Устройство для измерения вектора магнитной индукции

(22) Заявлено 27.06,77 (21) 2501057/18,-21с присоединением заявки ре -(51)М. Кл. Ь 019 33/02 Гоеударстееннн 1 й неинтет СССР не делан нэобретеннй н етнрытнй(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВЕКТОРА МАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИИзобретение относится к устройстваьдля магнитных измерений и может бытьиспользовано в навигации, для контроляположения транспортных средств в магнитном поле, а также при поисках и разведке полезных ископаемых,Известны магнитометры для определения интенсивности и направления магнитного поля, содержащие ортогональноориентированные магнитные зонды, усилительно-преобразовательные схемы ирегистрирующий прибор 1 1 .Недостатком этого устройства является низкая точность измерений модулявектора магнитной индукции, основанныхна сдвиге фазы возбуждающих магнитныеозонды токов на угол 45 и последовательном включении измерительных обмоток зондов,Наиболее близким по техническомурешению к предлагаемому является устройство, содержашее компонентные магнитометры с ортогонально ориентированными магнитными зондами, катушками обратной связи, усилительно-преобразовательными блоками и регистрирующийприбор 21, Для вычисления модулявектора в этом устройстве используютсятермопреобразователь и коммутатор .Однако в этом устройстве выходнымипараметрами служит напряжение (илитоки), в связи с чем для обработки результатов измерений с использованиемЦВМ или для ввода в современные навигационные системы требуется дополнительно преобразовать эти параметры вцифровой код модуля вектора и его направляющих косинусов.Цель изобретения - повышение точности измерений.Для этого в предлагаемое устройство для измерения вектора магнитной индукции, содержащее компонентные магнитометры с ортогонально ориентированны 20ми магнитными зондами, катушками обратной связи, усилнтельно-преобразовательные блоки и регистрирующий прибор,введены цифровые интеграторы с линейУстройство работает следующим образом,На магнитный зонд 1, ориентированный в направлении оси ОХ, действует составляющая магнитной индукции Э = Ь с 05 0-) г де Ъ - модуль вектора;3- - угол между вектором и осьюОХ.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 ПХ , а на другом выходе - код квадрата того же числа импульсов и . Преобразователь 6 преХобразует код П в проводимость катушлки обратной связи,35 й"=, пх Под действием напряжения г 1, поступающего на аналоговый вход того же преобразователя с выхода преобразователя 12, в катушке обратной связи течет ток(2) Э 115= Ыс, о и образуется компенсирующее магнитное поле= СаЭ = ОС, 2 ИПо мере накопления числа ивозрастает величина индукции компенсирующего поля. В тот момент, когда индукция компенсирующего поля Ъсравняется с составляющей индукции измеряемого поля Ъ сигнал на выходе усилительнох фпреобразовательного блока 2 станет равен нулю и дальнейшее накопление числа 1 прекратится. При этом, значение з 8 г 1.цым и квадратичным выходат и преобразователи кода в проводимость по числу компонентных магнитометров, а также последовательно соединенные сумматор, разностный преобразователь, дополнительный цифровой интегратор и преобразователь кода в напряжение, причемвходы цифровых интеграторов соединеныс выходами усилительно-преобразовательных блоков, линейные выходы цифровых 1 Оинтеграторов соединены с цифровыми вхо.дами преобразователей кода в проводимость и с регистрирующим прибором, аквадратичные выходы соединены с входами сумматора, вход преобразователя кода в напряжение связан с регистрирующимприбором, аналоговые входы преобразователей кода в проводимость соединены свыходом преобразователя кода в напряжение, а выходы преобразователей кода впроводимость соединены с катушками обратной связи магнитометров,На чертеже приведена функциональнаясхема устройства для измерения вектора25магнитной индукции, содержащая два компонентных магнитометра (случай измерения в плоскости).Магнитные зонды с катушками обратной связи ориентированы ортогонально30(параллельно осям ОХ и ОУ прямоугольной системы координат) и соединены сусилительно-преобразовательными блоками 2 и 3,К выходам усилительно-преобразовательных блоков 2 и 3 подключены входыцифровых интеграторов 4, 5 с линейными квадратичным выходами.Цифровые интеграторы включают преобразователи напряжения в последовательность импульсов и реверсивную схему интегрирования, построенные по известномупринципу цифровой инкрементной обработкиинформации, содержащую два выхода, одиниз которых ( линейный) содержит код суммы числа импульсс, а другой (квадратичный) - код квадрата той же суммы числаимпульсов.Линейные выходы цифровых интеграторов 4 и 5 соединены с цифровыми входами преобразователей 6 и 7 кода в проводимость, управляющими проводимостьюцелей 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. Последнийслужит для преобразования разности меж),1 4ду кодом, иостуцивп.им с выходи сумматора, и заранее задаццым числом в последовательность импульсов, Выход разцостного преобразователя 1 0 соединен с входомдополнительно цифрового интегратора 1 1,а выход последнего связан с входом преобразователя 12 кода в напряжение и регистрирующим прибором 8. Выход преобра.зователя 12 соединен с аналоговымивходами преобразователей 6 и 7 кода впроводимость, 5Г определяется равенстром бКили с учетом зависимости (3) 687424( 4)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 числа2+ 2 ии(Ь+Ь) Ч2Этот код поступает на вход разностного преобразователя 1 О, где преобразуется в последовательность импульсов, число которых равно разности между числом (П + П ), поступившим на 2 2 х его вход и постояйным числом к3Последовательность импульсов с выхода разностного преобразователя 10 интегрируется дополнительным цифровым интегратором 11, на выходе которого накапливается код числа и, преобразуемый далее преобразователем 1 2и=1 щ (6)По мере накопления кода ( ) будет изменяться напряжение ц, поступающее на аналоговые входы преобразователей 6 кода в проводимость. Одновременно изменяются коды чисел и, и и2 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 1 2;(7)При последующем изменении вектора магнитной индукции или при повороте магнитных зондов значения Пи Пбудут 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, П, и п Г 2 2 ф145 О 15 20 35 30 35 Устройство для измерения вектора магнитной индукции, содержащее компонентные магнитометры с ортогонально ориентированными магнитными зондами, катушками обратной связи, усилительно- преобразовательные 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 усилительно- преобразовательных блоков, линейные выходы цифровых интеграторов соединены 40 45 50 55 Ву)с 13 К,= соьК 2 ЗадТаким образом, регистрируемый код й с точностью до постоянных множителей пропорционален модулю вектора магнитной индукции, а коды ох и о 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 02 ортогональной системы координатНепосредственная регистрация кодов модуля и направляющих косинусов обеспечивает воэможность прямого подключения устройства к бортовым ЦВМ, навигационным системам, телеметрическим каналам связи и системам следящего 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 изобретения687424 Составитель Е, Данилинактор Т. Иванова Техред И. Асталош Коррек Макаренко Тираж 1090 Подписи дарственного комитета СССР изобретений и открытий ква, Ж 35, Раушсхая наб., д. 4/5Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектна 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 пре 1 О образователей кода в проводимость соединены с катущками обратной связи магнитометров.Источники информации, принятые во внимаие при экспертизе1. Патент США 2749506, 324-43, опублик. 1950.2. Авторское свидетельство СССР 122294, Ь 01 33/00, 1959.