Устройство для измерения вектора магнитной индукции

 

Союз Советскик

Социалистических

Ресиубпик тэ87424

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 27.06.77 (21} 2501057/18,-21 с присоединением заявки.%— (23) Приоритет

Опубликовано25.09.79, Бюллетень М 35

Дата опубликования описания 28,09.79 (51)М. Кл.

& 01 R 33/02

Гоеударстееннн19 неинтет

СССР не делан нэобретеннй н етнрытнй (53} УДК 621,317. .44(088.8) (72) Автор изобретения

О. П. Хвостов Научно-производственное объединение

"Геофизика (7!) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВЕКТОРА

МАГНИТНОЙ ИНЛУККИИ

Изобретение относится к устройстваь для магнитных измерений и может быть использовано в навигации, для контроля положения транспортных средств в магнитном поле, а также при поисках и разведке полезных ископаемых, Известны магнитометры для определения интенсивности и направления магнитного поля, содержащие ортогонально ориентированные магнитные зонды, усилительно-преобразовательные схемы и регистрирующий прибор 1 1 j.

Недостатком этого устройства является низкая точность измерений модуля вектора магнитной индукции, основанных на сдвиге фазы возбуждающих магнитные о зонды токов на угол 45 и последовательном включении измерительных обмоток зондов.

Наиболее близким по техническому решению к предлагаемому является устройство, содержашее компонентные магнитометры с ортогонально ориентированными магнитными зондами, катушками обратной связи, усилительно-преобразовательными блоками и регистрирующий прибор (2), Для вычисления модуля вектора в этом устройстве используются термопреобразователь и коммутатор .

Однако в этом устройстве выходными параметрами служит напряжение (или токи), в связи с чем для обработки результатов измерений с использованием

ЦВМ или для ввода в современные нави10 гационные системы требуется дополнительно преобразовать эти параметры в цифровой код модуля вектора и его направляюших косинусов.

Бель изобретения - повышение точ15 ности измерений.

Для этого в предлагаемое устройство для измерения вектора магнитной индукции, содержащее компонентные магнитометры с ортогонально ориентированны

20 ми магнитными зондами, катушками об ратной связи, усилительно-преобразовательные блоки и регистрирующий прибор, введены цифровые интеграторы с линей3 (1г ( иым и квадратичным выходами и преобразователи кода в проводимость по числу компонентных магнитометров, а также последовательно соединенные сумматор, разностный преобразователь, дополнительный цифровой интегратор и преобразователь кода в напряжение, причем входы цифровых интеграторов соединены с выходами усилительно-преобразовательных блоков, линейные выходы цифровых lO интеграторов соединены с цифровыми вхо.дами преобразователей кода в проводимость и с регистрирующим прибором, а квадратичные выходы соединены с входами сумматора, вхоц преобразователя ко- 15 да в напряжение связан с регистрирующим прибором, аналоговые входы преобразователей кода в проводимость соединены с выходом преобразователя кода в напряжение, а выходы преобразователей кода в проводимость соединены с катушками обратной связи магнитометров.

На чертеже приведена функциональная схема устройства для измерения вектора

25 ма гн итн ой и иду кци и, содержащая два компонентных магнитометра (случай измерения в плоскости).

Магнитные зонды с катушками обратной связи ориентированы ортогонально

30 (параллельно осям ОХ и ОУ прямоугольной системы координат) и соединены с усилительно-преобразовательными блоками2и3.

К выходам усилительно-преобразова35 тельных блоков 2 и 3 подключены входы цифровых интеграторов 4, 5 с линейным и квадратичным выходами. цифровые интеграторы включают преобразователи напряжения в последовательность импульсов и реверсивную схему интегрирования, построенные по известному принципу цифровой инкрементной обработки информации, содержащую два выхода, один из которых (линейный) содержит код сум45 мы числа импульсе, а другой (квадратичный) - код квадрата той же суммы числа импульсов.

Линейные выходы цифровых интеграторов 4 и 5 соединены с цифровыми входами преобразователей 6 и 7 кода в проводимость, управляющими проводимостью целей катушек обратной связи феррозондов, и с регистрирующим прибором 8.

Квадратичные выходы цифровых интеграторов 4 и 5 соединены с входами сумматора 9, а выход сумматора 9 - с разностным преобразователем 10. Последний служит для преобразования разности межУстройство работает следующим образом.

На магнитный зонд 1, ориентированный в направлении оси ОХ, действует составляющая магнитной индукции

B Ьсоь о<., г де Ъ - модуль вектора;

3- — угол между вектором и осью

ОХ.

Под действием этой составляющей на выходе усилительно-преобразовательного блока 2 возбуждается электоический сигнал соответствующей полярности.

В результате интегрирования этого сигнала цифровыми интегратором 4 на одном его выходе накапливается код суммы числа импульсов п, а на другом выходе - код квадрата того же числа а импульсов и . Преобразователь 6 преХ образует код tl в проводимость катушл ки обратной связи, Под действием напряжения г, по ступающего на аналоговый вход того же преобразователя с выхода преобразователя 12, в катушке обратной связи течет ток

D - Цg „= Uk,и„ (2) и образуется компенсирующее магнитное поле

3k= k2J = Uk,knurl„

По мере накопления числа и возрастает величина индукции компенсирующего поля. В тот момент, когда индукция компенсирующего поля 5 сравняется с составляющей индукции измеряемого поля Ъ сигнал на выходе усилительнох 3 преобразовательного блока 2 станет равен нулю и дальнейшее накопление числа tl прекратится. При этом, значение

М (3) ), 1 4

L1 колом, поступившим с выходи сумматора, и заранее злда шым числом в последовательность импульсов, Выход разиостного преобразователя 10 соединен с входом дополнительно цифрового интегратора 11, а выход последнего связан с входом преобразователя 1 2 кода в напряжение и регистрирующим прибором 8. Выход преобразователя 12 соединен с аналоговыми входами преобразователей 6 и 7 кода в проводимость.

687424 х

4 ׻ = — (4) 35

-Ч/ 2 Й4 1 к4

ПХ определяется равенстром )

К или с учетом зависимости (3) В сумматоре 9 код с квадратичного выхода этого же цифрового интегратора суммируется с аналогичным сигналом с выхода второго цифрового интегратора и на выходе сумматора 9 образуется код числа

2+ 2

П 4 П ° (5„+ЬЧ)

J г

Этот код поступает на вход разностного преобразователя 1 О, где преобразуется в последовательность импульсов, число которых равно разности между числом (д + и ), поступившим на

2 х его вход и постояйным числом к

Последовательность импульсов с выхода разностного преобразователя 10 интегрируется дополнительным цифровым интегратором 11, на выходе которого накапливается код числа и, преобразуемый далее преобразователем 1 2 =k .m (6)

По мере накоплении кода () будет изменяться напряжение U поступающее на аналоговые входы преобразователей 6 кода в проводимость. Одновременно изменяются коды чисел D и о

2 поскольку равновесие в цепи катушки обратной связи феррозонда определяется зависимостью (4) . Накопление числа прекращается в тот момент, когда код числа, поступившего на вход разностного преобразователя 1 О, сравняется с кодом постоянного числа

Ч 3 (7)

При последующем изменении вектора магнитной индукции или при повороте магнитных зондов значения l1 и fl будут изменяться, однако при всех этих изменениях после установления равновесия измерительной схемы коды чисел устанавливаются в соответствии с зависимостями (4), (5), (6) и (7).

Используя эти зависмости, нетрудно получить выражения для чисел П, n>, и

<0

З0

Л„= "ЧC4C4 CO4 4»< 2 3 4 х

Чг,, >4

» Ч (9) ВЧ ф соь ®«213

Таким образом, регистрируемый код о с точностью до постоянных множителей пропорционален модулю вектора магнитной индукции, а коды ох и и „пропорциональны направляющим косинусам

Вектора.

Аналогичным образом строится схема устройства для измерений вектора магнитной индукции в пространстве с использованием трех компонентных магнитометров, ориентированных параллельно осям

ОХ, ОУ и OZ ортогональной системы координат.

Непосредственная регистрация кодов модуля и направляющих косинусов обеспечивает воэможность прямого подключения устройства к бортовым ЦВМ, навигационным системам, телеметрическим каналам связи и системам слецящего приводы с цифровым управлением без применения дополнительных аналого-цифровых преобразователей и выполнения ряда вычислений.

Исключаются погрешности измерений, обусловленные наличием термопреобразователей и коммутатора. Возрастает точность измерений.

Формула изобретения

Устройство для измерения вектора магнитной индукции, содержащее компонентные магнитометры с ортогонально ориентированными магнитными зондами, катушками обратной связи, усилительнопреобразовательные блоки и регистрирующий прибор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений, в него введены цифровые интеграторы с линейным и квадратичным выходами и преобразователи кода в проводимость по числу компонентных магнитометров, а также последовательно соединенные сумматор, разностный преобразователь, дополнительный цифровой интегратор и преобразователь кода в напряжение, причем входы цифровых интеграторов соединены с выходами усилительнопреобразовательных блоков, линейные выходы цифровых интеграторов соединены

687424

Составитель Е. Данилина

Редактор Т. Иванова Техред И. Асталош Корректор K). Макаренко

Заказ 5572/43 Тираж 1090 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж35, Раушсхая наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 с цифровыми входами преобразователей кода в проводимость и с регистрирующим прибором, а квадратичные выходы соединены с входами сумматора, вход преобразователя кода в напряжение связан с регистрирующим прибором, аналоговые входы преобразователей кода в проводимость соединены с выходом преобразователя кода в напряжение, а выходы пре1О образователей кода в проводимость соединены с катушками обратной связи магнитометров.

Источники информации, принятые во внимаие при экспертизе

1. Патент США 2749506, 324-43, опублик. 1950.

2. Авторское свидетельство СССР

122294, b 01 Р 33/00, 1959.