CN105676303B - 地磁数据采集装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种地磁数据采集装置，包括传感器复位/置位电路、第一磁传感器、第二磁传感器、第三磁传感器、信号处理电路、AD转换电路、ARM处理器、黑匣子、电源模块、放大器底板和传感器板；感器复位/置位电路对三个磁传感器进行复位和置位，复位/置位驱动信号由ARM处理器提供；磁传感器将采集的地磁信号发送给信号处理电路进行放大和滤波处理，再经AD转换电路进行模数转换得到地磁数字信号，ARM处理器对地磁数字信号进行解析，得到地磁数据并发送给黑匣子存储。本发明解决了传统惯性器件无法测量和测量精度不高的问题，采用三个两轴磁传感器替代三轴磁传感器，大大节省了成本。
Description
技术领域
本发明涉及地磁数据采集技术，特别是一种地磁数据采集装置。
背景技术
为了适应未来战争的需要，需要掌握弹体的飞行规律，精确测量弹体的各种实际飞行参数。各种弹丸飞行姿态参数的获取无论是对弹丸的设计、弹丸空气动力学的研究还是对引信的设计都有着重要的意义，可大大减少设计人员在新产品设计中的盲目性、提高工作效率、缩短研制周期、节约研制经费。因此，研究弹丸飞行姿态参数的测试理论和方法对于加速研制进程、辅助分析故障等具有十分重要的意义。
目前弹丸姿态测量大多采用惯性陀螺技术,其成本较高、抗过载能力较差,且具有固有的累积误差，也有部分姿态测量采用太阳光学技术,但受到实际应用条件的限制,不适合在复杂作战环境下使用。无陀螺捷联惯导系统采用多个加速度计组合的方式进行弹丸姿态测量,但对安装空间具有较高要求且算法复杂度高。
以地球磁场作为测量基准，通过相关算法辨识弹丸姿态信息，具有成本低廉、抗冲击能力强、无累积误差、可靠性高等优点，开展这一方面的研究工作具有重要的理论价值与现实意义。
现有的地磁采集装置大多根据法拉第定理，采用线圈获取地磁信号，由于线圈体积较大，不适宜在弹载小空间内使用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种地磁数据采集装置。
实现本发明目的的技术方案为：一种地磁数据采集装置，包括传感器复位/置位电路、第一磁传感器、第二磁传感器、第三磁传感器、信号处理电路、AD转换电路、ARM处理器、黑匣子、电源模块、放大器底板和传感器板；
传感器复位/置位电路输出端与三个磁传感器输入端相连，三个磁传感器输出端均与信号处理电路相连，信号处理电路输出端与AD转换电路输入端相连，AD转换电路输出端与ARM处理器相连，ARM处理器输出端与黑匣子相连，所述电源模块为传感器复位/置位电路、第一～第三磁传感器、信号处理电路、AD转换电路、ARM处理器、黑匣子供电；
所述传感器复位/置位电路、第一磁传感器、信号处理电路、AD转换电路、ARM处理器、黑匣子和电源模块设置在放大器底板上，所述第二磁传感器和第三磁传感器设置在传感器板上；
传感器复位/置位电路对三个磁传感器进行复位和置位，复位/置位驱动信号由ARM处理器提供；磁传感器将采集的地磁信号发送给信号处理电路进行放大和滤波处理，再经AD转换电路进行模数转换得到地磁数字信号，ARM处理器对地磁数字信号进行解析，得到地磁数据并发送给黑匣子存储。
与现有技术相比，本发明的显著优点为：
(1)本发明通过特殊的传感器布局方式解决了传统惯性器件无法测量和测量精度不高的问题，采用三个两轴磁传感器替代三轴磁传感器，节省了研发成本；
(2)本发明具有事后回收能力，数据保存在黑匣子中，可以进行事后实验分析；
(3)本发明的两轴磁传感器与三轴磁传感器相比，性能更稳定，焊接时不易损坏；
(4)本发明的磁传感器采用MEMS技术封装，抗冲击能力强，可靠性高。
(5)本发明能把地磁信号提取并放大1000多倍，信号不产生失真；选用的放大器具有输入阻抗高、转换速率快、单位增益带宽积大、噪声小等特点。
附图说明
图1为本发明的地磁数据采集装置总体框图。
图2为本发明的放大器底板结构图。
图3为本发明的传感器板结构图。
图4为本发明放大器底板与传感器板连接示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
结合图1，本发明的一种地磁数据采集装置，包括传感器复位/置位电路、第一磁传感器、第二磁传感器、第三磁传感器、信号处理电路、AD转换电路、ARM处理器、黑匣子、电源模块、放大器底板和传感器板；
传感器复位/置位电路输出端与三个磁传感器输入端相连，三个磁传感器输出端均与信号处理电路相连，信号处理电路输出端与AD转换电路输入端相连，AD转换电路输出端与ARM处理器相连，ARM处理器输出端与黑匣子相连，所述电源模块为传感器复位/置位电路、第一～第三磁传感器、信号处理电路、AD转换电路、ARM处理器、黑匣子供电；电源模块提供3种不同的电压，其中传感器复位/置位电路和磁传感器为5V，黑匣子和ARM处理器为3.3V；信号处理电路和AD转换电路为10V。
所述传感器复位/置位电路、第一磁传感器、信号处理电路、AD转换电路、ARM处理器、黑匣子和电源模块均设置在放大器底板上，所述第二磁传感器和第三磁传感器设置在传感器板上；如图4所示，所述放大器底板设置有与传感器板对应的插槽，所述传感器板通过插槽设置在放大器底板上，传感板与放大器底板通过焊盘连接；
所述第二磁传感器和第三磁传感器分别设置在传感器板的两面，两个磁传感器的中心轴重合；第二磁传感器和第三磁传感器的敏感轴α满足0°＜α＜90°；所述第一磁传感器、第二磁传感器和第三磁传感器存在三个两两垂直的敏感轴。
第一传感器敏感轴方向如图2所示，第一传感器能够感受两个方向的磁场分量；敏感轴方向如箭头所示，并且两传感器角度为60°；第二传感器和第三传感器敏感轴方向如图3所示。
传感器复位/置位电路对三个磁传感器进行复位和置位，消除磁传感器的磁饱和，提高灵敏度，复位/置位驱动信号由ARM处理器提供；磁传感器将采集的地磁信号发送给信号处理电路进行放大和滤波处理，再经AD转换电路进行模数转换得到地磁数字信号，ARM处理器对地磁数字信号进行解析，得到地磁数据并发送给黑匣子存储。
所述第一～第三磁传感器均为2通道磁传感器，所述AD转换电路为4通道AD转换电路。
本具体实施方式中三个磁传感器型号为HMC1052，HMC1052成本非常低，另外HMC1052量程大，能够达到±6Gass,测量灵敏度高，能够达到1mV/V/Gass；
黑匣子采用大容量NAND FLASH，能够长时间进行数据记录，对黑匣子进行1.8G的抗过载实验验证，经检验性能良好，工作正常；实验完成后可将黑匣子回收，通过RS485接口把数据读出。
Claims (5)
1.一种地磁数据采集装置，其特征在于，包括传感器复位/置位电路、第一磁传感器、第二磁传感器、第三磁传感器、信号处理电路、AD转换电路、ARM处理器、黑匣子、电源模块、放大器底板和传感器板；
传感器复位/置位电路输出端与三个磁传感器输入端相连，三个磁传感器输出端均与信号处理电路相连，信号处理电路输出端与AD转换电路输入端相连，AD转换电路输出端与ARM处理器相连，ARM处理器输出端与黑匣子相连，所述电源模块为传感器复位/置位电路、第一～第三磁传感器、信号处理电路、AD转换电路、ARM处理器、黑匣子供电；
所述传感器复位/置位电路、第一磁传感器、信号处理电路、AD转换电路、ARM处理器、黑匣子和电源模块设置在放大器底板上，所述第二磁传感器和第三磁传感器设置在传感器板上；
传感器复位/置位电路对三个磁传感器进行复位和置位，复位/置位驱动信号由ARM处理器提供；磁传感器将采集的地磁信号发送给信号处理电路进行放大和滤波处理，再经AD转换电路进行模数转换得到地磁数字信号，ARM处理器对地磁数字信号进行解析，得到地磁数据并发送给黑匣子存储；
所述放大器底板设置有与传感器板对应的插槽，所述传感器板通过插槽设置在放大器底板上；所述第二磁传感器和第三磁传感器分别设置在传感器板的两面，第二磁传感器和第三磁传感器的中心轴重合；第二磁传感器和第三磁传感器的敏感轴α满足0°＜α＜90°；所述第一磁传感器、第二磁传感器和第三磁传感器存在三个两两垂直的敏感轴。
2.根据权利要求1所述的地磁数据采集装置，其特征在于，电源模块提供3种不同的电压，其中传感器复位/置位电路和磁传感器为5V，黑匣子和ARM处理器为3.3V；信号处理电路和AD转换电路为10V。
3.根据权利要求1所述的地磁数据采集装置，其特征在于，所述第一～第三磁传感器为2通道磁传感器，所述AD转换电路为4通道AD转换电路。
4.根据权利要求1所述的地磁数据采集装置，其特征在于，所述三个磁传感器型号为HMC1052。
5.根据权利要求1所述的地磁数据采集装置，其特征在于，所述传感器板与放大器底板通过焊盘连接。
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