专利名称：数字磁罗盘的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种测量三维角度数据的装置，特别是一种数字磁罗盘。
背景技术：
目前，使用的测量方位角、俯仰角和横滚角的仪器主要是陀螺，它虽然测量精度高，但其体积大，内装有电机需要大电源供电，而且对安装平台要求高，其价格随着体积与精度的不同由几万元到十几万元不等，在石油钻井及空间狭小的装备中无法应用。虽然现在市场也有磁罗盘，但其测量俯仰角和横滚角的范围在0°-40°之间，且价格昂贵，频率响应时间长，功耗也比较大。
发明内容
本实用新型的目的就是要提供一种指示方位和姿态的数字磁罗盘，它利用地磁场固有的指向原理实现方位角测量，利用重力加速度测量俯仰角和横滚角。
本实用新型的目的是这样实现的一种数字磁罗盘，包括外壳、三轴磁探头、三通道磁放大器、倾斜角传感器和数据处理系统，三通道磁放大器是一个具有16引脚的厚膜集成芯片，它包括有振荡信号发生电路、检波电路、放大电路和滤波电路，振荡信号发生电路的输出端通过引脚1、2、3与三轴磁探头的输入端相连，三轴磁探头的输出端通过引脚4、5、6与检波电路的输入端相连，检波的输出端与放大电路的输入端相连，放大电路的输出端与滤波电路的输入端相连，同时放大电路的输出端通过三通道磁放大器的引脚7、8、9分别与3个灵敏度调节电阻的输入相连，滤波电路的输出端通过引脚12、13、14与数据处理系统相连，三通道磁放大器的引脚10、11处分别与电源正极、负极相连，三通道磁放大器的引脚15、16为检测引脚，倾斜角传感器的输出端直接与数据处理系统相连。三轴磁探头由磁探头2、磁探头3和磁探头4组成，磁探头2、磁探头3和磁探头4相互垂直安装在外壳1上。每个磁探头为单绕组线圈，线圈绕阻5绕在线圈骨架6上，线圈绕阻5有一对引出线7，线圈骨架6的中心固定放置磁材料8。外壳1内固定有三通道磁放大器、倾斜角传感器和数据采集系统的电路板，外壳1上设有插座。
本实用新型由于采用上述结构，所以其具有体积小的优点，能在石油钻井及空间狭小的装备中应用，并且本实用新型具有功耗低，测量俯仰角和横滚角的范围在0°-80°之间，频率响应时间短等优点。
本实用新型的具体结构由以下的实施例及附图给出。
图1是本实用新型的框图。
图2是本实用新型的三通道磁放大器中的振荡信号发生电路的原理图。
图3是本实用新型的三通道磁放大器中的检波电路原理图。
图4是本实用新型的三通道磁放大器中的放大电路原理图。
图5是本实用新型的三通道磁放大器中的滤波电路原理图。
图6是本实用新型的磁探头安装结构示意图。
图7是图6的侧视图。
图8是本实用新型的磁探头结构示意图。
其中，图1兼作摘要附图。
图中1、外壳，2、磁探头，3、磁探头，4、磁探头，5、线圈绕阻，6、线圈骨架，7、引出线，8、磁材料。
具体实施方式
如图1所示，使用时，将数字磁罗盘水平固定安装在载体上，当载体运动时，数字磁罗盘与载体一起运动。如载体俯仰或横滚运动，则数字磁罗盘也呈俯仰或横滚姿态，数字磁罗盘内倾斜角传感器的输出电压值发生相应变化，数据处理系统则以此来计算载体的俯仰和横滚角。数字磁罗盘内的三通道磁放大器与磁探头2、3和4组成三轴磁场测量系统。三个磁探头是相互垂直，形成一坐标系，数字磁罗盘安装在载体上，此坐标系即为载体坐标系，磁探头测量载体坐标系下地磁场矢量的三个分量，当载体相对地磁场矢量运动时，地磁场矢量在三个探头上的分量将发生相应变化，输出对应的电压值。电压值经数据处理系统转换为数字信号。在数据处理系统内，结合测量的俯仰角和横滚角，通过坐标变换，将接收到的载体坐标系下的地磁场矢量信号转换为水平坐标系下的地磁场信号，进而计算出地磁场的水平分量方向(地磁北)与磁罗盘基准线的夹角，结合磁罗盘在载体上的安装角度关系，可以知道载体的方位角。
数据处理系统包括模拟多路开关、A/D转换器和单片机等，单片机的型号为PIC16F876。
如图2、图3、图4所示，三通道磁放大器是一个具有16引脚的厚膜集成芯片，它包括有振荡信号发生电路、检波电路、放大电路和滤波电路，振荡信号发生电路的输出端通过引脚1、2、3与三轴磁探头的输入端相连，三轴磁探头的输出端通过引脚4、5、6与检波电路的输入端相连，检波的输出端与放大电路的输入端相连，放大电路的输出端与滤波电路的输入端相连，同时放大电路的输出端通过三通道磁放大器的引脚7、8、9分别与3个灵敏度调节电阻的输入相连，滤波电路的输出端通过引脚12、13、14与数据处理系统相连，三通道磁放大器的引脚10、11处分别与电源正极、负极相连，三通道磁放大器的引脚15、16为检测引脚，倾斜角传感器的输出端直接与数据处理系统相连。
如图5所示，磁探头2、磁探头3和磁探头4技术参数相同，每个磁探头为单绕组线圈，线圈绕阻5绕在线圈骨架6上，线圈绕阻5有一对引出线7，线圈骨架6的中心固定放置磁材料8。
如图6所示，将三轴磁探头2、3和4固定在外壳1上，为了能接收地磁场矢量信号，磁探头2、磁探头3和磁探头4必须相互垂直，从而接收地磁场的三个分量，通过信号处理实现地磁场矢量信号的接收。磁探头2、3和4固定在外壳上，可以有效利用空间，减小磁探头相互之间的干扰，且安装调试方便。
本实用新型的技术性能指标如下方位角测量范围0°-360°方位角测量精度0.5°俯仰角测量范围0°-±45°俯仰角测量精度1.0°横滚角测量范围0°-±45°横滚角测量精度1.0°工作电源DC6V-DC9V本实用新型采用磁通门磁传感器，其工作原理是在带磁芯的线圈中通过交变激励电流，使磁芯交变饱和，当存在外磁场时，则磁芯中同时存在外磁场和激励交变磁�。獯懦≡诖判局行纬傻拇磐ū唤槐浯懦∷髦疲ü觳ǖ缏罚纯杉斐鲇胪獯懦〕烧鹊牡缪怪�。
权利要求1.一种数字磁罗盘，包括外壳、三轴磁探头、三通道磁放大器、倾斜角传感器和数据处理系统，其特征在于三通道磁放大器是一个具有16引脚的厚膜集成芯片，它包括有振荡信号发生电路、检波电路、放大电路和滤波电路，振荡信号发生电路的输出端通过引脚1、2、3与三轴磁探头的输入端相连，三轴磁探头的输出端通过引脚4、5、6与检波电路的输入端相连，检波的输出端与放大电路的输入端相连，放大电路的输出端与滤波电路的输入端相连，同时放大电路的输出端通过三通道磁放大器的引脚7、8、9分别与3个灵敏度调节电阻的输入相连，滤波电路的输出端通过引脚12、13、14与数据处理系统相连，三通道磁放大器的引脚10、11处分别与电源正极、负极相连，三通道磁放大器的引脚15、16为检测引脚，倾斜角传感器的输出端直接与数据处理系统相连。
2.根据权利要求1所述的一种数字磁罗盘，其特征是三轴磁探头由磁探头(2)、磁探头(3)和磁探头(4)组成，磁探头(2)、磁探头(3)和磁探头(4)相互垂直安装在外壳(1)上。
3.根据权利要求1所述的一种数字磁罗盘，其特征是每个磁探头为单绕组线圈，线圈绕阻(5)绕在线圈骨架(6)上，线圈绕阻(5)有一对引出线(7)，线圈骨架(6)的中心固定放置磁材料(8)。
4.根据权利要求1所述的一种数字磁罗盘，其特征是外壳(1)内固定有三通道磁放大器、倾斜角传感器和数据处理系统的电路板，外壳(1)上设有插座。
专利摘要本实用新型公开了一种数字磁罗盘，包括三轴磁探头、三通道磁放大器、倾斜角传感器和数据处理系统。三轴磁探头与三通道磁放大器组合完成磁场测量，倾斜角传感器完成两个方向的倾斜角测量，即俯仰角和横滚角的测量，测量的模拟量经数据处理系统转换为数字量，经过分析处理，计算出方位角、俯仰角和横滚角。
文档编号G01C17/02GK2634434SQ03254919
公开日2004年8月18日 申请日期2003年7月22日 优先权日2003年7月22日
发明者陈正想, 杨昌茂, 佘以军, 程华富, 王晓峰 申请人:中国船舶重工集团公司第七一○研究所
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
