Магнитометр

 

Оп ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6f) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 13. 10. 80 (21) 2992354/18-21 с присоединением заявки №(23) Приоритет— (ф ) М Кд 3 (; 01 В 33/02

Государственный комитет

СССР. но делам изобретений и открытий (И) УДК 621.317.44 (088. 8) Опубликовано 150682. Бюллетень ¹ 22

Дата опубликования описания 25.07.82 (72) Авторы изобретения

Казакова и Л.A- Кардашинский-брауде," (7() Заявитель (54 ) МАГНИТОМЕТР

Изобретение относится к магнитным измерениям и может быть использовано в технике навигационного приборостроения для определения составляющих корабельного и геомагнитного полей, например при выполнении девиациониых работ для судовых компасов и кур" совых систем, при исследовании маг:нитных судовых полей с целью выбора места. установки судовых магнитных коМпасов, а также для лабораторных измерений, Известен двухкомпонентный магнитометр для измерения горизонтальной Й и вертикальной > составляющих магнитного поля Земли содержащий трехкомпонентный датчик, построенный на трех стержНевых феррозондах, работающих.по принципу второй гармоники, три измерительных канала, каждый из которых содержит генератор возбуждения феррозонда, предусилитель, выходной усилитель, схему компенсации, серводвигатели следящей системы канала ориентации, магнитные усилители, гидростабилизирующее устройство для стабилизации феррозондов в плоскости горизонта, самописцы (1).

Известный магнитометр обеспечивает измерение только горизонтальной H вертикальной Z составляющих напря-: енности магнитного поля и не обеспечивает измерение модуля полного вектора напряженности и магнитного наклонения. Кроме того, схемное и конструктивное исполнение магнитомет" ра исключает возможность его использования в качестве переносного портативного прибора.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является прибор для определения направления магнитного поля, содержащий последовательно соединенные генератор, де(5 литель частоты, индукционный чувствительный элемент, имеющий первичную и две вторичные обмотки, устройство для преобразования вторичных сигналов чувствительного элемента в сум>о марный сигнал (в которое входят фазовращатель, сумматор), устройство преобразования фазы в код и индикатор для индикации величины отклон%+ ния чувствительного элемента относи25 тельно вектора горизонтальной состав«ляющей магнитного поля (2).

Указанный прибор обеспечивает оп-. ределение только модуля вектора го . ризонтальной составляющей магнитного поля и угла отклонения чувствит

935839 тельного элемента относительно веKтора горизонтальной составляющей поля и не обеспечивает ойределения других параметров магнитного ° поля, таких как модули вертикальной составляющей и полного вектора напряжен. ности магнитного поля, магнитное наклонение. Для определения этих параметров необходимо использовать . другие приборы, например дефлектор, инклинатор.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей устройства.

Для достижения указанной цели в магнитометр, содержащий последовательно соединенные генератор, делитель частоты, трехкомпонентный неориентированный индукционный чувствительный элемент, первый фазовращатель, первый сумматор, первый избирательный усих;итель, первый преобра-. зователь фаза — код, введены послецовательно соединенные первый детектор и первый модулятор, последователь но соединенные второй избирательный усилитель, второй детектор, второй модулятор, второй фазовращатель, второй сумматор, третий избирательный усилитель и третий детектор, а также второй преобразователь фаза код, первый вход которого связан с выходом третьего избирательного усилителя, второй вход — с первым выходом делителя частоты, второй выход которого соединен со вторыми входами второго и третьего детекторов, третий выход — co в.торыми входами модуляторов, выходами подключенных ко входам второго фазовращателя, вход второго избирательного усилителя соединей с выходом трехкомпонентного неориентированного индукционного чувствительного элемента, а вход первого детектора — e выходом первого избирательного усилителя.

На фиг. 1 представлена функциональная схема магнитометра, на фиг. 2 — основные параметры магнитного поля и связь между ними.

Устройство (фиг. 1) содержит последовательно включенные генератор 1, делитель 2 частоты, трехкомпонентный .неориентируемый индукционный чувствительный элемент 3, закрепленный в карданном подвесе, первый фазовращатель 4, подключенный к двум выходам чувствительного элемента 3, первый сумматор 5, подключенный к двум выходам фазовращателя 4, первый избирательный усилитель 6. К выходу первого избирательного усилителя 6 подключен первый вход первого преобразователя 7 фаза — код, второй вход которого подключен к делителю 2 частоты. К выходу первого избирательного усилителя 6 подключен первый детектор 8, выход которого подклю65 подвесе. чен к первому входу первого модулятора 9. К третьему выходу индукцион- ного чувствительного элемента 3 поц- . ключены последовательно включенные второй избирательный усилитель 10, второй детектор 11 и второй модулятор 12, подключенный ко второму детектору 11 первым входом. Второй детектор 11 - фазочувствительный и подключен вторым входом к делителю 2

10 частоты. Первый и второй модуляторы

9 и 12 подключены вторыми входами также к делителю 2 частоты. Выходы первого и второго модуляторов 9 и

12 через второй фазовраа(атель 13

)5 подключены ко второму сумматору 14, на выходе которого подключен третий избирательный усилитель 15. К выходу третьего избирательного усилителя 15 подключен третий детектор 16 и второй

20 преобразователь фаза — код 17. Третий детектор 16 является фазочувствительным и подключен вторым входом

-к делителю 2 частоты. Выходные сигналы, пропорциональные магнитному курсу К(, модулям горизонтальной k и вертикальной Z составляющих напряженности магнитного поля, полному вектору напряженности магнитного поля Т и магнитному наклонению, снимаются соответственно с выходов

"первого преобразователя 7 фаза — код, первого, второго и третьего детекторов 8,11 и 16 и второго преобразователя фаза - код 17.

На фиг. 2 представлены ОХУŠ— прямоугольная система координат; Т— полный вектор напряженности магнитного поля; Z — вертикальчая составляющая напряженности; Н вЂ” гори-зонтальная составляющая напряженности;

40 7 — магнитное наклонение; Км — магнитный курс; Х вЂ” проекция горизонтальной составляющей напряженности на ось ОХ; У вЂ” проекция горизонтальной составляющей напряженности на

45 ось ОУ.

Устройство работает следующим образом.

Напряжение, вырабатываемое генератором 1, делится по частоте делителем 2 и в виде напряжения возбуждения U,З аф поступает íà трехкомпонейтиый неориентируемый индукционный чувствительный элемент 3, работающий по принципу удвоения частоты. При наличии внешнего магнитного поля в сигнальных обмотках чувствительного элемента 3 индуктируются электродвижущие силы, пропорциональные проекциям модуля полного вектора напряженности магнитного поля (фиг. 2) на направления магнитных осей его измерительных обмоток X,(,Z.

Для стабилизации положения относительно плоскости горизонта, чувствительный элемент 3 размещен в карданном

935839

С двух измерительных обмоток чув ствительного элемента 3, оси которых лежат в плоскости горизонта ХОУ, снимаются соответственно сигналы

U =п на К,Ми о „k м (1) () = я Н оМ 91 2,t, где U u U - напряжения сигналов двух измерительных обмоток; 10 щ„и mz - постоянные, зависящие от параметров сигнальных обмоток и материалов сердечника;

Н вЂ” напряженность гориэон15 тальной составляющей магнитного поля;

К вЂ” угол отклонения индукМ ционного чувствительного элемента относительно горизонтальной составляющей Н (магнитный курс) ш — круговая частота; время.

Сигналы U è U поступают íà пер 25 вый фаэовращатель 4. Сдвинутые перо вым фазовращателем 4 по фазе на 90 друг относительно друга сигналы

U "-»4„ (1 Kì 2U4t и

U z= A HcoSK 61n (2m„4+ Ь) геометрически суммируются- первым сумматором 5. При равенстве постоянных т, = m > = m на выходе первого сумматора 5 вырабатывается сигнал () -.висок(щС-К ) Сигнал несет информацию об изме1 ненни положения чувствительного эле- 40 мента 3 в азимуте относительно горизонтальной составляющей напряженности магнитного поля в виде йэменения фазы К „ сигнала относительно опорного сйгнала U q, поступающего 45 с выхода делителя 2 частоты. Сигнал

Ugq поступает на первый избирательный усилитель 6, осуществляющий селекцию сигнала по частоте, и далее на вход аналого ци рового первого 50 преобразователя 7 Фаза — код, на второй вход которого поступает опорный сигнал 0д„, . На выходе первого преобразователя 7 фаза - код вырабатывается информация в виде цифрового кода об угловом положении чувствительного элемента 3 относительно горизон.тальной составляющей Н магнитного поля или магнитный курс К „. Выходной сигнал первого избирательного усилителя 6, амплитуда которого пропорци- 50 ональна модулю горизонтальной составляющей И, детектируется первым амплитудным детектором 8. Выходной сигнал первого детектора 8 U также несет информацию о модуле горизонталь- 5 ной составляющей напряженности магнитного поля Н . Сигнал U> îäíoâðeìåíно поступает на первый модулятор 9.

С третьего выхода, чувствительного элемента 3 сигнал U>, амплитуда которого пропорциональна вертикаль- ной составляющей напряженности магнитного поля (О --м. э(носищ ; че-, рез второй избирательный усилитель

10, осуществляющий его селекцию по частоте, поступает на фазочувствитель". ный второй детектор 11. Выходной сигнал Uz второго детектора 11 также пропорционален модулю вертикальной составляющей Z . Опорное .напряжение U „ на второй детектор 11 подается с делителя 2 частоты. Сигнал второго детектора 11 U< поступает на второй модулятор 12.

На оба модулятора 9 и 12 от делителя 2 частоты подаются модулирующие напряжения U c частотой Ю . На выходе первого и второго модуляторов

9 и 12 формируются выходные сигналы

0 н и Uz, амплитуды которых пропорциональны соответственно Н и Z.

0„=И„Н Б!ИО Ь ТСОВЭВМШ2 () =ит2.Ыя Ф Д;-иТЫи J sin cd i где п„и n — коэффициенты преобразованиярс

Т вЂ” модуль полного вектора напряженности магнитного поля — магнитное наклонение.

Эти сигналы поступают на второй фаэовращатель 13, сдвигаются по фазе относительно друг друга на 90

ОН=и„ТсовЗчи (t+ Ц ТссеЗсорю Ф„

U =ИтТЮ ЭМи е и поступают на второй сумматор 14, осуществляющий их геометрическое суммирование. При равенстве коэффициентов преобразования n =n = n выходной сигнал сумматора 14 определяется выраженйем

=UH+От nTC0s (®2t - ) °

Этот сигнал через третий избирательный усилитель 15, осуществляющий его селекцию по частоте, поступает на входы фазочувствительного третьего детектора 16 и аналого-цифрового второго преобразователя 17 фаза — код,. опорные сигналы Uon и U»4, на которые поступают от делителя 2 частоты.

На выходе третьего детектора 16 вырабатывается сигнал постоянного тока, ! пропорциональный модулю вектора на е пряженности магнитного поляТ . Ha выходе второго преобразователя 17 фаза — код вырабатывается информация в виде цифрового кода о магнит9 35839

Формула изобретения ном наклонении Э. Сигналы с выходов преобразователей 7 и 17 .фаза — код и детекторов 8;ll и 16 поступают на

Индикаторные устройства.

Предлагаемое устройство, по. сравнению с известным, имеет более широ-. кие функциональные воэможности и позволяет одновременно производить определение:модуля полного век .„ора напряженности магнитного поля Т, его горизонтальной Н и вертикальной 2 составляющих, а также магнитного наклонения и угла отклонения отно" сительно вектора горизонтальной со" ставляющей поля (магнитного курса Км).

Предлагаемый магнитометр позволя- 15 ет сократить время измерений, в том числе ходовое время при измерениях магнитных полей на ходу. судна.

Схема устройства дает возможность широко использовать микроэлектронные 7О элементы, чем и обеспечивается значительное сокращение количества эле-. ментов; уменьшение габаритов и массы устройства, а также повышение его надежности. 25 магнитометр, содержащий последова- 3О тельно соединенные генератор, делитель частоты, трехкомпонентный неори.ентированный индукционный чувствительный элемент, первый фазовращатель, первый сумматор, первый избирательный усилитель, первый преобразователь фаза — код, о т .л и ч а ю- шийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него введены последовательно соединенные первый детектор и первый модулятор последовательно соединенные второй избирательный усилитель, второй детектор, второй модулятор, второй фазовращатель, второй сумматор, третий избирательный Усилитель и третий детектор, а также второй преобразователь фаза - код, первый вход которого связан с выходом третего избирательного усилителя, второй вход — с первым выходом делителя частоты, второй выход которого соединен со вто-. рыми входами второго и третьего детекторов, третий выход - со вторыми входами модуляторов, выходами подключенных ко входам второго фазовращателя, вход второго избирательного усилителя.соединен с выходом трехкомпонентного неориентированного индукционного чувствительного элемента, а вход первого детектора — с выходом первого избирательного усилителя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Русанова Н.В. Двухкомпонентный магнитометр для морской магнитной съемки. Геофизическая аппаратура, вып. 30. Л., Недра, 1966, с.74-81.

2. Патент Великобритании Р 1388337, кл. G -01 С 17/30, 1975 °