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        平面罗盘与电子罗盘的区别

        日期:2014-07-10 16:21

        电子罗盘可以分为平面电子罗盘和三维电子罗盘。平面电子罗盘要求用户在使用时必须保持罗盘的水平,否则当罗盘发生倾斜时,也会给出航向的变化而实际上航向并没有变化。虽然平面电子罗盘对使用时要求很高,但如果能保证罗盘所附载体始终水平的话,平面罗盘是一种性价比很好的选择。三维电子罗盘克服了平面电子罗盘在使用中的严格限制,因为三维电子罗盘在其内部加入了倾角传感器,如果罗盘发生倾斜时可以对罗盘进行倾斜补偿,这样即使罗盘发生倾斜,航向数据依然准确无误。有时为了克服温度漂移,罗盘也可内置温度补偿,最大限度减少倾斜角和指向角的温度漂移。

        三维电子罗盘由三维磁阻传感器、双轴倾角传感器和MCU构成。三维磁阻传感器用来测量地球磁场,倾角传感器是在磁力仪非水平状态时进行补偿;MCU处理磁力仪和倾角传感器的信号以及数据输出和软铁、硬铁补偿。该磁力仪是采用三个互相垂直的磁阻传感器,每个轴向上的传感器检测在该方向上的地磁场强度。向前的方向称为x方向的传感器检测地磁场在x方向的矢量值;向左或Y方向的传感器检测地磁场在Y方向的矢量值;向下或Z方向的传感器检测地磁场在Z方向的矢量值。每个方向的传感器的灵敏度都已根据在该方向上地磁场的分矢量调整到最佳点,并具有非常低的横轴灵敏度。传感器产生的模拟输出信号进行放大后送入MCU进行处理。磁场测量范围为±2Gauss。通过采用12位A/D转换器,磁力仪能够分辨出小于1mGauss的磁场变化量,我们便可通过该高分辨力来准确测量出200-300mGauss的X和Y方向的磁场强度,不论是在赤道上的向上变化还是在南北极的更低值位置。

        仅用地磁场在X和Y的两个分矢量值便可确定方位值:

        Azimuth=arcTan(Y/X)

        该关系式是在检测仪器与地表面平行时才成立。当仪器发生倾斜时,方位值的准确性将要受到很大的影响,该误差的大小取决于仪器所处的位置和倾斜角的大小。为减少该误差的影响,采用双轴倾角传感器来测量俯仰和侧倾角,这个俯仰角被定义为由前向后方向的角度变化;而侧倾角则为由左到右方向的角度变化。电子罗盘将俯仰和侧倾角的数据经过转换计算,将磁力仪在三个轴向上的矢量在原来的位置“拉”回到水平的位置。

        标准的转换计算式如下:

        Xr=Xcosα+Ysinαsinβ-Zcosβsinα

        Yr=Xcosβ+Zsinβ

        这里Xr和Yr为要转换到水平位置的值

        α为俯仰角

        β为侧倾角

        从以上这三个计算公式可以看出,在整个补偿技术中Z轴向的矢量扮演一个非常重要的角色。要正确运用这些值,俯仰和侧倾角的数字必须时刻更新。采用双轴宽线性量程范围、高分辨率、温漂系数低的陶瓷基体电解质传感器来测量俯仰角和侧倾角,倾角数值经过电路板上的温度传感器补偿后得出的。

        总结一下,典型的数字罗盘具有以下特点:

        1. 三轴磁阻效应传感器测量平面地磁场,双轴倾角补偿。

        2. 高速高精度A/D转换。

        3. 内置温度补偿,最大限度减少倾斜角和指向角的温度漂移。

        4. 内置微处理器计算传感器与磁北夹角。

        5. 具有简单有效的用户标校指令。

        6. 具有指向零点修正功能。

        7. 外壳结构防水,无磁。电子罗盘的原理是测量地球磁场,如果在使用的环境中有除了有地球以外的磁场且这些磁场无法有效的屏蔽时,那么电子罗盘的使用就有很大的问题,这时只能考虑使用陀螺来测定航向了。

        电子罗盘主要应用于水平孔和垂直孔测量、水下勘探、飞行器导航、科学研究、教育培训、建筑物定位、设备维护、导航系统、仿真系统、GPS备份、汽车指南针、虚拟现实等领域。

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