基于隧道磁阻傳感器的電子羅盤(pán)設(shè)計(jì).pdf

1、電子羅盤(pán)是一種利用地磁場(chǎng)實(shí)現(xiàn)方位角測(cè)量的定向?qū)Ш絻x器。電子羅盤(pán)具有體積小，操作靈活，精度高，功耗低等優(yōu)點(diǎn)，在航空航天，航海測(cè)繪，組合導(dǎo)航，飛行器控制等諸多領(lǐng)域都有著廣泛應(yīng)用，且對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和軍事發(fā)展都有著重要影響，近年來(lái)一直是國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。
　　目前電子羅盤(pán)中的地磁檢測(cè)常用HALL、AMR、GMR效應(yīng)的傳感器或磁通門(mén)技術(shù)，而此類(lèi)檢測(cè)方式存在靈敏度偏低，線性度較差，后置電路復(fù)雜，體積大等缺點(diǎn)。作為第四代磁阻傳感器，TMR傳感器具有

2、靈敏度高，線性度好，動(dòng)態(tài)范圍寬等特點(diǎn)，一定程度上彌補(bǔ)了以上效應(yīng)的不足。本設(shè)計(jì)正是以此為背景開(kāi)展TMR在電子羅盤(pán)中的應(yīng)用研究。
　　論文首先論述了常見(jiàn)磁阻式電子羅盤(pán)的測(cè)量原理，在此基礎(chǔ)上，對(duì)本研究所使用的TMR傳感器進(jìn)行了效應(yīng)介紹及優(yōu)勢(shì)分析。然后，針對(duì)電子羅盤(pán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的軟、硬件設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)處理與算法補(bǔ)償及系統(tǒng)標(biāo)校等內(nèi)容展開(kāi)論述。
　　硬件設(shè)計(jì)方面，根據(jù)系統(tǒng)的目標(biāo)性能及指標(biāo)參數(shù)，重點(diǎn)對(duì)羅盤(pán)系統(tǒng)所使用的傳感器及調(diào)理電路、系統(tǒng)控制及

3、數(shù)據(jù)傳輸?shù)入娐穯卧M(jìn)行了器件選型和電路設(shè)計(jì)；軟件方面，根據(jù)系統(tǒng)功能分別對(duì)ADC的數(shù)據(jù)采集控制，數(shù)據(jù)的誤差處理與補(bǔ)償，方位角的解算，數(shù)據(jù)的傳輸?shù)葍?nèi)容進(jìn)行了軟件設(shè)計(jì)；最終完成了系統(tǒng)樣機(jī)制作。
　　數(shù)據(jù)處理與算法補(bǔ)償方面，首先，對(duì)羅盤(pán)系統(tǒng)進(jìn)行了標(biāo)校實(shí)驗(yàn)，獲取了補(bǔ)償參數(shù)。然后，分析了羅盤(pán)系統(tǒng)中的常見(jiàn)誤差來(lái)源，針對(duì)主要的制造、安裝、羅差等誤差源，在對(duì)比多種常用補(bǔ)償方法的基礎(chǔ)上，選擇并采用橢球、橢圓擬合及最小二乘法算法進(jìn)行數(shù)據(jù)修正和誤差補(bǔ)償。

4、
　　實(shí)驗(yàn)方面，對(duì)AMR、GMR、TMR三種磁阻效應(yīng)的傳感器性能測(cè)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：TMR傳感器的線性度良好，達(dá)到0.64％，測(cè)試靈敏度7.59mV/V/Gs，明顯高出AMR的測(cè)試靈敏度0.43 mV/V/Gs及GMR測(cè)試靈敏度2.83 mV/V/Gs幾倍甚至一個(gè)數(shù)量級(jí)。進(jìn)行方位角測(cè)試實(shí)驗(yàn)，測(cè)試結(jié)果經(jīng)橢球擬合，獲得傳感器和加速度計(jì)的校正參數(shù)；橢圓擬合獲得磁場(chǎng)干擾等的誤差參數(shù)，方位角可達(dá)0.69°；最小二乘法方位角誤差小于0.435