电子罗盘传感器:电子罗盘

2021/10/30 18:25 · 传感器知识资讯 ·  · 电子罗盘传感器:电子罗盘已关闭评论
摘要:

电子罗盘传感器:电子罗盘收藏查看我的收藏0有用+1已投票0电子罗盘语音编辑锁定讨论上传视频上传视频本词条由“科普中国”科学百科词条编写与应用工作项目审核。电子罗盘,又称数字罗盘,在现代技术条件中电子罗盘作为导航仪器或姿态传感器已被广泛应用。电子罗盘与传统指针式和平衡架结构罗盘相比能耗低、体积小、重量轻、精度高、可微型化,其输出信号通过处理可以实现数码显

电子罗盘传感器:电子罗盘  第1张

电子罗盘传感器:电子罗盘

收藏
查看我的收藏
0
有用+1
已投票
0
电子罗盘
语音
编辑
锁定
讨论
上传视频
上传视频
本词条由“科普中国”科学百科词条编写与应用工作项目
审核

电子罗盘,又称数字罗盘,在现代技术条件中电子罗盘作为导航仪器或姿态传感器已被广泛应用。电子罗盘与传统指针式和平衡架结构罗盘相比能耗低、体积小、重量轻、精度高、可微型化,其输出信号通过处理可以实现数码显示,不仅可以用来指向,其数字信号可直接送到自动舵,控制船舶的操纵。广为使用的是三轴捷联磁阻式数字磁罗盘,这种罗盘具有抗摇动和抗振性、航向精度较高、对干扰磁场有电子补偿、可以集成到控制回路中进行数据链接等优点,因而广泛应用于航空、航天、机器人、航海、车辆自主导航等领域。
中文名
电子罗盘
外文名
electronic compass
别 名
数字指南针
原 理
利用地磁场来定北极
特 点
高速高精度A/D转换、零点修正等
应 用
水平孔和垂直孔测量、水下勘探等
分 类
平面电子罗盘和三维电子罗盘
目录
1
功能
2
原理
3
特点
4
分类
?
磁阻效应传感器
?
霍尔效应传感器
?
磁通门传感器
5
应用场合
电子罗盘功能
编辑
语音
电子罗盘
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,如果能保证罗盘所附载体始终水平,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,如果电子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。
电子罗盘原理
编辑
语音
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;向右或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-ZcosβsinαYr=Ycosβ+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。
电子罗盘特点
编辑
语音
典型的数字罗盘具有以下特点:
[1]
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。
电子罗盘分类
编辑
语音
随着微电子集成技术以及加工工艺、材料技术的不断发展。电子罗盘的研究制造与运用也达到了一个前所未有的水平。电子罗盘按照有无倾角补偿可以分为平面电子罗盘和三维电子罗盘,也可以按照传感器的不同分为磁阻效应传感器、霍尔效应传感器和磁通门传感器。
电子罗盘磁阻效应传感器
图1 磁阻效应
磁阻效应传感器是根据磁性材料的磁阻效应制成的。磁性材料(如坡莫合金)具有各向异性,对它进行磁化时,其磁化方向将取决于材料的易磁化轴、材料的形状和磁化磁场的方向。如图1所示,当给带状坡莫合金材料通电流I时,材料的电阻取决于电流的方向与磁化方向的夹角。如果给材料施加一个磁场B(被测磁场),就会使原来的磁化方向转动。如果磁化方向转向垂直于电流的方向,则材料的电阻将减小;如果磁化方向转向平行于电流的方向,则材料的电阻将增大。
Honeywell 磁阻罗盘
磁阻效应传感器一般有四个这样的电阻组成,并将它们接成电桥。在被测磁场B作用下,电桥中位于相对位置的两个电阻阻值增大,另外两个电阻的阻值减小。在其线性范围内,电桥的输出电压与被测磁场成正比。 磁阻传感器已经能制作在硅片上,并形成产品。其灵敏度和线性度已经能满足磁罗盘的要求,各方面的性能明显优于霍尔器件。迟滞误差和零点温度漂移还可采用对传感器进行交替正向磁化和反向磁化的方法加以消除。由于磁阻传感器的这些优越性能,使它在某些应用场合能够与磁通门竞争。磁阻传感器的主要问题是其翻转效应,这是其原理所固有的。如前所述,在使用前对磁性材料进行了磁化,此后如果遇到了较强的相反方向的磁场(大于20高斯)就会对材料的磁化产生影响,从而影响传感器的性能。在极端情况下,会使磁化方向翻转180。这种危险虽然可以利用周期性磁化的方法加以消除,但仍存在问题。对材料进行磁化的磁场必须很强,如果采用外加线圈来产生周期性磁化磁场,就失去了小型化的意义,Honeywell公司的一项专利,解决了这个问题。他们在硅片上制作了一个电流带来产生磁化磁场,该电流带的阻值只有5欧姆左右。虽然磁化电流只持续1-2毫秒,但电流强度却高达1到1.5安培。但这种方案对驱动电路要求高,而且如果集成入微系统,这样强的脉冲电流将威胁系统中的微处理器等其它电路的可靠性。
电子罗盘霍尔效应传感器
霍尔效应磁传感器的工作原理:如果沿矩形金属薄片的长方向通电流I,由于载流子受洛仑兹力作用,在垂直于薄片平面的方向施加强磁场B,则在其横向会产生电压差U,其大小与电流I、磁场B和材料的霍尔系数R成正比,与金属薄片的厚度d反比。100多年前发现的霍尔效应,由于一般材料的霍尔系数都很小而难以应用,直到半导体问世后才真正用于磁场测量。这是因为半导体中的载流子数量少,如果给它通的电流与金属材料相同,那么半导体中载流子的速度就更快,所受到的洛仑兹力就更大,因而霍尔效应的系数也就更大。霍尔效应磁传感器的优点是体积小,重量轻,功耗小,价格便宜,接口电路简单,特别适用于强磁场的测量。但是,它又有灵敏度低,噪声大,温度性能差等缺点。虽然有些高灵敏度或采取了聚磁措施霍尔器件也能用于测量地磁场,但一般都是用于要求不高的场合。
电子罗盘磁通门传感器
磁饱和法是基于磁调制原理,即利用被测磁场中铁磁材料磁芯在交变磁场的饱和励磁下其磁感应强度与磁场强度的非线性关系来测量弱磁场的一种方法。应用磁饱和法测量磁场的磁强计称为磁饱和磁强计,也称磁通门磁强计或铁磁探针磁强计。
PNI 磁通门罗盘
磁饱和法大体划分为谐波选择法和谐波非选择法两大类。谐波选择法只是考虑探头感应电动势的偶次谐波(主要是二次谐波),而滤去其他谐波;谐波非选择法是不经滤波而直接测量探头感应电动势的全部频谱,利用差分对磁饱和探头能够构成磁饱和梯度计,可以测量非均匀磁场,同时利用梯度计能够克服地磁场的影响和抑制外界的干扰。
[2]
这种磁强计早在本世纪30年代开始用于地磁测量以来,不断获得发展与改进,仍是测量弱磁场的基本仪器之一。磁饱和磁强计分辨率较高测量弱磁场的范围较宽,并且可靠、简易、价廉、耐用,能够直接测量磁场的分量和适于在高速运动系统中使用。因此,它广泛应用在各个领域中,如地磁研究、地质勘探、武器侦察、材料无损探伤、空间磁场测量等。近年来,磁饱和磁强计在宇航工程中得到了重要的应用,例如用来控制人造卫星和火箭的姿态,还可以测绘来自太阳的“太阳风”以及带电粒子相互作用的空间磁场、月球磁场、行星磁场和行星际磁场的图形。虽然磁通门还存在处理电路相对较复杂、体积较大和功耗相对较大的问题,但随着微系统、微型磁通门和低功耗磁通门的研究,这些问题可以得到解决。从三者的比较来看,基于磁电阻传感器的电子罗盘具有体积小、响应速度快等优点,是电子罗盘的发展方向。
电子罗盘应用场合
编辑
语音
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、测速、仿真系统、GPS备份、汽车指南针、虚拟现实。
词条图册
更多图册
解读词条背后的知识
科沃电子传感器供应商
品牌企业
PNI地磁传感器及电子罗盘模块
PNIPNI...
2021-05-070
433NBLORA无线地磁
上海德萦电子技术有限公司
高精度三维电子罗盘 三轴电子罗盘 倾斜补偿电子罗盘
美国限制令一再升级高精度三维电子罗盘如何破局?限制令一再升级国内会出现多种高端元器件断货,这样的情况下用户应该怎么样来处理呢?尝试其他渠道进口会有非常长的周期,而且会有很多不确定的因素,结合以上的情况产品国产化是非常有必要的。我们的高精度三维电子罗盘S33可以替代霍尼韦尔H...
2020-05-200
复古电子表
喧嚣后深夜陪伴的只有那个默默跳动着的手表
CASIO全钛登山怪兽的前身CPW400——数字罗盘传感器的起航
八十年代 ,卡西欧开发了独立的温度,以及气压的功能,并在1992年集合了两个功能发布了搭载双重感应器DW6600。相隔一年后,1993年卡西欧发布首款数字指南针功能的cpw系列。至此,卡西欧经久不衰的登山系列核心功能才算真正具备,于1994年整合了发布了第一代3重传感器AT...
2020-04-150
电子工程师小李
电子工程师,资源共享,技术交流
单片机实例分享,基于HMC5883L的电子罗盘
罗盘是自动控制、测试及测量领域中用来获取方向信息的装置。目前应用较广泛的是磁阻式电子罗盘,这种电子罗盘具有较好的抗振性,对干扰有电子补偿,因此测向精度较高。但现有电子罗盘电路结构复杂、体积较大,不便于携带和使用,难以集成到现有嵌入式设备中。针对这些问题,本文提出了以霍尼韦尔...
2019-01-230
参考资料
1.

郝鸿安.555集成电路实用大全:上海科学普及出版社,1996
2.

张庆双.经典实用电路大全:机械工业出版社出版,2008年
电子罗盘传感器:电子罗盘  第2张

电子罗盘传感器:电子罗盘传感器 HMC5883L模块 电子指南针 三轴磁场 数字传感器

产品介绍:
奥松机器人推出新品电子罗盘,又称数字罗盘,在现代技术条件中电子罗盘作为导航仪器或姿态传感器已被广泛应用。此款是三轴数字罗盘,采用I2C串行总线接口,芯片选用Honeywell HMC5883L,具有高精度,偏移抑制等特点。他具有12位ADC、低噪声、自检测、低电压操作和宽磁场范围等特点,并且内置驱动电路,采用I2C数字接口,体积小,轻便,操作简单。广泛应用于手机、笔记本电脑、消费电子、汽车导航系统和个人导航设备等多种领域。

产品参数:
1.产品名称:电子罗盘传感器
2.产品货号:RB-02S112
3.产品类型:数字传感器
4.工作电压:5V
5.引脚定义:
SDA:I2C总线的数据线引脚
SCL:2C总线的时钟信号引脚
-:电源负极
+:电源正极
6.接口类型:KF2510
7.工作温度:-25℃~+85℃
8.重量(g):3g
9.固定孔尺寸(mm):23x18mm
10.产品尺寸(mm):30x25mm
维基百科
电子罗盘(点击产品名称)
前沿科技
1.玩转Arduino-编译环境软件:
2.Arduino IDE错误提示问题原因汇总:
3.Arduino+Processing 制作极客风格绘图机:
4.Arduino兼容的3D手势控制器:
5.玩转Arduino-闪烁的LED:
电子罗盘传感器:电子罗盘  第3张

电子罗盘传感器:电子罗盘传感器的三大应用领域

电子罗盘传感器在继承传统指针原理进行方向测量的同时,又能发送数字信号,实时控制航向和姿态。作为一种高精度、智能化的工具,电子罗盘传感器多应用于导航、军事领域。
传统罗盘是利用地磁场来定南北方向的,在实际应用时受动态环境、磁场干扰等因素影响往往出现误差,高精度的电子罗盘传感器具有高抗振性能和优异的动态性能,能对信号进行补偿,带硬磁软磁校准,非常适合高航向精度的场景。
电子罗盘传感器应用领域之一—无人船
无人船搭载多种传感器进行作业,其中电子罗盘传感器的功能是导航和控制。利用导航技术测算距离,规避障碍,进行航线规划,控制技术就是根据水流、风向、前进方向等因素进行航向的控制,相当于认为掌舵,使无人船克服各种干扰,精准沿预定测线运行,实现无人船自动作业和自动回归。依靠电子罗盘,无人船实时调整航向与航速,自动行进、换线及回归等功能。
应用领域之二—水下机器人
水下机器人常在深不可测、还未探索的海域或环境恶劣的水下作业。水下机器人的应用,给安全搜救、管道检查、航道检修、科学研究、水下娱乐等应用带来了可能性。由于是无人搭载远程遥控的,水下机器人除了具备有自动控制系统、通讯系统和环境探测系统外,还必须有一套精确的导航定位系统。其中,电子罗盘传感器在确定水下机器人的航向上具有重要的作用。为精确到达作业地点,自动控制系统和通讯系统探测环境,避开障碍物,对其运动进行控制和调节,电子罗盘可以根据机器人所在位置进行航向预测,并将信息发送给中控系统,以便实时调整航向,向目的地推进。

智能手机
手机中内置的电子罗盘是一种基于霍尔效应的磁传感器,可以测量地球磁场的方向,在无GPS信号或信号不稳定的时候可以根据地球磁场来为我们指示方向。虽然现在手机都有GPS定位功能了,但在无GPS信号或信号不稳定的时候电子罗盘可以根据地球磁场来指示方向。同时,在静止或缓慢移动的状态时,GPS只能判断我们所处的位置,并无指示方向的功能,而装有电子罗盘的手机会显示箭头,可随着人和手机的方位旋转。电子罗盘比GPS更稳定更智能,是GPS定位的重要补充。

电子罗盘传感器:解读指南传感器(电子罗盘)的工作原理及应用

  从未知的年代开始,航海就促进了文明的发展。当人们开始从一个地方导航到另一个地方时,人们发现了新的地方,同时开始了交易。而在航海的过程中,人们发明了新方法来简化导航。随着时间的流逝,导航手段得到了发展和现代化。
  在所有这些变化的岁月中,指南针是始终如一的技术——帮助导航。如今,指南针已高度现代化,其模拟和数字形式都得到了发展,并已应用于新的应用程序——在智能手机和许多移动设备中都可以找到指南针传感器。
  什么是指南针传感器?
  指南针的发明可以追溯到2世纪。中国人使用它在建筑过程中对建筑材料进行分隔和对齐。在11世纪,人们开始使用Compass在导航过程中寻找方向。
  指南针传感器是一种利用磁性原理进行操作的设备,其功能是相对于地球的南北磁极给出正确的方向。指南针上的指针始终指向地球的几何北部。
  但是地球的磁力是如此之弱,以至于人们以前习惯通过悬吊细磁条来设计指南针。但在智能手机中使用的“指南针”,已不用磁铁作组件,因为它会引起通信干扰。
  数字罗盘传感器
  数字罗盘传感器实际上是一种磁力计,可以测量地球的磁场。通过使用“霍尔效应”并通过计算来自北或南方向的超低频信号,此传感器可以计算方向和方向。
  工作原理
  11世纪使用的第一个指南针是一个简单的结构,上面装有一碗水,上面漂浮着一个磁针。后来开发了许多改进和可靠的结构,如今智能手机中使用的数字罗盘传感器是基于磁力计的一种传感器。
  磁力计中磁传感器的电阻与在特定方向上存在的磁场成比例地变化,通过此可测量磁场强度和方向,然后这些信息经由CPU存储为数字数据。电子设备中的指南针是固态传感器,通常,设备上存在两个或三个磁传感器,微处理器可以从中读取数据并检测设备的方向。
  安装在手机等设备上的指南传感器可根据磁力计提供的数据来计算方向和方向,并在屏幕上显示数字罗盘。通过这种方式,手机可以检测北向并根据我们的身体方向自动旋转Google地图。
  由于指南传感器取决于磁力计提供的信息,因此当磁力计无法获得信息时,指南传感器也会没有信息。在这种情况下,可以使用Google Maps获取有关方向的信息,就像那些使用GPS进行操作的信息一样,它不需要磁传感器。
  电磁罗盘传感器
  根据工作原理,可提供两种配置的指南针传感器——电磁罗盘和陀螺罗盘。
  磁罗经包含用于检测磁场的磁性元件,该磁性元件使其自身与地球磁场的磁力线对齐。磁罗经指向磁极地球。
  陀螺罗盘则由一个快速旋转的轮子组成,指向地球的真实两极。
  应用领域
  除了航行以外,今天指南针传感器还被广泛用于各种应用。
  指南针传感器是最可靠的导航设备,用于确定位置和寻找方向。可用于航空和军事应用;对于徒步旅行者寻找方向也非常有用;在建筑中,指南针传感器还用于对齐建筑材料;对于潜水员来说,在潜水艇和海军陆战队中,指南针传感器也是日常工具。

您可能感兴趣的文章

本文地址:https://www.ceomba.cn/577.html
文章标签: ,   ,  
版权声明:本文为原创文章,版权归 ceomba 所有,欢迎分享本文,转载请保留出处!

文件下载

老薛主机终身7折优惠码boke112

上一篇:
下一篇:

评论已关闭!