捷联磁传感器仿真器的研究与实现

剖析了捷联磁传感器的工作机理,给出了磁航向角的计算方法;在此基础上阐述了捷联磁传感器仿真的原理,给出了地磁水平分量及垂直分量的选取原则,并予以了证明.文中对磁传感器仿真器的系统硬件构成,系统接口也作了说明.最后,对磁传感器仿真器进行了实际测试,并将测试结果与真实磁传感器的测试结果进行了比较,结果显示该设计是成功的,能够满足测试系统的测试与调试的要求.     

数字磁罗盘的研制

剖析了磁阻式罗盘的工作机理,并给出了磁航向角的计算方法。基于霍尼韦尔磁阻传感器,提出了一种低成本的组合式三维捷联数字磁罗盘,该数字磁罗盘具有高分辨力、高精度、低成本的优点。通过分析由磁场矢量叠加产生的罗差,提出了基于罗差傅立叶级数的罗差模型和补偿方法。最后,对该数字磁罗盘进行了实际测试,并对测试结果进行了分析,当采用八位置法标定时,误差能限制在-0.5～+0.5之间。测试结果显示:该数字磁罗盘能够达到较高的精度,满足实际应用的要求。     

无人车捷联惯导系统仿真器设计

捷联惯导系统仿真模块的研究对于组合导航有着重要意义,为了检验该模块性能,在无人车轨迹模拟器的基础上分别基于方向余弦法与四元素法对捷联惯导系统仿真器进行了设计。首先基于运动学模型模拟无人车行驶的平面运动轨迹,并基于高斯投影反算原理求出该轨迹中各点所对应的经纬度信息作为真实值。基于该运动轨迹将对应的三维加速度与三维姿态角输入到捷联惯导系统仿真模块中,将求解出的经纬度作为计算值。将计算值与真实值进行比较,发现经纬度误差随时间而递增,三维姿态角误差随时间呈现周期性振荡,实际应用中有必要对误差进行相应的补偿。     

一种新型磁阻传感器的研究及应用

介绍了美国Honeywell公司生产的磁阻弱磁传感器的性能特点,以及由其组成的三轴智能型弱磁传感器在测量磁航向方面的应用.实验结果表明:在捷联状态下,用垂直陀螺提供载体的姿态角,在俯仰角、倾斜角达±45°的情况下,测角精度优于 0.6°.该传感器应用的显著特点是体积小、重量轻.它与垂直陀螺组成简易捷联航姿系统,已用于无人机的控制与导航.     

基于机动检测的捷联航姿算法研究

针对低精度陀螺仪、加速度计和磁传感器组成的捷联航姿系统存在的易受载体运动加速度影响而导致姿态精度下降甚至发散的问题进行了研究,提出了一种基于机动检测的捷联航姿算法。该算法根据陀螺仪数据进行姿态实时更新,利用加速度计和磁传感器输出对载体姿态误差进行校正以保持航姿输出的长期精度。算法根据加速度计输出在导航系中投影的水平分量进行机动检测,剔除机动期间的加速度数据,利用载体匀速运动状态下的加速度数据与磁传感器数据构造量测,利用卡尔曼滤波器对姿态误差进行估计并修正。仿真结果表明,该算法能有效完成载体机动检测,保证系统存在机动的情况下姿态精度满足应用要求。     

三维磁敏传感器的设计及误差分析

采用三维磁敏传感器有助于降低磁场测量系统的复杂性和提高磁场测量速度.介绍了基于霍尔元件的三维磁敏传感器的设计方法,分析了霍尔元件的粘贴角度偏差、传感器的体积对测量精度的影响,并对传感器的总体误差进行了估算,其分析结果对三维集成磁敏传感器的设计具有指导意义.     

基于倾斜补偿和磁补偿的三维电子罗盘研究

将传统的水平电子罗盘通过倾斜补偿算法延伸至空间电子罗盘,再经过椭球拟合校准法对罗盘的硬磁、软磁、比例系数及未对准误差进行补偿,形成完整的电子罗盘使用规范,最后,实物对比实验给出基于HMC5883磁阻传感器与ADXL345捷联的三维电子罗盘精度为1°.     

电工钢片磁化曲线无损检测传感器研究

针对一种电工钢片磁化曲线无损检测传感器进行研究,该传感器利用磁通测量线圈和磁位计分别检测电工钢片特定区域的磁通和磁势,实现钢片磁化曲线的无损检测.为了实现传感器的优化设计,利用ANSYS软件对传感器进行二维和三维仿真实验.同时,通过仿真实验获得不同励磁载荷情况下磁通测 量线圈和磁位计的仿真测量值;对检测到的信号进行曲线拟合,求得被测电工钢片的基本磁化曲线.仿真实验验证了该传感器检测方案的正确性和优化设计的可行性,并为实际应用提供了根据.     

基于MEMS传感器的数字式航姿系统设计

针对传统的模拟平台式航姿系统的不足,设计并实现了基于微惯性传感器和微磁传感器的数字式捷联惯性航姿系统。结合四元数微分方程,利用一种以加速度计和磁航向为观测量的卡尔曼滤波器进行数据融合,实现了对陀螺漂移的修正。PC104作为导航计算机,安装了微软高性能嵌入式操作系统。实物静态和跟踪实验表明:该航姿系统简单可行,能够很好地满足航姿系统精度要求。     

基于ARM的低成本微型捷联航姿系统设计

采用三轴MEMS加速度计和角速率陀螺以及微型磁通门传感器,以ARM处理器为核心构建微型捷联航姿系统硬件平台,运用捷联惯性导航理论及状态扩增Kalman滤波算法,实现了载体航向、俯仰和倾斜角度的测量和误差控制。在三轴无磁转台进行了航姿角度测试,结果表明,该航姿系统具有较高的角度稳定性和准确度,同时体积小、成本低,具有很好的工程应用前景。     

舰艇磁场磁偶极子阵列数学模型研究

为提高舰艇磁性防护能力,准确反映其磁场特性,舰艇测磁需要使用先进的测磁技术,这就可以用磁偶极子阵列模拟舰艇磁场源;文中根据舰艇测量面上的磁场数据建立了舰艇磁场换算的数学模型,给出一种运用实例评述测磁技术在舰艇磁性防护中的应用;实例结合点阵式大平面测磁法和磁荷模拟算法建立了测磁后舰艇磁场换算的数学模型,简单论述了该模型的数学原理、磁场函数计算方法及具体应用中有关参数的确定方法等,并对计算精度作了分析,仿真结果表明模型精度较高;测磁技术的应用在磁性防护中具有重要的实用价值。     

基于磁梯度张量与Levenberg-Marquardt优化的磁矩计算方法

针对目前磁矩计算方法中出现的对磁性目标出厂参数精度要求较高且计算繁琐、受地磁场影响较大、反演精度较差等问题,提出了一种基于磁梯度张量概念与Levenberg-Marquardt优化算法结合的磁矩计算方法。该方法采用磁梯度张量概念消除了地磁背景场的干扰,使用Levenberg-Marquardt算法优化解算过程,消除了反演过程中出现的奇异点。对新方法进行地磁背景场、测量系统位置、环境噪声等影响因素的验证仿真,并实验验证该方法的可操作性。仿真与实验证明,相比于以往方法,新方法的磁矩反演精度有大幅度的提高,抗噪声能力更强,具有更高的鲁棒性。     

一种自动磁天平系统研制

为了满足我国高新技术领域,尤其是航空航天及航海事业的大力发展对各种磁性材料性能及检测要求,针对当前手动方式测量的磁天平带来的人为测量误差及工作效率低等问题,设计了一种自动磁天平系统。介绍了系统电磁铁设计、电控平移台设计、位移测量装置设计、测控系统设计以及达到的主要技术指标。应用结果表明,系统运行稳定可靠,测量精度、测量效率高,操作方便快捷,可以满足高新技术领域科研、生产等过程中磁天平测量的要求。     

电梯导轨垂直度检测机器人运行机构设计

为实现电梯导轨垂直度检测自动化,设计了电梯导轨垂直度检测机器人．采用多磁轮吸附机构和下滑制动机构,实现了机器人在竖直导轨上的安全自主运行．其中的顶磁路和导向磁轮采用了优化的磁路结构设计．不同条件下的吸附力测试表明,设计的磁轮能够适应恶劣工况．     

Mathematical modelling of cylindrical electromagnetic vibration energy harvesters

In this paper the first steps for the derivation of a mathematical model to describe the mechanical behaviour of a cylindrical electromagnetic vibration energy harvester, designed to extract energy from human gait to power biomedical implantable devices, are provided. As it is usual, in the modelling of such devices, the proposed mechanical model is also based on the solution of Newton's second law, but here a nonlinear closed-form expression is used for the resulting magnetic force of the system, unlike what has been done in previous works where, traditionally, that expression is a linear or is a nonlinear approximation of the real one. The main feature of this mechanical model is that it depends on several parameters which are related to the main characteristics of this kind of devices, which constitutes a major advantage with respect to the usual models available in the literature since these characteristics can always be changed in order to optimize the device.     

Design of a low‐cost 1‐20 GHz magnetic near‐field probe with FR‐4 printed circuit board

An ultra‐wideband magnetic near‐field probe based on a conventional low‐cost four layers of FR‐4 printed circuit board is proposed in this article. It can be used to measure the magnetic near‐field strength from RF magnetic sources or electronic devices for EMI conformance test. The operating frequency of the probe is from 1 GHz up to 20 GHz. The probe is constructed based on a coplanar waveguide and stripline with a short‐end loop. The probe dimension is 10 mm × 25 mm × 0.6 mm. The prototype probe is electric field‐shield structure and has a very high unwanted electric field suppression ratio about 17.7 dB. The probe calibration factor from the simulation agrees well with the calibration factor computed from the measurement. The average probe factor is 38.8 dBS/m and probe sensitivity is 47.4 dB μ A/m.     

二维弱磁检测传感器及其应用

以HMC—1022磁敏元件为基础,开发了二维弱磁检测仪器,利用自行设计的简易标定系统,测定了主要技术指标。选用拉伸后的A3钢试件进行检测,将结果和俄罗斯的TSC—1M—4型磁记忆检测仪检测结果进行了对比,二者的曲线变化规律基本相同。用Matlab软件画出检测结果立体图,在图形中可以准确地找到已知缺陷的位置。     

消化道诊疗胶囊三维磁定位系统的误差修正

设计了基于三轴磁感传感器阵列的体内微型诊疗胶囊定位跟踪系统,分析了系统的主要误差来源,提出了对背景磁场干扰、传感器灵敏度差异、传感器位置偏差、三轴传感器模块的非理想正交等误差的补偿和修正方法,并进行了定位实验和轨迹跟踪实验以检验误差修正效果。实验结果表明:误差修正后系统的定位与定向精度得到显著提高,对于距离传感器阵列平面150 mm的φ8 mm×8 mm的圆柱形N35铷铁硼永磁体,平均定位与精度达到8mm以内,平均定向精度达到6°以内,并能够对沿模拟肠道运动的内置永磁体的电子胶囊进行轨迹跟踪。     

三分量磁通门传感器轴定向问题研究

利用三分量磁通门传感器进行磁场测量时需知传感器的三个方向轴,而在传感器的安装工程中其三轴方向难于固定,这给磁场测量带来了不便。针对上述问题,从三分量磁通门传感器测量原理出发推导了传感器三轴定向计算公式和有背景干扰磁场时的轴定向误差计算公式;设计了三分量磁通门传感器三轴定向的仿真实验和物理实验,以实验数据为基础分析了背景磁场干扰源对磁通门传感器三轴定向的影响。研究表明:在高精度磁场测量中必须严格控制背景干扰磁场大小来减小传感器轴定向误差,所得结论对磁场测量有一定的实际指导意义。     

无线地下磁感应通信系统研究与实现

无线磁感应通信通过准静态磁场耦合的方式实现数据传输,可以克服传统电磁波无线通信在地下环境中信道不稳定、天线尺寸大等问题,更适用于无线地下传感器网络.针对无线地下传感网络的应用需求,本文建立了基于收发线圈的磁感应耦合式无线通信模型,分析了发射磁场的分布特点,设计了无线地下磁感应通信系统,搭建了实验测试平台.实验结果表明,该系统在地下环境中可以实现短距离的无线数据传输,通过增大收发线圈的半径和增加匝数可以延长通信距离,改善系统通信性能,为无线地下传感网络的应用提供参考.