Индуктор управляемого магнитного поля

Изобретение относится к устройствам для определения элементов воздушной навигации, в частности моделируемой угловой скорости артиллерийских снарядов. Индуктор управляемого магнитного поля для обработки объекта, помещенного в рабочем объеме, образованном тремя парами взаимноортогональных колец Гельмгольца, каждая из которых связана с соответствующим каналом источника тока, формирующим составляющие магнитного поля по координатам X, Y, Z. Характеризуется тем, что каналы источника тока включают последовательно соединенные генератор сигналов формы и частоты, амплитудный модулятор и фазовый модулятор, автономно связанные с соответствующими блоками устройства управления, и усилитель мощности сигнала, подаваемого на каждую пару колец Гельмгольца. Причем обрабатываемый объект содержит блок магнитометрических датчиков, связанный с формирователем команд, подаваемых на регистратор, связанный с трехканальным измерительным датчиком, и на программно-вычислительное устройство, дополнительно установленное перед устройством управления, а канальные усилители мощности сигналов связаны с кольцами Гельмгольца через сумматоры, оснащенные регулируемым двуполярным источником постоянного тока. Технический результат направлен на усовершенствование индуктора с контролируемым изменением параметров магнитного поля. 1 ил.

 

Изобретение относится к устройствам для определения элементов воздушной навигации, в частности моделируемой угловой скорости артиллерийских снарядов, неподвижно помещенных внутри управляемого магнитного поля, путем изменения переменных магнитных величин с учетом магнитного поля Земли.

Уровень данной области техники характеризует устройство для магнитотерапии по патенту 2228208, A61N 2/02, 2002 г., которое по числу совпадающих существенных признаков выбрано в качестве наиболее близкого аналога.

Известное устройство посредством векторно-управляемого магнитного поля воздействует на обрабатываемый объект, размещенный внутри индуктора, содержащего три ортогональных контура, три усилителя мощности формируемых сигналов, три фазовых модулятора, три амплитудных модулятора, три генератора сигналов управляемой формы и частоты, связанных с блоком управления, позволяющих генерировать множество вариантов конфигурации магнитных полей, вектор суммарной напряженности которого изменяет в трехмерном пространстве свою траекторию, модуль и частоту вращения в соответствии с заданным законом управления.

Это достигается тем, что рабочий объем источника управляемого магнитного поля (индуктор) для обработки объекта в рабочем объеме, образованном тремя парами взаимно-ортогональных колец Гельмгольца, каждая из которых связана с соответствующим каналом источника тока, формирующим составляющие магнитного поля по координатам X, Y, Z.

Каждый канал источника тока, связанного с устройством управления, включает последовательно соединенные генератор сигналов формы и частоты, амплитудный модулятор и фазовый модулятор, автономно связанные с соответствующими блоками устройства управления, и усилитель мощности сигнала, подаваемого на каждую пару колец Гельмгольца.

Недостатком известного устройства является отсутствие обратной связи управления формируемых сигналов, что не позволяет автоматически изменять параметры воздействующего на объект магнитного поля по результатам фактически созданного самим устройством в процессе обработки магнитного поля.

Отсутствие средств регистрации характеристик формируемого магнитного поля не позволяет контролировать фактическое наличие структурных сигналов и его параметры, а также количественно регулировать их величину и направление. Последнее усугубляется тем, что в устройстве нет привязки к параметрам магнитного поля Земли, следовательно, невозможно компенсировать его вектор и величину.

Отмеченные недостатки приобретают решающее значение в случае моделирования направленно изменяющимся магнитным полем динамики полета артиллерийского снаряда, помещенного внутри индуктора для его обработки.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является усовершенствование известного индуктора с контролируемым изменением параметров магнитного поля, моделирующего навигационную информацию, максимально приближенную к существующей на траектории реального полета.

Требуемый технический результат достигается тем, что в известном индукторе управляемого магнитного поля для обработки объекта, помещенного в рабочем объеме, образованном тремя парами взаимноортогональных колец Гельмгольца, каждая из которых связана с соответствующим каналом источника тока, формирующим составляющие магнитного поля по координатам X, Y, Z, при этом каналы источника тока включают последовательно соединенные генератор сигналов формы и частоты, амплитудный модулятор и фазовый модулятор, автономно связанные с соответствующими блоками устройства управления, и усилитель мощности сигнала, подаваемого на каждую пару колец Гельмгольца, согласно изобретению обрабатываемый объект содержит блок магнитометрических датчиков, связанный с формирователем команд, подаваемых на регистратор, связанный с трехканальным измерительным датчиком, и на программно-вычислительное устройство, дополнительно установленное перед устройством управления, а канальные усилители мощности сигналов связаны с кольцами Гельмгольца через сумматоры, оснащенные регулируемым двуполярным источником постоянного тока.

Отличительные признаки обеспечили автоматическое управление текущими параметрами изменяющегося магнитного поля, в котором размещен обрабатываемый (исследуемый) объект - артиллерийский снаряд, в соответствии с реальным заданием траектории полета в привязке к местности.

В изобретении используется принцип относительности: вокруг неподвижного снаряда, установленного внутри индуктора, вращают формируемое магнитное поле, параметры которого соответствуют реальному магнитному полю Земли вдоль траектории полета.

Магнитное поле в индукторе изменяется согласно заданию с программно-вычислительного устройства, адаптированного через формирователь команд к информации с магнитометрических датчиков, которыми оснащен исследуемый снаряд, и вырабатывающего кодированные сигналы текущих координат траектории полета снаряда на устройство управления, ликвидирующее рассогласования по трем каналам.

Устройство управления дифференцирует уровень сигналов по каналам источника питания, на их структурные элементы, формирующие требуемые изменения параметров магнитного поля в индукторе.

Регистратор обеспечивает наглядную информацию о фактических изменениях текущих параметров магнитного поля в индукторе посредством трехканального измерительного датчика, размещенного внутри индуктора.

Связанные с регулируемыми двуполярными источниками тока сумматоры, установленные в каждом канале источника тока между усилителями мощности сигналов и соответствующими парами колец Гельмгольца, обеспечивают компенсацию магнитного поля Земли в системе обратной связи управляющих команд функционирования индуктора. Это позволяет получить практически истинные значения параметров полета артиллерийского снаряда по реальной траектории без стрельбы.

Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их совокупность в устойчивой взаимосвязи являются достаточными для достижения новизны качества, неприсущего признакам в разобщенности, то есть техническая задача решается не суммой эффектов, а новым сверхэффектом суммы существенных признаков.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором схематично изображено предлагаемое устройство - стенд для моделирования полета артиллерийских снарядов на заданной траектории к цели.

Испытательный стенд включает индуктор 1, образованный пространственной системой их трех пар взаимноортогональных колец Гельмгольца, автономно подключенных через сумматоры 2, 3, 4 к каналам координат X, Y, Z источника тока.

Вторые входы сумматоров 2, 3, 4 связаны с регулируемыми двуполярными источниками постоянного тока соответственно 5, 6, 7, предназначенными для компенсации магнитного поля Земли на месте установки индуктора.

Каналы источника тока, питающего индуктор 1, включают последовательно соединенные усилители 8, 9, 10 мощности сигнала, связанные соответственно с сумматорами 2, 3, 4, и далее фазовые модуляторы 11, 12, 13, амплитудные модуляторы 14, 15, 16, генераторы формы и частоты 17, 18, 19.

Управляющие входы всех структурных элементов трех каналов источника тока подключены к блокам 20, 21, 22 и 23 устройства 24 управления, соответственно расчета фазы, амплитуды, частоты и формы сигнала.

Входы блоков 20, 21, 22 и 23 подсоединены к программно-вычислительному устройству 25 расчета параметров траектории движения снаряда.

Программно-вычислительное устройство 25 соединено с блоком 26 ввода данных и запуска, испытуемым снарядом 27 и регистратором 28, которое связано с трехканальным измерительным датчиком 29, размещенным внутри индуктора 1, в непосредственной близости от снаряда 27.

Испытуемый снаряд 27, помещенный в рабочем объеме индуктора 1, оснащен блоком 30 магнитометрических датчиков, которые подключены к формирователю 31 команд, связанному с исполнительным устройством 32, регистратором 28 и с программно-вычислительным устройством 25.

Функционирует предложенный испытательный стенд следующим образом.

При включении блока 26 с помощью установленного в рабочем объеме индуктора 1 трехканального измерительного датчика 29 измеряются координатные составляющие окружающего магнитного поля Земли, где установлен предложенный испытательный стенд.

Затем посредством двуполярных стабилизированных источников 5, 6, 7 постоянного тока в каждой паре колец Гельмгольца индуктора 1 вручную задают соответствующие величину и направление токов в каждом канале. При этом в индукторе 1 создается постоянное магнитное поле, вектор напряженности которого равен по величине и противоположен по направлению окружающему магнитному полю, в результате чего происходит его компенсация.

Далее посредством блока 26 в программно-вычислительное устройство 25 параметров траектории движения снаряда (баллистический вычислитель) вводятся исходные данные: тип снаряда, тип взрывчатого наполнения, параметры орудийной системы, метеоданные, параметры стрельбы, которое рассчитывает начальные параметры пространственной ориентации снаряда (три угла Эйлера и три координаты X, Y, Z центра масс снаряда), скорости вращения вокруг собственной оси и выдает эти данные на блоки 20, 21, 22 и 23 устройства 24 управления, для расчета соответственно фазы, амплитуды, формы и частоты сигналов, параллельно подаваемых на фазовые модуляторы 11, 12, 13, амплитудные модуляторы 14, 15, 16 и генераторы 17, 18, 19 для управления частотой и формой сигналов в каналах X, Y, Z.

С канальных фазовых модуляторов 11, 12, 13 сформированные сигналы поступают соответственно на канальные усилители мощности 8, 9, 10 и далее на сумматоры 2, 3, 4, в которых происходит алгебраическое сложение токов от канальных двуполярных стабилизированных источников 5, 6, 7 постоянного тока и канальных усилителей 8, 9, 10 мощности.

Сформированные сигналы с канальных сумматоров 2, 3, 4 поступают в индуктор 1, на соответствующую пару его колец Гельмгольца, и создают в рабочем объеме результирующую напряженность магнитного поля, величина и направление вектора которой определяется величинами и направлениями токов, протекающих по кольцам индуктора 1.

Таким образом, на магнитометрические датчики блока 30, установленные в испытуемом снаряде, и измерительный датчик 29 воздействует сформированное магнитное поле, соответствующее пространственному положению изделия при выстреле.

Далее сигналы с магнитометрических датчиков блока 30 поступают в формирователь 31, где в соответствии с заложенным алгоритмом обработки сигналов и полетным заданием для данного конкретного выстрела вырабатываются команды, которые одновременно подаются на исполнительное устройство 32 снаряда, регистратор 28 и программно-вычислительное устройство 25 для расчета параметров траектории движения снаряда 27 на траектории.

Программно-вычислительное устройство 25 с учетом текущего времени и выработанных команд формирователем 31 рассчитывает параметры пространственной ориентации снаряда 27 и выдает эти данные в устройство 24 управления для автоматической обработки сигналов в координатных каналах для коррекции токов в обмотках индуктора 1, дискретного изменения магнитного поля в его рабочем объеме, моделирующего движение снаряда 27 по траектории полета к цели.

Связь снаряда 27, размещенного в индукторе 1, с программно-вычислительным устройством 25, связанным с устройством 24 управления, изменяет параметры магнитного поля в индукторе 1 в соответствии с заданной траекторией движения снаряда 27. При этом в индукторе 1 создается магнитное поле, по своим параметрам близкое к тому, которое действует на снаряд 27 при реальном его движении по траектории полета при выстреле, что обеспечивает его статичное моделирование на стенде.

Скорость вращения артиллерийского снаряда вокруг его продольной оси измеряют посредством подсчета числа оборотов в единицу времени посредством магнитометра, в котором при пересечении силовых линий магнитного поля Земли возникает переменная по величине и полярности ЭДС, в форме периодического импульсного сигнала, однозначно характеризующего линейную скорость, получаемую снарядом при выстреле.

Параметры пространственной ориентации снаряда на полете определяют с помощью феррозондовых датчиков, которые измеряют не только величину напряженности магнитного поля, но и направление вектора магнитного поля.

В предложенном стенде используется зависимость между взаимным расположением вектора напряженности окружающего магнитного поля индуктора 1 и уровнем сигналов блока 30 магнитометрических датчиков для расчета параметров пространственной ориентации и местоположения снаряда на траектории и формирования управляющих команд на исполнительные устройства 32 пилотирования изделия.

Сигналы с измерительного датчика 29 и формирователя 31 поступают в регистратор 28, где записываются в едином масштабе времени.

Проведенный сопоставительный анализ предложенного технического решения с выявленными аналогами уровня техники, из которого изобретение явным образом не следует для специалиста по боеприпасам, показал, что оно не известно, а с учетом возможности промышленного изготовления предложенного стенда для моделирования артиллерийских выстрелов, можно сделать вывод о соответствии критериям патентоспособности.

При использовании предложенного стенда многократно сокращается количество натурных испытаний снарядов стрельбой, необходимых для проверки правильности заложенных конструктивных решений во вновь разрабатываемых изделиях, а также полигонных испытаний. В стенде по изобретению возможно одно изделие испытывать в различных условиях движения по различным траекториям, с регистрацией реакции бортовой аппаратуры на изменяющееся информационное магнитное поле, и выявлять динамические характеристики конструкции до передачи изделия в эксплуатацию.

Индуктор управляемого магнитного поля для обработки объекта, помещенного в рабочем объеме, образованном тремя парами взаимно ортогональных колец Гельмгольца, каждая из которых связана с соответствующим каналом источника тока, формирующим составляющие магнитного поля по координатам X, Y, Z, при этом каналы источника тока включают последовательно соединенные генератор сигналов формы и частоты, амплитудный модулятор и фазовый модулятор, автономно связанные с соответствующими блоками устройства управления, и усилитель мощности сигнала, подаваемого на каждую пару колец Гельмгольца, отличающийся тем, что обрабатываемый объект содержит блок магнитометрических датчиков, связанный с формирователем команд, подаваемых на регистратор, связанный с трехканальным измерительным датчиком, и на программно-вычислительное устройство, дополнительно установленное перед устройством управления, а канальные усилители мощности сигналов связаны с кольцами Гельмгольца через сумматоры, оснащенные регулируемым двуполярным источником постоянного тока.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в магнитной навигации для определения угловых положений автоматических подводных, надводных и летательных аппаратов, в нефтепромысловой геофизике для определения углового положения буровой скважины.

Изобретение относится к способам подводной навигации и может быть использовано для определения местоположения подводных объектов. .

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в магнитной навигации для определения угловых положений автоматических подводных, надводных и летательных аппаратов, в нефтепромысловой геофизике для определения углового положения буровой скважины.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в магнитной навигации для определения угловых положений автоматических подводных, надводных и летательных аппаратов, в нефтепромысловой геофизике для определения углового положения буровой скважины.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в приборах для определения координат подвижных наземных объектов. .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в магнитной навигации для определения координат и вектора скорости источника магнитного поля с целью предотвращения его столкновения с объектом, являющимся носителем средств измерения параметров магнитного поля, в сейсмических системах определения эпицентра и активности землетрясения для проведения исследований возможности предсказания землетрясений.

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано в приборах для определения координат подвижных наземных объектов, а также легких летательных аппаратов, катеров, яхт.

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано в системах контроля маршрутов следования подвижных объектов. .

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в магниторазведке для поиска полезных ископаемых, в области космических исследований для измерения магнитного поля околоземного пространства и магнитного поля планет, в магнитной навигации для определения скорости и местоположения судна и т.д.

Изобретение относится к магнитным измерениям на подвижных объектах, в частности к приборам, предназначенным для измерения компонент и полного вектора индукции магнитного поля Земли, а также магнитному курсоуказанию и навигации на транспортных средствах

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано в навигационных приборах для определения координат подвижных объектов

Изобретение относится к области навигации и может быть использовано в зонах отсутствия или неустойчивого приема сигналов спутниковых радионавигационных систем: под водой, под землей, в горных массивах, в зданиях, в тоннелях, в метро, при облачной погоде и т.д

Изобретение относится к способам навигации, более конкретно - к способам навигации по геомагнитному полю

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано в устройствах мобильной связи. Технический результат - расширение функциональных возможностей. Для этого навигационное устройство включает в себя: геомагнитный датчик, который определяет геомагнитное поле навигационного устройства; блок вычисления ориентации, который вычисляет ориентацию навигационного устройства на основе определенного геомагнитного поля; блок обнаружения опоры, который обнаруживает то, что навигационное устройство присоединено к опоре, и выдает сигнал, индицирующий, что навигационное устройство присоединено к опоре; и блок управления работой, который принимает сигнал, выдаваемый блоком обнаружения опоры, и управляет блоком вычисления ориентации, чтобы он не определял ориентацию навигационного устройства на основе определенного геомагнитного поля. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 16 ил.

Изобретение относится к области управления летательными аппаратами (ЛА), в частности, стабилизированными вращением. Способ использует информацию о векторе магнитного поля Земли (МПЗ), измеренном датчиком МПЗ в связанной с ЛА вращающейся по крену системе координат. Сигнал измеренного датчиком угла крена суммируют с сигналом поправки этого угла, вычисляемой с учетом угла наклона вектора напряженности МПЗ, углов магнитного курса и тангажа ЛА. Определяют функцию чувствительности (ФЧ) сигнала поправки угла крена в зависимости от ФЧ ошибки измерения угла крена ЛА датчиком МПЗ к ошибкам определения углов тангажа и рыскания ЛА, вычисляемых с учетом наклона вектора напряженности МПЗ. При этом углы тангажа и курса ЛА выбирают так, чтобы ФЧ-сигнала поправки угла крена не превышала допустимого по точности вычисления данного угла значения. 2 з.п. ф-лы, 2 табл., 8 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение в системах ориентации для определения линейных и угловых координат объекта, свободно перемещаемого в пространстве с шестью степенями свободы. Технический результат - повышение быстродействия. Для этого устройство содержит цифровые трехосевые акселерометр и магнитометр, выходы которых подключены непосредственно к вычислительному блоку. Вычислительный блок содержит: (1) блок разделения измеренного вектора магнитной индукции на вектор индукции магнитного поля Земли и вектор индукции магнитного поля катушки индуктивности; (2) блок вычисления угловых координат; (3) блок коррекции направления вектора индукции магнитного поля катушки индуктивности; (4) блок вычисления линейных координат. При этом выход магнитометра подключен ко входу блока (1), первый выход которого подключен к первому входу блока (2), а второй выход подключен к первому входу блока (3), выход которого подключен ко входу блока вычисления линейных координат, выход акселерометра подключен ко второму входу блока (4), выход которого подключен ко второму входу блока коррекции направления вектора индукции магнитного поля катушки индуктивности. 1 ил.

Изобретение относится к магнитному курсоуказанию и навигации и может быть использовано на летательных аппаратах для определения коэффициентов девиации, описывающих изменения напряженности магнитного поля земли (МПЗ), вносимые летательным аппаратом (ЛА) непосредственно в полете, и компенсации этих изменений при вычислении магнитного курса ψм. Способ основан на нахождении коэффициентов Пуассона, измерении компонент магнитного поля объекта и обработке результатов измерений. В качестве измеряемых компонент магнитного поля используют проекции продольной, поперечной и нормальной составляющих вектора результирующего магнитного поля на строительные оси ЛА при выполнении маневра ЛА в полете. Измерения и обработку результатов измерений производят многократно, используя метод итерации, причем обработку результатов измерений осуществляют путем определения модулей результирующих МПЗ, формирования функций чувствительности и автоматического определения на их основе приращений магнитной девиации магнитометрических датчиков. Устройство для осуществления способа содержит трехкомпонентный магнитометрический датчик 1, вычислитель 2 магнитного курса, блок 3 оценки модуля МПЗ, блок 4 формирования функций чувствительности и блок 5 определения вектора приращений коэффициентов магнитной девиации. Технический результат - упрощение определения и компенсации коэффициентов девиации, сокращение сроков подготовки ЛА к вылету, автоматическое определение коэффициентов и их компенсации при каждом вылете. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в магнитной навигации, в частности, для определения углов пространственной ориентации летательных аппаратов (ЛА). Устройство для определения углового положения подвижного объекта содержит два трехкомпонентных магнитометра, трехкомпонентный блок датчиков угловых скоростей, трехкомпонентный акселерометр, вычислительное устройство и устройство фильтрации Калмана, размещенные на подвижном объекте и включенные между собой соответствующим образом. Определение углов пространственной ориентации осуществляется посредством блока фильтрации Калмана рекуррентным способом. Коррекция магнитного курса осуществляется по сигналам трехкомпонентного акселерометра. Техническим результатом использования изобретения является повышение точности и обеспечение автономного определения углов пространственной ориентации ЛА в условиях маневрирования в полете, а также малое время готовности, скрытность работы и отсутствие накопления ошибок во времени. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано на летательных аппаратах (ЛА) для определения коэффициентов девиации, описывающих изменения напряженности магнитного поля земли (МПЗ), вносимые летательным аппаратом непосредственно в полете для компенсации этих изменений при вычислении магнитного курса. Для определения и компенсации девиации дополнительно используют измерения спутниковой навигационной системы (СНС) по скорости в восточном и северном направлениях, определяют путевой угол ЛА и осуществляют довыставку курса бесплатформенной инерциальной навигационной системы (БИНС) по путевому углу в процессе руления и взлета до момента отрыва колес от взлетно-посадочной полосы (ВПП). После набора высоты Н≥1000 м выполняют фигуру пилотажа «восьмерка» в горизонтальной плоскости с постоянными абсолютными значениями углов крена, при этом в процессе выполнения фигуры определяют разности магнитного курса и истинного курса от БИНС, определяют и запоминают средние значения разностей определенных на первой и второй ветках фигуры «восьмерка» на одних и тех же магнитных курсах. Далее осредняют запомненные значения разностей в пределах одного градуса для всего рабочего диапазона, соответствующего 360 градусам. Полученные средние значения, являющиеся девиацией магнитного компаса, используют для коррекции магнитного курса. Устройство для осуществления способа содержит трехкомпонентный магнитометрический датчик 1, блок 2 определения магнитного курса, сумматор 3, БИНС 4, вычитающее устройство 5, блок 6 коррекции, СНС 7, блок 8 определения путевого угла, логический блок 9 коммутации и пульт 10 управления. Технический результат - обеспечение возможности определения и компенсации всех составляющих коэффициентов девиации магнитометрических датчиков в полете при каждом вылете, используя специальные маневры после взлета и СНС, и сокращение тем самым трудозатрат и сроков подготовки ЛА к вылету. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх