Обзор электронного компаса

Основные положения

ПродуктЭлектронный компас (C9000-B и другие варианты)
Функции:
• Использует трехмерные магниторезистивные датчики для измерения геомагнитного поля.
• Встроенный акселерометр обеспечивает статическую устойчивость и компенсацию наклона.
• Использует алгоритм фильтрации Калмана для снижения шума и оптимальной оценки состояния.
• Обеспечивает цифровой выходной сигнал для прямой интеграции с системами управления.
Преимущества:
• Высокая точность и стабильность, подходит для динамичных условий эксплуатации.
• Низкое энергопотребление, компактные размеры и малый вес
• Защита от вибрации и тряски, идеально подходит для авиации, робототехники, беспилотных автомобилей и навигационных систем.
• Способен компенсировать жесткие и мягкие магнитные помехи
• Может быть интегрирован в контуры управления для таких приложений, как автономная навигация или техническое обслуживание оборудования.

Электронные компасы, также называемые цифровыми компасами, — это метод определения Северного полюса с помощью магнитного поля Земли, широко используемый в качестве навигационных приборов или датчиков ориентации. В древности их называли компасами, а современные передовые технологии обработки магниторезистивных датчиков значительно способствовали цифровизации компасов. В настоящее время электронные компасы, как правило, изготавливаются из микросхем, таких как магниторезистивные датчики или магнитометры. Они могут использоваться в горизонтальном и вертикальном измерении глубины, подводных исследованиях, навигации летательных аппаратов, научных исследованиях, образовании и обучении, позиционировании зданий, техническом обслуживании оборудования, навигационных системах и других областях.

По сравнению с традиционными компасами стрелочного типа и балансирной рамой, цифровой компас отличается низким энергопотреблением, малыми размерами, легким весом, высокой точностью и миниатюризацией. Его выходной сигнал может быть обработан и отображен в цифровом виде. Он может использоваться не только для указания направления, но и передавать цифровой сигнал непосредственно на автоматический руль для управления движением судна. В настоящее время широко используются трехкоординатные магниторезисторные цифровые компасы. Этот тип компаса обладает преимуществами виброустойчивости, высокой точности определения курса, электронной компенсацией помех и может быть интегрирован в контур управления для передачи данных, поэтому он широко используется в авиации, космонавтике, робототехнике, навигации, автономной навигации транспортных средств и других областях.

1. Устройство электронного компаса

Трехмерный электронный компас C9000-B состоит из трехмерного магниторезистивного датчика, датчика наклона и микроконтроллера. Трехмерный магниторезистивный датчик используется для измерения магнитного поля Земли, а датчик наклона — для компенсации горизонтального положения магнитометра. Микроконтроллер обрабатывает сигналы от магнитометров и датчиков наклона, а также выводит данные и выполняет компенсацию жесткости и ослабления магнитного поля. Магнитометр основан на трех вертикальных магниторезистивных датчиках, каждый из которых определяет силу геомагнитного поля в соответствующем направлении.

Датчик, расположенный в направлении вперед (направление x), определяет векторное значение геомагнитного поля в направлении x, а датчик, расположенный в направлении вправо (направление Y), определяет векторное значение геомагнитного поля в направлении Y. Датчики, расположенные в направлении вниз (направление Z), определяют векторное значение магнитного поля Земли в направлении Z.

Чувствительность датчиков в каждом направлении была отрегулирована до оптимального значения на основе компонентного вектора геомагнитного поля в этом направлении и имеет очень низкую поперечную чувствительность. Аналоговый выходной сигнал, генерируемый датчиком, усиливается и передается на микроконтроллер для обработки.

2. Далее представлены аппаратная часть и принципы работы.

1) Магнитометр: Поскольку геомагнитное поле является вектором, в определенной точке этот вектор может быть разложен на две компоненты, параллельные локальному уровню, и одну компоненту, перпендикулярную локальному уровню. Таким образом, если модуль компаса расположен параллельно локальному уровню, три оси магнитометра будут соответствовать этим трем компонентам. В настоящее время модуль расположен параллельно горизонтальной плоскости с помощью угловой компенсации, а затем угол курса рассчитывается на основе компенсированных данных.

2) Акселерометр: Ускорение можно рассчитать на основе данных по трем осям, что обеспечивает преимущество в статической устойчивости.

3) Фильтрация Калмана — это алгоритм, который оптимально оценивает состояние системы, используя линейное уравнение состояния системы и наблюдая за входными и выходными данными системы. Поскольку наблюдаемые данные включают в себя влияние шума и помех в системе, оптимальную оценку также можно рассматривать как процесс фильтрации.

В радиолокации, например, задача состоит в отслеживании цели, но измерения положения, скорости и ускорения цели часто постоянно сопровождаются шумом. Фильтр Калмана использует динамическую информацию о цели, пытается устранить влияние шума и получает хорошую оценку положения цели. Эта оценка может быть оценкой текущего местоположения цели (фильтрация), оценкой будущего местоположения (прогнозирование) или оценкой прошлого местоположения (интерполяция или сглаживание).

Краткое содержание

Помимо трехосевых электронных компасов, компания Micro-Magic предлагает широкий ассортимент электронных компасов, таких как недорогие двухосевые электронные компасы C9000-B, высокоточные двухосевые электронные компасы C9000-D и другие. Все они прошли строгие испытания и способны предоставлять точные данные о курсе даже в самых суровых условиях. Если вам необходим цифровой компас, свяжитесь с нами.