Способ определения магнитного момента дипольного источника поля и координат точки приложения этого момента

СОЮЗ СОНЕТСНИХ Ф 4 МВЮПМПа СПУЕЛИН А ЗЗ 2 УДАРСТВЕННЫЙ НОМИТ ЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНИЙ И ЫТИЙДОЛИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ К А 8 ТОРСНОЬГК С(56) 1, Патент ООА В 3644825,кл, С 01 К 33/02, 1975.2. Авторское свидетельство СССР Э 789949, кл. С 01 К 33/02, 1979.(54)(57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МАГНИТНО" ГО МОМЕНТА ДИПОЛЬНОГО ИСТОЧНИКА ПОЛф И КООРДИНАТ ТОЧКИ ПРИЛОЖЕНИЯ ЭТОГО МОМЕНТА, основанный на измерении в каждой нэ трех выбранных точек пространства трех компонент вектора магнитной индукции, о т л и ч а ю ц и йс:.я тем, что, с целью повышения точности измерений, одновременно измеря. ют магнитный момент дипольного источ. ника поля, координаты точки приложения этого момента к компоненты векто. ра однородного магнитного поля по местоположению указанных точек пространства и измеренным компрнентам векторов магнитной индукции в этих точках, а затем по каждой иэ йайденных компонент воспроизводят магнитное по. ле, равное по величине, но противоположное по направлению соответствукв 1 ей компоненте вектора однородного.магнитного поля, и по вновь измеренным компонентам векторов магнитной индукции в данных точках пространства и местоположению этих точек определяют магнитный момент диполь- ного источника поля, координаты точки приложения этого момента и компо-ненты вектора однородного магнитного поля, при этом все трн укаэанные точки выбирают в пространстве произ- вольноИзобретение относится к измеритель ной технике и может быть использовано для определения магнитного. момента дипольного источника поля и координат точки приложения этого момента, например, в геофизике для проведе -"5 ния магнитно-разведочных работ, в судостроительной промышленности для обеспечения навигационного оборудования, в медицине для диагностики и лечения и т.д,Известен способ определения направления перемещения источника магнитного поля, который позволяет измерить составляющие магнитного поля в точке измерения и по ним опреде-15 лить в упомянутой точке направление результирующего вектора магнитного поля, изменение которого указывает перемещение или изменение положения источника магнитного поля 1) .20 10 Однако указанный способ не обеспечивает воэможности определения как координат дипольного источника магнитного поля, так и магнитного момента данного источника.Известен также способ определе,ния магнитного момента дипольного источника поля и координат точ-, ки приложения этого момента, основан ный на измерении в каждой из четырех З 0 точек пространства, расположенных на одной оси, трех компонент вектора магниткой индукции и одновременном определении сумм квадратов разностей компонент векторов магнитной ин дукции между двумя крайними указан- ными точками пространства, образую" щими одну пару точек наблюдения, и между двумя другими крайними укаэанными точками пространства, образую шими вторую пару точек наблюдения, при вращении данной оси сначала в одной плоскости до получения максимального значения суммы квадратов разностей компонент векторов магнит ной индукции между точками пространства одной из пар (например, первой), а затем вращение этой же оси в плоскости, которая ортогональна первой плоскости вращения, до получения мак. симального значения суммы квадратов разностей компонент векторов магнитной индукции между точками пространства этой же пары (первой пары). В этом случае считают, что дипольный источник:.находит.я йа укаэанной оси в,направлении от второй пары точек наблюдения к первой, а расстояние до этого дипольного источника определяет из соотношения, связывающего данное расстояние до дипольного 60 источника поля с расстоянием между первой и второй парами точек наблюдения и отношением сумм квадратов разностей компонент векторов магнитной индукции между точками простран ства первой и второй пары. Зная направление на дипольный .источник магнитного поля и расстояние до этого источника, а также значение разностей компонент векторов магнитной индукции между точками пространства первой и второй пар, определяют .ком" поненты вектора магнитного момента, данного дипольного источника 2 .Недостатком известного способа является низкая точность определения направления на дипольный источник, что снижает точность определения координат и магнитного момента данного дипольного источника Это обусловлено тем, что максимальное значение суммы квадратов разностей компонент векторов магнитной индукции между двумя точками пространства зависит не только от расстояния от точки наблюдения до дипольного источника поля, но и от угла между радиусом вектором дипольного источника и направлением вектора магнитного момента данного источника.Кроме того, способ характеризуется низкой точностью определения разности компонент векторов магнитной индукции дипольного источника поля, обусловленная влиянием сильного однородного магнитного поля, например геомагнитного, на магниточувствительные преобразователи, и низкой точностью определения расстояния до дипольного источникполя, обусловленной конечными линейными расстояниями между каждой парой точек. Так, при расстоянии от диполь- ного источника поля до одной из упомянутых четырех выбранных точек пространства, соизмеримом с расстоянием между точками пространства одной из пар, погрешность определения магнитного момента дипольного источника поля и координат точки приложе" ния этого моментаможет быть более 100.Цель изобретения - повышение точ", ности определения магнитного момен" та дипольного источника поля и координат точки приложения этого момента.Поставленная цель достигается ,тем, что согласно способу определения магнитного момента дипольного источника поля и координат точки приложения этого момента, основанному на измерении в каждой йэ трех выбранных точек пространства трех компонент вектора магнитной индукции,одновременно измеряют магнитный момент дипольнэго. источника поля, координаты точки приложения этого момента и компоненты вектора однородного магнитного поля по местоположению указанных точек пространства и измеренным компонентам векторов магйитнойоиндукции в этих точках, а затем по каждой из найденных компонент воспроизводят магнитноепол, равное по величине, но противоположное по направлению соответствующей компоненте вектора однородногомагнитного поля, и по вновь измеренным компонентам векторов магнитнойиндукции в данных точках пространст"ва и местоположению этих точек определяют магнитный момент дипольногоисточника поля, координаты точки приложения этого. момента и компонентывектора однородного магнитного поля,при.этом все три указанные точки .выбирают в пространстве произвольно.Измерение трех компонент векторамагнитной индукции в каждой из трех (5произвольно выбранных точках пространства позволяет определить направление векторов магнитной индукции вукаэанных точках,Задаются начальные условия, в частности координаты дипольного источника поля, например, на направ- лении вектора магнитной индукции в первой точке пространства, По начали ным условиям и измеренным компонентам векторов магнитной индукциив первой и второй точках пространства определяют компоненты вектора однородного магнитного поля. Затем изменяют масштаб измеренных компонент векторов магнитной индукции . в указанных точках пространства с учетом исключения компонент вектора однородного магнитного поля, т,е. изменяют масштаб -векторов магнитной 35 индукции в данных точкам пространства и осуществляют поворот этих векторов на один и тот же угол. После ,этого определяют вектор магнитной индукции в третьей точке пространст 40 ва и сравнивают его по величине инаправлению с вектором магнитной индукции, полученным по измеренным . компонентам в этой же точке пространства, В результате сравнения получают разностный вектор магнит" ной индукции, который определяет погрешность, обусловленную выбором начальных параметров (расстояние до дипольного источника и направление на него), методом минимизации уменьшают разйостный вектор, приближая тем самым определяемые параметры (направление на дипольный источник поля, расстояние до него и компонен ты вектора однородного магнитного 55 поля) к истинным. Одновременно с нахождением координат дипольного источ. ника поля (точки приложения диполь- ного магнитного момента) и компонент вектора однородного магнитного поля 60 определяют и компоненты вектора магнитного момента дипольного источника. При этом в каждой иэ трех укаэанных точек пространства по каждой из найденных компонент однородного 65 магнитного поля воспроизводят магнитное поле, равное по величине, но противоположное по направлению соответствующей компоненте вектора однородного магнитного поля, т,е. в каждойиз указанных тбчек пространстваосуществляют.автокомпенсацию вектораоднородного магнитного поля, Этопозволяет повысить точность измерения параметров магнитного поля, созданных дипольным источником на фонеуказайного.однородного поля, например геомагнитного, которое частозначительно больше поля дипольногоисточника в выбранных точках, чтообеспечивает повышение точности определения магнитного момента данногоисточника и координат точки приложения этого момента.На Фиг.1 изображены точка приложения дипольного магнитного момента,представленного в виде. компонент,и три точки прострайства, в каждомиз которых измеряют три компонентывектора магнитного поля; на Фиг;2структурная схема устройства дляосуществления предлагаемого способа.Согласно способу (фиг.1) в точке 1,пространства измеряют компонентывектора магнитной индукции В , ВВ в точке 2 пространства - компонейты вектора магнитной индукцииВВ, Вх 2 и в точке 3 простран 2 гства - компойенты вектора магнитнойиндукции В, В), ВхДипольный магйитныЯ момент источника поля, представленный в видекомпонент: М, М, МХ, приложенав точке А с координатами.хф,цо, хоСоставляющие вектора магнитной ин"дукции в трех точках пространстваможно представить как Функцию производных магнитных потенциалоя по координатам в точках 1-3 пространстваи компонент вектора однородного магнитного поляа,В;дЧ яфЧРфД ац фЧЦ ч- +Я.Ха" Гф Х зЧ 2 Пг РфВ хдЧ 2Ч 2 ОВХ,=-Р,Зщ,8 =-мр -ВЯхЭФз,цф ЭЧ фВдч о8 Х =Рф э +фагде ф (у ,(у - скалярные магнитные потенциалыв трех точках пространства каждаяиэ которых является функцией магнитного момента и координат дипольного 0источника поля"М 49 10 Гн(м- магнитная постоянная,"комйоненты вектораоднородного магнитного поля.Система этих девяти уравнений сдевятью неизвестными имеет однозначное решение, т.е. каждая компонентамагнитного момента, каждая координата точки приложения этого момента 20и каждая компонента однородного магнитного поля имеют одно действительное.значение,Способ может быть реализован,например, при помощи устройства 25(фиг.2, состоящего из трех трехкомпонентных магнитометрических (например, Ферромодуляционных) преобразователей 4-6, местоположение (коорди"наты) которых известно в прямоугольной системе координат ОХ( Х, трехэлектронных блоков 7-9 и вйчис-лительного блока 10, определяющегокомпоненты магнитного момента диполь-ного источника поля в точке 11, коор динаты точки приложения этого момента и компоненты однородного магнитного поля помехи, При этом каждыйэлектронный блок состоит из избирательного усилителя, синхронного детЕктора, схемы отрицательной обратнойсвязи и генератора переменной ЭДС.Выход преобразователя 4 подключенк блоку. 7, выход преобразователя 5 -к блоку 8 и выход преобразователяб - к блоку 9. ПервыЯ выход блока 7 45подключен к входу вычислительногоблока 10 и к первому входу преобразователя 4, первый выход блока 8 подключен к входу вычислительного блока 10 и к первому входу преобразователя 5, первый выход блока 9 подключен к входу вычислительного блока 10;и .к первому входу преобразователя б.Второй выход блока 7 подключен квторому входу преобразователя 4, вто рой выход блока 8 " к второму входу. преобразователя 5 мвторой выход блока9 - к второму входу преобразователя б. Выход блока 10 подключен к тре.тьему входу каждого из преобразователей 4-6.Устройство для осуществления способа работает следующим образом.На вторые входы преобразователей4-6 подаются соответственно с блоков 65 7-9 переменные ЭДС, возбуждающие эти преобразователи. В результате этого на выходе каждого иэ преобразователей .4-6 появляются три ЭДС второй гармоники, каждая из которых пропорциональна одной из трех компонент магнитного поля, созданного моментом дипольного источника поля, приложенного в точке 11, и однородным магнитным полем, например гео" магнитным. Выходной сигнал с .преобразователя 4 усиливается и детекти" руется в блоке 7, а затем подается на вход вычислительного блока 10 и на первый вход преобразователя 4, обеспечиваяотрицательную обратную связь по измеряемому сигналу, Выходной сигнал с преобраэавателя 5 усиливается и детектируется в блоке 8, а затем подается на вход вычислительного блока 10 и на первый вхОд пре" образователя 5, обеспечивая отрицательную связь по измеряемому сигналу. Выходной сигнал с преобразователя 6 усиливается и детектируется в блоке 9, а затем подается на вход вычислительного блока 10 и на первый вход преобразователя 6, обеспечивая отрицательную обратную связь по измеряемому сигналу. В вычислительный блок 10 вводят данные о местоположении преобразователей 4-6, Координаты преобразователей 4-6 могут быть введены в блок 10 в виде постоянных напряжений. По измеренным девяти компонентам магнитной индукции и известным координатам преобразователей 4-6 (точек наблюдения) в блоке 10 осуществляется определение компонент магнитного момента М, М, М дипсдьного источника поля, координат Хо, Цо, Зо точки приложения этого компонента и компонент В, В , 8 однородного магнитного йоля. С выхода вычислительного блока 10 сигналы, пропорциональные значениям В, Ь .В обратной полярности, поступают на каждый из преобразователей 4-6, осуществляя автокомпенсацию одиород= ного магнитного поля в объеме каждого из этих преобразователей, что увеличивает более чем на порядок отношение поля, созданного дипольным источником, к остаточному (полю недо- компенсации) однородному магнитному полю Земли или однородному магнитному полю помех, измеряемых .данными преобразователями. Следовательно, увеличивается более чем на порядок точности определения М, М), Му, хо, уоф 2 о ф Вкф Вг ВИСогласно предлагаемому способу в отличие от базового объекта измеряют в. трех точках пространства компоненты магнитной индукции, а не ,пространственные производные в точ1064251 Составитель В.Шульгинктор А.Огар Техред А. АчКорректор О. ЗиЛак аэ 10527/48 Тираж 710ВНИИПИ Государственногопо делам изобретений и113035, Москва, Ж, Рауш Ужгород, ул.Проектная 4 илнал ППП Патент ке наблюдения. Поэтому при предлагаемом способе .отсутствует погреш" ность определения пространственных производных магнитного поля, кото" рая обусловлена конечными размерами расстояний между точками измерения,что повышает точность определениямагнитного момента дипольного источника поля и координат точки егоприложения.5 Подписноеомитета СССРоткрытийская наб; д,4