[實用新型]一種電磁感應尋北儀

無效

• 申請號: 201020584407.0
• 申請日: 2010-11-01
• 公開（公告）號: CN201885717U
• 公開（公告）日: 2011-06-29
• 發明（設計）人: 譚成忠
• 申請（專利權）人: 北京天海航興科技股份公司
• 主分類號: G01C17/28
• 分類號: G01C17/28;G01C17/30
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型涉及一種基于電磁感應原理的尋北儀，在定向和導航方面具有特殊用途，但也可廣泛用于工程和機械傾斜變化的測量。

背景技術

指北和定向是工程技術以及科學研究中廣泛涉及的一個研究課題，如導航及工程和機械傾斜變化的測量等方面。目前傳統的定向方法有羅盤、陀螺式尋北儀和GPS定向方法等幾種。傳統的羅盤結構簡單、應用方便，但精度低、抗干擾能力弱；陀螺式尋北儀精度高，但構型復雜、成本高、尋北時間長；GPS定向方法使用簡單，但系統龐大、依賴性較強。目前指北和定向工程技術，特別是軍工快速定向和導航領域迫切需要高精度的快速尋北儀，因此研制新型高效尋北儀就成為許多相關工程領域迫切需要解決的技術問題。

本實用新型提供一種高精度的快速尋北儀，為一種基于電磁感應原理的尋北裝置。電磁感應尋北儀由線圈、繞線柱，驅動電機組成，線圈繞于繞線柱外周，繞線柱的軸向垂直于驅動電機的旋轉軸向，繞線柱的兩端聯接有磁探測面板。當電磁感應尋北儀置于地磁場中，并勻速旋轉驅動電機時，根據法拉第電磁感應定律，線圈兩端產生感應電動勢。在勻速旋轉的條件下，感應電動勢的大小與繞線柱軸向與地球磁北的夾角呈正弦函數關系。當線圈軸向與地球磁北方向平行時，線圈兩端產生的感應電動勢為零，而且這時正弦函數隨時間變化的斜率最大，因此通過確定感應電動勢為零的位置并可確定地球磁北的方向。本實用新型提供的一種電磁感應尋北儀是一種結構簡單的高精度快速定向裝置。由于磁偏角是測量點經緯度的函數，因此與GPS定位技術相結合，電磁感應尋北儀可提供一種高精度快速尋找地理北向的裝置。

發明內容

本實用新型的原理是基于法拉第電磁感應定律。電磁感應尋北儀由線圈1、繞線柱2、驅動電機3組成，線圈1繞于繞線柱2外周，繞線柱2的軸向垂直于驅動電機3的旋轉軸向，線圈1產生的感應電動勢信號由導線4引出，繞線柱2的兩端聯接有磁探測面板5。本實用新型采用驅動電機勻速旋轉拖動線圈繞組1，使其切割地球磁場的磁力線，并產生?感應電動勢，通過測量電動勢來確定線圈軸向與地磁場方向的夾角，從而達到尋北的目的。地球是一個大的磁體。地磁場F的基本要素如圖2所示，其垂直分量為Z；水平分量為H；東西向和南北向分量分別為Y和X；磁偏角為D；磁傾角為I。

當電磁感應尋北儀置于地磁場中，并勻速旋轉驅動電機時，根據法拉第電磁感應定律，線圈兩端產生感應電動勢。在勻速旋轉的條件下，感應電動勢的大小與線圈軸向與地球磁北的夾角呈正弦函數關系。電磁感應尋北儀的工作原理與發電機的原理一致。與發電機相比，地磁場對應于發電機中永久磁鐵產生的磁場。設驅動電機3的旋轉角速度為ω，線圈的匝數為N，磁探測面板5的面積為A，磁感應強度為B(B＝μH，μ為磁導率)。線圈1兩端產生的感應電動勢u與時間t的關系為：

u＝NBAsin(ωt+δ)＝ksin(ωt+δ)，

式中δ為初始相位，k(k＝NBA)為感應電動勢的幅值。在給定角速度的條件下，感應電動勢的幅值k正比于線圈匝數N、磁探測面板5的面積A、磁感應強度B。因此繞線柱2和磁探測面板5應選擇磁導率高的鐵磁材料(Fe，Co，Ni金屬和其合金)。電磁感應尋北儀的尋北速度由驅動電機3的角速度ω來確定。離散采樣若干周期的感應電動勢值并可確定上式中的相位函數f(t)，即：

f(t)＝ωt+δ。

相位函數f(t)代表某一時間t繞線柱軸向n與地球磁H的夾角，如圖3所示。當相位函數f(t)滿足條件：

f(t)＝2jπ，

(j＝0，1，2，3，…)時代表在該位置繞線柱2的軸向n與地球磁北方向平行，因此本實用新型所尋北向為地磁北H方向。地球磁北方向與地理北向之間的夾角稱為磁偏角。圖2所示的地磁場要素中磁偏角D是測量點經緯度的函數。測量點的經緯度可通過GPS技術確定。因此與GPS定位技術相結合，電磁感應尋北儀提供一種高精度快速尋找地理北向的裝置。

附圖說明

下面結合附圖對本發明作進一步詳細說明：

圖1為電磁感應尋北儀的結構示意圖；

圖2為地磁場的基本要素示意圖；

圖3為在恒定旋轉角速度的條件下繞線柱軸向n與地球磁場H的夾角關系示意圖；

圖4為A-A參考方向、孔6的位置以及繞線柱2的軸向在初始時間的關系示意圖；

圖5為X-軸及Y-軸方向二維電磁感應尋北儀與繞Z-軸電機驅動旋轉的關系示意圖；

圖6為在100(度/秒)的恒定旋轉角速度條件下二維電磁感應尋北儀的信號輸出以及與磁北的關系。

具體實施例