陳 偉 張 源

(海軍蚌埠士官學(xué)校航海教研室 蚌埠 233012)

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基于磁阻傳感器的磁羅經(jīng)實驗室訓(xùn)練方法改進設(shè)計*

陳 偉 張 源

(海軍蚌埠士官學(xué)校航海教研室 蚌埠 233012)

利用磁阻傳感器感知磁航向,對此航向加入誤差模擬電羅經(jīng)航向,磁羅經(jīng)與此航向比對,模擬實際工作環(huán)境中磁羅經(jīng)與電羅經(jīng)比對測定消除磁羅經(jīng)自差,解決了實驗室無法進行此項目相關(guān)教學(xué)訓(xùn)練的問題。

磁阻傳感器; 磁羅經(jīng); 實驗室

Class Number U666

1 引言

利用艦艇上電羅經(jīng)航向作為基準航向,與磁羅經(jīng)比對得出磁羅經(jīng)自差大小并以“愛利法”為基礎(chǔ)進行自差消除的方法,相對于傳統(tǒng)方法,具有不受天氣、海域限制等優(yōu)勢,是一種常用的磁羅經(jīng)自差消除方式[1～2]。該方法在院校教學(xué)中,受場地、電羅經(jīng)保障等因素制約,一直缺乏有效的措施進行該項目的教學(xué)與實作訓(xùn)練。磁阻傳感器具有敏感當(dāng)?shù)卮艌龇较虻淖饔?在磁羅經(jīng)數(shù)字化改造方面已被廣泛使用[3～4],將其安裝在磁羅盤上,能夠敏感出磁羅經(jīng)磁羅盤處磁航向數(shù)值,磁羅盤讀數(shù)與磁阻傳感器敏感數(shù)值相同。利用磁阻傳感器這一性能,本文提出將磁阻傳感器給出的數(shù)值進行相關(guān)誤差處理,以處理后的航向模擬電羅經(jīng)航向,使磁羅經(jīng)可以進行航向比對,實現(xiàn)了課堂教學(xué)與訓(xùn)練應(yīng)用。

2 實驗方法及功能

航向比對法是一種常用的磁羅經(jīng)自差測定方法,是通過比對電羅經(jīng)與磁羅經(jīng)航向來測定自差的方法,為自差消除提供自差數(shù)據(jù)。在消除自差過程中,利用艦艇上電羅經(jīng)航向來進行磁航向航行,其中電羅經(jīng)航向由所要航行的磁航向、當(dāng)?shù)卮挪詈碗娏_經(jīng)差推算得出,用公式表示:電羅經(jīng)航向=磁航向+磁差-電羅經(jīng)差。磁差是從海圖上取得的,電羅經(jīng)差可以在過疊標(biāo)線時測定。航向比對法實施過程中需要電羅經(jīng)保障,在實驗教學(xué)中收到實驗室場地與電羅經(jīng)保障的制約,難以有效開展此項目教學(xué)訓(xùn)練。針對電羅經(jīng)保障限制,本設(shè)計主要通過“電羅經(jīng)航向模擬系統(tǒng)”進行電羅經(jīng)航向的模擬;通過“船舶轉(zhuǎn)向模擬系統(tǒng)”解決了場地限制問題[5],實現(xiàn)了在實驗室此項目教學(xué)訓(xùn)練。

3 系統(tǒng)的組成和功能實現(xiàn)

本設(shè)計硬件組成及功能如圖1,通過磁阻傳感器來敏感磁場,經(jīng)過信號放大、A/D轉(zhuǎn)換及鍵盤裝入的數(shù)據(jù)后,經(jīng)單片機處理后所得的航向,作為模擬的電羅經(jīng)航向,進行磁羅經(jīng)航向比對的依據(jù)[1,3]。其中磁阻傳感器是基于磁阻效應(yīng)原理工作的,利用磁阻效應(yīng)可高靈敏度地檢測外界磁場強度的大小和方向。采用兩軸磁阻傳感器來直接敏感磁場,磁阻傳感器輸出X軸和Y軸二路相對應(yīng)的感應(yīng)電壓,經(jīng)磁阻傳感器電路處理后,輸出X軸和Y軸二路感應(yīng)直流電壓信號。這兩路信號輸入到A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端。A/D轉(zhuǎn)換器將二路輸入的直流電壓信號分別轉(zhuǎn)換為12位數(shù)字信號,結(jié)果送入單片機處理。按照編制的程序,計算Y軸和X軸信號Vy和Vx的正切值,可獲得船舶的真實磁航向,將真實磁航向經(jīng)鍵盤加入誤差后,作為模擬電羅經(jīng)航向數(shù)值并顯示,得到待比對的航向。

圖1 系統(tǒng)的硬件組成

3.1 模擬艦艇轉(zhuǎn)向的實現(xiàn)

利用“愛利法”消除磁羅經(jīng)自差,需要先后在四個基點及兩個相互垂直的隅點磁航向上進行,在進行實際航行訓(xùn)練時,只需要調(diào)整船艇的航向即可帶動磁羅經(jīng)隨之轉(zhuǎn)向。在實驗室后實現(xiàn)磁羅經(jīng)的航向變化,通常采用在磁羅經(jīng)基座下安裝一個360°全方位回轉(zhuǎn)的平臺的方法解決,在自差消測過程中,當(dāng)需要船艇轉(zhuǎn)向的時候,只需手動轉(zhuǎn)動羅經(jīng)主體,即可模擬出磁羅經(jīng)隨船艇轉(zhuǎn)向的效果。

3.2 模擬電羅經(jīng)航向的實現(xiàn)

在實驗室,磁阻傳感器感應(yīng)所得到的航向為不含自差的羅航向,即為真實的磁航向?？紤]到相應(yīng)航向存在的自差,采用人為加入誤差后的航向,作為電羅經(jīng)航向,電羅經(jīng)航向數(shù)值由真實磁航向、當(dāng)?shù)卮挪罴半娏_經(jīng)誤差三個因素決定,即公式:電羅經(jīng)航向=磁航向+磁差-電羅經(jīng)誤差,此處的磁航向為需要航行的磁航向,如0°、90°,帶入公式便可得電羅經(jīng)航向,所得的電羅經(jīng)航向用于模擬艦艇的真實航向,為航向比對的基準。為了教學(xué)訓(xùn)練更貼近實際情況,當(dāng)?shù)卮挪罴半娏_經(jīng)誤差可采用磁羅經(jīng)自差消除時的一組真實數(shù)據(jù),通過鍵盤選擇已裝訂在單片機內(nèi)的多組數(shù)據(jù)中的一組。

3.3 克服磁鐵棒對磁阻傳感器的影響的實現(xiàn)

該設(shè)計磁阻傳感器的信號準確和穩(wěn)定為模擬電羅經(jīng)航向的關(guān)鍵,而在消除自差過程中,存在插入的磁鐵棒會改變磁阻傳感器周圍的磁場,導(dǎo)致電羅經(jīng)的航向發(fā)生變化,無法實現(xiàn)實際工作中艦艇穩(wěn)定的航向的問題?？朔盆F棒對磁阻傳感器的影響成為本設(shè)計的關(guān)鍵。如圖2所示,采用的方法是當(dāng)電羅經(jīng)確認進入相關(guān)航向后,鎖定該航向顯示,這樣插入的磁棒不會影響電羅經(jīng)航向顯示,當(dāng)該航向消除完畢后,比對此時磁阻傳感器真實值與特定值(含允許的消除誤差)之間的關(guān)系,并決定是否解鎖,以進行下一個航向的消除。以消除C自差為例,首先以磁航向0°航行,0°為解鎖航向,消除過程中,當(dāng)磁阻傳感器感應(yīng)值變?yōu)?°時表示該航向消除完畢;然后以180°航行,進入該磁航向后,讀取磁阻傳感器此時值,與180°取中間值為解鎖航向,消除過程中,當(dāng)磁阻傳感器感應(yīng)值與解鎖值相等時表示該航向消除完畢。為了保證正確進入相應(yīng)磁航向,顯示屏上同時顯示相關(guān)磁差與電羅經(jīng)差,以便操作人員能計算出相應(yīng)電羅經(jīng)航向;當(dāng)磁阻傳感器與特定值相等時,進行一定延時,確認該值穩(wěn)定后再進行顯示器航向顯示解鎖。

圖2 航向顯示流程圖

4 系統(tǒng)工作過程

磁傳感器敏感實驗室磁羅經(jīng)附近磁場信號,經(jīng)前置放大、A/D轉(zhuǎn)換后送單片機初步處理,得出磁場方向,加入相應(yīng)航向上人為誤差后的得出模擬電羅經(jīng)航向并顯示,同時顯示出電羅經(jīng)誤差與磁差值。轉(zhuǎn)動磁羅經(jīng)使電羅經(jīng)進入消除自差時艦艇所航行的磁航向,模擬航行,并對該航向進行鎖定顯示。讀取此時的磁羅經(jīng)航向作為要比對的航向,磁羅經(jīng)航向與相應(yīng)磁航向之差即為此航向上磁羅經(jīng)自差,插入相應(yīng)硬鐵或軟鐵進行自差消除。當(dāng)插入磁棒后必然引起磁羅經(jīng)周圍磁場的變化,磁羅盤轉(zhuǎn)動,磁阻傳感器感應(yīng)航向同時發(fā)生變化,當(dāng)磁阻傳感器感應(yīng)航向與所要航行的磁航向相同(走正航向)或為兩者中間值(走反航向)時,表示此航向自差消除完成。

圖3 系統(tǒng)工作過程流程圖

5 結(jié)語

本設(shè)計在實驗室實現(xiàn)了磁羅經(jīng)航向比對法的消除過程,能滿足航向比對法在實驗室的教學(xué)訓(xùn)練要求,需要注意的是本設(shè)計中磁羅經(jīng)自差為人為設(shè)定的自差,并非磁羅經(jīng)真實存在的自差,與真實工作情況有所不同,僅可模擬真實工作情況,限于教學(xué)訓(xùn)練應(yīng)用。

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Improved Design of Magnetic Compass Training Laboratory Based on Magnetic Resistance Sensor

CHEN Wei ZHANG Yuan

(Navigation Teaching and Research Office, Bengbu Naval Petty Officer Academy, Bengbu 233012)

Using magnetic resistance sensor to sense magnetic course, error simulation electric compass course is added, the course is compared with the magnetic course, compass and determination to eliminate the magnetic compass autodyne gyrocompass contrast magnetic actual working environment are simulated, the laboratory cannot carry out this project related training problem is solved.

magnetic resistance sensor, magnetic compass, laboratory

2015年2月11日,

2015年3月24日

陳偉,男,助教,研究方向:航海儀器的教學(xué)與科研工作。張源,男,碩士,副教授,研究方向:航海儀器的教學(xué)與科研工作。

U666

10.3969/j.issn1672-9730.2015.08.024