专利名称：一种高精度低成本罗盘电路及实现方法
技术领域：
本发明涉及一种罗盘电路，更具体说，它涉及一种高精度低成本罗盘电路及实现方法。
背景技术：
进行方位测定的主要有电子罗盘和陀螺仪两种，陀螺仪虽然能实现高精度定位，但由于价格高昂或体积大等因素在要求小体积、低价格的场合就不能适用。目前市场上电子罗盘一般采用磁阻或霍尔元件设计，通过DSP利用地球磁场的数学模型对地磁方位误差进行修正，减小误差。这种原理设计的罗盘响应时间和精度都不能满足高精度定位要求，少数精度小于1°的主要依赖进口，价格和供货的稳定性均存在问题。利用磁通门原理设计的模拟罗盘很少，存在电路调试困难、价格高等缺点。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种结构合理，精度高，电路简单可靠，满足大批量生产要求的高精度低成本罗盘电路及实现方法。本发明的目的是通过以下技术方案实现的。这种高精度低成本罗盘电路，包括一激励电路、一励磁线圈电路、一感应线圈电路、一鉴相电路、一放大滤波电路、一误差修正电路，所述激励电路产生激励励磁线圈电路的激励信号，所述励磁线圈电路产生磁场，所述感应线圈电路产生携带地磁场信息的感应电压，所述鉴相电路将两路感应线圈电路感应信号二次谐波分量中携带地磁场的信息转换成微弱直流电压，所述放大滤波电路将鉴相电路输出的信号进行放大滤波处理后成为两路直接反映地磁场变化的直流电压，所述误差修正电路消除两路线圈和电路参数不一致弓I入的误差。作为优选所述激励电路包括第一 NPN三极管221、第二 NPN三极管222、第一 PNP三极管220、第二 PNP三极管223组成对称互补桥式激励电路，二分频电路产生频率为fo的对称方波信号，该信号作为励磁电路控制信号Q (t)输入到A端，同时Q (t)的反相信号P(t)输入到B端；当励磁信号Q (t)正半周时，P (t)是负半周，此时第一 NPN三极管和第二 PNP三极管导通，第一 PNP三极管和第二 NPN三极管截止，当励磁信号Q (t)负半周时，P(t)是正半周，此时第一 PNP三极管和第二 NPN三极管导通，第一 NPN三极管和第二 PNP三极管截止。作为优选所述鉴相电路为两路，每路包括一对模拟开关，通过频率为2fo相位相反的载波控制信号控制每对模拟开关的通断工作。作为优选所述放大滤波电路包括两路滤波放大网络。作为优选所述误差修正电路包括两路，一路为放大量调整电位器、第一运算放大器；另一路为第二放大量调整电位器、第二运算放大器。这种高精度低成本罗盘电路实现方法步骤一，晶振产生高频振荡信号，经分频电路分频为2fo的对称方波，用于鉴相电路的控制信号；
步骤二分频电路输出的方波信号再次经过二分频电路得到频率为fo的对称方波，此频率fo的方波信号作为激励电路的控制信号产生励磁信号去激励励磁线圈电路；步骤三，两路正交的感应线圈电路上产生携带地磁场信息的感应电压，其中二次谐波分量最大；步骤四，两路鉴相电路分别将两路感应线圈电路的感应信号二次谐波分量中携带地磁场的信息转换成微弱直流电压；步骤五，该直流电压经两路放大滤波电路处理后成为两路直接反映地磁场变化的直流电压；步骤六，误差修正电路在电压信号输出前消除两路线圈和电路参数不一致引入的误差。作为优选步骤三，两路正交的感应线圈电路通过内部的高磁导率磁性物质感应并放大磁场变化，其中偶次谐波中携带地磁场信息，且二次谐波分量最大。作为优选步骤四，通过频率为激励信号2倍频的对称方波控制模拟开关的通断工作分别检测出两路感应信号中携带的地磁场信息。作为优选步骤六中反映地磁变化的直流电压信号和可以微量调整的参考电压相减构成误差修正电路网络，分别调整两路的参考电压，消除两路因电路参数不一致、安装场合硬磁物质干扰所引起的电压偏移。本发明的有益效果是本发明电路通过对称互补桥式激励电路、鉴相及滤波放大电路、误差修正电路等电路网络设计，实现了误差小于O. 5°的高精度低成本罗盘电路的设计，该电路结构简单、调试方便，适合大批量生产。励磁线圈的激励电路采用对称互补桥式驱动电路，具有简单、可靠、对称性好无需调试等优点。采用价格低廉的四路模拟开关作为鉴相器，控制信号采用励磁信号的2倍频，能最佳检测到感应线圈中的地磁信息，具有简单、可靠、成本低廉等优点。误差修正电路具有调试方便、简单等优点，经过简单调试电位器就能修正电路参数、安装场合硬磁干扰等影响罗盘精度的误差。
图1为本发明电路框图；图2为对称互补桥式激励电路原理框3为鉴相及滤波放大电路原理框4为误差修正电路原理框图附图标记第一 NPN三极管221、第二 NPN三极管222、第一 PNP三极管220、第二PNP三极管223、四路模拟开关310、第一滤波放大网络311、第二滤波放大网络312、第一调试电位器410、第一放大量调整电位器411、第一运算放大器412、第二放大量调整电位器413、第二运算放大器414。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明做进一步描述。虽然本发明将结合较佳实施例进行描述，但应知道，并不表示本发明限制在所述实施例中。相反，本发明将涵盖可包含在有附后权利要求书限定的本发明的范围内的替换物、改进型和等同物。
如图1所示，晶振产生高频振荡信号，经分频电路分频为2fo的对称方波，用于鉴相电路的控制信号。分频电路输出的方波信号再次经过二分频电路得到频率为fo的对称方波，此频率fo的方波信号作为激励电路的控制信号产生励磁信号去激励励磁线圈电路。两路正交的感应线圈电路上产生携带地磁场信息的感应电压，其中二次谐波分量最大。两路鉴相电路分别将两路感应线圈的感应信号二次谐波分量中携带地磁场的信息转换成微弱直流电压。该直流电压经低噪声滤波放大电路处理后成为两路直接反映地磁场变化的直流电压，在电压信号输出前设计了误差修正电路，可以消除两路线圈和电路参数不一致引入的误差，从而保证整个电路的高精度，避免挑选线圈和电路参数的一致性带来的调试难度和高成本。如图2所示，第一 NPN三极管221、第二 NPN三极管222、第一 PNP三极管220、第二PNP三极管223组成对称互补桥式激励电路，二分频电路产生频率为fo的对称方波信号，该信号作为励磁电路控制信号Q (t)输入到A端，同时Q (t)的反相信号P (t)输入到B端；当励磁信号Q (t)正半周时，P (t)是负半周，此时第一 NPN三极管221和第二 PNP三极管223导通，第一 PNP三极管220和第二 NPN三极管222截止，当励磁信号Q (t)负半周时，P(t)是正半周，此时第一 PNP三极管220和第二 NPN三极管222导通，第一 NPN三极管221和第二 PNP三极管223截止。如图3所示，两路正交安装的感应线圈感应携带地磁信息的微弱电压输入到四路模拟开关310，通过频率为2fo相位相反的载波控制信号分别控制模拟开关的通断工作，从而实现对感应信号二次谐波中地磁信息的检测。鉴相电路检测到的微弱直流电压经滤波放大电路进行滤波放大处理，转换直接反映地磁场变化的直流电压信号。如图4所示，通过调试第一放大量调整电位器411、第二放大量调整电位器413，能调整两路零点电位，消除电路参数、安装场合硬磁物质引起的直流偏移误差，能保证两路的电压最大值一致，本电路通过简单调试就能消除罗盘电路和安装的主要误差，实现高精度测定方位。
权利要求
1.一种高精度低成本罗盘电路，其特征在于包括一激励电路、一励磁线圈电路、一感应线圈电路、一鉴相电路、一放大滤波电路和一误差修正电路，所述激励电路产生激励励磁线圈电路的激励信号，所述励磁线圈电路产生磁场，所述感应线圈电路产生携带地磁场信息的感应电压，所述鉴相电路将两路感应线圈电路感应信号二次谐波分量中携带地磁场的信息转换成微弱直流电压，所述放大滤波电路将鉴相电路输出的信号进行放大滤波处理后成为两路直接反映地磁场变化的直流电压，所述误差修正电路消除两路线圈和电路参数不一致引入的误差。
2.根据权利要求1所述的高精度低成本罗盘电路，其特征在于所述激励电路包括第一 NPN三极管(221)、第二 NPN三极管(222)、第一 PNP三极管(220)、第二 PNP三极管(223)组成对称互补桥式激励电路，二分频电路产生频率为fo的对称方波信号，该信号作为励磁电路控制信号Q (t)输入到A端，同时Q (t)的反相信号P (t)输入到B端；当励磁信号Q (t)正半周时，P (t)是负半周，此时第一 NPN三极管(221)和第二 PNP三极管(223)导通，第一 PNP三极管(220)和第二 NPN三极管(222)截止，当励磁信号Q (t)负半周时，P(t)是正半周，此时第一 PNP三极管(220)和第二 NPN三极管(222)导通，第一 NPN三极管(221)和第二 PNP三极管(223)截止。
3.根据权利要求1所述的高精度低成本罗盘电路，其特征在于所述鉴相电路为两路，每路包括一对模拟开关(310)，通过频率为(2) fo相位相反的载波控制信号控制每对模拟开关(310)的通断工作。
4.根据权利要求1所述的高精度低成本罗盘电路，其特征在于所述放大滤波电路包括两路滤波放大网络(311)。
5.根据权利要求1所述的高精度低成本罗盘电路，其特征在于所述误差修正电路包括两路，一路为放大量调整电位器(411)、第一运算放大器(412);另一路为第二放大量调整电位器(413)、第二运算放大器(414)。
6.一种高精度低成本罗盘电路实现方法，其特征在于该方法的步骤如下 步骤一，晶振产生高频振荡信号，经分频电路分频为2fo的对称方波，用于鉴相电路的控制信号； 步骤二分频电路输出的方波信号再次经过二分频电路得到频率为fo的对称方波，此频率fo的方波信号作为激励电路的控制信号产生励磁信号去激励励磁线圈电路； 步骤三，两路正交的感应线圈电路上产生携带地磁场信息的感应电压，其中二次谐波分量最大； 步骤四，两路鉴相电路分别将两路感应线圈电路的感应信号二次谐波分量中携带地磁场的信息转换成微弱直流电压； 步骤五，该直流电压经两路放大滤波电路处理后成为两路直接反映地磁场变化的直流电压； 步骤六，误差修正电路在电压信号输出前消除两路线圈和电路参数不一致引入的误差。
7.根据权利要求6所述的高精度低成本罗盘电路设计方法，其特征在于步骤三，两路正交的感应线圈电路通过内部的高磁导率磁性物质感应并放大磁场变化，其中偶次谐波中携带地磁场信息，且二次谐波分量最大。
8.根据权利要求6所述的高精度低成本罗盘电路设计方法，其特征在于步骤四，通过频率为激励信号2倍频的对称方波控制模拟开关(310)的通断工作分别检测出两路感应信号中携带的地磁场信息。
9.根据权利要求6所述的高精度低成本罗盘电路设计方法，其特征在于步骤六中反映地磁变化的直流电压信号和能够微量调整的参考电压相减构成误差修正电路网络，分别调整两路的参考电压，消除两路因电路参数不一致、安装场合硬磁物质干扰所引起的电压偏移。
全文摘要
本发明公开了一种高精度低成本罗盘电路及实现方法，包括一激励电路、一励磁线圈电路、一感应线圈电路、一鉴相电路、一放大滤波电路、一误差修正电路，所述激励电路产生激励励磁线圈电路的激励信号，所述励磁线圈电路产生磁场，所述感应线圈电路产生携带地磁场信息的感应电压，所述鉴相电路将两路感应线圈电路感应信号二次谐波分量中携带地磁场的信息转换成微弱直流电压，所述放大滤波电路将鉴相电路输出的信号进行放大滤波处理后成为两路直接反映地磁场变化的直流电压，所述误差修正电路消除两路线圈和电路参数不一致引入的误差。本发明的有益效果是高精度低成本，该电路结构简单、调试方便，适合大批量生产。
文档编号G01C17/38GK103017744SQ20121054968
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月17日 优先权日2012年12月17日
发明者汪雪莲 申请人:中国船舶重工集团公司第七一五研究所