一种无需倾角补偿的电子罗盘制造技术

一种无需倾角补偿的电子罗盘，包括密封壳体和外部电路，密封壳体内设有常平架，常平架上设有二维磁传感器，二维磁传感器通过无线供电通讯内部电路与壳体外的外部电路连接。本发明专利技术对现有电子罗盘在动态条件下存在误差较大，无法应用在具有晃动或者振动的运动平台下的缺点，提出了一种无需进行倾角补偿的二维磁传感器方案，以适应具有晃动或者振动的运动平台，并具有较高的精度和不受安装平台倾斜姿态限制的优点。

An electronic compass without inclination compensation

【技术实现步骤摘要】
一种无需倾角补偿的电子罗盘
本专利技术涉及一种无需倾角补偿的电子罗盘，属于导航

技术介绍
罗盘是一种古老的导航、定向工具，被广泛应用于车辆、船舶、飞行器等交通工具或者平台当中。罗盘可以分为两大类：一是传统的指针式罗盘，其原理是利用磁针在地球磁场中的固有指向特性，来指示方向；另外一种是电子罗盘，其原理是利用三轴磁传感器测得X、Y、Z三轴磁信号，经AD采集后，然后结合三轴加速度计(或倾斜仪)提供的倾斜角(俯仰角和横滚角)，建立数学模型，解算出航向角数据。指针式罗盘，通常是放置在水平条件下使用的。当在车辆、船舶、飞行器等可能存在倾斜的平台下，便把指针式罗盘放置在万向节或者常平架上使得罗盘自动保持平衡，以维持水平状态，仍然可以指示方向或者方位。指针式罗盘的缺点是体积大、无法和其它电子设备进行通信，从而也无法进行信息融合，不符合现代化设备电子化和数字化的发展需求。现有的电子罗盘，通常是采用三维固态技术方案：利用三轴磁传感器测得X、Y、Z三轴磁信号，经AD采集后将磁信号输入计算机。同时使用加速度计或者倾斜仪测量得到的倾斜角(俯仰角和横滚角)数据，也输入到计算机。计算机使用倾斜角参与运算，根据数学模型来补偿修正因平台倾斜带来的航向角误差，最终精确地计算出航向角(也叫方位角)。航向角是由三轴磁信号和三轴加速度这六个输入量共同决定的，因此航向角除了受三轴磁信号的影响，还将受到三轴加速度信号的影响。当这种电子罗盘处于运动状态，特别是晃动和振动状态时，加速度计会受运动的影响，无法真实地测量倾角，会给倾角值带来较大的误差，倾角值的误差最终会给电子罗盘的航向角带来较大的误差，大大降低了电子罗盘在运动状态下的航向角精度。因此这类电子罗盘只能被应用于静态或者缓慢运动的平台，而对于车辆、船舶、飞行器、水面/水下平台等具有晃动或振动的运动平台上无法广泛应用。因此，本专利技术旨在提出一种不依赖于加速度计或倾斜仪进行倾角补偿修正的电子罗盘解决方案。
技术实现思路
本专利技术针对现有二维磁传感器普遍采用三轴加速度计进行倾角的补偿方案，在动态下存在误差较大，无法应用在具有晃动或者振动的运动平台下的缺点，提出了一种无需进行倾角补偿的二维磁传感器方案，以适应具有晃动或者振动的运动平台，并具有较高的精度。为了解决上述问题，本专利技术要解决的技术方案为：一种无需倾角补偿的电子罗盘，包括密封壳体和外部电路，密封壳体内设有常平架，常平架上设有二维磁传感器，二维磁传感器通过内部电路以无线供电、无线通讯的方式与壳体外的外部电路连接。所述内部电路包括下位机、无线供电接收模块和无线通讯发射模块，所述外部电路包括无线供电发射模块、无线通讯接收模块和上位机，无线供电发射模块发送电磁波到无线供电接收模块，无线供电接收模块将接收的电磁波转换为电能后为下位机、二维磁传感器和无线通讯模块供电；二维磁传感器将检测到的磁场信号经过下位机处理后通过无线通讯发射模块发送给无线通讯接收模块，无线通讯接收模块将接收到的信号传送给上位机。本专利技术的技术效果为：1、本专利技术通过将二维磁传感器结合常平架的结构，安放在充有液体的密闭容器当中，实现了二维磁传感器处于水平平衡状态，利用无线非接触式供电和无线非接触式通讯方式等组合技术方案，实现了利用测量地磁场水平分量HX、HY，进行简单的反正切计算就可以得到航向角，从而可以不依赖于加速度计提供的倾角补偿修正、避开了复杂的数学计算，避免了因平台运动而带来的加速度的影响。2、当平台运动时，常平架可以及时地响应运动变化并一直保持二维磁传感器处于水平平衡状态，具有一定的抗晃动和振动能力的优点。可以应用于车辆、船舶、飞行器、水下/水面平台等具有晃动和振动条件的运动平台上。3、利用了常平架内外垂直的两个转轴嵌套的结构，实现了所述的二维磁传感器无论是在俯仰±90°范围进行纵向倾斜，还是在横滚±180°范围进行横向倾斜，二维磁传感器都将处于水平平衡状态而能正常工作，因此具有不受安装姿态范围约束的优点。附图说明下面结合附图对本专利技术做进一步的说明：图1为本专利技术的剖面结构示意图，图2为本专利技术的剖面结构示意图，图3为本专利技术总体电路原理图，图4为本专利技术关于内部电路的原理框图。图中：常平架1、配重块11、转轴承12、旋转轴13、固定座15、内部电路2、内部线圈21、内部无线发射器22、整流器23、内部调制解调器24、稳压器25、下位机26、磁信号调理电路27、X轴磁传感器28、Y轴磁传感器29、外部电路3、外部线圈31、外部调制解调器32、外部无线发射器33、上位机34、壳体4。具体实施方式如图1到4所示，一种无需倾角补偿的电子罗盘，其特征在于：包括密封壳体4和外部电路3，密封壳体4内设有常平架1，常平架1上设有二维磁传感器，二维磁传感器通过内部电路2以无线供电、无线通讯的方式与壳体4外的外部电路3连接。常平架1使二维磁传感器实时处于水平状态，无论当壳体4出于何种姿态的倾斜，由于重力力矩的作用，根据重心最低原理，使得二维磁传感器始终处于水平平衡状态，由此使得二维的磁传感器能够准确测量出所在地磁场的HX和HY两个水平分量。当二维磁传感器解算的航向角时，便不再受倾斜的影响。所述内部电路2包括下位机26、无线供电接收模块和无线通讯发射模块，所述外部电路3包括无线供电发射模块、无线通讯接收模块和上位机34，无线供电发射模块发送电磁波到无线供电接收模块，无线供电接收模块将接收的电磁波转换为电能后为下位机26、二维磁传感器和无线通讯发射模块供电；二维磁传感器将检测到的磁场信号经过下位机26处理后通过无线通讯发射模块发送给无线通讯接收模块，无线通讯接收模块将接收到的信号传送给上位机34。二维磁传感器只测量感知所在地磁场的水平分量，并将地磁场的水平分量分解为HX、HY轴两个互相垂直的磁场分量，上位机34或下位机26只需要使用HX、HY轴互相垂直的两个磁场分量进行的反正切运算，就可以求解出航向角也叫方位角的值，而无需加速度计或者倾斜仪提供倾角补偿修正，也无需进行复杂的数学运算。在所述壳体4内填充有绝缘液体。增加二维磁传感器纵向和横向滑动的阻尼，避免出现“钟摆式”的振荡，让二维磁传感器模块在运动条件下快速恢复平衡。所述常平架1包括固定连接在壳体4内的回转轴承12，在回转轴承12内圈上固定连接有两个固定座15，两个固定座15之间通过旋转轴13连接，旋转轴13上轴连接有配重块11，内部电路2安装在配重块11上。利用重力力矩让二维磁传感器在倾斜条件下可以进行二维转动，使二维磁传感器会快速恢复水平平衡。所述无线供电接收模块包括内部线圈21、整流器23和稳压器25，内部线圈21接收外部电路3发送过来的频率为f0的电磁波信号，f0的电磁波信号经过整流器23和稳压器25整流稳压成直流电源为内部电路2和供电。二维磁传感器包括磁信号调理电路27、Y轴磁传感器29和X轴磁传感器28，X轴磁传感器29和Y轴磁传感器28的磁敏感方向互相垂直，将本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无需倾角补偿的电子罗盘，其特征在于：包括密封壳体（4）和外部电路（3），密封壳体（4）内设有常平架（1），常平架（1）上设有二维磁传感器，二维磁传感器通过内部电路（2）以无线供电、无线通讯的方式与壳体（4）外的外部电路（3）连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种无需倾角补偿的电子罗盘，其特征在于：包括密封壳体（4）和外部电路（3），密封壳体（4）内设有常平架（1），常平架（1）上设有二维磁传感器，二维磁传感器通过内部电路（2）以无线供电、无线通讯的方式与壳体（4）外的外部电路（3）连接。


2.根据权利要求1所述的一种无需倾角补偿的电子罗盘，其特征在于：所述内部电路（2）包括下位机（26）、无线供电接收模块和无线通讯发射模块，所述外部电路（3）包括无线供电发射模块、无线通讯接收模块和上位机（34），无线供电发射模块发送电磁波到无线供电接收模块，无线供电接收模块将接收的电磁波转换为电能后为下位机（26）、二维磁传感器和无线通讯模块供电；二维磁传感器将检测到的信号经过下位机（26）处理后通过无线通讯发射模块发送给无线通讯接收模块，无线通讯接收模块将接收到的信号传送给上位机（34）。


3.根据权利要求1所述的一种无需倾角补偿的电子罗盘，其特征在于：在所述壳体（4）内填充有绝缘液体。


4.根据权利要求1所述的一种无需倾角补偿的电子罗盘，其特征在于：所述常平架（1）包括固定连接在壳体（4）内的回转轴承（12），在回转轴承（12）内圈上固定连接有两个固定座（15），两个固定座（15）之间通过旋转轴（13）连接，旋转轴上轴连接有配重块（11），内部电路（2）安装在配重块（11）上。


5.根据权利要求2所述的一种无需倾角补偿的电子罗盘，其特征在于：所述无线供电接...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：湖北麦格森斯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42