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      2020年08月17日 19:42:00
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      解析三維羅盤的工作原理

      2015-04-25 09:17:09

        三維羅盤簡單來說就是指南針,是現代人用電子技術制作的利用地磁場來定北極的一種方法。大家或許在平常的生活中都用過他,但是大家對他的工作原理了解的有多少呢?他標準的轉換計算方式又是什么樣子的?

        三維電子羅盤 由三維磁阻傳感器、雙軸傾角傳感器和MCU構成。三維磁阻傳感器用來測量地球 磁場,傾角傳感器是在磁力儀非水平狀態時進行補償;MCU處理磁力儀和傾角傳感器的信號以及數據輸出和軟鐵、硬鐵補償。該磁力儀是采用三個互相垂直的磁阻傳感器,每個軸向上的傳感器檢測在該方向上的地 磁場強度。向前的方向稱為x方向的傳感器檢測地磁場在x方向的矢量值;向左或Y方向的傳感器檢測地磁場在Y方向的矢量值;向下或Z方向的傳感器檢測地磁場在Z方向的矢量值。每個方向的傳感器的靈敏度都已根據在該方向上 地磁場的分矢量調整到最佳點,并具有非常低的橫軸靈敏度。傳感器產生的模擬輸出信號進行放大后送入MCU進行處理。磁場測量范圍為±2Gauss。通過采用12位 A/D轉換器,磁力儀能夠分辨出小于1mGauss的磁場變化量,我們便可通過該高分辨力來準確測量出200-300mGauss的X和Y方向的磁場強度,不論是在赤道上的向上變化還是在南北極的更低值位置。

        僅用地磁場在X和Y的兩個分矢量值便可確定方位值:

        Azimuth=arcTan(Y/X)

        該關系式是在檢測儀器與地表面平行時才成立。當儀器發生傾斜時,方位值的準確性將要受到很大的影響,該誤差的大小取決于儀器所處的位置和傾斜角的大小。為減少該誤差的影響,采用雙軸 傾角傳感器來測量俯仰和側傾角,這個俯仰角被定義為由前向后方向的角度變化;而側傾角則為由左到右方向的角度變化。電子羅盤將俯仰和側傾角的數據經過轉換計算,將磁力儀在三個軸向上的矢量在原來的位置“拉”回到水平的位置。

        標準的轉換計算式如下:

        Xr=Xcosα+Ysinαsinβ-Zcosβsinα

        Yr=Xcosβ+Zsinβ

        這里Xr和Yr為要轉換到水平位置的值

        α為俯仰角

        β為側傾角

        從以上這三個計算公式可以看出,在整個補償技術中Z軸向的矢量扮演一個非常重要的角色。要正確運用這些值,俯仰和側傾角的數字必須時刻更新。采用雙軸寬線性量程范圍、高分辨率、溫漂系數低的陶瓷基體電解質傳感器來測量俯仰角和側傾角,傾角數值經過電路板上的溫度傳感器補償后得出的。

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