لینک پرداخت و دانلود *پایین مطلب*
فرمت فایل:Word (قابل ویرایش و آماده پرینت)
تعداد صفحه25
فهرست مطالب
- واحد تعیین
کلمات کلیدی
میدان مغناطیسی زمین
سنسورهای مقاوت مغناطیسی
8-segmentقطب نمای
بالاresolutionقطب نمای با
ص 4 :
خلاصه مطلب :
این مقاله شرح می دهد که چطور سیستمهای قطب نمای الکتریکی با استفاده از سنسورهای مقاومت
تحقق می یابد. بنابراین، در وهله اول Philips Semiconductors از شرکت KMZ52 و KMZ51مغناطیسی
یک مقدمه ای در مورد ویژگی های میدان مغناطیسی زمین داده شده است. در ادامه بلوکهای ساختمان اصلی یک قطب نمای الکتریکی نشان داده شده است، که دو تا از المانهای سنسور که برای اندازه گیری و دیگری signal conditioning unit میدان زمین در سطح افق هستند ، که یکی y و xمولفه های
می باشد .direction determination unit
برای تهیه ی یک سری اطلاعات در مورد المانهای سنسور ، اثر مقاومت مغناطیسی و بهینه کردن (نوار باریک آلومینیوم) به طور خلاصه شرح barber poleخصوصیات سنسور که با استفاده از ساختمان
و سیم پیچهای جبران کننده set/reset، مانند KMZ51شده است. همچنین ویژگی های مهم محصولات
Signal Conditioning Unit اشاره شده است. یکی از وظایف اصلی (compensation coils)
تقویت کردن ولتاژ خروجی سنسور می باشد، که برای تهیه کردن سیگنالهای ورودی منطقی از
امری ضروری offset پیروی می کنیم. از سوی دیگر، حذف Direction determination unit
است . برای سیستمهای با دقت بالا ، همچنین تغییر حساسیت ناشی از اختلاف دما باید جبران شود . روشهای عملی برای انجام دادن همه این کارها در سخت افزار یا در نرم افزار داده شده اند.
بلوک ساختمانی است که برای تحریک کردن زاویه بسته به مطلوب بودن direction determination unit
مقدار خروجی قطب نما است. جهت نجومی بین شمال مغناطیسی و جهت چرخش است. برای سیستم arctan (وضوح) بالا، باید قانون ریاضی به وسیله اعمال کردن تابع Resolutionهای قطب نمای با
به نسبت دو سیگنال سنسور انجام شود. این نشان داده می شود، که چطور این تابع به صورت نرم افزار - 8 تحقق یابد ، segmentی انجام می شود. بدون این محاسبات، خیلی ساده می تواند با یک قطب نمای
.(N،NE،…)که فقط نقطه میانگین یا نزدیک عدد اصلی نمایش داده می شود
از طرف دیگر این مقاله تحقق وظایف اصلی قطب نما، همچنین کالیبراسیون قطب نماهای الکتریکی
در مقابل منابع خطای خارجی مانند میدانهای تداخل مغناطیسی، انحراف بین شمال حقیقی و مغناطیسی و خطای مایل بودن را در بردارد. در نهایت ، تعیین درستی و صحت سیستم و مثالهائی برای کامل کردن سیستمهای قطب نما داده شده اند.
ص 5 :
عنوان
1- مقدمه
2- میدان مغناطیسی زمین
3- بلوکهای ساختمان یک قطب نمای الکتریکی
برای کاربردهای قطب نما ( MR )4- سنسورهای مقاومت مغناطیسی
- 1- المانهای سنسور مقاومت مفناطیسی
- 1.1- اثر مقامت مغناطیسی
barber pole 4.1.2- بهینه سازی ویژگیهای سنسور با استفاده از ساختار
( نوار باریک آلومینیوم )
- 1.3- پیکره بندی پل
(compensation coils) و سیم پیچ جبران کننده Set/Reset 4.2- سیم پیچ
برای سیستمهای قطب نما Philips (مقاومت مغناطیسی) از شرکت MR 4.3- سنسورهای
(واحد شرایط سیگنال) (SCU) Signal Conditioning Unit 5-
- 1- نیازمندیها
offset 5.2- تصحیح
(ΔS) 5.3- جبران اختلاف حساسیت
- 4- تصحیح حالت غیر تعامد
- 5- طراحی مدار
- 5.1- رعایت ولتاژ تغذیه
( وارونه شده ) (بلوک 1)flipping 5.5.2- مولد برق
- 5.3- پیش تقویت کننده (بلوک 2)
offset 5.5.4- تصحیح
سنکرون( rectifier ) 5.5.5- یکسوکننده
- 5.6- کنترل کننده انتگرالگیر
(compensation coil) 5.5.7- تحریک سیم پیچ جبران کننده
electro-magnetic بدون فیدبک SCU 5.5.8-
با میکروکنترلرSCU 5.5.9-
(واحد تعیین جهت) (DDU) Direction Determination Unit 6-
8-Segment 6.1- قطب نما
بالاResolution 6.2- قطب نمای با
7- کالیبراسیون میدان تداخل
8- کالیبراسیون شمال حقیقی
9- تصحیح کجی
10- دقت سیستم
11-مثالهائی کاربردی
12- مراجع
ضمیمه 1 لیست مخفف سازی
ضمیمه 2 تبدیل واحد
ص 6 :
لیست شکلها:
شکل 1 : میدان مغناطیسی زمین
شکل 2 : بردار میدان زمین
شکل 3 : بلوک دیاگرام اصلی یک قطب نمای الکتریکی
(نوعی آلیاژ از نوع آهن و نیکل که تحت نیروی مغناطیسی permalloyشکل 4 : اثر مقاومت مغناطیسی در
کم نفوذپذیری زیادی از خودش نشان می دهد )
barber pole یک سنسور R-Hمشخصه ی (b یک سنسور استاندارد، R-Hمشخصه ی (aشکل 5 :
( نوار باریک آلومینیوم )barber poleشکل 6 : سنسور
barber poleشکل 7 : پیکره بندی پل سنسورهای
(compensation - و سیم پیچهای جبران کننده Set/Resetشمل 8 : میدانهای ایجاد شده به وسیله
- coil )
KMZ51شکل 9 : دیاگرام مداری ساده شده
( وارونه گی )روی مشخصه ی سنسورflipping شکل 10 : اثر
flippingشکل 11 : بلوک دیاگرام مدار
flipping مدار (Timing)شکل 12 : دیاگرام زمانی
( KMZ10 ) MRشکل 13 : نمونه ای از مشخصه ی خروجی سنسور
( آهنربای الکتریکی )electro-magnetic و مدار تصحیح flippingشکل 14 : بلوک دیاگرام
شکل 15 : مدار شرایط سیگنال برای یک سنسور
با جریان فعال محدودشدهflipشکل 16 : مدار
شکل 17 : مدار شرایط سیگنال با میکروکنترلر
8-Segmentشکل 18 : تعیین جهت برای قطب نمای
8-Segmentشکل 19 : مدار برای قطب نمای
شکل 20 : نمونه ای از نمایش دیاگرام های تست اثرات آهن سخت و آهن نرم
شکل 21 : قانون کالیبراسیون دو طرفه
شکل 22 : خطای کجی (شیب)
شکل 23 : اندازه خطای شیب
شکل 24 : مشخص کردن چرخش عمودی و عرضی و انحرلف به چپ و راست
( gimbaled compass ) شکل 25 : تراز نگه داشتن قطب نما با استفاده از روشهای الکترونیکی
آنالوگ8-segmentشکل 26 : قطب نما
بالای آنالوگResolutionشکل 27 : قطب نما با
با میکروکنترلر8-segmentشکل 28 : قطب نمای
شکل 29 : مدل قطب نما با میکروکنترلر
ص 7 :
1- مقدمه :
قطب نمای مغناطیسی وسیله ای است که در خیلی از مناطق تعیین کننده حرکت کشتی ها یا
.( Global Positioning System ) ( GPS )هواپیما ها است، حتی در سیستمهای موقعیت یاب جهانی
: وسیله ای که از اندازه حرکت زاویه ای یک gyroجایگزینی قطب نماهای عقربه ای مغناطیسی قدیم یا (
جرم دوار (رتور) برای نشان دادن یا اندازه گیری حرکت زاویه ای پایه خود حول یک یا دو محور عمود بر محور
دوران بهره می گیرد) قطب نمای ژیروسکوپی با یک راه حل الکترونیکی پیشنهادی است که مزایایی شبیه داشتن یک مولفه حالت جامد بدون حرکت قسمتها و آسانی ارتباط با دیگر سیستمهای الکترونیکی است.
( MR )برای سنسورهای میدان مغناطیسی داخل یک سیستم قطب نما، تکنولوژی مقاومت مغناطیسی راه حلی است که دارای ارجحیت بالاتری می باشد.
را مقایسه کنید، که می تواند در اغلب قطب نماهای الکترونیکی یافت شود، flux-gateسنسورهای
ارزش بیشتری دارد، به طوریکه نیازی (MR)پیشنهاد تکنولوژی مقاومت مغناطیسی
ساخته شود. به علت ICبه سیم پیچ هائی برای پیچاندن نیست و می تواند در یک پروسه ای شبیه به
در این حوزه کاری بهتر است.Hall نسبت به المانهای MR حساسیت بالایشان، سنسورهای
و همچنین ارائه MRهدف این مقاله ارائه یک مقدمات کلی طراحی قطب نمای الکتریکی با سنسورهای
درک جزئیات می باشد. بنابراین، ویژگیهای اصلی میدان مغناطیسی زمین توضیح داده شده اند و مروری بر بلوکهای ساختمانی یک قطب نمای الکتریکی داده شده است. در ادمه تشریح سنسورهای مقاومت
برای کاربردهای قطب نما و طراحی هر بلوک ساختمانی به طور جزئی پوشش داده Philipsمغناطیسی
شده است. در اینجا، درک هردوی سخت افزار و نرم افزار نشان داده شده اند. بخشهای بعدی به قسمتهای خاصی مانند کالیبراسیون میدان تداخل، تنظیم شمال حقیقی، تصحیح کجی و دقت سیستم اختصاص یافته است. در پایان، مثالهائی برای کامل کردن سیستمهای قطب نما داده شده اند، که شامل بلوکهای ساختمانی که قبلا تشریح شده بود می باشد.
ص 8 :
2- میدان مغناطیسی زمین :
میدان مغناطیسی زمین کمیت فیزیکی برای سنجش به وسیله قطب نما است. بنابراین، موقع طراحی یک قطب نما، فهم و ادراکی در مورد ویژگی های اصلی آن مورد نیاز است. شکل 1 توضیحاتی در مورد تصویر زمین داده شده است.
شکل 1 : میدان مغناطیسی زمین
50 راA/mشدت میدان مغناطیسی با تغییر مکان زمین تغییر می کند و محدوده ای در حدود 20 تا
می پوشاند. اگر فرض بر این باشد که به وسیله یک آهنربای میله ای مطابق زمین ساخته شده باشد، یک سری اطلاعت در مورد شکل میدان زمین می توان به دست آورد، همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است. خطوط میدان مغناطیسی زمین از قطب جنوب زمین تا قطب شمال آن نشان داده شده است. شکل 1 نشان می دهد که، این مخالف کنوانسیون ( قرارداد ) فیزیکی قطب یک آهنربای میله ای است ( طبق سابقه تاریخی، در آن یک قطب شمال آهنربای میله ای که به صورت قطب تعریف شده بود، به طرف شمال در میدان مغناطیسی زمین اشاره دارد ).
خطوط میدان برای سطح زمین در قطب ها عمودی و برای خط استوا موازی هستند. بنابراین، میدان زمین در نیمکره شمالی به طرف پائین و در نیمکره جنوبی به طرف بالا اشاره دارد. یک واقعیت مهم این است که، قطب های مغناطیسی با قطب ها ی جغرافیائی همزمان اتفاق نمی افتد، که با چرخش محور میدان تعریف شداه اند. زاویه بین محور مغناطیسی و چرخشی تقریبا º11.5 هست. به عنوان یک نتیجه منطقی، خطوط
میدان مغناطیسی زمین جنوب جغرافیائی یا حقیقی را کاملا نشان نمی دهد. شکل 2 نمایش سه بعدی
در بعضی نقاط روی زمین را نشان می دهد. He بردار میدان زمین
با استفاده از این شکل می توان کمیت هائی را برای سطح زمین تعریف کرد، که برای یک قطب نما مهم به صورت عمودی z موازی با سطح زمین هستند، از آنجائیکه محور y و xهستند. در اینجا محور مختصات
سمت پائین را نشان می دهد. به
- زاویه α :
است، مولفه بردار Hehزاویه بین شمال مغناطیسی و مسیر حرکت است. شمال مغناطیسی در جهت
مربوط به مولفه افقی میدان زمین می باشد. Hehمیدان زمین عمود بر مرکز ثقل است. در طول این مقاله،
شکل 2 نشان می دهد که :
ص 9 :
این زاویه کمیت قرائت شده یک قطب نما است. در طول این مقاله، α در جهت گردش عقربه های ساعت از جنوب مغناطیسی محاسبه می شود، به عارت دیگر جنوب ο 360 یا ο0، شرق ο90 ، جنوب ο180 ، غرب ο270 می باشد.
- زاویه میل یا شیب δ :
زاویه بین بردار میدان زمین و سطح افق می باشد. همانطور که قبلا نشان داده شد، زاویه انحراف با محل واقعی روی زمین تغییر می کند، در خط استوا و نزدیک ο90± نزدیک قطب ها صفر می شود. اگر قطب نما کج شود، آنگاه زاویه انحراف مطرح می شود، همانطور که در بخش 9 توضیح داده شده است.
- زاویه انحراف λ :
زاویه بین شمال جغرافیائی یا حقیقی و شمال مغناطیسی است. این زاویه به محل واقعی زمین وابسته است. همچنین این زاویه دارای تغییرات زیادی است. این زاویه می تواند مشرق یا مغرب باشد و می تواند
مقداری در حدود ο25± داشته باشد. زاویه به وسیله یک قطب نمائی که به وسیله زاویه انحراف برای پیدا کردن مسیر حرکت با نسبت شمال جغرافیائی تصحیح می شود اندازه گیری می شود. که در بخش 8 اشاره شده است.
x
(جهت حرکت) زاویه انحراف
شمال مغناطیسی
Hex
λ
زاویه
α
y
δ Hey (راست)
زاویه مِیل یا شیب
Hez
He
z (پائین)
شکل 2 : بردار میدان زمین
3- بلوکهای ساختمان یک قطب نمای الکترونیکی :
شکل 3 یک بلوک دیاگرام اصلی از یک قطب نمای الکترونیکی را نشان داده است. این حداقل چیزی است که باید طراحی شود به عبارت دیگر این المانها اساسا برای هر قطب نمای الکترونیکی مورد نیاز است. از بلوک های اصلی_ به جز سنسور میدان_ می توان هم سخت افزار و هم نرم افزار را تحقق بخشید. در ادامه، توابع هر بلوک به طور خلاصه بیان شده اند. جزئیات بیشتر هر بلوک همراه با مثالهائی در ادامه این بخش آمده است.
سنسور میدان دو بعدی Signal Conditioning Unil
KMZ52 (SCU)
X-channel
- تقویت
Offset - حذف
(- جبران دمای
حساسیت )
vx
Direction Determination
144
مشتق گیری
از زاویه
α Unit (DDU)
Y-channl
- تقویت
Offset - حذف
(- جبران دمای
حساسیت )
وجه مشترک
برای دیگر سیستمها
مانند هدایت کشتی یا
vy هواپیما
شکل 3 : بلوک دیاگرام اصلی یک قطب نمای الکترونیکی
● سنسورهای میدان مغناطیسی
همانطور که قبلا نشان داده شد، وظیفه یک قطب نما اندازه گیری زاویه α است، به عبارت دیگر
زاویه بین شمال و مسیر حرکت ، با معادله 1 تعریف شده است. بنابراین، شدت میدان مغناطیسی
و دیگری از پهلو ( Hex )زمین دو سطح افقی باید اندازه گیری شوند : یکی در جهت مسیر حرکت
. برای این کار دو سنسور میدان مغناطیسی نیاز است، که هر دو به صورت موازی روی سطح ( Hey )
زمین تنظیم می شوند، اما 90 درجه نسبت به هم می چرخند.
یک انتخاب بهینه برای اندازه گیری Philips از شرکت ( MR )تکنولوژی سنسور مقاومت مغناطیسی
تحقیق در مورد طراحی قطب نمای الکتریکی