HJMAG803C電流型三軸高精度弱磁測量模塊
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- 發(fā)布時(shí)間：2022-04-11
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??磁測量模塊在姿態(tài)控制、俯仰角測量和伽馬測量等系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用時(shí)，由于采集器往往距離模塊較遠(yuǎn)、且有可能進(jìn)行信號轉(zhuǎn)接，導(dǎo)致模擬電壓信號傳到末端時(shí)信噪比（SNR）損失較大，從而影響整體的測量精度。
01背景
磁測量模塊在姿態(tài)控制、俯仰角測量和伽馬測量等系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用時(shí)，由于采集器往往距離模塊較遠(yuǎn)、且有可能進(jìn)行信號轉(zhuǎn)接，導(dǎo)致模擬電壓信號傳到末端時(shí)信噪比（SNR）損失較大，從而影響整體的測量精度。另外隨著國際環(huán)境的不確定性和中美摩擦不斷升級，美國等針對中國集成電路行業(yè)的打壓呈逐步擴(kuò)大化趨勢，采購進(jìn)口集成電路越發(fā)困難，價(jià)格成百倍千倍飛漲，嚴(yán)重影響中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展及國家安全，集成電路產(chǎn)業(yè)走國產(chǎn)自主化道路必然是大勢所趨。鑒于此狀況，航晶微電在經(jīng)過前期市場調(diào)研、方案論證、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和自身豐富的磁測量技術(shù)積累與研究，成功研制出了自主國產(chǎn)的三軸磁測量模塊，可功能替代進(jìn)口的HMR2300
02概述
HJMAG803C是一款電流輸出型三軸高精度弱磁測量模塊。該模塊采用了調(diào)制解調(diào)技術(shù)和PID調(diào)節(jié)技術(shù)，使得磁傳感器探頭一直工作在零高斯附近。以此來消除外界強(qiáng)磁場干擾（比如永磁鐵、強(qiáng)電磁脈沖等），同時(shí)減小零位時(shí)漂（dK0/dT）和二次非線性（K2）。為了用戶進(jìn)行溫度建模修正、內(nèi)部嵌入了一個(gè)AD590來測量傳感器當(dāng)?shù)販囟取?/p>
考慮到實(shí)際應(yīng)用時(shí)，采集器往往距離模塊較遠(yuǎn)、且有可能轉(zhuǎn)接，模擬電壓信號傳到末端時(shí)信噪比（SNR）損失較大，從而影響測量精度。故借鑒工業(yè)遠(yuǎn)距離傳輸模擬信號的4~20mA電流環(huán)傳送方式傳電流，達(dá)到高保真模擬信號遠(yuǎn)距離傳輸目的。只不過這里考慮到最大20mA時(shí)，模塊的熱功耗問題，改為了1~9mA。零高斯時(shí)，輸出為5mA。
該款磁測量模塊在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、選材、加工中沿用公司在磁測量領(lǐng)域豐富的工程加工和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，有效的確保模塊的性能和應(yīng)用方面滿足客戶的需求。依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)為SJ20668-1998《微電路模塊總規(guī)范》相比于傳統(tǒng)電壓型磁傳感器具有驅(qū)動長線、增強(qiáng)信噪比、系統(tǒng)工作態(tài)可檢查、抗干擾、精度高、可靠性高、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，可功能替代美國生產(chǎn)的HMR2300三軸磁測量模塊。該模塊可服務(wù)于航空、航天、兵器和石油等諸多領(lǐng)域，應(yīng)用在姿態(tài)控制、俯仰角測量、轉(zhuǎn)速測量和伽馬測量等系統(tǒng)中。
注1：HMR2300軟件控制采用非隔離的RS-232/RS-485接口芯片，容易受遠(yuǎn)端地線的共/差模干擾產(chǎn)生誤碼，嚴(yán)重時(shí)會損壞其中的收發(fā)器?？蛻羰褂脮r(shí)，需要對內(nèi)部軟件進(jìn)行認(rèn)證和兼容設(shè)計(jì)。而HJMAG803C內(nèi)部無需編程，輸出1～9mA電流信號，相較于內(nèi)部編程的HMR2300使用更加方便，具有輸出帶長線、高信噪比、高精度等特點(diǎn)。
注2：因接插件材料磁性影響，為保證磁傳感器測量精度，HMR2300敏感軸區(qū)域處于外殼右側(cè)。HJMAG803C的接插件材料采用無磁材料，磁敏感軸區(qū)域處于外殼幾何中心位置。
03電原理框圖
04封裝形式與引出端功能
1.封裝形式：采用無磁金屬封裝，外形尺寸如圖所示。（單位：mm）
注：外殼尺寸:L*W*H=72.5*30*17mm, 安裝基準(zhǔn)面已經(jīng)過拋光處理。
2.引出端功能
除非另有說明，VCC=15±5%V，TA=25℃。
09應(yīng)用注意事項(xiàng)
1.該模塊采用無磁鋁殼體、通過激光焊完成封蓋。引出腳采用J30J-15TJP無磁航空插座，激光焊接在殼體上。故該模塊的封裝不是一個(gè)氣密封裝。使用時(shí)不允許用清洗液清洗，也要預(yù)防其他酸、堿、鹽、氣氛滲入。同時(shí)，凡引出端標(biāo)注“DNC”的，為內(nèi)部調(diào)試端。不能引出，更不能與無關(guān)電位碰接。否則輕者會破壞工作狀態(tài)，重者則會燒毀模塊。
2.模塊三個(gè)正交軸的指向見下圖（頂視圖）。
3.四個(gè)通孔（Φ2）上的螺絲應(yīng)選用無磁螺絲固定器件。
4.由于電流能產(chǎn)生磁場，故布局時(shí)應(yīng)盡量避免單向大電流線靠近，以免產(chǎn)生噪聲/零漂。若距離拉不開，則建議供電線和回線（即GND）同時(shí)等間距布排，能雙絞最好。這樣的布排有利于電流產(chǎn)生的磁場相互抵消。
5.該模塊雖然能可靠工作在TA≥175℃的環(huán)境中，但由于AD590的測量范圍所限，高于125℃時(shí)不能使用該模塊內(nèi)部的溫度傳感器來作為溫度標(biāo)定。
6.由于模塊裝配在裝備中的磁環(huán)境各不相同。周邊的硬磁干擾和軟磁干擾也不盡相同，最終會導(dǎo)致三軸輸出的零位（K0）和比例因子（K1）有變化。因此建議用戶要在上位機(jī)中建模修正。
7.將模塊放置在磁屏蔽桶中，或者用坡莫合金材料包裹，加電測量長線末端的電流。若為5mA，則表明連接正常。若測不出、第一要考慮連線是否斷路。
8.為提高系統(tǒng)采集信噪比，建議客戶采用就近地做信號參考；
9.客戶在采用長線應(yīng)用時(shí)，建議在模塊電源端設(shè)計(jì)浪涌保護(hù)電路。
10.若用于飛機(jī)地磁導(dǎo)航，則必須要進(jìn)行如下工作：
A、地球的地理北極與地磁北極不在一個(gè)點(diǎn)上，故要建模修正；
B、必須要針對經(jīng)度進(jìn)行建模修正，否則遠(yuǎn)航程飛行時(shí)誤差會很大；
C、要與三軸加速度計(jì)捷聯(lián)，從而完成針對飛機(jī)的俯仰角及橫滾角建模修正；
D、詳細(xì)的原理及實(shí)現(xiàn)，請參考Honeywell公司的《Applications of Magnetoresistive Sensors in Navigation Systems》這篇應(yīng)用文章。
11.模塊背面為安裝基準(zhǔn)面，是專門拋光處理的，故不能損傷。
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