量電路板平面垂直方向磁場大小的磁感應傳感器。磁感應傳感器選用隧道結(jié)磁感應傳感器，或巨磁電阻磁感應傳感器，或各向異性傳感器，或霍爾效應傳感器，或半導體材料磁感應傳感器。以選用各向異性磁傳感器為例，電子羅盤包括多個具有單一或多個磁敏感方向的各向異性磁傳感器，一個用于與這些傳感器相連的印刷電路板，電路板上布上用于實現(xiàn)各種電子元器件功能的連線和焊接點。磁感應傳感器每隔一定角度(例如I度、2度、3度、4 度、5度、6度、9度、10度、20度、30度或60度等)均勻分布在電路板上，并以焊接的方式與電路板上的各種功能的電子元器件相連，相隔90度的兩個傳感器采用同一個外圍電路，此外，該電路板電路上還包括一個用于測量傾角的傳感器(可以是加速度傳感器或其他任何形式的傾角傳感器)，一個可以測量與電路板平面垂直方向磁場大小的磁傳感器(該傳感器可以是隧道結(jié)傳感器、巨磁電阻傳感器、各向異性傳感器、半導體磁傳感器等任何形式的磁傳感器)。該外圍電路包括可以對每個磁感應傳感器的輸出信號進行放大的放大器(一般每個磁感應傳感器需要一個)、對每個已被放大的模擬輸出信號進行數(shù)字信號轉(zhuǎn)換的A/ D，以及可以對經(jīng)過轉(zhuǎn)換過的數(shù)字輸出信號進行處理的精度8位以上的單片機。
權(quán)利要求
1.一種具有自校正功能的電子羅盤設(shè)計，包括電路板、電路部分和磁感應傳感器組，所述電路部分和磁感應傳感器組安裝在電路板上，其特征在于所述磁感應傳感器組由至少不少于4個沿360度圓環(huán)形等角度分布的磁感應傳感器構(gòu)成，所述電路部分中對應每個磁感應傳感器均設(shè)有外圍電路，且相隔90度夾角的兩個磁感應傳感器連接在同一個外圍電路上。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種具有自校正功能的電子羅盤設(shè)計，其特征在于所述電路板上還設(shè)有分別與電路部分電連接的用于測量電路板所在平面傾角的傳感器和用于測量電路板平面垂直方向磁場大小的磁感應傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種具有自校正功能的電子羅盤設(shè)計，其特征在于所述電路部分采用大規(guī)模集成電路半導體工藝制作的CMOS電路，磁感應傳感器組與大規(guī)模集成電路半導體工藝制作的CMOS電路電連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種自校正電子羅盤，其特征在于所述磁感應傳感器選用隧道結(jié)磁感應傳感器，或巨磁電阻磁感應傳感器，或各向異性傳感器，或霍爾效應傳感器， 或半導體材料磁感應傳感器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有自校正功能的電子羅盤設(shè)計，包括電路板、電路部分和磁感應傳感器組，電路部分和磁感應傳感器組安裝在電路板上，磁感應傳感器組由至少不少于4個沿360度圓環(huán)形等角度分布的磁感應傳感器構(gòu)成，電路部分中對應每個磁感應傳感器均設(shè)有外圍電路，且相隔90度夾角的兩個磁感應傳感器連接在同一個外圍電路上。本發(fā)明不需要在通過轉(zhuǎn)動電子羅盤來采集環(huán)境中的磁場信息并進行補償，使用更加方便，同時有效地提高了電子羅盤對周圍干擾磁場的抗干擾性能，且本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，可通過進一步提高測量精度并可根據(jù)精度需要來設(shè)置相應的磁感應傳感器數(shù)量。
文檔編號G01C17/38GK102589536SQ201210034050
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月15日
發(fā)明者張超, 李明, 王磊, 荀盼盼, 蔡軻 申請人:安徽大學