1.一种磁场检测电路,设置在磁钉导航系统中并用于检测所述磁钉导航系统的磁钉周围的磁场强度,其特征在于,由惠斯通电桥(1)、差分放大电路(2)、低通滤波电路(3)和整流检波电路(4)依次连接而成,其中,所述惠斯通电桥(1)由第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)和第四电阻(R4)组成,第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)和第四电阻(R4)是完全相同的窄长型金属薄膜磁电阻条,第一电阻(R1)与第三电阻(R3)的磁化方向与通过其电流方向呈相反方向放置,第二电阻(R2)与第四电阻(R4)的磁化方向与通过其电流方向呈相同方向放置;第一电阻(R1)和第四电阻(R4)串联,第二电阻(R2)和第三电阻(R3)串联,串联的第一电阻(R1)和第四电阻(R4)再与串联的第二电阻(R2)和第三电阻(R3)并联,第一电阻(R1)和第二电阻(R2)连接处接VCC直流稳压电源,第三电阻(R3)和第四电阻(R4)连接处接地,第二电阻(R2)和第三电阻(R3)连接处为惠斯通电桥(1)的第一输出端(V1),第一电阻(R1)和第四电阻(R4)连接处为惠斯通电桥(1)的第二输出端(V2),所述第一输出端(V1)和第二输出端(V2)分别连接到差分放大电路(2)的两个输入端,所述差分放大电路(2)的输出端连接所述低通滤波电路(3)的输入端,所述低通滤波电路(3)的输出端连接所述整流检波电路(4)的输入端,所述整流检波电路(4)的输出端为所述磁场检测电路的输出端;
所述差分放大电路(2)包括第一运算放大器(U1)、第二运算放大器(U2)、第三运算放大器(U3)、第五电阻(R5)、第六电阻(R6)、第七电阻(R7)、第八电阻(R8)、第九电阻(R9)、第十电阻(R10),电位器(Rg);第一运算放大器(U1)的同相输入端Vin+与惠斯通电桥(1)的第一输出端(V1)相连,第一运算放大器(U1)的反相输入端Vin-与第七电阻(R7)一端相连,第七电阻(R7)另一端与第一运算放大器(U1)输出端相连;第二运算放大器(U2)的反相输入端Vin-与惠斯通电桥(1)的第二输出端(V2)相连,第二运算放大器(U2)的同相输入端Vin+与第八电阻(R8)一端相连,第八电阻(R8)另一端与第二运算放大器(U2)输出端相连,电位器(Rg)的一端与第一运算放大器(U1)的反相输入端Vin-相连,电位器(Rg)的另一端与第二运算放大器(U2)的同相输入端Vin+相连,第五电阻(R5)的一端与第一运算放大器(U1)的输出端相连,第五电阻(R5)的另一端与第三运算放大器(U3)的同相输入端Vin+相连,第六电阻(R6)的一端与第三运算放大器(U3)的同相输入端Vin+相连,第六电阻(R6)的一端与第三运算放大器(U3)的输出端相连,第九电阻(R9)的一端与第二运算放大器(U2)的输出端相连,第九电阻(R9)的另一端与第三运算放大器(U3)的反相输入端Vin-相连,第十电阻(R10)的一端与第三运算放大器(U3)的反相输入端Vin-相连,第十电阻(R10)的另一端接地;且所述惠斯通电桥(1)的第一输出端(V1)连接到所述第一运算放大器(U1)的正相输入端Vin+,所述惠斯通电桥(1)的第二输出端(V2)连接到所述第二运算放大器(U2)的反相输入端Vin-;
所述低通滤波电路(3)包括第十一电阻(R11)、第十二电阻(R12)、第十三电阻(R13)、第一电解电容(C1)、第二电解电容(C2)、第四运算放大器(U4);第十一电阻(R11)的一端与所述差分放大电路(2)的输出端相连,第十一电阻(R11)的另一端与第十二电阻(R12)的一端相连,第十二电阻(R12)的另一端与第十三电阻(R13)的一端相连,第十三电阻(R13)的另一端与第四运算放大器(U4)的同相输入端Vin+相连,第一电解电容(C1)的正极连接在第十二电阻(R12)和第十三电阻(R13)的连接处,第一电解电容(C1)的负极接地,第二电解电容(C2)的负极连接在第十一电阻(R11)和第十二电阻(R12)的连接处,第二电解电容(C2)的正极与第四运算放大器(U4)的反相输入端Vin-相连,第四运算放大器(U4)的反相输入端Vin-再与其输出端相连;
所述整流检波电路(4)包括整流二极管(D1)、第十四电阻(R14)和第三电容(C3);整流二极管(D1)的正极与所述低通滤波电路(3)的输出端相连,整流二极管(D1)的负极与第三电容(C3)的一端相连,第三电容(C3)的另一端接地,第三电容(C3)与第十四电阻(R14)并联,第十四电阻(R14)的一端与整流二极管(D1)的负极相连,第十四电阻(R14)的另一端接地。
2.如权利要求1所述的磁场检测电路,其特征在于,所述窄长型金属薄膜磁电阻条的阻值为850Ω~1150Ω。
3.一种包括权利要求1所述的磁场检测电路的磁钉检测装置,设置在磁钉导航系统中并用于检测所述磁钉导航系统的磁钉周围的磁场强度,其特征在于,还包括微处理器,所述微处理器分别连接多个磁检测模块,所述多个磁检测模块依次排列开来,且每个所述磁检测模块中均封装有相同的所述磁场检测电路。
4.如权利要求3所述的磁钉检测装置,其特征在于,所述磁钉检测装置中共封装了从左至右依次排列的s个所述磁检测模块,从最左边的第一个磁检测模块M1开始,以等间距b向右均匀水平布置r个磁检测模块;从最右边的第s个磁检测模块Ms开始,以等间距b向左均匀水平布置r个磁检测模块;在第r个磁检测模块Mr和第s-r+1个磁检测模块Ms-r+1中间以等间距a均匀水平布置s-2r个磁检测模块,且等间距b大于等间距a;中间以等间距a均匀水平布置的磁检测模块数s-2r多于单边以等间距b均匀水平布置的磁检测模块数r。
5.如权利要求4所述的磁钉检测装置,其特征在于,所述s为16,等间距a为2cm,所述等间距b为5cm,所述r为4。
6.一种如权利要求3-4任一项所述磁钉检测装置的磁钉定位方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)s个磁检测模块检测磁钉导航系统的磁钉周围的磁场强度,并相应地输出s路电压信号;
(2)所述微处理器在t时刻依次对所述s路电压信号进行数据采集,并将所述s路电压信号的采集值依次记为B1(t),B2(t),…,Bs(t),且设定t时刻s路电压信号对应的各路计数器的计数值为nk(t),k∈[1,s],以及从零到t时刻的最大计数值为Nmax;
(3)所述微处理器依次将所述采集值Bk(t),k∈[1,s]与对应的各路电压信号的当前有效信号值 k∈[1,s]进行比较,当 时,将对应路的计数器复位,即nk(t)=0,并将对应路的当前有效信号值 替换成采集值Bk(t);当
时,更新对应路的计数器,即计数值nk(t)更新为nk(t)+1;
(4)所述微处理器依次判断各路计数器的计数值nk(t),k∈[1,s]是否达到Nmax,若是,则将对应路的当前有效值 替换成采集值Bk(t),并将该路的计数器复位,即nk(t)=0,同时转步骤(5);若否,则直接转步骤(5);
(5)所述微处理器找出t时刻s路电压信号中对应最大磁场信号的最大有效信号值Bmax(t),即
(6)所述微处理器计算t时刻s路电压信号中各路当前有效信号值 与最大有效信号值Bmax(t)的比值 k∈[1,s];
(7)所述微处理器计算t时刻s个磁检测模块相对于磁钉的各横向偏移
k∈[1,s],式中,dk(t)为t时刻第k个磁检测模块与最大输出电压
信号的磁检测模块之间的距离;
(8)所述微处理器确定t时刻磁钉检测装置中心与磁钉的横向偏移
从而实现t时刻的磁钉定位,式中,wk为各个磁检测模块与磁钉偏移的置信水平,且
7.如权利要求6所述的磁钉定位方法,其特征在于,若所述微处理器是第一次采集s路电压信号,则各路有效信号 k∈[1,s]取第一次采集值,即 k∈[1,s]。