CN100405084C - 混合型磁道钉定位导航磁传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及混合型磁道钉定位导航磁传感器，它包括两个的磁检测装置和电路部分；两磁检测装置分别为线圈磁检测装置和霍尔元件磁检测装置；电路部分包括磁阻线圈输出放大电路(3)和霍尔元件输出放大电路(6)。线圈磁检测装置由磁阻线圈(1)、铁芯(5)组成，磁阻线圈(1)两端与磁阻线圈输出放大电路(3)的输入端连接；霍尔片元件磁检测装置的输出端与霍尔元件输出放大电路(6)的输入端连接。放大电路的输出端通过A/D转换与车辆自动驾驶系统的工控机连接。本发明磁传感器具有两个磁检测装置，其中一个为线圈磁检测装置，与现有的具有两个霍尔元件磁检测装置的磁传感器相比，成本大大降低。

Description

混合型磁道钉定位导航磁传感器

技术领域

本发明涉及车辆自动驾驶智能运输系统，具体涉及智能运输系统中磁道钉定位导航系统，特别是用于检测磁道钉磁场强度的磁传感器。

背景技术

磁诱导控制方式的车辆自动驾驶智能运输系统是研究比较成熟的车辆自动驾驶智能运输系统，磁诱导控制方式中又以磁道钉导航方式比较常见。磁道钉导航方式的车辆自动驾驶智能运输系统主要包括：预先埋设在道路上的磁道钉、车辆自动驾驶系统；车辆自动驾驶系统包括设置在车辆上的工控机、设置在车辆上的磁传感器；磁传感器的输出端与工控机连接，工控机控制车辆运行。该系统的工作原理为：在道路上预先埋设磁道钉，车辆上的磁传感器来感知磁道钉周围的磁场强度并将获得的信号输入工控机；工控机根据其测量的结果与其相对应的位置比较后得出车辆横向或纵向偏移控制量控制车辆的行驶，从而实现车辆的自动驾驶。

磁道钉定位导航磁传感器作为信号检测装置，是整个车辆自动驾驶系统中信号接收的主要组成部分，因此它的设计与开发重要性不言而喻。目前，国内外在车辆自动驾驶智能运输系统中使用的磁道钉定位导航磁传感器，均采用专用的霍尔元件检测装置，如日本某研发机构起初采用霍尼韦尔HMC1033的三轴磁传感器，以及后来研发的三轴的磁传感器等。这些采用霍尔元件的磁传感器，成本过高，一个磁传感器的价格在千元以上，不利于车辆自动驾驶技术的推广和发展。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种混合型磁道钉定位导航磁传感器，该磁传感器精度较高、价格低廉。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：

混合型磁道钉定位导航磁传感器，它包括两个磁检测装置和电路部分；两磁检测装置分别为线圈磁检测装置和霍尔片元件磁检测装置；电路部分包括磁阻线圈输出放大电路和霍尔元件输出放大电路；

线圈磁检测装置由磁阻线圈、铁芯组成，磁阻线圈套在铁芯上；磁阻线圈两端与磁阻线圈输出放大电路的输入端连接；磁阻线圈输出放大电路的输出端通过A/D转换与车辆自动驾驶系统的工控机连接；

霍尔片元件磁检测装置的输出端与霍尔元件输出放大电路的输入端连接；霍尔元件输出放大电路的输出端通过A/D转换与车辆自动驾驶系统的工控机连接。

上述方案中，霍尔片元件磁检测装置包括长方形霍尔片、霍尔片元件电源输入端、霍尔片元件磁检测装置的输出端；霍尔片元件电源输入端与霍尔片长度方向两端连接；霍尔片元件磁检测装置的输出端与霍尔片宽度方向两端连接；

铁芯的轴线与垂直于霍尔片的垂线相互垂直。

上述方案中，它还包括安装板，电路部分、磁检测装置设置在安装板上。

上述方案中，磁阻线圈输出放大电路为具有滤波功能的放大电路。

上述方案中，磁阻线圈的匝数为：5000-7000。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、它具有两个磁检测装置，其中一个为线圈磁检测装置，与现有的具有两个霍尔元件磁检测装置的磁传感器相比，成本大大降低。

线圈磁检测装置的基本工作原理是：根据法拉利电磁感应定律，线圈实时检测磁道钉的的磁场信号，经由放大电路输出后，信号直接进入车辆自动驾驶系统的工控机的A/D数据采集卡，根据精度要求进行模数转换处理后，提供给工控机，工控机根据所测得数据来控制车辆的运行。

2、铁芯的轴线与垂直于霍尔片的垂线相互垂直，通过两个磁检测装置实时检测磁道钉的X与Y方向的二维磁场信号，分别提供给工控机，工控机根据所测得数据来控制车辆的运行。

3、电路部分、磁检测装置设置在安装板上，将电路部分、磁检测装置集成为一体，体积小、结构简单，系统中元器件之间的相互干扰小。

4、具有霍尔元件输出放大电路和线圈磁检测装置输出放大电路，可方便地调整信号放大倍数，操作简单。

5、磁阻线圈输出放大电路为具有滤波功能的放大电路，可有效降低输出信号的噪声，提高输出信号的精确性。

6、出于磁传感器输出精度和体积的考虑，磁阻线圈的匝数为5000-7000最佳。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图

图2为本发明实施例的磁阻线圈输出放大电路电路图

图3为本发明实施例的具有温度补偿的霍尔元件输出放大电路电路图

具体实施方式

如图1所示的本发明实施例，它为磁道钉定位导航X、Y轴二维磁传感器，它包括两个磁检测装置、电路部分、安装板4；电路部分、磁检测装置设置在安装板4上。两磁检测装置分别为线圈磁检测装置和霍尔片元件磁检测装置；电路部分包括磁阻线圈输出放大电路3、霍尔元件输出放大电路6。

线圈磁检测装置由磁阻线圈1、铁芯5组成，磁阻线圈1套在铁芯5上。磁阻线圈1两端与磁阻线圈输出放大电路3的输入端连接，磁阻线圈输出放大电路3的输出端通过A/D转换与车辆自动驾驶系统的工控机连接。

霍尔片元件磁检测装置的输出端与霍尔元件输出放大电路6的输入端连接；霍尔元件输出放大电路6的输出端通过A/D转换与车辆自动驾驶系统的工控机连接。霍尔片元件磁检测装置包括长方形霍尔片2，铁芯5的轴线与垂直于霍尔片2的垂线7相互垂直。

如图2所示，本发明实施例的电路部分的磁阻线圈输出放大电路3为具有滤波功能的放大电路，采用RC低通和带通滤波方式，其放大倍数为k＝1+R8/R7，放大倍数范围是0.5-10倍。磁阻线圈1两端与放大电路3的输入端连接；放大电路3的输出端Vxout+、Vxout-通过A/D转换与车辆自动驾驶系统的工控机连接；Vcc、Vdd为电源输入。该电路具有结构简单，功能实现方便且价格低廉的优点。

如图3所示，霍尔片元件磁检测装置包括长方形霍尔片2、霍尔片元件电源输入端、霍尔片元件磁检测装置的输出端；霍尔片元件电源输入端与霍尔片2长度方向两端连接，图中的箭头方向为电源输入端电流加载的方向。霍尔片元件磁检测装置的输出端与霍尔片2宽度方向两端连接。

由于霍尔传感器的灵敏度一般都会受到温度的影响，因此温度补偿电路的设计是十分必要的，如图3所示，霍尔片元件磁检测装置采用恒流源并联分流电阻Rt的补偿方式，其原理就是利用不同的正、负温度系数可以相互抵消的原理来进行补偿的。霍尔元件输出放大电路6的输出端Vyout+、Vyout-通过A/D转换与车辆自动驾驶系统的工控机连接。

本发明实施例的磁阻线圈1选用铜线的线径0.04mm-0.08mm，绕线匝数为5000-7000匝；铁芯5为圆柱形(r＝0.8-1.2cm，h＝2.6-3.0cm)，采用电工纯铁铁芯。

本发明实施例使用安装时，安装板4可以固定在试验设备或车辆的前后保险杠上，垂直于霍尔片2的垂线7指向地面(即霍尔片2面朝地面)，铁芯5的轴线水平。接入12V电源，当车辆在埋有磁道钉的路面上行驶时，由两磁检测装置检测到磁信号，分别经电路部分放大后输出。

Claims (5)

1.混合型磁道钉定位导航磁传感器，它包括两个磁检测装置和电路部分；其特征在于：两磁检测装置分别为线圈磁检测装置和霍尔片元件磁检测装置；电路部分包括磁阻线圈输出放大电路(3)和霍尔元件输出放大电路(6)；

线圈磁检测装置由磁阻线圈(1)、铁芯(5)组成，磁阻线圈(1)套在铁芯(5)上；磁阻线圈(1)两端与磁阻线圈输出放大电路(3)的输入端连接；磁阻线圈输出放大电路(3)的输出端通过A/D转换与车辆自动驾驶系统的工控机连接；

霍尔片元件磁检测装置的输出端与霍尔元件输出放大电路(6)的输入端连接；霍尔元件输出放大电路(6)的输出端通过A/D转换与车辆自动驾驶系统的工控机连接。

2.如权利要求1所述的磁传感器，其特征在于：霍尔片元件磁检测装置包括长方形霍尔片(2)、霍尔片元件电源输入端、霍尔片元件磁检测装置的输出端；霍尔片元件电源输入端与霍尔片(2)长度方向两端连接；霍尔片元件磁检测装置的输出端与霍尔片(2)宽度方向两端连接；

铁芯(5)的轴线与垂直于霍尔片(2)的垂线(7)相互垂直。

3.如权利要求1所述的磁传感器，其特征在于：它还包括安装板(4)，电路部分、磁检测装置设置在安装板(4)上。

4.如权利要求1所述的磁传感器，其特征在于：磁阻线圈输出放大电路(3)为具有滤波功能的放大电路。

5.如权利要求1所述的磁传感器，其特征在于：磁阻线圈(1)的匝数为：5000-7000。

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