专利名称：磁通门罗盘的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及导航领域，具体地说是一种导航用磁通门罗盘。
有缆和无缆水下机器人、水下自走与爬行工具车等机器大多在水下几百米乃至数千米的海洋中工作，其自身携带的导航系统是寻找目标并保证自身安全的关键，由于无线电波在混浊、含盐的海水中传播衰减非常快，因而不能满足水下机器人等设备的导航要求，而航向陀螺易产生漂移、磨损，同时还有体积、重量、电源等问题，在水下机器人上应用不太方便，有些场合甚至无法使用。
本实用新型的目的是提供一种应用范围广、导航灵活度高、可靠性好的磁通门罗盘。
本实用新型的技术方案是包括检测头和信号处理两部分，其特征在于其中所述信号处理部分由滤波器、解调器、电平变换器、波形变换器、分频器、振荡器及计算机组成，所述振荡器输出信号通过分频器分别接至两个波形变换器A、B，所述其中一个波形变换器A的输出与检测头输入端相连，另一个波形变换器B输出信号分别送至两个解调器，检测头的两个测量绕组分别经过滤波器接至解调器的另一个输入端，解调器的输出端分别经过两个电平变换器至计算机；所述检测头具有两组在空间上相互垂直的、带有磁芯的绕组，其中激励绕组缠绕在空间上相互垂直的两根磁芯上，其端头a、b与波形变换器A的输出端连接，测量绕组分别缠绕在各自的磁芯上，作为水平或垂直分量的输出c、d或e、f端分别接两个滤波器的第三运算放大器的输入端；所述波形变换器A、B结构相同，包括第一、二运算放大器，其中来自分频器的信号经第一电阻R1接至第一运算放大器的同相端，所述第一运算放大器的输出端分二路一路经第二电阻、第三电阻至第二运算放大器的输出端，第二路经第四、五电阻接地，第二、三电阻节点处与第一、二运算放大器的异相端连在一起，第四、五电阻的节点处与第二运算放大器的同相端相连，其第二运算放大器的输出端通过第六电阻至第一运算放大器的同相端，所述第一电阻与第一运算放大器同相端的节点V0为所述波形变换器的输出端；所述滤波器的反馈电路是在常规第三、四运算放大器之间依次接入第七电阻、第五运算放大器和第八电阻，其中第五运算放大器异相端接第八电阻，其同相端接地，其输出端接第七电阻，第一电容跨接在第五运算放大器输出端和异相端之间，第三运算放大器的异相端为输入端，第四运算放大器的输出端接调解器的一个输入端；所述解调器第六运算放大器同相端通过第九、十电阻接相敏解调器输出端，并经第二电容接地，其异相端与其输出端连接，并经第十一电阻连至第九、十电阻的节点上，相敏解调器的一个输入端信号来自滤波器输出端，其另一个输入端与波形变换器B的输出端相连，所述第六运算放大器输出端与电平变换器输入端相连；所述计算机采用80C552单片机。
本实用新型具有如下优点1.本实用新型采用的检测头具有两组空间上相互垂直的带有磁芯的线圈，可在地球表面的任意一点将磁场的强度分解为水平和垂直两个分量。
2.本实用新型采用波形变换器输出的正弦波电压，为检测头的激励绕组提供一个频率和幅值均稳定的正弦波激励电压，其波形圆滑、纯正，从而使本实用新型所测量的角度精度高。
3.由于在本实用新型的滤波器中采用第三运算放大器作为负反馈，解调器加入了以第五运算放大器组成的有源低通滤波器，使本实用新型具有稳定性好、高增益、高Q值，而且中心频率可调，还具有输入阻抗高、输出阻抗低、稳定性好、电路易于前后连接之特点。
4.应用范围广。由于本实用新型体积小、重量轻、起动快、精度高、可靠性好等特点，除了可应用在陆地的各种载体上之外，还广泛地应用在飞行体、舰船和潜水设备的导航与控制上。
图1为本实用新型框图。
图2为图1中检测头原理图。
图3为图1中波形变换器原理图。
图4为图1中滤波器原理图。
图5为图1中解调器原理图。
以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。
如图1所示，包括检测头和信号处理两部分，其中所述信号处理部分由滤波器1、解调器2、电平变换器3、波形变换器、分频器5、振荡器6采用及计算机7组成，所述振荡器6采用4MHz，其输出信号通过分频器5分别接至波形变换器A41、波形变换器B42，其给波形变换器B42的频率是波形变换器A41的两倍，所述其中一个波形变换器A41的输出与检测头8输入端相连，另一个波形变换器B42输出信号分别送至两个解调器2、2脚，检测头8的两个测量绕组分别经过滤波器1接至解调器2的另一个输入端，解调器2的输出端分别经过两个电平变换器3至计算机7；所述计算机7采用80C552单片机；如图2所示，所述检测头8具有两组在空间上相互垂直的、带有磁芯I、II的绕组，其中激励绕组缠绕在空间上相互垂直的两根磁芯I、II上，其端头a、b与波形变换器A41的输出端连接，测量绕组分别缠绕在各自的磁芯上，作为水平或垂直分量的输出c、d或e、f端分别接两个滤波器1的第三运算放大器F3的输入端，端头a、b、c、d、e、f屏蔽端接地；
如图3所示，所述波形变换器A41、542结构相同，包括第一、二运算放大器F1、F2，其中来自分频器5的信号经第一电阻R1接至第一运算放大器F1的同相端，所述第一运算放大器F1的输出端分两路一路经第二电阻R2、第三电阻R3至第二运算放大器F2的输出端，第二路经第四、五电阻R4、R5接地，第二、三电阻R2、R3节点处与第一、二运算放大器F1、F2的异相端连在一起，第四、五电阻R4、R5的节点处与第二运算放大器F2的同相端相连，其第二运算放大器F2的输出端通过第六电阻R6至第一运算放大器F1的同相端，所述第一电阻R1与第一运算放大器F1同相端的节点V0为所述波形变换器4的输出端；如图4所示，所述滤波器1的反馈电路是在常规第三、四运算放大器F3、F4之间依次接入第七电阻R7、第五运算放大器F5和第八电阻R8，其中第五运算放大器F5异相端接第八电阻，其同相端接地，其输出端接第七电阻R7，第一电容C1跨接在第五运算放大器F5输出端和异相端之间，第三运算放大器F3的异相端为输入端，第四运算放大器F4的输出端接调解器2的一个输入端1、5脚；如图5所示，所述解调器2第六运算放大器F6同相端通过第九、十电阻R9、R10接相敏解调器F7输出端，并经第二电容C2接地，其异相端与其输出端连接，并经第十一电阻R11连至第九、十电阻R9、R10的节点上，相敏解调器F7的一个输入端信号来自滤波器1输出端，其另一个输入端与波形变换器B42的输出端相连，所述第六运算放大器F6输出端与电平变换器3输入端相连。
在地球磁场水平分量为0.06～0.4奥斯特的条件下，应用本实用新型技术性能测试数据如下测角范围0°～360°测角精度1°响应时间＜40ms输出信号脉冲串，TTL电平最大纵向倾角±40°最大横向倾角±40°工作电源+5VDC本实用新型的工作原理如下若在检测头的激励绕组上施加一个足以使磁芯饱和的正弦电压，将检测头置于被测直流磁场中时，其测量绕组的输出信号中不但含有奇次谐波而且还含有偶次谐波，其中偶次谐波(特别是二次谐波)的大小和相位分别反映了直流磁场的强度和方向，若检测出测量绕组中偶次谐波的幅值和相位并加以鉴别，也就检测出了该直流磁场的大小和方向，这是本实用新型测角的基本原理；采用正弦波电压作为激励信号，在测量绕组两端产生与地磁方向相关的互不相同的两组输出信号，分别加在滤波器1上，再经解调器2把滤波器1输出的、与地磁强度相关的载波信号变换成缓慢变化的直流信号，经电平变换后，送入计算机，输出与罗盘指向相关的θ角度信号。
权利要求1.一种磁通门罗盘，包括检测头和信号处理两部分，其特征在于其中所述信号处理部分由滤波器(1)、解调器(2)、电平变换器(3)、波形变换器、分频器(5)、振荡器(6)及计算机(7)组成，所述振荡器(6)输出信号通过分频器(5)分别接至两个波形变换器A、B(41、42)，所述其中一个波形变换器A(41)的输出与检测头(8)输入端相连，另一个波形变换器B(42)输出信号分别送至两个解调器(2)，检测头(8)的两个测量绕组分别经过滤波器(1)接至解调器(2)的另一个输入端，解调器(2)的输出端分别经过两个电平变换器(3)至计算机(7)。
2.按照权利要求1所述磁通门罗盘，其特征在于所述检测头(8)具有两组在空间上相互垂直的、带有磁芯(I、II)的绕组，其中激励绕组缠绕在空间上相互垂直的两根磁芯(I、II)上，其端头a、b与波形变换器A(41)的输出端连接，测量绕组分别缠绕在各自的磁芯上，作为水平或垂直分量的输出c、d或e、f端分别接两个滤波器(1)的第三运算放大器(F3)的输入端。
3.按照权利要求1所述磁通门罗盘，其特征在于所述波形变换器A、B(41、42)结构相同，包括第一、二运算放大器(F1、F2)，其中来自分频器(5)的信号经第一电阻R1接至第一运算放大器(F1)的同相端，所述第一运算放大器(F1)的输出端分二路一路经第二电阻(R2)、第三电阻(R3)至第二运算放大器(F2)的输出端，第二路经第四、五电阻(R4、R5)接地，第二、三电阻(R2、R3)节点处与第一、二运算放大器(F1、F2)的异相端连在一起，第四、五电阻(R4、R5)的节点处与第二运算放大器(F2)的同相端相连，其第二运算放大器(F2)的输出端通过第六电阻(R6)至第一运算放大器(F1)的同相端，所述第一电阻(R1)与第一运算放大器(F1)同相端的节点V0为所述波形变换器(4)的输出端。
4.按照权利要求1所述磁通门罗盘，其特征在于所述滤波器(1)的反馈电路是在常规第三、四运算放大器(F3、F4)之间依次接入第七电阻(R7)、第五运算放大器(F5)和第八电阻(R8)，其中第五运算放大器(F5)异相端接第八电阻，其同相端接地，其输出端接第七电阻(R7)，第一电容(C1)跨接在第五运算放大器(F5)输出端和异相端之间，第三运算放大器(F3)的异相端为输入端，第四运算放大器(F4)的输出端接调解器(2)的一个输入端。
5.按照权利要求1所述磁通门罗盘，其特征在于所述解调器(2)第六运算放大器(F6)同相端通过第九、十电阻(R9、R10)接相敏解调器(F7)输出端，并经第二电容(C2)接地，其异相端与其输出端连接，并经第十一电阻(R11)连至第九、十电阻(R9、R10)的节点上，相敏解调器(F7)的一个输入端信号来自滤波器(1)输出端，其另一个输入端与波形变换器B(42)的输出端相连，所述第六运算放大器(F6)输出端与电平变换器(3)输入端相连。
6.按照权利要求1所述磁通门罗盘，其特征在于所述计算机(7)采用80C552单片机。
专利摘要本实用新型涉及一种导航用磁通门罗盘。包括检测头和信号处理两部分,其中信号处理部分由滤波器、解调器、电平变换器、波形变换器、分频器、振荡器及计算机组成,振荡器输出通过分频器分别接两个波形变换器A、B,其中波形变换器A的输出与检测头输入端相连,另一个波形变换器B输出信号分别送至两个解调器,检测头两个测量绕组分别经滤波器接解调器另一个输入端,解调器输出端分别经过电平变换器至计算机。它应用范围广、导航灵活度高、可靠性好。
文档编号G01C17/00GK2408436SQ00211070
公开日2000年11月29日 申请日期2000年3月10日 优先权日2000年3月10日
发明者燕奎臣, 周纯祥 申请人:中国科学院沈阳自动化研究所