空心正交电感测量磁场方向的性能测试-平芜编程栈

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01空心正交电感

一、背景

这是昨天接收到来自逐飞的空心正交电感，用于测量 150kHz 的导航磁场方向。经过测量，每个电感中的线圈都是 1mH。这四个电感具有不同的尺寸和绕制线径，下面测量他们在舵机带动下，所获得的电磁场的信号。评估每个电感测量电磁场方向精度。

二、测量数据

测量小型正交电感对应的数据。两个通道信号基本上都没有失真，计算出来的角度线性度较好。更换中等线圈。此时，由于对应的线圈增益变大，测量的信号都已经饱和了。同样，对于大型电感，所测带得到的数据也都饱和。下面，减小采集板中可编程放大器的增益，降低增益之后再重新测量一遍。

▲ 图1.2.1 小电感测量的磁场以及计算的角度

▲ 图1.2.2 中等线圈采集到的数据以及计算的角度

▲ 图1.2.3 大型线圈采集到的信号以及计算的角度

▲ 图1.2.4 大型线圈2采集到的信号以及计算的角度

降低采集板的增益。重新采集数据。使用绕制线径比较大传感器进行测量。信号并没有失真，但是会发现计算出的角度信息出现非常大的误差。修改线径比较小的大电感进行测量，此时，计算出的角度则误差很小。猜测，这是因为线径比较小的线圈所形成的接收 LC 的 Q之比较低，相应的对于测量桌面中存在的一些干扰信号影响也小了。由此实验结果也说明了一件事情，接收线圈的 Q值，并不是越大越好。适当降低 Q值，反而对于外部所产生的干扰有一定的抑制作用。

▲ 图1.2.5 测量重型电感对应的结果

使用中型电感测量，现在两个线圈信号都没有失真。但是，很奇怪，两个线圈对应的极值并不一致。从而造成了角度数值在 0 点的时候出现的量波动，具体原因不详。

▲ 图1.2.6 最小传感器测量的结果

测试最小的空心线圈，可以看到对应的信号幅度比较低。两个通道的信号幅度没有饱和失真。但是，比较奇怪的是，两个线圈测量角度在零点还是有偏差。对应计算角度在零点的时候出现了波动。

没有对比，就没有伤害，这是昨天使用紫外光固定胶水制作的工字型电感传感器，使用它采集信号幅度进行对比。在同样增益下，它的灵敏度不如刚才空心电感，所以测量信号中存在着较大的波动，但是，很奇怪，计算出的角度却非常好。

增加采集板的增益，提高了八倍。这一次测量信号幅度数值非常好。解调出的角度在零点的时候没有任何波动。堪称完美。

三、对比分析

那么问题来了，为什么空心电感测量的数据对于计算角度会出现零点的波动失真呢。使用工字型电感，经过手工调整，所测量的两个通道的信号计算出的角度没有任何的失真。这中间有一个关键点，那就是三点合一，哪三点呢？那就两个信号的极值点以及它们相关数值的过零点。这三个点在角度上是同一个角度，所以计算出的角度数值在 0 点的时候就没有任何失真。反过来，查看空心电感所得到的数据，相关数据的过零点，一同通道信号幅度极小点以及另外一个通道信号幅度极大值点不再同一个角度。这就使得角度计算数值中出现了零点附近的偏差。那么，为什么空心电感会存在这样的问题呢？这个问题留给下一个实验吧。