专利名称：电子方向角度器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电子方向角度器，属于电子罗盘技术领域。
对欲知方向与地磁南(北)极夹角即方向角的测量，目前普遍采用以磁针为核心的磁罗盘，这类装置怕晃动，使用时要保持一定的水平度，在多种场合使用不方便，例如在普通的交通工具上，这种精密的测量装置就很难找到它合适的工作环境。另一些以指北针为核心的方向仪，由于方向测量精度太低，尚不能作为方向角测量工具。
本实用新型的目的是公开一种精度高而使用方便的电子方向角度器。
本实用新型的任务通过以下方法实现。
一个旋转的霍尔元件，其旋转轴线与霍尔元件的磁通平面平行。
一个所述霍尔元件输出信号处理电路，至少包括该信号的过零检测电路和一个预定方向的定位检测电路。
为增加现有霍尔元件的灵敏度，本实用新型提供的改进技术方案是在上述旋转体霍尔元件磁通平面的两侧对称地设置一对导磁体，以增加穿过霍尔元件的磁力线数，增加霍尔元件的输出信号。
当单个霍尔元件的灵敏度不能满足其要求时，可以将多个霍尔元件单件，依其磁通平面平行排列组合，设置在旋转体上，各霍尔元件单件的输出信号串接。
本实用新型的机理是利用霍尔元件作为磁敏元件；使其在地磁中旋转，输出交变信号，以过零检测电路来提高检测地磁南北磁极方位的灵敏度。以上述技术为基础设计的电子方向角度装置，角度分辨率可控制在±1度之内，温漂低，不怕震晃，可方便地以模拟或数字方式作方向角测量结果显示。或将方位信号与位移信号结合，通过计算机处理，作移动物的电子导航和监控。
以下结合附图和实施例，对本实用新型作具体说明。
图1为一种以模拟方式为角度显示的方向器结构示意图。
图2为图1的A－A视图。
图3和图4为霍尔元件的两种组合方式。
图5为信号处理电路框图。
图6为主电路原理图。
图7为计数器前置电路原理图。
图1和图2中霍尔元件1设在一个转盘2上，转盘2的空心轴3一端经齿轮4与电机5传动连接，空心轴3架持在机架6上。霍尔元件1的导磁面与轴线平行，在导磁面两侧设有对称的扇形导磁体7，用来增加穿过霍尔元件1的地磁通量。导磁体用电工软铁或硅钢片制成。在空心轴3的下方设有计数用过零定位光电触发探头LB，在机架6的外侧设有计数用定位触发探头LA和定位档片8.在转盘2的外缘设有一对探测定位方位的光电探头9、10，发光管9处在定位档片8的下方，光电管10处在上方。计数用定位触发探头LA的位置与发光管9对应设置。电刷杆11与空心轴3固连，为转盘上的电路提供电源连接。
转盘2的未被占用的扇形空间供设置电子线路及元件用，其中一组径向排列的发光二极管12，用作方向角模拟显示。
图中光栅盘13及对应设置的发光管14与光电探头15构成一个光栅探测机构，用作角度或角位移的单位量标定。
除了用扇形设置的导磁体来增加霍尔元件的检测灵敏度外，还可采用多个霍尔元件平行设置方法，如图3和图4所示。图3中各霍尔元件1以磁通面迭加设置，图4中各霍尔元件以磁通面排列成行。自然霍尔元件迭加与成行排列组合的方式，以及多个霍尔元件迭加后再增设扇形导磁体等方法均可有效地增加磁敏元件的灵敏度。各霍尔元件单件的信号输出串联连接。
本实用新型的另一特点是对磁敏元件输出的交变信号采用过零检测电路，电路框图如图5所示。旋转霍尔元件1输出的交变信号经电压放大和过零检测电路21处理后，向触发电路22输入一个触发信号。另有一路定位触发电路24向触发电路22输入另一个触发信号。触发电路22输出一个反映定位方向与磁北极方向夹角的脉冲，用于控制方位角模拟显示电路23，从该电路还可输出供计数器或其他监控用的控制信号。
图6为主电路原理图。
图中霍尔元件1输出的交变信号经电容C1，反馈电阻R1和运放A1、A2组成的电压放大电路放大，通过输出电容C2向一个两与非门U1a和U1b组成的RS触发器输入一个脉冲信号。当放大电路输入信号过零时，其电压的变化率最大，每个周期使A2的输出对应地获得正，反相两个尖脉冲，其中负脉冲使RS触发器的R端置零，这就是过零检测原理。
探测定位方位的光电探头D4与BG2(即图1中的9、10)每经过定位档板一次，就输出一个高电平脉冲，该脉冲经U2b、C4、U2a和电阻R3、R2组成的单稳电路处理，再经U2c反相，输出一个低电平脉冲至RS触发器的S端。该RS触发器的输出端Q的输出高电平经U1c、U1d整形，使BG1导通，串接在集电极回路中的6只发光管D(即图1中的部件12)发光。另一个发光二极管D3用来向光电触发探头LB发射光信号。
本电路中霍尔元件1可选用SC3503，运放器可选用TL084或LM324，集成电路U1为74LS00，U2为74LS14。
工作过程如下，设在转盘上的光电探头每经过一次定位档板，RS触发器的S端输入低电平，Q端输出高电平，使转盘上发光管12发光。当霍尔元件过零时，低电平脉冲触发RS触发器R端，使Q端为低电平，发光管12熄灭。这样角度器就以扇形发光区域表示一个定位方向与磁极间的夹角，夹角的一条边为欲知方向，另一边为磁北极方向。
为扩大方向角度器的功能，使其具有数字化处理能力，除了从上述主电路向LB输出一个过零触发信号，以及利用发光管D4同时向设在仪器侧壁上的探头LA输出一个定位触发信号外，还需要一个表示角度单位量的信号，这个信号可以利用光栅探测机构来实现。如图1中与空心轴3固连的光栅盘13每旋转360°，光电探头15发送规定数量的脉冲，脉冲数量与光栅盘13上的透光孔数目相同。
图7中定位触发探头LA经非门U3a输出一个低电平定位脉冲；同样过零触发探头LB经非门U3b输出一个低电平过零脉冲。这两个脉冲输入由与非门U4a和U4b组成的RS触发器，向与非门U4c的一个输入端输出一个表示欲知方向与磁北极夹角的高位脉冲，与非门U4c的另一输入端a接上述光栅探头，这样U4c的输出端b为一个表示夹角大小的脉冲串，可作为计数器输入信号。从RS触发器的另一输出端输出的低电平经U3c和U3d构成的单稳电路和非门U3e处理向c端输出一个供计数器锁定用的下降沿脉冲，再经R4、C5延时后经非门U3f，在d端输出一个供计数器清零用的上升沿脉冲。上述b、c和d三个输出脉冲除了可直接输入计数器，实现方位测定的数字显示，还可做为移动物体的计算机监控系统的角度信号源。这一信号与移动物体的位移信号相结合，即实现对移动物体的自动监控，例如汽车导航、出租车调度等。
权利要求1.一种电子方向角度器，以霍尔元件为磁敏元件，其特征在于(1)所述霍尔元件设在一个旋转体上，旋转轴线与霍尔元件的磁通平面平行；(2)一个所述霍尔元件输出信号处理电路，至少包括该信号的过零检测电路，还包括一个预定方向的定位检测电路。
2.按权利要求1所述的电子方向角度器，其特征是在所述霍尔元件磁通平面的两侧对称的设有一对导磁体。
3.按权利要求1所述的电子方向角度器，其特征是所述霍尔元件由多个单件依其磁通平面平行排列组合而成，各单件的输出信号串接。
4.按权利要求1、2或3所述的电子方向角度器，其特征是所述信号处理电路中的过零电路为一个微分放大电路，由输入电容(C1)，运放(A1、A2)，反馈电阻(R1)及输出电容(C2)组成，将交变输入信号的过零信号转为尖脉冲输出，所述定位触发电路的输入为设于方向角度器上的定位光电探头，该输入信号经一个单稳触发电路(U2a、U2b)处理后输出。
5.按权利要求4所述的方向角度器，其特征是所述信号处理电路还包括一个RS触发电路，将所述过零触发脉冲和定位触发脉冲处理为一个方向角脉冲，该脉冲触发一个模拟显示电路的开关管(BG1)，该模拟显示电路中的显示发光管(D)串接于开关管(BG1)的集电极回路中，这些发光管(D)依径向排列于转盘(2)上。
专利摘要本实用新型涉及一种电子方向角度器，属于一种电子罗盘，以霍尔元件为磁敏元件，霍尔元件设在一个转盘上，输出交变信号，采用过零检测处理电路，将交变信号的过零点处理为触发脉冲，还设有欲知方位探测触发电路，两种触发信号经RS触发器处理后可进行方位角模拟显示或数显。本装置方位角检测灵敏度高，精度可达±1度，显示直观，便于扩展功能。
文档编号G01C17/32GK2212772SQ9422439
公开日1995年11月15日 申请日期1994年7月22日 优先权日1994年7月22日
发明者霍宴宾 申请人:霍宴宾