CN107560616B - 磁力导航方法及其磁力导航仪 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种磁力导航方法及其磁力导航仪，包括以下步骤：步骤一：目标磁体产生空间磁场，在空间磁场范围内设置预定运动轨迹；步骤二：在预定的运动轨迹上设置若干定点；步骤三：磁力导航仪数据初始化，并在预定的运动轨迹与目标磁体作相对运动；步骤四：磁力导航仪采集运动轨迹中各定点上的入射磁通量，将各定点的入射磁通量以电压信号输出；步骤五：磁力导航仪在运动轨迹移动结束后，对各电压信号进行处理转化成相对的磁场强度值，计算各定点磁场强度值的众数；步骤六：根据数据间的对称性计算出磁力导航仪与目标磁体的偏移方向，并将结果输出；步骤七：调整磁力导航仪位置，重复步骤三至六，直到磁力导航仪准确定位为止。

Description

磁力导航方法及其磁力导航仪
技术领域
本发明涉及磁力导航技术领域，尤指一种磁力导航方法。
背景技术
目前所谓磁力导航或磁场导航技术依靠的就是磁体幅射出的场线或磁通量在空間中和时间的不变性。霍尔效应是其中最广泛被利用的手段。当磁场场线切过恒流电源所产生的电场时，在其正向方向上感生出相应的电位差。此电位差是具有向量特性的，与入射到霍尔传感器的磁通量直接相关。
透过前述的独特特性可以衍生出多种的应用。其中包括磁性开关，当磁体与霍尔感测器相对位置达到某一定的几何条件时，霍尔传感器根据磁通量的數值大小绝对值进行判断，系统便会改变伐门的开关状态。
另一种磁力导航技术根据测量入射磁通量的方向与磁通量值的绝对值大小。此向量特性来调整磁体与霍尔感测器在三维空间中的相对姿态。
第三种的应用就是利用磁场的结构特征点来进行瞄准动作。一方面静态磁场具有时间与空间的不变性，依靠这种特性，霍尔传感器便可以对磁体上的特定点进行定位瞄准。
以上三种应用的有效性，可靠性，功能性以及准确率皆依赖霍尔感测结果的测量质量，其中的测量精度尤其重要。可是今天霍尔传感器应用普遍存在测量精度低而导致定位不够精确的问题。本发明正好为以上问题提出解决方案。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种磁力导航方法及其磁力导航仪，适用范围广，有效提高磁力导航定位瞄准精确度，操作简便。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种磁力导航方法，包括以下步骤：
S1:目标磁体产生空间磁场，在空间磁场范围内设置预定运动轨迹；
S2:在预定的运动轨迹上设置若干定点；
S3：磁力导航仪数据初始化，并在预定的运动轨迹与目标磁体作相对运动；
S4：磁力导航仪采集运动轨迹中各定点上的入射磁通量，将各定点的入射磁通量以电压信号输出；
S5：磁力导航仪在运动轨迹移动结束后，对各电压信号进行处理转化成相对的磁场强度值，计算各定点磁场强度值于单位时间内的众数；
S6：根据数据间的对称性计算出磁力导航仪与目标磁体的偏移方向，并将结果输出；
S7：调整磁力导航仪位置，重复步骤三至六，直到磁力导航仪准确定位为止。
具体地，S4中磁力导航仪设置霍尔感应单元采集数据采集定点的入射磁通量并以电压信号输出。
具体地，磁力导航仪设置微控制器记录运动轨迹上各定点的位置，磁力导航仪移动至对应的定点时，通过微控制器控制霍尔感应单元采集对应定点的入射磁通量。
具体地，S5和S6中，磁力导航仪设置数据处理单元接收各定点中入射磁通量的电压信号，并将电压信号转化为磁场强度值，并计算各磁场强度值于单位时间内的众数，从而计算出磁力导航仪与目标磁体的偏移方向。
具体地，所述目标磁体为电磁铁或天然磁铁。
为实现上述目的，本发明采用的另一技术方案是：一种磁力导航仪，包括霍尔感应单元、微控制器、数据处理单元，其中，
所述霍尔感应单元用于采集目标磁铁的入射磁通量并以电压信号输出；
所述微控制器用于设定霍尔感应单元在目标磁体空间磁场范围内的运动轨迹，并在运动轨迹上设置定点，并控制霍尔感应单元在设定的定点中采集入射磁通量；
所述数据处理单元用于接收霍尔感应单元的电压信号，并转化为相对的磁场强度值，并计算各定点磁场强度值于单位时间内的众数，将计算结果输出；
所述霍尔感应单元、数据处理单元均与微控制器连接。
具体地，还包括显示模块，所述显示模块与数据处理单元的输出端连接，用于显示磁力导航仪与目标磁体的偏移方向值。
本发明的有益效果在于：本发明有效提高磁力导航定位瞄准精确度，其应用范围广，适用医疗、智能安防、汽车安防、磁场测量等诸多领域，且定位准确。
附图说明
图1是编码解码方法流程图；
图2是磁力导航仪的结构示意图；
图3是磁力导航仪与目标磁体作相对移动的示意图；
图4是目标磁体与磁力导航仪在瞄准状态下的数据示意图；
图5是目标磁体与磁力导航仪处于偏左状态的数据示意图；
图6是目标磁体与磁力导航仪处于偏右状态的数据示意图。
具体实施方式
下面通过具体的实施例对本发明作进一步的说明。
请参阅图1所示，本发明公开一种磁力导航方法，包括以下步骤：
S1:目标磁体产生空间磁场，通过微控制器在空间磁场范围内设置预定运动轨迹；
S2:通过微控制器在预定的运动轨迹上设置若干定点并记录各定点的位置，如设定的定点包括P1、P2、……、Pi；
S3：磁力导航仪数据初始化，并在预定的运动轨迹与目标磁体作相对运动；
S4：磁力导航仪移动至对应的定点时，通过微控制器控制霍尔感应单元采集对应定点的入射磁通量，将各定点的入射磁通量转化为电压信号的数据组B1、B2、……、Bi，再把数据组B1、B2、……、Bi输出至数据处理与控制单元进行分析；
S5：磁力导航仪在运动轨迹移动结束后，通过设置数据处理单元对各电压信号数据组进行处理转化成相对的磁场强度值，于各定点上并单位时间ti内记录由导航输出的磁场强度值：[X1,X2,…,Xn]ti,按公式计算众数：max{Count(Xi))，取其中出现次数最高的磁场强度值，当然也可以采用其他任何可行的统计分析方式；
S6：数据处理单元根据数据间的对称性计算出磁力导航仪与目标磁体的偏移方向，并将结果输出，通过数据处理单元输出端连接设置显示模块，可将结果显示；
当磁力导航仪为于目标磁体轴线上时，无论与之垂直或平衡，在各定点上得到的磁场强度值将呈现上下或左右对称的型态，倘若此数字模式向某一方倾斜，意为着磁力导航仪与目标磁体正朝相反方向偏移，磁力导航仪在预定轨迹运行是为了描绘磁场图，如果磁力导航仪与目标磁体间出现偏移，或相对位移，所描绘出来的磁场图将不一样。
如图3所示，假设磁力导航仪相对目标磁体作出前后左右移动，磁力导航仪输出与磁场磁通量相关，当它相对于目标磁体运动时，磁力导航仪输出因应磁通量的变化亦会作出改变，当然，实际磁力导航仪输出数值与目标磁体场强，与两者的相对距离又关。
按照磁力导航仪瞄准目标磁体，偏左与偏右三种情况，可以描绘出三种不同的图线形态。
瞄准意即磁体与导航仪共线在磁场南北轴线上。作图时，纵轴为横向距离，在磁体左右等距各选两点；横轴则纵向距离，由近而远选三点。
当磁力导航仪瞄准目标磁体时，“右一”与“左一”，“右二”与“左二”磁强数值一致，符号互为反向。数据仪零线位中心呈现出对称性，如图4所示；
当磁力导航仪相对磁体偏左或右，磁力导航仪输出值处于不对称状态，甚或所有次强数值为同向，如图5-6所示。
S7：调整磁力导航仪位置，重复S3至S6，直到磁力导航仪准确定位为止。
请参阅图2所示，本发明公开一种应用磁力导航方法的导航仪，包括霍尔感应单元、微控制器、数据处理单元，其中，
所述霍尔感应单元用于采集目标磁铁的入射磁通量并以电压信号输出；
所述微控制器用于设定霍尔感应单元在目标磁体空间磁场范围内的运动轨迹，并在运动轨迹上设置定点，并控制霍尔感应单元在设定的定点中采集入射磁通量；
所述数据处理单元用于接收霍尔感应单元的电压信号，并转化为相对的磁场强度值，并计算各定点磁场强度值于单位时间内的众数，将计算结果输出至显示模块，所述显示模块与数据处理单元的输出端连接，用于显示磁力导航仪与目标磁体的偏移方向值；
所述霍尔感应单元、数据处理单元均与微控制器连接，霍尔感应单元、数据处理单元均与微控制器均通过可跟换的恒流源获取电能。
以上实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (5)

1.一种磁力导航方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：目标磁体产生空间磁场，在空间磁场范围内设置预定运动轨迹；
步骤二：在预定的运动轨迹上设置若干定点；
步骤三：磁力导航仪数据初始化，并在预定的运动轨迹与目标磁体作相对运动；
步骤四：磁力导航仪采集运动轨迹中各定点上的入射磁通量，将各定点的入射磁通量以电压信号输出；
步骤五：磁力导航仪在运动轨迹移动结束后，对各电压信号进行处理转化成相对的磁场强度值，计算各定点磁场强度值于单位时间内的众数；
步骤六：根据数据间的对称性计算出磁力导航仪与目标磁体的偏移方向，并将结果输出；
步骤七：调整磁力导航仪位置，重复步骤三至六，直到磁力导航仪准确定位为止；
步骤五和步骤六中，磁力导航仪设置数据处理单元接收各定点中入射磁通量的电压信号，并将电压信号转化为磁场强度值，并计算各磁场强度值于单位时间内的众数，从而计算出磁力导航仪与目标磁体的偏移方向。
2.根据权利要求1所述的磁力导航方法，其特征在于，步骤四中，磁力导航仪设置霍尔感应单元采集数据采集定点的入射磁通量并以电压信号输出。
3.根据权利要求2所述的磁力导航方法，其特征在于，磁力导航仪设置微控制器记录运动轨迹上各定点的位置，磁力导航仪移动至对应的定点时，通过微控制器控制霍尔感应单元采集对应定点的入射磁通量。
4.根据权利要求1-3任一项所述的磁力导航方法，其特征在于，所述目标磁体为电磁铁或天然磁铁。
5.一种应用权利要求1磁力导航方法的磁力导航仪，其特征在于，包括霍尔感应单元、微控制器、数据处理单元，其中，
所述霍尔感应单元用于采集目标磁铁的入射磁通量并以电压信号输出；
所述微控制器用于设定霍尔感应单元在目标磁体空间磁场范围内的运动轨迹，并在运动轨迹上设置定点，并控制霍尔感应单元在设定的定点中采集入射磁通量；
所述数据处理单元用于接收霍尔感应单元的电压信号，并转化为相对的磁场强度值，计算各定点磁场强度值于单位时间内的众数，将计算结果输出；
所述霍尔感应单元、数据处理单元均与微控制器连接；
还包括显示模块，所述显示模块与数据处理单元的输出端连接，用于显示磁力导航仪与目标磁体的偏移方向值。
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