Документация
Нашли ошибку? Сообщите нам ...Комментировать: Honeywell: Компоненты для магнитометрии и навигацииРаспечатать: Honeywell: Компоненты для магнитометрии и навигации

Honeywell: Компоненты для магнитометрии и навигации


"Документация" - техническая информация по применению электронных компонентов, особенностях построения различных радиотехнических и электронных схем, а также документация по особенностям работы с инженерным программным обеспечением и нормативные документы (ГОСТ).


Оглавление

В современных системах навигации и позиционирования для определения курса на Север используются, как правило, fluxgate-магнитометры и магни-торезистивные магнитометры. Производственная линейка компасов и магнитометров Honeywell включает множество моделей с различными электрическими и эксплуатационными характеристиками. Остановимся на них подробнее.

История изобретения магнитного компаса уходит далеко вглубь веков. Еще две тысячи лет назад древние китайцы использовали свойства магнитной руды для определения направления передвижения в горизонтальной плоскости, а средиземноморские мореплаватели уже в XII столетии применяли магнитный компас для навигации. Сегодня же эта сбалансированная магнитная стрелка является лишь самой простейшей вариацией древнего изобретения, а современный магнитный компас - это уже сложное электронное устройство, не имеющее подвижных частей и основанное на совокупности высокочувствительных датчиков магнитного поля и МЭМС-акселерометров, находящихся под управлением микропроцессорной системы.

Принцип действия любого магнитного компаса основан на взаимодействии с горизонтальными составляющими магнитного поля Земли, величина которых 0,5...0,6 Гс. Поле Земли имеет компоненты, параллельные земной поверхности и в любой точке ориентированные к направлению Северного магнитного полюса. Ключевыми словами здесь являются "Северный магнитный полюс" и "параллельность земной поверхности".

Рис. 1. Структура магнитного поля Земли и географический Север

Магнитное поле Земли может быть аппроксимировано дипольной моделью, изображенной на рис. 1. Из него видно, что линии магнитного поля ориентированы практически вертикально в центрах северного и южного полушарий, и практически горизонтальны на экваторе. Причем во всех случаях они указывают на Северный магнитный полюс. И именно компоненты поля, что параллельны земной поверхности, используются в навигации для определения курса (азимута).

Угол наклона магнитного поля к поверхности Земли называется углом магнитного склонения, это угол 0 показан на рис. 2. В Северном магнитном полюсе этот угол достигает 70° и не влияет на измерение, поскольку для определения азимута необходимы лишь две составляющие поля X и Y. Вертикальная составляющая поля при анализе игнорируется.

Рис. 2. Составляющие магнитного поля Земли и угол склонения

Северный магнитный полюс в действительности не совпадает с истинным, географическим Севером на 1 1,5°. Истинный (географический) Север - это ось вращения Земли, то, что мы видим на картах в виде меридианов. В различных точках планеты эта разница, называемая деклинацией, может достигать ±25° (рис. 3). Деклинация зависит от географического расположения и определяется из специальных таблиц.

Рис. 3. Деклинация в различных точках Земли

Из вышесказанного видно, что ключом к точному определению компасного курса на Север (азимута) является выполнение двух итераций:

  • измерение горизонтальных состав ляющих магнитного поля Земли Н и Н (при этом нужно учитывать крен объекта);
  • добавление или вычитание деклина ции для коррекции курса на истин ный географический Север.

На практике в современных системах навигации и позиционирования для определения курса на Север используется, как правило, fluxgate-магнитометры и магниторезистивные магнитометры. Основой fluxgate-магнитометра является набор катушек, расположенных вокруг сердечника и возбуждаемых циклически. Магнитометр характеризуется, с одной стороны, низкой стоимостью и высокой чувствительностью и способен измерять магнитные поля с разрешением 1 мГс (поле Земли - 600 мГс). С другой - fluxgate-магнитометрам присущи сравнительно большие массо-габаритные параметры, хрупкость и низкое время отклика, достигающее в некоторых моделях 2-3 с на цикл измерения. Такая задержка совершенно неприемлема, например, в навигационных системах, скоростных транспортных средствах и беспилотных летательных аппаратах.

Магниторезистивные магнитометры, на производстве которых сфокусировалась фирма Honeywell, строятся на основе тонкопленочных пермаллоевых магниторезистивных сенсоров, устройство и принцип действия которых были описаны в статье А. Маргелова "Магниторезистивные датчики положения компании Honeywell" (CHIP News. № 3. 2005. с. 60).

Эти компасы имеют ряд преимуществ в сравнении с fluxgate-магнитометрами. Во-первых, это очень компактный дизайн, низкое потребление энергии и стрессо-устойчивость. Во-вторых, высокая чувствительность, достигающая величины ниже 0,1 мГс. И, наконец, высокое быстродействие, позволяющее производить до 1000 измерений в секунду, будучи смонтированным на движущемся транспортном средстве.

Производственная линейка компасов и магнитометров производства Honeywell включает множество моделей с различными электрическими и эксплуатационными характеристиками. Рассмотрим в порядке увеличения степени интеграции несколько интересных приборов.

КОМПАСНЫЙ НАБОР НМС1055

Этот набор (рис. 4) включает одно-осевой магниторезистивный датчик HMC1051Z, двухосевой магниторезистивный датчик НМС1052 и двухосевой акселерометр MXS3334UL Набор предназначен для OEM-производителей, занятых разработкой и производством электронных компасов. Наличие акселерометра дает возможность ввести в систему компенсацию крена объекта, на котором будет расположен прибор. В документации на набор даны электрические и эксплуатационные характеристики всех входящих в него компонентов, вариант готового схемотехнического решения и рекомендации по стыковке устройства с другими платформами.

HMC1055

Рис. 4. Компасный набор HMC1055

АНАЛОГОВЫЙ ИНТЕГРАЛЬНЫЙ КОМПАС НМС6052

НМС6052 - ядро для построения компасных систем и градиентометров. Изделие (рис. 5) интегрирует на кристалле двухосевой магниторезистивный датчик НМС1052 и схему усиления и нормализации выходного сигнала. Датчик выполнен в сверхминиатюрном 14-выводном корпусе LCC размером 3,5 х 3,5 мм. Два канала усиления сигнала с функцией переключения позволяют разработчику компасных систем иметь компактное и простое в использовании решение, требующее только два внешних конденсатора. В технической документации приведено схемотехническое решение для сопряжения датчика с ми кроконтроллером.

HMC6052

Рис. 5. Аналоговый интегральный компас HMC6052

Основные технические характеристики:

  • рабочий диапазон: ±2,0 Гс;
  • чувствительность: 0,5 В/Гс;
  • минимальное измеряемое поле: 80 мкГс;
  • напряжение питания: 2,5...3,6 В;
  • максимальный ток потребления: 9,0 мА;
  • полоса частот: О...1,О кГц;
  • диапазон рабочих температур: -45… + 120 С.

ЦИФРОВОЙ ИНТЕГРАЛЬНЫЙ КОМПАС НМС6052

НМС6352 - это законченная компасная ИМС (рис. 6), включающая двухосевой магниторезистивный датчик со всеми необходимыми аналоговыми и цифровыми схемами обработки сигнала. Объединение чувствительного элемента и схемы обработки сигнала в миниатюрном корпусе LCC размером 6,5 х 6,5 х 1,5 мм, позволяет разработчикам быстро проектировать конкурентоспособные приборы для потребительской электроники, автомобильной навигации и устройств позиционирования антенн.

НМС6052

Рис. 6. Цифровой интегральный компас НМС6052

Основные технические характеристики:

  • рабочий диапазон: 0,10...0,75 Гс;
  • точность: 2,5°;
  • разрешающая способность: 0,5°;
  • повторяемость: 1,0°;
  • напряжение питания: 2,7...5,2 В;
  • типовой ток потребления: 2,0 мА;
  • ток потребления в спящем режиме: 1 мкА;
  • интерфейс: PC;
  • диапазон рабочих температур: -20…+70 С.

ЦИФРОВАЯ КОМПАСНАЯ ПЛАТА HMR3100

HMR3100 - недорогой двухосевой компасный датчик (рис. 7), измеряющий значение азимута, и передающий данные в бинарном и ASCII форматах по последовательному каналу USART со скоростями 2400, 4800, 9600 , 19200 бод. Данное изделие характеризуется компактностью (19 х 19 х 4,5 мм), надежностью и простотой интеграции в систему. Точность измерения азимута составляет 5° при разрешении 0,5°. Для устранения влияния паразитных полей и ферромагнитных объектов устройство имеет специальный алгоритм калибровки. HMR3100 предназначен для автомобильных компасов, навигационных систем, позиционирования антенн и портативной электроники.

HMR3100

Рис. 7. Цифровая компасная плата HMR3100

ЦИФРОВОЙ КОМПАСНЫЙ МОДУЛЬ HMR3000 С КОМПЕНСАЦИЕЙ БОКОВОГО И ПОПЕРЕЧНОГО КРЕНА

HMR3000 - законченный электронный компасный модуль (рис. 8), предназначенный для измерения как азимута, так и бокового и поперечного кренов объекта. Компас обеспечивает высокую производительность (до 20 выборок за секунду) при точности курса 0,5° и разрешении 0,1°. Диапазон измерения бокового и поперечного крена составляет ±40°. Датчик имеет встроенную схему калибровки для компенсации искажений характеристики, вызванных окружающими ферромагнитными предметами. Информация передается по интерфейсам RS-232/485 в ASCII формате. Удобный набор команд позволяет пользователю конфигурировать скорость передачи данных, выходной формат, единицы измерения, углы девиации, сигналы тревоги и предупреждения с сохранением всех изменений в энергонезависимой EEPROM. HMR3000 предназначен для корабельных навигационных систем, определения положения бакенов и подводных сооружений, бурового оборудования, определения курса в беспилотных ЛА, навигационных счислителей и позиционирования спутниковых антенн.

HMR3000

Рис. 8. Цифровой компасный модуль HMR3000 c компенсацией бокового и поперечного крена

ЦИФРОВОЙ КОМПАСНЫЙ МОДУЛЬ HMR3600 С КОМПЕНСАЦИЕЙ КРЕНА И ГИРОСТАБИЛИЗАЦИЕЙ

HMR3600 - миниатюрный цифровой гиростабилизированный прецизионный компас (рис. 9), предназначенный для определения азимута и допускающий произвольную ориентацию в пространстве. Привязанный к Z-оси МЭМС-гироскоп обеспечивает дополнительную инерциальную стабилизацию от паразитных магнитных возмущений. Основа компаса - три магнитометра и три МЭМС-акселерометра. В процессе работы данные со всех шести датчиков комбинируются, и в результате на выходе устройства формируются три величины: азимут,продольный и поперечный крен объекта. Данные передаются по интерфейсу RS-232 со скоростью до 38400 бод. Точность определения азимута составляет 0,5° при разрешении 0,1°. Диапазон измерения крена составляет ±80°. HMR3600 применяется в сухопутной и морской навигации, лазерных дальномерах, транспортных роботах и блоках управления видеокамерами.

HMR3600

Рис. 9. Цифровой компасный модуль HMR3600 c компенсацией крена и гиростабилизацией

УНИВЕРСАЛЬНЫЙ МАГНИТОМЕТР HMR2300

HMR2300 - высокочувствительный интеллектуальный цифровой трехо-севой датчик магнитного поля (рис. 10), предназначенный для измерения величины и направления магнитного поля. Основа датчика - три магниторезистивных сенсора, ориентированных ортогонально, чтобы измерять три компоненты (X, Y, Z) вектора магнитной индукции. Выход датчиков конвертируется в 16-битные значения при помощи встроенного АЦП, запоминается в EEPROM и передается по интерфейсу RS-232/485 со скоростью 9600 или 19200 бод. Магнитометр HMR2300 имеет широкую область применения. Это опорные системы ориентации, навигационные системы и электронные компасы, детекторы транспортных потоков, детекторы аномалий, лабораторное оборудование и системы безопасности.

HMR2300

Рис. 10. Универсальный магнитометр HMR2300

В рамках данной статьи мы ограничились кратким представлением наиболее интересных магнитометров производства Honeywell. Более подробную информацию о датчиках компании Honeywell можно найти по адресу: http://www.ssec.honeywell.com/ magnetic или запросить у официального дистрибьютора компании КОМПЭЛ (www.compel.ru)

Автор: Александр Маргелов


Дата публикации: 12.02.2007

Оглавление

Мнения читателей
  • Алексей / 20.09.2011 - 13:39
    Вообще-то есть мнемоническое правило - "Птицы летят на юг", и силовые линии идут от северного МАГНИТНОГО полюся к южномуу. Советую открыть школьный учебник по физике, там есть картинки. Рисунок в статье - ПРАВИЛЬНЫЙ!!, а аффторы Илза и прочие просто безграмотны. На рисунке - просто очепятка - вместо "магнитный СЕВЕР" надо написать "магнитный ЮГ", и всего делов. Интересно, чему может научить человек, не способный разобраться в школьной физике?
  • Юрий / 09.06.2011 - 21:46
    Кто может изготовить по моему заказу электронный компас ?
  • Юрий / 09.06.2011 - 21:44
    Где можно заказать и купить электронные компасы ?
  • Юрий / 09.06.2011 - 21:43
    Где можно заказать и купить электронные компасы ?
  • Joker / 16.04.2010 - 17:17
    Илзе Филиппова Абсолютно согласен, картинка Земли изображена совсем безграмотно(!)
  • A / 04.06.2009 - 05:26
    Добрый день! Компания Innalabs, разработчик гироскопов, акселерометров, магнитометров, а также систем навигации и ориентации на их основе предлагает Вам нашу разработку Цифровой магнитный компас MC-D для реализации в России. MC-D обладает более лучшими точностными характеристиками чем Honeywell HMR3000 и стоит дешевле. Пожалуйста сообщите заинтересовали ли Вас наше предложение, я Вам вышлю техническую документацию. С Уважением, Вице Президент по Маркетингу и Продажам Innalabs Holding Inc E-mail: anton.barabashov@innalabs.com http://www.innalabs.com
  • Alex / 06.05.2009 - 05:01
    Илзе Филиппова / 18.11.2008 20:31 пишет: >Кроме того, на этом рисунке безграмотно изображены магнитные линии. Совершенно согласен. Рисунок неудачный, до сих пор еще висит. >Линии Выходят из северного полюса магнита и входят в южный. Найдите >правильную картинку. Не вводите моих учеников в заблуждение!!!! Вообще-то принято, что магнитные силовые линии выходят из ЮЖНОГО полюса и входят в СЕВЕРНЫЙ. Не вводите своих учеников в заблуждение!!!!
  • Илзе Филиппова / 11.02.2009 - 17:31
    Да, в точности положение географического и магнитных полюсов не совпадают, кроме того - магнитные полюса "путешествуют" по планете. Жалко, что человеческой жизни не хватит, чтобы проследить за дальнейшим изменением магнитного поля Земли.
  • Андрей. А . Крутских. / 03.02.2009 - 13:05
    "это и приводит к тому, что на север географический смотрит северный кончик магнитной стрелки." Здесь же не соглашусь - не путайте термин географический полюс Земли и магнитный он отличается на 11,5 градусов. Направление на географический меридиан Вам укажет гирокомпас.
  • Андрей. А . Крутских. / 03.02.2009 - 12:55
    На простом примере классической электродинамики, можно представить нашу Землю в сравнении с магнитным полем соленоида, и провести наглядный эксперемент. Будет видно как магнитное поле направлено вниз в северном полушарии(угол падения 70*), вверх в южном и параллельно на экваторе.На небольшом удалении от поверхности Земли, порядка трёх её радиусов, магнитные силовые линии имеют диполеподобное расположение. Эта область называется плазмосферой Земли.По мере удаления от поверхности Земли усиливается воздействие солнечного ветра: со стороны Солнца геомагнитное поле сжимается, а с противоположной, ночной стороны, оно вытягивается в длинный хвост. Хотел бы здесь выразить свою благодарность Илзе Филиппове за справедливое замечание.
  • Илзе Филиппова / 18.11.2008 - 18:31
    Поменяйте, пожалуйста, картинку, изображающую магнитное поле Земли. Рядом с географическим северным полюсом находится магнитный южный полюс, это и приводит к тому, что на север географический смотрит северный кончик магнитной стрелки. Кроме того, на этом рисунке безграмотно изображены магнитные линии. Линии Выходят из северного полюса магнита и входят в южный. Найдите правильную картинку. Не вводите моих учеников в заблуждение!!!!

Вы можете оставить свой комментарий, мнение или вопрос по приведенному вышематериалу:








 



RadioRadar.net - datasheet, service manuals, схемы, электроника, компоненты, semiconductor,САПР, CAD, electronics