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原文传递磁通门罗经系统的设计与应用

论文题名：	磁通门罗经系统的设计与应用
关键词：	磁通门罗经系统;微机控制;数字转换
摘要：	在各种测磁和测角方法中，磁通门技术最适用于与电子系统和计算机配套，具有在各种恶劣环境和复杂工作条件下的适应性，并且与其它电子设备和计算机配套以后的性能大为改善，便于实现智能化。在国外，磁通门罗盘基本淘汰掉了永磁体罗盘。磁通门探头良好的矢量响应性可以使磁通门罗盘具有很高测角精度，磁通门探头简单、可靠和便于小型化。考虑到磁罗经的缺点和磁通门技术的特点，可以利用磁通门技术研究出一种新式的利用地磁作用力的罗经系统。它可以满足以下几点： 1这套系统应该具有旧式磁罗经的一切优点，例如可以仅借助地磁作用力就可独立工作，结构简单，运行可靠等。 2磁通门罗经系统保持与原系统的兼容性，即新式的罗经系统应能尽量利用船上原有的航向指示系统，以减小技术改造成本。具体实现起来应表现为，新系统保留与原磁罗经系统的全部接口，且接口标准不变。 3本系统中加入了微机控制部分提高自差消除精度。微机控制部分主要完成以下功能： 1)航向角的解算。微机把磁通门电路部分处理后的磁通门探头的航向信息解算成数字码。为了满足精度要求，航向角的数字码位宽为16位，即系统动态范围约为0.0055°。 2)自差的补偿。本论文参考磁罗经自差补偿的通常所采用的“爱利法”，通过编程利用单片机实现校正算法来得到真实的航向角。 3)航向信息的发送和显示。单片机将校正后的航向角信息以数字的方式发送。磁通门技术的基本原理是磁通门探头将环境磁场调制成偶次谐波感应电势，这个偶次谐波感应电势的大小随环境磁场的强弱变化。为实现精确测量，一般在实际应用中多采用双铁芯磁通门，设计成差分输出探头来消除磁通门探头变压器效应的感应电势。根据磁通门探头输出信号的特性，本课题采用二次谐波选择法检测环境磁场。二次谐波选择法即通过检测磁通门探头输出信号的偶次谐波感应电势中二次谐波分量的大小和极性以解算环境磁场的强弱和方向。地球本身是一个带有N、S两个磁极的大球体，其表面的直流磁场大体上是比较均匀的，在地球表面的任意一点都可将磁场的强度分解为水平和垂直两个分量。由于磁通门信号具有良好的矢量响应特性，因此在水平面内垂直放置两个磁通门探头作为水平面内坐标系的两个轴，就可以将地磁场水平分量在水平面内两个轴上分解，即得到与地球磁场北极方向相关的两路正弦和余弦调制信号，其幅值分别正比于测量绕组与地球磁北极方向之间的正弦和余弦角，其正负则与测量绕组的指向相位相关。如果能够解算出这个正弦角或余弦角的大小即可得到载体与地磁北极的夹角，从而也得到了载体的航行方向。因此，在水平面内垂直放置的两个磁通门探头就构成了一个罗经系统的方向传感器。磁通门探头构成的方向传感器、磁通门电路和航向显示发送部分就构成了磁通门罗经系统。方向传感器可由在水平面内垂直放置的两个磁通门探头构成。磁通门电路的主要功能是将磁通门探头的输出信号中的有用信号正确地检测出来，进而将方向传感器输出的航向信息正确表达出来。正确地检测有用信号，需要根据信号特性设计合适的滤波器。表达航向信息的涵义就是将载体航向信息的物理信号转化成为适合我们处理和使用的数字信号。在本系统中，根据系统的应用要求和课题目的，我们采用了跟踪式航向—数字转换方案。系统采用AVR单片机接收航向信息的数字码并对数字码进行解算和补偿，提高系统的精度。磁通门罗经系统是以地磁矢量为基准指示航向的，但由于许多原因，环境磁场对磁通门传感器感应的地磁信号产生干扰，从而导致了磁通门罗经系统的方向传感器的输出存在一定的误差，即自差。自差表现为船磁场致使罗经北偏离磁北方向一个夹角而产生自差。在钢铁船舶上，磁罗经自差一般可达到几十度之多。因此，若不对自差进行补偿，本系统将失去实际应用意义。本系统中自差的补偿是通过在单片机种运行补偿算法程序实现的。实验表明，系统的原理样机的实验结果基本达到了预期指标。
作者：	徐搏
专业：	控制工程
导师：	高延滨;何永前
授予学位：	硕士
授予学位单位：	哈尔滨工程大学
学位年度：	2009
正文语种：	中文