Магнитно-инерциальный измеритель

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН.

„,SU„„1688208 Д2 (Д1) С 01 R 33/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И А ВТОРСНОМ,К СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Р

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЦТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (61) 1379755 (21) 4621940/21 (22) 19. 02.88 (46) 30.10.91, Бюл. М 40 (72) С. В. Черный, 8. Н. Победа и С.А. Радионов (53) 621 ° 3 17.44 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 1379755, кл. G 01 R 33/02, 1985. (54) МАГНИТНО-ИНЕРЦИАЛЬНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ (57) Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам, предназначенным для одновременного измерения магнитных полей, воздействующих на объект, и координат его местоположения в пространстве мажет быть использовано для навигаИзобретение относится к измери, тельной технике, а именно к устройствам, предназначенным для одновременного измерения магнитных полей, воз" действующих на объект, и координат его местоположения в пространстве может быть использован для навигации по магнитному полю Земли.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей измерителя за счет одновременного изиерения индукции магнитного поля и координат местоположения измерителя.

На фиг.1 и 2 изображена структурная схема магнитно-инерциального из" иерителя; на фиг.3 - схема ориентации осей датчиков.

2 ции по магнитному полю Земли. Целью изобретения является расширение функциональныхх возможностей измерителя за счет одновременного измерения индукции магнитного поля и координат местоположения измерителя. Она достигается за счет того, что устройство снабжено дополнительным преобразовательным блоком 4-2, воспринимающим элементом 1-2, модулятором 2-2, алгебраическими сумматорами 7-2, 8-2, 9-2, умножителями 10-2, 11-2, 12-2, 13-2, интегратором 16-2, задатчиком постоянного напряжения и образования, новых функциональных связей. Кроме того, устройство содержит аналогичный преобразовательный блок 4-1.

3 ил.

Иагнитно-инерциальный измеритель содержит воспринимающие элементы 1-1, 1-2, модуляторы 2-1, 2-?, генератор

3, преобразовательные блоки 4-1, 4-,2, индукционные катушки 5-1, 5-2, 6-1, 6-2, алгебраические сумматоры 7-1, 7-2, 8-1, 8-2, 9-1, 9-2, умножители 10-1, 10-2, 11-1, 11-2, 12-1, 12-2, 13-1, 13-2, апериодические Фильтры, 14-1, 14-2, 15-1, 15-2, интеграторы 16-1, 16-2, фазоврацатель 17-1, ал,гебраические сумматоры 18-21, умножители 22-29, интеграторы 30-34 и задатчик постоянного напряжения 35, Примем выходы апериодических фильтров 15-1 и 15-2 каналов измере» . ,ния ускорений измерителей 4-1 и 4-2

1688208 соединены с входами сумматора 18, вы ход которого соединен с первым входом первого умножителя 22, выходы каналов измерения ускорений измерителей 4 — l и 4 " 2, являющиеся выходами интеграторов 16-1 и 16-2, соединены с первыми входами соответственно умножителей 26 и 27,выходы которых соединены с входами алгебраического сумматора 19.

Выходы каналов измерения составляющих индукции магнитного поля, являющиеся выходами Фильтров 14-1 и

14-2, соединены с первым и вторым входами соответственно умножителей

24, 25 и с вторыми выходами соответственно умножителей 26 и 27.

Выходы умножителей 24 и 25 соединены со входами сумматора 20, выход которого соединен с вторым входом умножителя 28,первый вход которого соединен с выходом умножителя 29.

Выход задатчика постоянного напряжения 35 и умножителя 28 соединены с соответствующими входами алгебраического сумматора 21 выход которого соединен с входом интегратора 34, выход которого соединен с вторыми входами умножите.пей 22 и 23, а также с обоими входами умножите.пя 29„

Выход сумматора l9 соединен с первым. входом умножителя 23. Выход умножителя 22 через первый интегратор

30 соединен с входом интегратора 31, 35 выход которого является выходом одной "5 из прямоугольных координат местоположения измерителя. Выход умножителя

23 через интегратор 32 соединен входом интегратора 33, выход которого

40 является выходом другой прямоугольной координаты измерителя.

Основной и дополнительный измерители 4-1 и 4-2 установлены на стабилизируемой в плоскости горизонта

45 платформе так, что оси их чувствительности взаимно перпендикулярны.

Иагнитно-инерциальный измеритель работает следующим образом.

0cb чувствительности Y ocHoBHG го измерителя 4-1 направлена, в об50 щем случае, под не которым у глом Ы к направлению на северный магнитнь|й полюс Земли (фиг.3) . В силу взаимной перпендикулярности осей измерителей

4-1 и 4 2, ось Х дсполнительного из55 мерителя 4-2 образует угол о с линией, указывающей направление ВостокЗапад, Работа каждого из измерителей

4-1 и 4-2 происходит в полном соответствии с работой основного изобретения по а.с. М 1379755. В результате на выходах фильтров 14-1 и 14-2

Формируются сигналы, пропорциональные проекциям вектора магнитного поля В на оси чувствительности измерителей 4-1 и 4-2 соответственно U(Bj) и U(B ). При перемещении измерителя с ускорениеи а на выходах интеграторов 16-1 и 16-2 формируются сигналы, пропорциональные проекциям вектора а на оси измерителей 4-1 и 4-2, соответственно Б(ах) и U(a ). При этом на выходах апериодических фильтров

15-1 и 15-2 Формируются сигналы, пропорциональные Вха и В а, соответственно U(B à„} и U(B aL).

Все перечисленные выше сигналы используются в элементах 18-35 магнитно-инерциального измерителя для вычисления составляющих ускорения измерителя по осям Север-Иг и ВостокЗапад и. в дальнейшем - для определения координат местоположения измерителя относительно исходной точки в системе координат Север-Юг, ВостокЗапад. Это осуществляется в измерителе следующим образом .

Связь выходных сигналов измерите" лей 4-1 и 4-2 с вектором магнитного поля Земли В и ускорением а описывается следующей системой уравнений

В =- -В яхпМ

B> =- В cos (6 а =- а,,eosK+ а я .п с а1 =- -а„я1.п + а соя g где а а — ускорения измеряемые изме)() рителями 4-1 и 4-2; а а. — северная и восточная coc-, С а тавляющие ускорения магнит но-и не рциального измерителя;

  — составляющие индукции магк нитного поля Земли, измеряемые измерите.пями 4-1 и 4-2.

Тригонометрические Функции угла ю определяются следующими соотношениями

1б882П8

Вх

cos Ы

2 2

Вх+ ВФ

Учитывая соотношения (2), уравнения для составляющих ускорения системы (1) можно представить в виде

2 -«/г в, = („В, - „В )(В„+В ); ()

2 -«If вЬ (a„s + a ВХ (B> +В )

Решение системы (3) осуществляется в процессе работы блоков 18-35.

При этом умножители 24, 25 и сумматор 20 формируют сигнал Ufp, пропорциональный Вх+ В, Задатчик 35, сумматор 21, умножители 28, 29 и интегратор 34 формируют на выходе интегратора 34 сиг2 2 -«I2 наб, пРопоРциональный (Вх + В )

Происходит это следуюц|им образом.

Выходное напряжение блока интегратора 34 Б 4описывается следующими ура внениями:

94 Т 95 2&

Т34 (4)

28 2р 29

2, 29 34 )

Т 4 — период интегрирования

В Подставляя последние два уравнения системы (4) в первое, имеем:

1 2 4 Т Зб 2 94

94Если U и Ufp PIMeloT одинаковые знаки, что легко реализуется, т.к.

U 4= const (напряжение задатчика), а U Вх + В величина знакопосто2 янная, то уравнение (5) имеет устойчивую точку, для которои U>4. — 0.

Из этого следует, что в процессе ра.боты рассматриваемых. блоков напряже, ние U 4 устанавливается на значении, определяемом следующим соотношением:

3 112о 1194. о (6)

Из. этого следует, что (7)

Таким образом, соотношение (7), д казывает пропорциональность величии (s„+ s )В силу этого сумматор 18 и залатчик 35 Формируют сигнал 1!2, пропор 22 циональной величине а, а ул«ножители

26, 27, 23 и сумматор 19 - сигнал U „, пропорциональны ab. Сигналы, пропорциональные а и а, преобразуются в с инверторах соответственно 30, 31 и

32,33 путем двукратного интегрирова— ния по времени.

В силу этого выходное напряжение инвертора 31 - Б « пропорционально смещению Х измерителя по линии на с

Север-I0r, а выходное напряжение инвертора 33 — У пропорционально смещению измерителя от исходного состояния по .пинии Восток-Запад.

Формула изобретения

Иа гнитно-инерциал ьный измеритель по а.с. Н 1379!55, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью расширения Функциональных воэможностей путем одновременного измерения индукции магнитного поля и координат местоположения измерителя, снабжен аналогичным дополнительным преобразовательным блоком, возбуждаемым от

З0 генератора и Фазовращателя основного. с осью чувствительности, направленной перпендикулярно оси основного магнитно-инерциального измерителя, воспринимающим элементом, модулятоЗ5 ром, четырьмя дополнительными алгебраическими сумматорами, восемью дополнительными умножителями, пятью дополнительными интеграторами и задатчиком постоянного напряжения, при40 чем основной и дополнительный воспринимающие элементы установлены на платформе, стабилизируемой в плоскости горизонта, выходы апериодических фильтров каналов измерения уско45 рений каждогоиз преобразовательных блоков соединены с входами первого дополнительного сумматора, выход которого соединен с первым входом первого дополнительного умножителя, вы50 ходы каналов измерения ускорений основного и дополнительного преобразовательных блоков соединены с первыми входами соответственно второго и третьего дополнительных умножителей, 55 выходы которых соединены с входами второго дополнительного алгебраического сумматора, выходы каналов измерения составляющих индукции магнитного пбля основного и дополнительно1688208!

f5

ro преобразовательных блоков соединены с первым и вторым входами соответственно четвертого и пятого дополнительных умножителей и с вторы ми входами соответственно второго и третьего дополнительных умножителей, выходы четвертого и пятого дополнительных умножителей соединены с входами третьего дополнительного сумматора, выход которого соединен с вторым входом седьмого дополнительного умножителя, а его первый вход соединен с выходом восьмого дополнительного умножителя; выход задатчика постоянного напряжения и седьмого дополнительного умножителя соединен с соответствующими входами четвертого дополнительного алгебраического сумматора, выход которого соединен с входом пятого дополнительного интегратора, а его выход подключен к вторым входам первого и второго умножителей и к обоим входам восьмого дополнительного умножителя, выход второго дополнительного сумматора соединен с первым входом второго дополнительного умножителя, выход первого дополнительного умножителя че.рез первый дополнительный интегратор соединен с входом второго дополнительного интегратора, выход которого соединен с первым выходом устройства, выход второго дополнительного умножителя через третий дополнительный интегратор соединен с входом четвертого дополнительного интегратора, выход которого соединен с вторым выходом устройства.

1688208

0(8

U(8

U(8

Составитель В. Величкин

Редактор Е. Зубиетова Техред А,Кравчук Корректор И. Самборская

Заказ 3707 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101