本发明专利技术涉及了一种基于巨磁阻传感器的地磁横滚角测量系统及方法。该系统主要由地磁测量模块、俯仰角测量模块、信号调理模块和微处理器组成。其中地磁测量模块由巨磁阻传感器进行Ｘ轴、Ｙ轴和Ｚ轴的地磁测量；俯仰角测量模块由双轴加速度传感器进行Ｘ轴俯仰角测量；信号调理模块进行巨磁阻传感器模拟信号的放大、偏置调零、模数转换；微处理器对地磁和俯仰信息进行多传感器融合处理后得到地磁横滚角。本方法设计了放大器偏置调零电路，减小巨磁阻传感器的零位输出，提高横滚角测量的精度；采用了双轴加速度传感器，解决单轴加速度传感器在俯仰角测量时出现多值问题，实现俯仰角唯一性以及横滚角的测量。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种含有放大器偏置调零电路的地磁传感器系统及方法，特别涉及一 种基于巨磁阻传感器的地磁横滚角测量系统及方法。属于传感器
技术介绍
伴随着人类活动领域的不断扩大，航空、航天、航海、地层勘探、深海探测等领域 中，姿态角测量技术已为大多数工程领域所必需。目前用于姿态角测量的方法主要有无线 电导航、陀螺仪、地磁定位、太阳方位角定位、恒星天文定位。由于无线电信号受到地形的限 制，陀螺仪测量的精度低，高精度的陀螺仪技术复杂，造价昂贵，天体定位受天气的局限，基 于地磁传感器系统的姿态角测量很好的解决上述缺点。一般而言，要求这些地磁传感器的 灵敏度高、分辨率高、体积小、功耗低等特点。常见的地磁传感器主要有以下1、永磁体罗盘，这种地磁场测量装置的缺点是永磁体磁矩有限而分辨率不高，难 以实现小型化，结构复杂，承载能力差。2、磁通门罗盘，如专利200610101789. 5 CN1971309描述了 “地磁传感器及其方位 角计算方法”。这类磁通门地磁传感器缺点结构比较大、动态响应慢、解算比较复杂。3、磁阻传感器，如专利200580035519. 2 CN101044412描述了 “使用磁阻传感器测 量磁场的方法和设备”。它利用的是镍铁合金的电阻只对某一个方向的磁场敏感的原理。由 于电阻的体积可以做的很小而且没有活动部件，所以利用磁阻元件构成的姿态角测量仪体 积小，可靠性好。其缺点是对温度比较敏感，需要设法消除外界温度变化带来的影响；此外， 磁电阻变化率低、灵敏度低，因此提高测量精度会受到很大限制。因此，如果没有一个精确的地磁场测量传感器，加上带有误差的俯仰角，则不能很 好的补偿横滚角，使得横滚角在计算中就有误差。针对上述体积大，灵敏度低等问题，本发 明提供了，体积小，成本低，精度高， 具有很好的使用价值。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对已有技术的缺陷，提供一种基于巨磁阻传感器的地磁横滚 角测量系统及方法，使得利用巨磁阻传感器测量地磁场更精确和更可靠，实现俯仰角唯一 性，并利用俯仰角及地磁场分量解算横滚角。为达到上述本专利技术的目的，本专利技术的构思是巨磁阻传感器测量地磁场时，由于巨磁阻传感器电桥偏置的原因，即外磁场为零 的情况下，传感器输出不为零，进入A/D转换器内的信号范围被缩小，降低了模数转换器的 采样分辨率，从而也降低了地磁场和横滚角测量的精确度。加速度传感器进行俯仰角测量时，由于加速度传感器的输出与被测俯仰角之间为 Sine的关系，显然，单轴加速度传感器测量俯仰角时会出现多值问题，因此解算出来的横滚角不唯一。根据上述专利技术构思，本专利技术采用下述技术方案一种基于巨磁阻传感器的地磁横滚角测量系统由地磁测量模块，俯仰角测量模 块，信号调理模块，微处理器组成，其特征在于所述地磁测量模块包括两两正交的X轴、Y轴 和Z轴巨磁阻传感器；所述俯仰角测量模块包括互相垂直的X轴和Z轴双轴加速度传感器； 所述信号调理模块包括经过一个放大器偏置调零电路，一个仪表放大器，连接一个A/D转 换器；所述地磁测量模块经信号调理模块连接所述微处理器，所述俯仰角测量模块连接所 述微处理器。所述地磁测量模块采用三轴巨磁阻传感器AAH002-02 ；所述俯仰角测量模块采用 双轴加速度传感器ADXL202 ；所述信号调理模块中仪表放大器采用INA118，A/D转换器为微 处理器自带；所述微处理器采用Atmegal28L ；所述信号调理模块对地磁测量模块的巨磁阻 传感器测得模拟信号进行放大、偏置调零和模数转换；所述微处理器对地磁和俯仰信息进 行多传感器融合处理后得到地磁横滚角。所述信号调理模块是将巨磁阻传感器模拟信号经放大器偏置调零电路后由仪表 放大器放大，再通过A/D转换器转换为数字信号，最后送入微处理器；所述放大器偏置调零 电路是在所述仪表放大器一个输入端接一个数字电位器Rg，通过控制数字电位器Rg，实现 电桥供电电压的调整，达到减小巨磁阻传感器零位输出的目的，提高了模数转换器的采样 分辨率，从而提高了地磁场测量的精度。一种基于巨磁阻传感器的地磁横滚角测量方法，采用上述系统进行测量，其特征 在于具体操作步骤如下(1)测量基于巨磁阻传感器的地磁横滚角参数；(2)采集各轴巨磁阻传感器的测量值，根据测量值计算X轴、Y轴和Z轴上磁场分 量 H" ‘ X、H〃 ‘ Y、H〃 ‘ z；(3)采集双轴加速度传感器的输出值，利用该输出值计算俯仰角，实现了俯仰角 θ唯一性(4)利用X轴、Y轴和Z轴地磁场分量H" ‘ Χ、Η〃 ‘ γ和H" ‘ ζ及俯仰角Θ，通Ηγ 。进行方位角为零的横滚角im； φ = HxSmO- HzCosOφ(5)输出横滚角识。上述步骤(2)中，ΑΑΗ002-02传感器利用的是磁场的变化引起阻值的变化，电阻的 变化引起惠斯通电桥输出的变化；利用下式Δ V。ut = KSHVb分别计算X轴、Y轴和Z轴上磁 场分量H" ‘ X、H〃 ‘ Y、H〃 ‘ z。式中八\^为六六!1002-02输出量，1(为1嫩118放大倍数， S为AAH002-02灵敏度，Vb为激励电压。所述步骤(3)中，实现俯仰角唯一性的具体步骤如下根据单轴加速度测量原理，利用等式gSin θ = Ax计算出来的俯仰角出现多值问 题，不能得到唯一的测量值。本专利技术利用双轴加速度传感器ADXL202，给出了一种判别俯仰 角象限的方法根据X轴加速度传感器测量值Ax和Z轴测量值Az的正负性判断俯仰角的象 限。将X轴加速度传感器测量值Ax代入等式θ =arcSin(AX/g)计算俯仰角，当Ax大于0， Az大于0时，则所述θ为俯仰角；当Ax大于0，Αζ小于0时，则180° -Θ为俯仰角；当Ax小于0，Az小于0时，则180° +1 θ I为俯仰角；当Ax小于0，Az大于0时；则360° -|θ 为俯仰角。本专利技术与现有的技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著的优占.^ \\\ ·(1)巨磁阻变化率高，灵敏度高，采用巨磁阻传感器测量地磁场精确度高；(2)采用放大器偏置调零电路，减少了巨磁阻传感器零位输出，提高了地磁场测量 精度；(3)适合对低磁场的测量；(4)硬件设计电路简单，测量装置体积小；(5)采用象限判别法可以得到唯一的俯仰角，提高横滚角的测量精度；(6)成本低，功耗低。附图说明图1是基于巨磁阻传感器的地磁横滚角测量系统的构造框图。图2是图1的地磁横滚角测量系统中设计的信号调理模块电路结构图。图3是一种计算横滚角方法的流程图。图4是图3横滚角计算方法中测量地磁场的流程图。图5是图3横滚角计算方法中确定俯仰角唯一性的象限判别流程图。具体实施例方式本专利技术的优选实施例结合附图说明如下实施例一参见图1，本巨磁阻传感器的地磁横滚角测量系统由地磁测量模块1、 俯仰角测量模块2、信号调理模块3和微处理器4组成。所述地磁测量模块1包含互相正交的X轴、Y轴和Z轴的3轴巨磁阻传感器 ΑΑΗ002-02。ΑΑΗ002-02输出与外部地磁场相对应的电压值，因此，通过各轴传感器的输出值 来获得相对应的地磁场分量。俯仰角测量模块2包含互相垂直的X轴和Z轴的加速度传感器ADXL202。ADXL202 输出与地磁传感器系统主体的倾斜相对应的加速度，它们之间有gSin θ =Ax,gCos θ本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于巨磁阻传感器的地磁横滚角测量系统，由地磁测量模块（１）、俯仰角测量模块（２）、信号调理模块（３）和微处理器（４）组成，其特征在于所述地磁测量模块（１）包括两两正交的Ｘ轴、Ｙ轴和Ｚ轴巨磁阻传感器；所述俯仰角测量模块（２）包括互相垂直的Ｘ轴和Ｚ轴双轴加速度传感器；所述信号调理模块（３）包括经过一个放大器偏置调零电路，一个仪表放大器，连接一个Ａ／Ｄ转换器；所述地磁测量模块（１）经信号调理模块（３）连接所述微处理器（４），所述俯仰角测量模块（２）连接所述微处理器（４）。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王小秋，付敬奇，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。