磁导航智能车中的水平检测线圈特性分析

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其 中 为真空磁导率 ，为直导线 中的交变 电流， 。 ｉ 以正弦 电流激励 （ 若为非正弦波 ， 可看作是一系列正 弦 波 的线 性迭加 ）ｉ ｉ（ ￣ ） 故 Ｂ为交 变磁 场 ， 过 放 置在 导线 周 围的检 测 线 圈将 交 变磁 场转 化 ，＝Ｌｓ ２ ｆ ， ｎ ｉ 通
收稿 日期 ：０ ００ －１ ２ １ －３１
作者简介 ： 尹继武 （９７ ）男 ， １６一 ， 陕西省勉县人 ， 陕西理 工学 院教授 ， ， 研究 方向为信号检测与处理 。 硕士 主要
第 ４期
尹继武
磁导航 智能车 中的水平检测线 圈特 性分析
的侧 边 Ｂ Ｃ与载流 直导 线 （ 面直 线 ） 异 夹角 为 。 由于 矩形 检测 线圈 Ａ Ｃ Ｂ Ｄ水 平 安 装 在 小 车 上 ， 与 小 车方 并 向一致 ， 以夹 角 就 代 表 了 小 车 与 赛道 的偏 向夹 所 角， 小车转向或赛道弯曲相当于夹角 变化。 在 检测 线 圈平 面 内取 一 点 Ｐ， Ｐ点到 Ａ Ｂ的距离 为 ＺＰ点 到 Ｏ ， ０ 的距 离 为 ｍ， Ｐ点 到 载 流 直 导 线 的垂 直 距离 （ Ｐ 为 ａ 即 Ｑ） 。则 ： ａ ＝４ｙ ＋（ ＋ｍｃ ｓ ｏ￣一／ｉａ 。 （ ） ｓ ） ２ ｎ
Ｐ Ｑ与载流 导线 所在 水平 面 夹角 为 ， Ｐ点 附近 在 取一微 小面元 ｄ ， ｓ 面元 ｄ ． 长 为 ｄ， 为 ｄ ｓ的 ｚ宽 ｍ。则 电
流 ｉ Ｐ点 磁感 应强 度 日在 面元 ｄ 在 ． ｓ的法 向分量 Ｂ ． ： Ｊ为
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图 １ 载 流 线 附 近 水 平 放 置 的检 测 线 圈
Ｄ ｃ２ １ ｅ．０ ０
Ｖｏ ． ６ Ｎｏ ４ １２ ．
［ 章编号 】６ ３— ９ ４ ２ １）４— ０ ８— ４ 文 １７ ２４ （０ ０ ０ ０ １ ０
磁 导 航 智 能 车 中的 水 平检 测 线 圈特 性 分析
尹 继 武
（ 陕西理工学 院 电信工程系 ， 陕西 汉中 ７ ３０ ） ２ ０ ３
Ｂ Ｏ Ｃ Ｓ０．
（） ３ （） ４
Ｃ Ｓ０＝ （ ＋ｍ Ｃ Ｓ 一ｆ ｉ ）／ Ｏ Ｏ ｎ ｓ ａ，
通 过面 元 ｄ Ｓ的磁 通 量为 ｄ， ｊ Ｓ通 过 线 圈的磁 通量 为 ： ４＝Ｂ— ， ｄ
ｑ
ｉ ｎ Ｊ 』 ｃ Ｄ Ｌ
２ｌ ０Ｏ年 ｌ ２月 第２ ６卷第 ４期
陕西理 工学院学报 （ 自然科 学版 ）
Ｊｕ ａ ｏ ｈａｘ Ｕ ｉｅｓｙｏ ｅｈ ｏ ｇ Ｎ ｔ ａ ＳｉｎｅＥ ｉｏ ） ｏ ｒ ｌ ｆ ａｎｉ ｎｖｒｔ ｆ ｃｎｌ ｙ（ ａ ｒｌ ｃｅｃ ｄｔ ｎ ｎ Ｓ ｉ Ｔ ｏ ｕ ｉ
为感应 电动势 。
２ 水平放置的检测线 圈中的感应 电动势
如图 １在智能小车上水平放置的检测线圈为矩形 Ａ Ｃ 线圈长为 ， 为 ， ， Ｂ Ｄ， 宽 匝数为 Ｊ， ７ 矩形线圈 ＼ ， 的中线为 Ｏ ０点到载流直导线水平距离为 ， ０， 线圈平面距载流直导线所在水平面垂直高度为 ， 线圈 ， ，
［பைடு நூலகம்摘
要 ］ 推导 出磁 导航 智 能 车的水 平检测 线 圈输 出感应 电动 势与 线 圈相 对 于赛道 的位 置 、
夹角、 线圈尺度的函数 关系， 借助 Ｍ 山 ｍ ｔａ ａ ｅ ａｃ 软件展示 了关系曲线。结果表 明， ｉ 影响检测线圈 输 出的主要 因素是 线 圈与 载 流线赛 道 的相 对位 置 ； 增加 线 圈数 量 可提 高定位 精度 ； 增加线 圈 匝 数 可提 高检 测灵敏 度 ； 别判 断 小车前 、 两端各 自相对 于赛 道 的位 置可 确定 车体 与赛道 的 夹 分 后
１ 导线周 围的磁 场分布
由于比赛用车的尺度远小于赛道长度 ， 可将载流导线近似看作无限长直导线 。载流长直导线周 围 的磁感应 线是 以导 线 为轴 的同 心圆环 ， 感应强 度 Ｂ 的方 向为 电流 ｉ 磁 的右螺旋 切 向 ， 距离导 线 ａ的 Ｐ点 磁 感应强 度 为 ：
． ．
由于交变电磁场的频率为 ２ Ｈ ， Ｏｋ ｚ对普通磁敏传感器而言， 频率较高 ， 而磁场较弱 ， 故最适合用于
磁导航赛道检测 的传感器就是感应线圈。感应线圈安装在智能车体上后 ， 智能车前进过程中线圈与导
航载流线之间的空间方位决定了线圈输出的感应电动势 ， 通过对二者 间的关系进行深入分析， 可以发现 影响检测灵敏度的各种因素 ， 找出提高检测灵敏度的措施 ， 为检测信号调理电路 的设计提供依据， 这是 磁导航智能车能够正确寻道 、 高速行进 的重要基础性工作。
角 ， 用双检 测 线 圈差动 输 出可 消除赛道 交叉 的影 响 。 利
［ 关
键
词 ］ 智 能车 ； 磁 场 ； 线 圈 ； 差 动
［ 中图纷类号 ］ Ｔ ７ ７ Ｔ ７２ １ Ｎ ０ ；Ｎ １ 。
［ 文献标识码］ Ａ
近年来 ， 全国大学生“ 飞思卡尔” 杯智能汽车竞赛规模和影响越来越大 ， 国内高校师生广泛参与， 利 用赛道中央黑线寻道的光导航（ 光电组、 Ｃ Ｃ Ｄ组） 已有大量研究和实践。但最新变化是 ， ２ １ 在 ００年第五 届竞赛中， 新增加了磁导航组 ， 在赛道中心线下铺设直径 ０ １ ０ ３ｍ 漆包线 ， 中通有，＝ ０ｋ ｚ ． — ． ｍ 其 ２ Ｈ ， ， １０ｍ 的交变电流， ＝ ０ Ａ 频率范 围２ ２ｋ ｚ电流范围５ １０ｍ 要求 电磁组不允许通过获取道路的 ０± Ｈ ， Ｏ一 ５ Ａ， 光学信息进行路径检测¨ ， Ｊ只能通过检测漆包线周 围的交变电磁场来 引导小车沿着载流线行驶 。而到 目前为止 ， 导航 的检测 研究 还 很少 －３， 磁 ２ 本文 将对 此工程 问题 进行 全 面深 入 的探讨 。 ． Ｊ