CN108507566A - 地磁定位导航传感器 - Google Patents

Abstract

一种地磁定位导航传感器，利用Co基非晶丝作传感器探头的磁导航传感器，具有分辨率高、响应速度快、抗干扰强、功耗低、体积小、稳定性好等优点，可广泛适应于运载体（包括但不限于汽车、轮船、飞机、航空航天等，以下同）的定位及导航。本发明与现有技术相比，具有以下显著特点和积极效果：1、本传感器采用三轴正交特殊结构，可以测试地磁场三分量值，并通过与地磁图比对，获得运载体位置信息。2、由于利用了非晶丝的巨磁阻抗效应，可使该传感器响应速度达到1MHz，能对测量点三维方向进行磁测量，通过矢量计算后，利用地磁资源的地磁矢量唯一性原理进行定位导航（具有与GPS竞争的能力）。同时它不受外界信号干扰，制造维护成本低，易于与计算机通信。3、在运载体航行（包括但不限于飞行或航行、行驶、移动，以下同）过程中，根据铁磁性物体影响地磁变化的原理，可探测半径500米范围内的运载体有无、位置和速度变化。

Description

地磁定位导航传感器

技术领域

本发明涉及一种地磁定位导航传感器，尤其涉及利用Co基非晶丝作传感器探头的磁导航传感器。属于传感器技术领域。

背景技术

目前世界上处于领导地位的导航首先当数GPS，其次是俄罗斯的格洛纳斯，而我国的北斗导航也崭露头角，呈现三足鼎立态势。地磁场是矢量场，每一个地方的磁场均具有唯一性，故可以与地理坐标相关联且一一对应。而地磁定位导航利用地球公共资源地磁场发展出来的一种新型自主导航技术，作为一种无源自主导航方法，具有抗干扰能力强、无积累误差和精度适中的优点。GPS定位覆盖具有局限性，容易受到电磁干扰，甚至高楼信号屏蔽。地磁定位导航，具有全天候、全天时覆盖导航技术，可以弥补甚至更替现有导航技术。我们公司发明的一款磁传感器，主要利用我们公司自主研发生产的Co基非晶丝的巨磁阻抗效应，磁敏感材料在高频激励电流激励下，利用阻抗会随着地磁场的变化而发生急剧变化的原理，我们可以利用该磁传感器敏锐地感知并采集地磁场强度，与地磁图进行匹配，结合导航算法、滤波算法，即可以实现地磁导航，这也是目前全世界发展的热点方向。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种地磁定位导航传感器，该传感器制作成三轴正交结构，利用非晶丝的GMI效应，可以实现对地磁场的测量和定位导航。为此，本发明的技术方案是： 单片机提供激励信号给GMI探头，可以采集地磁场信号，并转换成电信号并进行信号放大处理，为了提高信噪比。再通过检波提取磁场关键信号信息。信号输出后，一部分信号经过反馈网络反馈给GMI探头，以便扩大工作范围，提高测量稳定性；另一部分信号经过AD采集电路，转换成数字信号，传输到单片机，进行处理运算，最后将运算结果传输到数字接口。

本发明所述的GMI探头核心材料是一种特殊配方生产出的Co基非晶丝，采用Taylor-Ulirovsky（泰勒法）制备出直径为1-80μm非晶丝；或者采用内圆水纺喷丝技术制备出直径为80-350μm 的Co基非晶丝再利用冷丝拉拔技术制备出直径为1~80μm的非晶丝。分别采用泰勒法和内圆水纺喷丝法结合拉拔制备出长度为0.5-50mm的直径为1-80μm的Co基含Fe，Cr，RE，Si，B元素的非晶丝，其中RE质量分数为0.01%-1%，可以是轻稀土：钪Sc、钇Y和镧La、铈Ce、镨Pr、钕Nd、钷Pm、钐Sm、铕Eu，也可以是重稀土：钆Gd、铽Tb、镝Dy、钬Ho、铒Er、铥Tm、镱Yb、镥Lu，一种或几种稀土元素。

本发明所述的线圈是在Co基非晶丝外面采用特殊方法绕制的线圈，其平均内径小于300μm，匝数为100-1000匝。

地球周围空间分布着地磁场，该地磁向量在地球表面某一点的综合磁场在30000～75000纳特范围内，地球磁场磁力线平行地球表面指向北方。地磁定位导航传感器采用三轴正交特殊结构，利用非晶丝的巨磁阻抗效应，测量并计算出地磁场矢量，从而实现运载体（包括但不限于汽车、轮船、飞机、航行器等，以下同）的定位及导航。

本发明与现有技术相比，具有以下显著特点和积极效果：

1、本传感器采用三轴正交特殊结构，可以测试地磁场三分量值，并通过与地磁图比对，获得运载体位置信息。

2、由于利用了非晶丝的巨磁阻抗效应，可使该传感器响应速度达到1MHz，能对测量点三维方向进行磁测量，通过矢量计算后，利用地磁资源的地磁矢量唯一性原理进行定位导航（具有与GPS竞争的能力）。同时它不受外界信号干扰，制造维护成本低，易于与计算机通信。

3、在运载体航行（包括但不限于飞行或航行、行驶、移动，以下同）过程中，根据铁磁性物体影响地磁变化的原理，可探测半径500米范围内的运载体有无、位置和速度变化。

附图说明

附图1是本发明的地磁定位导航磁传感器的原理框图。

具体实施方式

如附图1所示，一种地磁定位导航传感器，单片机2提供激励信号给GMI探头1，可以采集地磁场信号，并转换成电信号并进行信号放大4，为了提高信噪比。再通过检波5提取磁场关键信号信息。信号输出7后，一部分信号经过反馈网络6反馈给GMI探头1，以便扩大工作范围，提高测量稳定性；另一部分信号经过AD采集3，转换成数字信号，传输到单片机2，进行处理运算，最后将运算结果传输到数字接口8。

本发明所述的GMI探头核心材料是一种特殊配方生产出的Co基非晶丝，采用Taylor-Ulirovsky（泰勒法）制备出直径为10-35μm非晶丝；或者采用内圆水纺喷丝技术制备出直径为80-350μm 的Co基非晶丝再利用冷丝拉拔技术制备出直径为10~35μm的非晶丝。分别采用泰勒法和内圆水纺喷丝法结合拉拔制备出长度为5-20mm的直径为10-35μm的Co基含Fe，Cr，RE，Si，B元素的非晶丝，其中RE质量分数为0.02%，可以是轻稀土：钪Sc、钇Y和镧La、铈Ce、镨Pr、钕Nd、钷Pm、钐Sm、铕Eu，也可以是重稀土：钆Gd、铽Tb、镝Dy、钬Ho、铒Er、铥Tm、镱Yb、镥Lu，一种或几种稀土元素。

本发明所述的线圈是在Co基非晶丝外面采用特殊方法绕制的线圈，其平均内径小于300μm，匝数为500-800匝。

结合附图进一步说明原理：地磁定位导航传感器依靠全球公共地磁资源，利用地球上任何一点的地磁矢量具有唯一性与地理坐标能一一对应，由非晶丝及配套线圈制作的特殊三轴立体结构，能准确测量被测点的地磁矢量，进而实现地磁测量、定位与导航目标。该传感器具有分辨率高、响应速度快、抗干扰强、功耗低、体积小、稳定性好等优点，可广泛适应于军用运载体（包括但不限于汽车、轮船、飞机、航空航天等，以下同）的定位及导航。

以上所述，仅是本发明的较佳实施方式，不应被视为对本发明范围的限制，而且本发明所主张的权利要求范围并不局限于此，凡熟悉此领域技艺的人士，依照本发明所披露的技术内容，可轻易思及的等效变化，均应落入本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.本发明方案：单片机提供激励信号给GMI探头，可以采集地磁场信号，并转换成电信号并进行信号放大处理，再通过检波提取磁场关键信号信息，信号输出后，一部分信号经过反馈网络反馈给GMI探头，以便扩大工作范围，提高测量稳定性；另一部分信号经过AD采集电路，转换成数字信号，传输到单片机，进行处理运算，最后将运算结果传输到数字接口。

2.本发明所述的GMI探头核心材料是一种特殊配方生产出的Co基非晶丝，采用Taylor-Ulirovsky（泰勒法）制备出直径为1-80μm非晶丝；或者采用内圆水纺喷丝技术制备出直径为80-350μm 的Co基非晶丝再利用冷丝拉拔技术制备出直径为1~80μm的非晶丝。

3.分别采用泰勒法和内圆水纺喷丝法结合拉拔制备出长度为0.5-50mm的直径为1-80μm的Co基含Fe，Cr，RE，Si，B元素的非晶丝，其中RE质量分数为0.01%-1%，可以是轻稀土：钪Sc、钇Y和镧La、铈Ce、镨Pr、钕Nd、钷Pm、钐Sm、铕Eu，也可以是重稀土：钆Gd、铽Tb、镝Dy、钬Ho、铒Er、铥Tm、镱Yb、镥Lu，一种或几种稀土元素。

4.本发明所述的线圈是在Co基非晶丝外面采用特殊方法绕制的线圈，其平均内径小于300μm，匝数为100-1000匝。