基于隧道磁阻傳感器的電子羅盤設計.pdf

1、電子羅盤是一種利用地磁場實現(xiàn)方位角測量的定向導航儀器。電子羅盤具有體積小，操作靈活，精度高，功耗低等優(yōu)點，在航空航天，航海測繪，組合導航，飛行器控制等諸多領域都有著廣泛應用，且對國民經(jīng)濟和軍事發(fā)展都有著重要影響，近年來一直是國內外的研究熱點。
　　目前電子羅盤中的地磁檢測常用HALL、AMR、GMR效應的傳感器或磁通門技術，而此類檢測方式存在靈敏度偏低，線性度較差，后置電路復雜，體積大等缺點。作為第四代磁阻傳感器，TMR傳感器具有

2、靈敏度高，線性度好，動態(tài)范圍寬等特點，一定程度上彌補了以上效應的不足。本設計正是以此為背景開展TMR在電子羅盤中的應用研究。
　　論文首先論述了常見磁阻式電子羅盤的測量原理，在此基礎上，對本研究所使用的TMR傳感器進行了效應介紹及優(yōu)勢分析。然后，針對電子羅盤系統(tǒng)設計中的軟、硬件設計和數(shù)據(jù)處理與算法補償及系統(tǒng)標校等內容展開論述。
　　硬件設計方面，根據(jù)系統(tǒng)的目標性能及指標參數(shù)，重點對羅盤系統(tǒng)所使用的傳感器及調理電路、系統(tǒng)控制及

3、數(shù)據(jù)傳輸?shù)入娐穯卧M行了器件選型和電路設計；軟件方面，根據(jù)系統(tǒng)功能分別對ADC的數(shù)據(jù)采集控制，數(shù)據(jù)的誤差處理與補償，方位角的解算，數(shù)據(jù)的傳輸?shù)葍热葸M行了軟件設計；最終完成了系統(tǒng)樣機制作。
　　數(shù)據(jù)處理與算法補償方面，首先，對羅盤系統(tǒng)進行了標校實驗，獲取了補償參數(shù)。然后，分析了羅盤系統(tǒng)中的常見誤差來源，針對主要的制造、安裝、羅差等誤差源，在對比多種常用補償方法的基礎上，選擇并采用橢球、橢圓擬合及最小二乘法算法進行數(shù)據(jù)修正和誤差補償。

4、
　　實驗方面，對AMR、GMR、TMR三種磁阻效應的傳感器性能測試，實驗結果表明：TMR傳感器的線性度良好，達到0.64％，測試靈敏度7.59mV/V/Gs，明顯高出AMR的測試靈敏度0.43 mV/V/Gs及GMR測試靈敏度2.83 mV/V/Gs幾倍甚至一個數(shù)量級。進行方位角測試實驗，測試結果經(jīng)橢球擬合，獲得傳感器和加速度計的校正參數(shù)；橢圓擬合獲得磁場干擾等的誤差參數(shù)，方位角可達0.69°；最小二乘法方位角誤差小于0.435