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磁通门罗经系统的研究

张庆  
【摘要】:利用地球磁场来测量方向是人类历史上最古老的测量方法之一。尽管这种测量技术一直在改进和发展,但是现代科学技术的发展对磁航向测量提出的要求更高。现有的船舶磁航向测量系统面临的体积、重量、功耗偏大和调试、误差补偿费用偏高等问题。本文研究的新型的磁通门罗经系统的目的就是为了解决这些问题。 磁通门现象是一种普遍存在的电磁感应现象,只是在一般电器设备中被人们忽视了。在一根铁芯上缠绕激磁线圈和感应线圈,即成为磁通门探头。在激磁作用下,感应线圈出现随环境磁场强度而变的偶次谐波分量电势的特征。如果探头铁心处于周期性过饱和工作状态,那么由环境磁场产生的感应电势将显著变大,这种现象称为磁通门现象,由环境磁场而产生的那部分感应电势就称为磁通门信号。磁通门探头只敏感被测磁场在其轴线的分量,因而具有极好的矢量响应性。因此,磁通门探头也可以用来检测磁场的方向。在水平面内垂直放置两个磁通门探头可以构成一个检测磁航向的传感器。 本文根据磁通门探头的输出信号特性及实际应用要求,采用跟踪式航向-数字转换系统方案,设计出了一套实用可靠的磁通门信号处理电路。在本系统中,我们使用AVR单片机作为整个数字部分的主控制器,实现航向数字信息的读取、解算和显示发送功能。航向解算过程包括有磁通门罗经系统的自差补偿运算。本文针对自差计算公式中的三角函数运算设计了一种适合于在微控制器上运用的优化算法。磁通门探头传感器、磁通门电路和航向显示发送部分组成了一套完整的基于磁通门技术的新型罗经系统。 本文还给出了针对磁通门罗经自差补偿的实验方法,并提供出一组实验数据。实验数据表明,本文设计的磁通门罗经系统可以满足保证船舶航行安全的精度要求,具有非常好的应用前景。


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