CN101718555B - 一种高精度数字磁罗经装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高精度数字磁罗经装置，包括电源箱、工控机，其特点是：还设置有数字方位仪和数字磁罗经，所述工控机、数字方位仪、数字磁罗经分别与电源箱连接，数字方位仪中的望远镜与方位仪传感器同轴连接，方位仪传感器与数字信号处理板线缆连接，数字信号处理板将数字信号传输到通信模块中，通信模块转换信号后输入电源箱；所述的数字磁罗经中的磁传感器设置安装在消磁器中心轴上端，消磁校正装置设置安装在消磁器中心轴下端，消磁器中心轴在消磁校正装置中可转动，磁传感器与通信模块连接，通信模块转换信号后输入电源箱，电源箱将其接收到的信号经转换后传输到工控机。本发明可自动换算、控制，操作简便，安全可靠，性价比高。

Description

一种高精度数字磁罗经装置

技术领域

本发明涉及一种现代电子导航系统，适用于船只导航。

背景技术

在茫茫的大海上用于航海指向，近百年来都是使用磁罗经，在现代科技发展的今天，传统的磁罗经已经不再适用。

传统的磁罗经在使用时，必须经过误差修正，进行频繁的向位换算，得出真向位数据后，才能用于海图作业。而在海图上量取的真向位，又必须换算成磁罗经向位，才能作为操作的依据。加上磁罗经本身存在误差，有些安装了磁罗经的海船，由于操作者向位换算失误，酿成海难事故时有发生。

针对磁罗经的弊端，有些船只就装配了电罗经，但其售价较高，目前零售价格区间为(10～15万元)。主要配件陀螺球的价格为(3-6万元)。陀螺球由于其高速转动，磨损较大，使用寿命短，1.5-3年就必须更换，更换也很麻烦，为船主带来较重的经济负担，而且电罗经还需要配备强电源，无强电源的船只不能使用。

考虑到上述种种因素，开发了具备科技含量较高的高精度数字磁罗经系统。相比传统的磁罗经系统，它具备自动换算，自动控制功能，且具有能与现代化的各种信息设备进行智能衔接，操作简便，安全可靠的功能。同时又克服了电罗经价格昂贵，磨损大，寿命短的弊端。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中的不足而提供一种能处理数字电子信号的计算机自动控制的高精度数字磁罗经装置。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：该高精度数字磁罗经装置，包括电源箱、工控机，其特点在于：还设置有数字方位仪和数字磁罗经，所述通信工控机、数字方位仪、数字磁罗经分别与电源箱连接，数字方位仪包括望远镜、方位仪传感器、数字信号处理板和通信模块，所述望远镜与方位仪传感器同轴连接，方位仪传感器与数字信号处理板线缆连接，数字信号处理板将方位仪传感器采集到的角度模拟信号转变为数字信号并传输到通信模块中，通信模块转换信号后输入电源箱，所述的数字磁罗经包括磁传感器、消磁器中心轴、消磁校正装置和通信模块，磁传感器设置在消磁器中心轴上端，消磁校正装置设置在消磁器中心轴下端，消磁器中心轴在消磁校正装置中可转动，磁传感器与通信模块连接，通信模块放大信号后输入电源箱，电源箱将其接收到的信号传输到工控机，工控机接收到的信号处理后由其显示器输出相关数字信息。数字方位仪的作用是通过望远镜和方位仪传感器同轴联接，可以将旋转的角度信号转换成数字信号。优点是数字信号便于传输和处理，最终在显示器上显示出数据。

数字磁罗经的作用是通过传感器将磁针与船体基线夹角的变化转换成数字信号，通过工控机处理后显示出导航数据。优点是装置体积小，输出信号稳定，便于和其他设备对接。

本发明所述的数字方位仪包括望远镜、方位仪盆盖、方位仪传感器、方位仪圈架、方位仪支撑架、方位仪盆体、方位仪固定盖、管体、通信模块、信号处理板和信号处理板安装盒，管体内底端安装有通信模块，管体内壁上设置有屏蔽铜网层，管体内设置有连接线，管体顶端设置有信号处理板安装盒，信号处理板安装盒内设置有信号处理板，信号处理板安装盒上固定有方位仪固定盖，方位仪固定盖上设置有方位仪支撑架，方位仪支撑架上设置有方位仪盆体，方位仪盆体内设置有方位仪圈架，方位仪传感器设置在方位仪圈架上，方位仪盆体顶部设置有方位仪盆盖，方位仪盆盖上设置有望远镜，望远镜与方位仪传感器同轴连接，方位仪传感器与信号处理板连接，信号处理板通过连接线与通信模块连接。本发明所述的方位仪传感器，其作用是可以将旋转的角度信号转换成数字信号。采用本发明所述方位仪盆盖、方位仪圈架、方位仪支撑架、方位仪盆体、方位仪固定盖来固定方位仪传感器，好处是在船只倾斜、上下颠簸的恶劣航行环境下仍能保持方位仪能在水平位置瞄准测量，从而获得可靠的角度信号。

本发明所述的数字磁罗经包括外层保护罩、隔热填充层、磁传感器、防震保护层、软磁消磁圈架、消磁软磁环、消磁器中心轴、连接线、管体、通信模块、消磁校正装置，该消磁校正装置包括纵消磁磁棒、横消磁磁棒、消磁托盘，管体内底端设置有通信模块，管体内壁上设置有屏蔽铜网层，管体内设置有连接线，管体内顶部设置有消磁托盘，消磁托盘中心设置有消磁器中心轴，消磁器中心轴下端分别设置有纵消磁磁棒和横消磁磁棒，纵消磁磁棒和横消磁磁棒两者夹角为90度，且均垂直于消磁器中心轴。纵消磁磁棒和横消磁磁棒内分别设置有钕铁硼调节柱，消磁器中心轴的上端设置有磁传感器，磁传感器与消磁器中心轴之间设置有防震保护层，磁传感器外设置有隔热填充层，隔热填充层外设置有外层保护罩，所述管体靠近消磁托盘处左右对称设置有软磁消磁圈架，软磁消磁圈架上设置有软磁消磁环，磁传感器通过连接线与通信模块连接。所述的消磁校正装置其作用是消除船体周围的剩余磁场。优点是使传感器周围的磁场影响降低到最小的程度，使传感器传输的信号更准确。磁传感器的作用是将其中的磁针与船体基线夹角的变化转换成数字信号。其优点是体积小，转换效率高，转换后的数字信号便于传输和处理。防震保护层的好处是避免磁传感器受震动影响数字信号输出。隔热填充层的好处是避免磁传感器温度过高而损坏。

本发明还设置有手持仪，所述手持仪与工控机连接。手持仪的功能是保持数字方位仪，数字磁罗经和工控机的通信联系，将采集到的数字信号通过手持仪传输到工控机进行处理。手持仪一般在调试过程中使用，一年中一般使用2-3次，在实际船舶的使用中，由于数字磁罗经安装在船首尾线上(一般在船的上甲板上)，数字方位仪安装在船的左右舷，工控机安装在船的驾驶室内。现有的通信方法是靠喇叭喊话或用对讲机通话，缺点是通信质量差，速度慢，采用手持仪后由于采用数字信号传输，通信速度和通信质量极大的提高。

本发明还设置有智能手机，所述智能手机分别与数字磁罗经、数字方位仪通过蓝牙无线传输。采用智能手机的优点是可用蓝牙无线传输，不受有线电缆的牵制，且能实现多种功能。

本发明由GPS模块构成高精度的定位部分、由数字磁传感器模块构成高精度的定向部分、由数字方位传感器模块构成高精度的罗经物理校正部分。整个系统利用实时载波技术，以及高阶的算法运算，通过软件精确得出载体的真航向、载体三自由度的角度数据、时实经纬数据、载体的速度、罗航向、罗方位、载体舷角、及UTC时间等信息。

本发明克服了电罗经(由陀螺仪构成)：成本高、易损耗、动态性差、操作维护难。和传统磁罗经相比，本发明精度高、响应快、增加了定位功能、对于传统磁罗经易受外界磁场干扰本发明通过消磁校正装置可以消除。特别适合于对定位定向要求高的各类特种船舶，如：科考船、水文调查船、海事搜救艇等。本发明还具有以下优点：

1、填补世界范围内船用数字磁罗经导航设备的空白，而价格只有电罗经的三分之一。

2、产品新颖实用，具有磁罗经的可靠性又具备现代自动化设备的先进性。能实时采集记录真航向、罗方位、罗航向、舷角等航行数据。数据备份记录，便于海难事故后提供可靠查询。

3、测量航向精度达±0.5°(船倾角±60°之内)。

4、在船舶航行过程中能实时纠正各种偏差，得出真航向。

5、具备自动换算、自动控制功能，且具有能与现代化的各种信息设备(如GPS通信设备)和相应的船用设备(如自动舵、雷达、电子海图等)互联。具有与现代化各种信息设备进行智能互通。

6、操作简便、安全可靠、维护方便。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为本发明数字磁罗经结构示意图。

图3为本发明数字方位仪结构示意图。

图4为本发明实施例一电路原理框图。

图5为本发明实施例二电路原理框图。

具体实施方式

参见图1-图3，本发明包括电源箱I、工控机II、数字方位仪III和数字磁罗经IV，所述通工控机II、数字方位仪III、数字磁罗经IV分别与电源箱I连接。

电源箱I内设置有通信模块、电源板和开关电源。通信模块起到信号转换的作用。开关电源将交流220VAC或船用直流24VDC转换成系统所需的电压，经电源板分配到各个回路，向装置中各部分提供电源。

数字方位仪III包括望远镜1、方位仪盆盖2、方位仪传感器3、方位仪圈架4、方位仪支撑架5、方位仪盆体6、方位仪固定盖8、管体13、通信模块14、信号处理板18和信号处理板安装盒17，管体13内底端安装有通信模块14，管体13内壁上设置有屏蔽铜网层11，管体13内设置有通信连接线9，管体13顶端设置有信号处理板安装盒17，信号处理板安装盒17内设置有信号处理板18，信号处理板安装盒17上固定有方位仪固定盖8，方位仪固定盖8上设置有方位仪支撑架5，方位仪支撑架5上通过方位仪盆体固定销19固定有方位仪盆体6，方位仪盆体6内设置有方位仪圈架4，方位仪传感器3设置在方位仪圈架4上，方位仪盆体6顶部设置有方位仪盆盖2，方位仪盆盖2上设置有望远镜1，望远镜1与方位仪传感器3同轴连接，方位仪传感器3与信号处理板18连接，信号处理板18通过连接线9与通信模块14连接。安装护罩10设置在管体13顶部，管体13底端通过安装法兰15和安装螺栓16固定在船体上。

数字磁罗经IV包括外层保护罩21、隔热填充层22、磁传感器23、防震保护层24、软磁消磁圈架25、消磁软磁环26、消磁器中心轴27、连接线29、管体31、通信模块32、消磁校正装置A，该消磁校正装置A包括纵消磁磁棒34、横消磁磁棒33、消磁托盘28，管体31内底端设置有通信模块32，管体31内壁上设置有屏蔽铜网层30，管体31内设置有通信连接线29，管体31内顶部设置有消磁托盘28，消磁托盘28中心设置有消磁器中心轴27，消磁器中心轴27下端分别设置有纵消磁磁棒34和横消磁磁棒33，纵消磁磁棒34和横消磁磁棒33两者夹角为90度，且均垂直于消磁器中心轴27。消磁器中心轴27的上端设置有磁传感器23，磁传感器23与消磁器中心轴27之间设置有防震保护层24，磁传感器23外设置有隔热填充层22，隔热填充层22外设置有外层保护罩21，所述管体31靠近消磁托盘28处左右对称设置有软磁消磁圈架25，软磁消磁圈架25上设置有软磁消磁环26，磁传感器23通过连接线29与通信模块32连接。安装护罩35设置在管体31顶部，管体31底端通过安装法兰36和安装螺栓39固定在船体上。中心轴紧固螺母37设置在消磁器中心轴27最下端，钕铁硼调节柱38设置在中心轴紧固螺母37内，以及在纵消磁磁棒34和横消磁磁棒33内也分别设置有钕铁硼调节柱38。

本发明还配置有手持仪35或者智能手机37，主要在校正过程中使用，可根据不同的情况选用。工控机II带有显示器36，当选用手持仪35时，手持仪35与工控机II连接，工控机II与电源箱I连接。手持仪35的功能是保持与数字方位仪III、数字磁罗经IV和工控机II的实时通信，将采集到的数字信号通过手持仪35实时控制，最后传输到工控机II进行处理。工控机II内集成了需要的各种应用软件，在软件的支持下，通过数据处理，误差分析计算，自动修正误差，将各种导航参数显示在显示器36上，供主管人员监视各系统运行过程，及时纠正航向。同时将有关导航数据的数字信息通过不同适配接口分别与相应的各种船舶有关设备(如自动舵、雷达、电子海图等)互联，实现现代电子数字导航。

另一种情况是采用智能手机37替代手持仪35，而手持仪35的功能也集成于智能手机37中。智能手机37和数字方位仪III的信息交换将采用蓝牙无线传输，数字方位仪III将信息用蓝牙方式传给手机，而手机将用GPRS平台(手机上网)和其他接收终端交换信息。如手机在3G通信网络平台上，通过无线摄像头，将可以对在港船只进行图像实时监控。智能手机37和数字磁罗经IV、工控机II用蓝牙无线传输。

实施例一

参见图4，本实施例其电路连接如下：由望远镜1和方位仪传感器3同轴连接构成的方位仪传感器III，将角度信号通过RS232(串口通信协议)转换后，输入到通信模块14，经RS485(串口通信协议)传输，输入到电源箱I，由RS485转RS232模块转换后，传输到工控机II，由其显示器36显示。由型号为HMR-3300的磁传感器23构成的数字磁罗经IV将数字信号通过RS232(串口通信协议)转换后，输入到通信模块32，经RS485(串口通信协议)传输，输入到电源箱I，由RS485转RS232模块转换后，传输到工控机II，由其显示器36显示。手持仪35的功能是保持数字方位仪III，数字磁罗经IV和工控机II的通信联系，将采集到的数字信号通过手持仪35传输到工控机II进行处理。

使用时，电源箱I，工控机II安装在船舶的驾驶室，便于船员观察。数字方位仪III装在船的左右舷，数字磁罗经IV装在船的首尾线上(一般在船的上甲板)。手持仪35仅在调试时使用。

实施列二

参见图5，智能手机37和工控机II的信息交换将采用蓝牙无线传输方式，将工控机II的信息传给手机，而智能手机将用WAP平台(如GPRS手机上网方式)和其他接收终端交换信息。手机在3G高速通信网络平台上，通过无线摄像头，可对在港船只进行实时图像监控。采用智能手机37与工控机II进行信息通信的方式包括RF、WiFi、红外、蓝牙。

Claims (5)

1.一种高精度数字磁罗经装置，包括电源箱、工控机，其特征在于：还设置有数字方位仪和数字磁罗经，所述工控机、数字方位仪、数字磁罗经分别与电源箱连接，数字方位仪包括望远镜、方位仪传感器、数字信号处理板和第一通信模块，所述望远镜与方位仪传感器同轴连接，方位仪传感器与数字信号处理板线缆连接，数字信号处理板将方位仪传感器采集到的角度模拟信号转变为数字信号并传输到第一通信模块中，第一通信模块转换信号后输入电源箱；所述的数字磁罗经包括磁传感器、消磁器中心轴、消磁校正装置和第二通信模块，磁传感器设置在消磁器中心轴上端，消磁校正装置设置在消磁器中心轴下端，消磁器中心轴在消磁校正装置中可转动，磁传感器与第二通信模块连接，第二通信模块转换信号后输入电源箱，电源箱将其接收到的来自第一通信模块和第二通信模块的信号经转换后传输到工控机，工控机接收到的信号经软件处理后由其显示器输出相关数字信息。

2.根据权利要求1所述的高精度数字磁罗经装置，其特征在于：所述的数字方位仪包括望远镜、方位仪盆盖、方位仪传感器、方位仪圈架、方位仪支撑架、方位仪盆体、方位仪固定盖、管体、第一通信模块、数字信号处理板和信号处理板安装盒，管体内底端安装有第一通信模块，管体内壁上设置有屏蔽铜网层，管体内设置有连接线，管体顶端设置有信号处理板安装盒，信号处理板安装盒内设置有数字信号处理板，信号处理板安装盒上固定有方位仪固定盖，方位仪固定盖上设置有方位仪支撑架，方位仪支撑架上设置有方位仪盆体，方位仪盆体内设置有方位仪圈架，方位仪传感器设置在方位仪圈架上，方位仪盆体顶部设置有方位仪盆盖，方位仪盆盖上设置有望远镜，望远镜与方位仪传感器同轴连接，方位仪传感器与数字信号处理板线缆连接，数字信号处理板通过连接线与第一通信模块连接。

3.根据权利要求1所述的高精度数字磁罗经装置，其特征在于：所述的数字磁罗经包括外层保护罩、隔热填充层、磁传感器、防震保护层、软磁消磁圈架、消磁软磁环、消磁器中心轴、连接线、管体、第二通信模块、消磁校正装置，该消磁校正装置包括纵消磁磁棒、横消磁磁棒、消磁托盘，管体内底端设置有第二通信模块，管体内壁上设置有屏蔽铜网层，管体内设置有连接线，管体内顶部设置有消磁托盘，消磁托盘中心设置有消磁器中心轴，消磁器中心轴下端分别设置有纵消磁磁棒和横消磁磁棒，纵消磁磁棒和横消磁磁棒两者夹角为90度，且两者均垂直于消磁器中心轴，纵消磁磁棒轴线和横消磁磁棒轴线之间的距离可调节，纵消磁磁棒和横消磁磁棒内分别设置有钕铁硼调节柱，消磁器中心轴的上端设置有磁传感器，磁传感器与消磁器中心轴之间设置有防震保护层，磁传感器外设置有隔热填充层，隔热填充层外设置有外层保护罩，所述管体靠近消磁托盘处左右对称设置有软磁消磁圈架，软磁消磁圈架上设置有软磁消磁环，磁传感器通过连接线与第二通信模块连接。

4.根据权利要求1所述的高精度数字磁罗经装置，其特征在于：还设置有手持仪，所述手持仪与工控机连接。    

5.根据权利要求1所述的高精度数字磁罗经装置，其特征在于：还设置有手机，所述手机与工控机通过蓝牙无线传输。

Images