Расчет компонентов и разработка вычислительного блока системы электромагнитного позиционирования. Обоснование выбора катушек индуктивности и изучение их влияния на стабильность системы. Измерение индукции электромагнитного поля при парной работе катушек.
Аннотация к работе
Актуальность развития методов точного определения координат и углов ориентации того или иного объекта по отношению к некоторой заданной системе координат трудно переоценить. Определение пространственных и угловых координат движущихся объектов лежит в основе решения многих важных научных и технических задач. Однако системы электромагнитного трекинга (позиционирования) уже активно применяются во многих сферах. В некоторых случаях использование электромагнитных систем позиционирования - единственный способ определить линейное положение и ориентацию подвижного объекта. Кроме того такие системы имеют довольно высокую точность и в настоящее время ведутся работы по усовершенствованию систем электромагнитного позиционирования и уменьшению недостатков.Актуальность развития методов точного определения координат и углов ориентации того или иного объекта по отношению к некой заданной системе координат сегодня трудно переоценить. Определение пространственных и угловых координат движущихся объектов лежит в основе решения многих важных научных и технических задач. Наибольшую сложность представляют задачи высокоточного управления объектами: маневрирование вблизи поверхности земли, стыковка подвижных объектов и прочие [1]. Особое место среди систем измерение положения тел занимают низкочастотные электромагнитные системы. Наибольшую известность в России магнитное позиционирование имеет в отношении к термину НСЦИ - нашлемная система целеуказания и индикации, применяемая, в основном, в авиации для управления бортовыми системами направлением взгляда пилота.В настоящий момент известны три способа магнитного позиционирования - AC-позиционирование (alternating current), DC-позиционирование (direct current), а также перспективный метод ADC-позиционирования. Они компактны и хорошо работают в свободном от металла пространстве, позволяют достичь более точного позиционирования в широких диапазонах линейных и угловых перемещений подвижного объекта, чем любые другие системы. Основной недостаток АС-систем - снижение точности позиционирования изза сильного искажения рабочего поля полями вихревых токов, наводимых системой в условиях окружения металлом. Также существует тип систем позиционирования, который основан на позиционировании по постоянному (квазипостоянному) току. В связи с проблемами точного определения погрешностей, перед разработчиками магнитных систем позиционирования встала задача: нужно было, чтобы система работала без дорогостоящей процедуры калибровки кабины (это особенно важно для вертолетов).1) Одно из наиболее широких распространений получили датчики работающие на основе эффекта Холла. Датчики магнитного поля на основе эффекта Холла обладают хорошей линейностью выходного сигнала и высокой чувствительностью к магнитным полям, приложенным перпендикулярно, вне зависимости от их плоскости. В целом датчики Холла обладают такими преимуществами как компактность, высокая надежность, широкий динамический диапазон, удовлетворительная магнитная чувствительность, хорошая ориентационная характеристика, широкий ценовой диапазон. 3) В основе работы магниторезистивных датчиков лежит анизотропный магниторезистивный эффект, который заключается в способности длинной пермаллоевой (NIFE) пленки изменять свое сопротивление в зависимости от взаимной ориентации протекающего через нее тока и направления ее вектора намагниченности. Также магниторезистивные датчики обладают компактностью, высокой надежностью, малой постоянной времени, хорошей ориентационной характеристикой, отсутствием зависимости от расстояния между магнитом и датчиком.В обеих системах передатчик состоит из трех ортогонально расположенных катушек, которые последовательно находятся под напряжением и создают электромагнитные поля для каждого измерительного цикла. На передатчик Fastrak подается синусоидальный ток, приемник содержит пассивные катушки, в которых индуцируются токи. Система содержит передатчик, схему управления передатчиком, датчик и электронные средства для обработки сигнала. Таким образом, Bird - это квази-DC система и, как следствие, способна создать три дополнительных пассивных измерения за цикл, с той целью, чтобы компенсировать постоянное магнитное поле Земли. Стоит отметить, что в системе Fastrak интервал, по которому возбуждается каждая катушка, фиксирован, в системе же Birds интервал изменяется пропорционально длительности цикла измерений.В процессе выполнения дипломной работы были рассчитаны параметры двух катушек и рассчитано их влияние друг на друга, в условиях парной работы. Измерения проходили с катушкой 1 и производились в нескольких частотных диапазонах, которые в сумме составляют необходимый график зависимости. Стоит отметить, что погрешность в измерениях различна для разных диапазонов частот и определятся половиной цены деления прибора (от ?=0,05 КГЦ при диапазоне F=0,8-3 КГЦ, до ?=5 КГЦ при диапазоне F=100-300 КГЦ). После установления соответствующих параметров были произведены измерения взаимной индукции двух катушек по методу амперметра - вольтметра.
План
Содержание
Реферат
Введение
1. Электромагнитное позиционирование
1.1 Способы магнитного позиционирования
1.2 Датчики электромагнитного поля
1.3 Сравнение параметров коммерческих систем магнитного позиционирования
2. Методика измерений
2.1 Выбор и расчет катушек индуктивности как компонентов системы электромагнитного позиционирования
2.2 Измерение индукции электромагнитного поля в условиях парной работы катушек индуктивности
3. Результаты измерений
3.1 Измерение зависимости магнитной индукции от расстояния при одинаковой частоте работы катушек индуктивности
3.2 Измерение зависимости магнитной индукции от расстояния при разной частоте работы катушек индуктивности
Заключение
Список использованных источников позиционирование катушка индуктивность электромагнитное поле
Введение
Актуальность развития методов точного определения координат и углов ориентации того или иного объекта по отношению к некоторой заданной системе координат трудно переоценить. Определение пространственных и угловых координат движущихся объектов лежит в основе решения многих важных научных и технических задач. В настоящее время существует множество систем, которые решают задачу определения местоположения объекта. Однако, в определенных случаях, применение распространенных систем позиционирования объектов невозможно.
Позиционирование по электромагнитному полю сравнительно новая область в части определения местоположения объектов. Однако системы электромагнитного трекинга (позиционирования) уже активно применяются во многих сферах. В некоторых случаях использование электромагнитных систем позиционирования - единственный способ определить линейное положение и ориентацию подвижного объекта. Область применения систем электромагнитного позиционирования чрезвычайно широка. Кроме того такие системы имеют довольно высокую точность и в настоящее время ведутся работы по усовершенствованию систем электромагнитного позиционирования и уменьшению недостатков.
Системы оптического или ультразвукового трекинга в ближней зоне имеют не слишком высокую точность, которая необходима, например в медицине. Также эти системы имеют низкую скорость обновления, что в некоторых случаях недопустимо. Кроме того, всем этим системам необходимо иметь прямую видимость между излучателем и приемником. В таких случаях применение электромагнитных систем позиционирование единственный выход, особенности которых представляет особый интерес.
Область электромагнитного позиционирования на настоящий момент не получила широкого описания, однако отдельные исследования дают впечатляющий результат.
Целью данной работы являлось разработка вычислительного блока системы электромагнитного позиционирования. Изучение стабильности системы электромагнитного позиционирования.
При этом важным является решение следующих задач: - описать преимущества и недостатки систем электромагнитного позиционирования, показать перспективы развития данной области;
- провести сравнение коммерческих систем электромагнитного позиционирования;
- провести расчет компонентов систем электромагнитного позиционирования;
- выяснить стабильность системы, произвести расчет влияния индукции магнитного поля в условиях парной работы катушек индуктивности на одной частоте, в зависимости от расстояния. Произвести расчет влияния индукции магнитного поля в условиях парной работы катушек индуктивности на разных частотах.