基于KMZ52的电子指南针设计

技术分类: 测试与测量  | 2005-12-03
来源:电子产品世界 | 天津大学 电气与自动化工程学院 刘素 刘鲁源 韩尧松

       KMZ52实现电子指南针的主要偏差补偿及校正 

       
传感器偏移补偿

       在磁场强度为15A/m(地球磁场最小值),传感器灵敏度为典型值80mV/(KA/m)(Vcc=5V)的条件下,KMZ52的输出幅度约为1.2mV;而Vcc=5V 时,由于KMZ52本身偏差及温度漂移的影响,最大偏差电压可达到±7.5mV,最大温度漂移电压为1.5mV,都比传感器输出电压1.2mV高很多,所以指南针系统的内部偏移补偿是很重要的。

       应用“跳转技术”可以消除偏移,即在KMZ52的置位/复位线圈中通上正负脉冲电流,传感器的特性和输出信号就会周期地反转,反转传感器信号的幅值包含了需要的磁场信号,而传感器偏移是一个纯直流信号,通过放大级中的高通滤波器,可以除去这一直流信号,同时消除偏差和温漂造成的偏移。图3是跳转技术的波形图,a是得到的输出信号,b是滤波去除偏移后的信号,c是翻转后得到的原来信号。在图2设计的电路图中,运用MAX392模拟开关来实现正负脉冲电路,它的四路开关可以同时控制 两路通道,使两路通道具有更好的一致性;运用达林顿管,可以使正负电流脉冲时间非常短(几μm),幅度达到1A,满足了对电流脉冲的要求。

跳转技术波形图

点击看原图

                                                       图3 跳转技术波形图

       在某一点对x和y通道分别进行了测试,输出电压范围分别是:x(0.89-8.78V)、y(0.89-8.79V),具有良好的一致性。经过跳转技术处理后,输出电压应以参考电压5V为中心(如图3),实际的输出值,x和y通道分别以4.835和4.84为中心,与要求的5V相比,相对误差小于4%,满足指南针的精度要求。

       干涉磁场校正

       实际应用中,指南针附近的地球磁场可能会受到其他磁场或附近的含铁金属干扰,为了获得可靠的方位角,有效的补偿上述影响是很必要的。干涉磁场对指南针的影响可以由测试图(指南针旋转360o时,SCU输出信号Vy-Vx图)进行估计。没有干涉磁场时,图形是一个中心在参考原点,半径为地球磁场强度He的圆。基本的两种干涉磁场是“硬铁效应”和“软铁效应”,“硬铁效应”是由与指南针固定位置的磁体产生的,在测试图中表现为圆心移动到(Hix,Hiy),Hix和Hiy是干涉磁场的分量;含铁金属对地球磁场的影响表现为“软铁效应”,在测试图中表现为圆的变形。实际中,“硬铁效应”一般比“软铁效应”强的多。 

       如果忽略软铁效应(倘若指南针附近没有磁铁性材料,软铁效应是非常微弱的),可以用“双向校正”法校正。指南针在同一地点测得方向相差180 o的两个磁场值(H1和H2),储存两个测量值的磁场分量Hx和Hy,由于指南针的磁场等于地球磁场向量He与干涉磁场向量Hi的矢量和(旋转后,He大小相等方向相反;Hi的场源与指南针关系固定,不发生变化),可以得到干涉磁场分量:测得干涉磁场分量后,可以在补偿线圈中通以相应大小的电流,产生反向磁场分量-Hix和-Hiy,以补偿干涉磁场。图4是“硬铁效应”补偿前后两组数据的仿真图,补偿前图形大致以(3.5,6.5)为圆心(图4a),补偿后图形基本上是以(5.0,5.0)为中心(图4b),“硬铁效应”得到补偿。

补偿前

                                                             (a)补偿前

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