CN107782908A - 基于磁传感器的高旋弹转速测量装置 - Google Patents

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李文胜
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Abstract

本发明公开了一种基于磁传感器的高旋弹转速测量装置，包括传感器复位/置位电路、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；所示传感器复位/置位电路对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。本发明通过特殊的传感器布局方式解决了传统惯性器件测量精度不高的问题，采用一个两轴磁传感器替代三轴磁传感器，大大节省了成本，减少了标定工作量。

Description

基于磁传感器的高旋弹转速测量装置
技术领域
本发明涉及地磁数据采集技术，具体涉及一种基于磁传感器的高旋弹转速测量装置。
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。
传统的弹丸飞行姿态测量方法一般是应用陀螺、加速度计或者与GPS组合对载体参数进行数据采集，但是由于成本高、抗过载能力较差、器件精度与结构水平的限制，以及具有固有的累积误差，已经无法满足现在复杂的作战环境。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于磁传感器的高旋弹转速测量装置。
实现本发明目的的技术方案为：一种基于磁传感器的高旋弹转速测量装置，包括传感器复位/置位电路、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；
所述传感器复位/置位电路输出端与磁传感器输入端相连，磁传感器输出端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，所述电源模块为感器复位/置位电路、磁传感器、信号处理电路、AD转换电路、ARM处理器和黑匣子供电；
所示传感器复位/置位电路对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)本发明通过虚拟一个斜置轴优化传感器布局方式，解决了传统惯性器件无法测量和测量精度不高的问题；采用一个两轴磁传感器解决多个两轴传感器组合测量问题，节省了研发成本；
(2)本发明的传感器布局方式可以减少传感器标定的工作量；在标定时只需确保传感器X、Y轴的标定精度，斜置轴精度就可以得到控制。
(3)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；
(4)本发明使用单个两轴磁传感器，与多个传感器组合方式相比，安装精度更高、误差更小；
(5)本发明能把地磁信号提取并放大1000多倍，并且信号不产生失真。
附图说明
图1为本发明基于磁传感器的高旋弹转速测量装置的电路原理图。
图2为传感器安装与虚拟轴说明示意图。
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，本发明的一种基于磁传感器的高旋弹转速测量装置，包括传感器复位/置位电路、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；
所述传感器复位/置位电路输出端与磁传感器输入端相连，磁传感器输出端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，所述电源模块为感器复位/置位电路、磁传感器、信号处理电路、AD转换电路、ARM处理器和黑匣子供电；
所示传感器复位/置位电路对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。
所述磁传感器为两轴磁传感器，其中一轴与弹轴重合。
两轴磁传感器虚拟一个斜置轴，所述斜置轴用于计算地磁过零点，提取过零点时刻值，与y轴地磁数据过零点时刻值相比，计算出弹体俯仰角与滚转角；斜置轴磁场强度满足公式：Ms＝Hx·cosλ+Hy·sinλ，其中Hx、Hy为两轴传感器采集到的磁场强度大小，λ为斜置轴与弹体坐标系X轴的夹角且λ∈(0,180)。
结合图2，磁传感器两个敏感轴Ms1x、Ms1y分别与弹体坐标系的OX、OY轴重合，磁传感器虚拟的斜置轴Ms2x与OX轴成λ夹角，并且斜置轴Ms2x在O-XY面内。所述弹体坐标系的OX轴与弹体纵轴方向重合并指向弹体前进方向，OY轴指向弹体纵轴右翼方向并与OX轴垂直，OZ轴定义符合右手定则.。
λ取值要根据具体弹体磁场环境、发射角度与当地磁场七要素确定一个最佳的角度，这样虚拟的斜置轴才能够计算出过零点并且使测量装置能够获得最大的测量范围。λ取值方法参考李玎的“基于两磁传感器极值比值的弹体横滚姿态测量”一文，虚拟斜置轴的应用方法参考Thomas E.Harkins的“A Device for Making Angular Measurements onSpinning Projectiles with Magnetic Sensors”一文。
电源模块提供2种不同的电压，其中传感器复位/置位电路、磁传感器电路、信号处理电路和AD转换电路为5V，黑匣子和ARM处理器为3.3V。
所述AD转换电路为2通道AD转换电路。
磁传感器型号为HMC1052两轴传感器，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，实验完成后可将黑匣子回收，通过RS422接口将数据读出。

Claims (5)

1.一种基于磁传感器的高旋弹转速测量装置，其特征在于，包括传感器复位/置位电路、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；
所述传感器复位/置位电路输出端与磁传感器输入端相连，磁传感器输出端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，所述电源模块为感器复位/置位电路、磁传感器、信号处理电路、AD转换电路、ARM处理器和黑匣子供电；
所示传感器复位/置位电路对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。
2.根据权利要求1所述的基于磁传感器的高旋弹转速测量装置，其特征在于，所述磁传感器为两轴磁传感器，其中一轴与弹轴重合。
3.根据权利要求2所述的基于磁传感器的高旋弹转速测量装置，其特征在于，两轴磁传感器虚拟一个斜置轴，所述斜置轴用于计算地磁过零点，提取过零点时刻值，与y轴地磁数据过零点时刻值相比，计算出弹体俯仰角与滚转角；斜置轴磁场强度满足公式：Ms＝Hx·cosλ+Hy·sinλ，其中Hx、Hy为两轴传感器采集到的磁场强度大小，λ为斜置轴与弹体坐标系X轴的夹角且λ∈(0,180)。
4.根据权利要求1所述的基于磁传感器的高旋弹转速测量装置，其特征在于，电源模块提供2种不同的电压，其中传感器复位/置位电路、磁传感器电路、信号处理电路和AD转换电路为5V，黑匣子和ARM处理器为3.3V。
5.根据权利要求1所述的基于磁传感器的高旋弹转速测量装置，其特征在于，所述AD转换电路为2通道AD转换电路。
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