基于隧道磁阻传感器的三维电子罗盘设计-

第28卷第6期2015年6月传感技术学报

CHINESE JOURNAL OF SENSORS AND ACTUATORS Vol．28一No．6June 2015

项目来源:兵科基金项目(622010750516);总装基金项目(9140A09011313BQ014118);山西省攻关项目(20130321014-04)收稿日期:2015-03-17一一修改日期:2015-05-02Design of a Three-Dimensional Electronic Compass Based on

Tunneling Magneto Resistance Sensor ?

WANG Qi 1,2,LI Mengwei 1,2?,WANG Zengyue 1,2,JIANG Xiaoyong 1,2,LI Xiguang 1,2

(1.Science and Technology on Electronic Test and Measurement Laboratory ,North University of China ,Taiyuan 030051,China ;2.Center for Microsystem Intergration ,Ministry of Education ,North University of China ,Taiyuan 030051,China )

Abstract :Existing electronic compass is vulnerable to be distracted by the Magnetic Field in external environment,which leads to low accuracy.To solve this problem,a three-dimensional electronic compass is designed based on Tunneling Magneto Resistance sensor and a prototype is made.The error characteristics of compass in a real envi-ronment is studied,and ellipse hypothesis are carried out to compensate the azimuth error after ellipsoid-fitting cor-rection.Through experimental tests,the compensation effect of the ellipse hypothesis method,which compensated az-imuth accuracy of up to 0.85?and effectively reducing 94.81%of the azimuth error.Experimental results show that applying TMR sensor to electronic compass is feasible.Key words :electronic compass;TMR sensor;compensation of magnetic deviation;ellipse fitting EEACC :7310L一一一一doi :10.3969/j.issn.1004-1699.2015.06.020

基于隧道磁阻传感器的三维电子罗盘设计?

王一琪1,2,李孟委1,2?,王增跃1,2,蒋孝勇1,2,李锡广1,2

(1.中北大学电子测试技术国家重点实验室,太原030051;2.中北大学微系统集成研究中心,太原030051)摘一要:针对现有电子罗盘在地磁场检测时易受到外界磁场干扰而导致测量精度不高的问题,设计了基于隧道磁阻传感器(TMR)的三维电子罗盘并完成样机制作三研究了实际环境中电子罗盘的误差特性,经椭球拟合校正后,采用基于椭圆假设的椭圆拟合方法对误差进行补偿,补偿后其方位角精度可达0.85?,有效降低94.81%的方位角误差三实验结果验证了TMR 传感器在电子罗盘应用的可行性三

关键词:电子罗盘;隧道磁阻传感器;罗差补偿;椭圆拟合

中图分类号:TP212一一一一文献标识码:A一一一一文章编号:1004-1699(2015)06-0895-05

一一电子罗盘通过采集地磁场强度信号实现方位角

检测,由于其成本低二灵活性好二无累积误差等特点,可用于校正陀螺的累积误差,为传统自主导航系统提

供稳定精确的航向角,广泛应用于定向导航领域,如

陀螺寻北仪的粗寻北[1]二捷联惯导初始对准[2]等三

目前,国外已成功将电子罗盘用于车载导航等领域,而国内很多单位正在开展对电子罗盘的相关研究,

并且取得不错的成果三其中对各向异性磁阻传感器(AMR)的电子罗盘研究较多,郑州大学刘武发[3]和南

京航空航天大学杨新勇[4]设计的基于AMR 传感器的

三维电子罗盘航向精度分别为0.6?和0.8?,但AMR 传

感器灵敏度偏低,且需置位/复位电路消除磁滞,使得

电路复杂,不利于微小型化和降低成本;巨磁阻(GMR)

传感器较AMR 灵敏度偏高,中国科学院物理研究所的汤玉林[5],杭州电子科技大学的林乾浩[6]制作的基于GMR 的三维电子罗盘精度为1?三但其信号强度较弱二信噪比低决定了基于GMR 传感器的电子罗盘的精度提升空间不大三隧道磁阻传感器(TMR)较之AMR 和GMR 传感器,有良好的温度稳定性,较高的灵敏度,更宽的线性范围,更低的功耗,因此本文拟基于TMR 传

感器开发出较高精度的电子罗盘三1一TMR 传感器的方位角测试原理隧道磁电阻效应(Tunneling Magneto Resistance,TMR)是指在外磁场变化时,某些磁性材料隧道结出现非常大的电阻变化的现象三TMR 效应室温下磁阻变化率可达1056%[7],因此TMR 传感器灵敏度极高,可用于弱磁场检测三TMR 还具有功耗低二