三维磁感式电子罗盘的研制与标定

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1、2012年仪表技术与传感器2012第6期InstrumentTechniqueandSensorNo.6三维磁感式电子罗盘的研制与标定1，2111，21，2刘建强，汪小华，林新华，李春丽，王电令(1．中国科学院合肥智能机械研究所传感技术国家重点实验室，安徽省仿生感知与先进机器人技术重点实验室，安徽合肥230031;2．中国科学技术大学工程科学学院，安徽合肥230026)摘要:为了实现精确的地磁导航，使用PNI磁感传感器和VTI倾角传感器研制了三维磁感式电子罗盘。同时运用最小二乘法研究了三维电子罗盘的标定算法，并通过试验证明:经过标定的电子罗盘性能良好。关键词:电

2、子罗盘;磁感传感器;倾角传感器;最小二乘法中图分类号:TP212文献标识码:A文章编号:1002－1841(2012)06－0019－03DevelopmentandCalibrationofThree-dimensionalMagneto-InductiveElectronicCompass1，2111，21，2LIUJian-qiang，WANGXiao-hua，LINXin-hua，LIChun-Li，WANGDian-ling(1．KeyLaboratoryofBiomimeticSensingRobotTechnologyofAnhuiProvince

3、，StateKeyLaboratoryofTransducerTechnology，InstituteofIntelligentMachines，Hefei230031，China;2．SchoolofEngineeringScience，UniversityofScienceandTechnologyofChina，Hefei230026，China)Abstract:Inordertoachieveprecisemagneticnavigation，PNICorporation'smagneto-inductive(MI)sensorsandVTICorpo

4、ration'sinclinometerwereusedtodevelopthethree-dimensionalelectroniccompass．Theleastsquaresmethodwasusedtoex-plorecalibrationalgorithmofthecompass，andexperimentsshowthatthecalibratedelectroniccompasshasgoodperformance．Keywords:electroniccompass;magneto-inductivesensors;inclinometer;le

5、astsquaresmethod0引言责测量地磁场Z轴分量。电路可按照文献［2］中的电路图连接(如电子罗盘有二维和三维两种，二维电子罗盘只适合在水平图1所示)，但是最好将模拟地和数字地、模拟电源和数字电源分［1］面上使用，否则误差很大，应用场合较为局限，而三维电子罗开布局，以减少数字信号对模拟信号的干扰。盘使用了倾角补偿，稳定性好，精度高，得到了广泛应用。文中研制的三维磁感式电子罗盘使用3个PNI磁感传感器分别测量地磁场的3个分量，使用VTI双轴倾角传感器测量俯仰角和翻滚角以对电子罗盘进行倾角补偿，使用C8051F040单片机进行数据采集与处理。针对电子罗盘自身

6、及外界环境引入的角度误差，研究了基于最小二乘法的标定算法，并通过试验进行了验证。1系统总体构成1．1选用SEN－R65/Z65作为磁传感器SEN－R65/Z65是基于磁感应技术的最新产品，通过测量图1磁传感器集成电路图电感引起的振荡电路的频率变化测量外界磁场。PNI磁感传感－4需要注意的是，PNI磁感传感器的分辨率是由PNI11096决器具有低功耗、抗噪性能好、测量范围广(±11×10T)、温漂［2］定的，要实现高分辨率测量，控制PNI11096的命令字节中PS0、小和价格低等优点，并且配备有集成度较高的专用驱动模块PS1和PS2三位须均为1，才可达到150μG

7、s的高分辨率。PNI11096，可缩短研制周期，简化布局。通过PNI11096可以改1．2选用SCA100T作为倾角传感器变分辨率和测量范围，更有针对性。当磁传感器和水平面不一致时，必须获知俯仰角φ和翻滚通过3个PNI磁感传感器(2个SEN－R65和1个SEN－Z65)［3］角θ以对三维电子罗盘进行倾角补偿，如式(1)、式(2)、式即可实现三维磁场测量:2个SEN－R65正交布局，都是水平焊接，［4］(3)，分别负责测量地磁场的X轴和Y轴分量;SEN－Z65竖直焊接，负*Hx=Hxcosφ+Hysinφsinθ－Hzsinφcosθ(1)*Hy=Hycosθ+H

8、zsinθ(2)基金项目