Устройство для определения координат и магнитного момента дипольного источника поля

(21) 4219288/2 (22) 02.02,87 (46) 15. 11. 88. (72) Б.М. Смир (53) 621,317.4 (56) Авторское Вф 789949, кл,-2 Бюл. В 42ов (088.8)свидетельство 01 8. 33/022,ССР978. и.Ф ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КООРДИНАТ И МАГНИТНОГО МОМЕНТА ДИПОЛЬНОГО ИСТОЧНИКА ПОЛЯ.(57) Изобретение относится к областиизмерительной техники и может бытьиспользовано для определения координат и магнитного момента дипольногоисточника поля, например, в судостроительной промьппленности для обес"печения навигационного оборудования,в медицине для диагностики и леченияи т,д. Цель изобретения - повышениеточности определения координат и магнитного момента источника поля. УстЯО 43781 ройство состоит из трехкомпонентных магниточувствительных преобразователей 1, 2, 3, 4, 5, блоков 6, 7, 8, 9, 10 усилительно-преобразователь" ных, генератора 11 переменной ЭДС, блока 12 сложения, блоков вычитания 13, 14, 15, блока 16 вычислительного и жесткого немагнитного основания 17. Блок 12 состоит из трех узлов, каждый из которых содержит масштабный усилитель, пороговое устройство, состоящее из двух компараторов и двух элементов И, аналого-цифрового, преобразователя (АЦП), состоящего иэ блока управления, реверсивного счетчика и блока выбора полярности, циф-, а роаналогового преобразователя (ЦАП), состоящего из стабилизированного источника напряжения, управляемого делителя напряжения и переключателя С полярности тока компенсации, 1 э.ф-лы, 3 ил.Изобретение относится к из 1(ерт 1 тельной технике и может бтытГт испальзовано для определения коорди;тат и магнитного момента ДГн ольцаго источника поля, например, д судостроитель ной промышленности пля обеспечения навигационного обарудадаГГкя д медицине для диагностики и лечения и т ад еЦЕЛЬ ИэабрЕтЕ 1 цтя - ПОВЫШЕНИЕ тОЧ- ности определения координат и магнитного момента дипольцого источника поля.На фиг. 1 изображена структурцая схема устройства; на Ьиг, 2 - структурная схема блока сложения; на фиг. 3 - четыре трехкомпоцецтных магниточувстдительных преобразователя, расположенных в вершинах вогнуто-. го четырехугольника,20 Устройство состоит из трехкомпанентных магниточувстдительцых преобразователей 1 - 5 например, Феррозондовых), местоположение которых из вестно в прямоугольной системе координат ОХт(Е, пяти блоков 6 - 10 усилительно-преобразовательцых, генератора 11 переменной ЭДС, блока 12 сложения, трех блокад 13 - 15 дычита ,Ння, бЛОКа 16 ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОГО Гт жЕСткого немагнитного основания 17, на ,котором размещены преобразователи.Первые входы преобразователей 1 - 5 и блоков 6 - 10 подкл 1 очены к выходу ,генератора 11, Выходы преобразователей 1 - 5 подключены к вторым входа блоков 6 - 10, а выход каждого из блоков 6 - 10 подключен к второму входу соответствующего преобразователя. При этом выходт.1 блоков б и 7 подключены к вхопам блокад 12 и 135 выходы блоков 8 и 9 - к входам блока 14, выходы блоков 9 и О = к входам блока 15, выходы блоков 13 - 15 к входам вычислительного блока 16 а выход блока 12 сложения - к третьим входам преобразователей 1 - 5,Устройство работает следующим сб" разом.На первые входь 1 преабразодатет(е",";1 - 5 подается с гецерзтора 1 .:,ере-: менцая ЭДС возбуждающая эти преобразователи. В реэулт тате этога на ды" хОДе кажДОга из 1 реабтразодЯтелей появляются три ЭДС второй гармоники. каждая из которых праГГОГ ииональна ОднОЙ кз трех компонент мягн" ной ин" Дукцику созДанной магнитным 1"акантом ДКПОЛЯ и ОДЦОРОДЦЬтМ МЯГЦЦТЦ 1111 ПОЛЕМ, например геомагццтцым. Выходные сигналы с преобразователей 1 - 5 уст 11 швя 1 отся и дете.(тцруются д соответствующих блоках 6 - 10 а затем податотся ца вторые входы пресбразадателеи 1 - 5, что обеспечивает отрицательную обратцу 1 о стзязь по измеряемь(м СОСтаДЛЯЮЩИМ ДЕКТОРОД МаГЦИтт 1 ай ИЦ- дукции. При этом каждый из блоков б 10 состоит из трех избкрателььых усилителей, трех сипхронцьгх детектород и трех интегратора:, 11 оэтаму дьздцые сигналы с ка:т(цого у илительнопреобразогате(1 ьнаго блока пронорциоцальны трем составляющим вектора мягнитцаи индукции. ЗТГГ си 1 палы постуГ 1 а" 1 от ца блоки 12 - 15, В б.таке 2 о уЩЕСтДЛЯЕтСЯ С;1 ажЕНИЕ СИГ тЯЛОД, .;РатОрЦ(1011 а 1 ЬНЬГХ Ка(1 ЛИНЕарццт 5 СОСТЯНЛГ: - ЮЩИМ ВЕКтаРОД МаГ 1(итпай И 1 ГДУКГтикт дейстдуощкх ца преобразователи 1 и 2.,Блок 2 состоит из трех узлов, Каждь(й узел блока 12 содержит масштабный усилитель 18, пороговое устройства ГПУ" состоящее из двух компараторад 19 т-: 20 и двух элементов21 и 2, йЦП, состоящий из блока 23 управления, реверсивного счетчика 2 ч и блока 25 выбора полярности, Цл.Пт состоящий цз стабилцзироданцо- Гс, истачц 111(а , 6 т;апрятт;ец;тя уттрад;151- емого делителя 27 напряжения и перею шпателя 28 полтярцастц тока компенсации, Вторые дходь лагьескц 1( ЗЛЕМЕцтад 21 И 22 ПОДКЛЮтГЕНЫ К ВЬд(а у ге;тедато та 29РвттЕратар 29 ядяц вся Об 1 цИМ ддя дСЕХ узлов блока сложения. Входы мзс 111 тябцот о тсипи ля 8 га и(лю ет 1 ы с отдетст 11 УГотт(1 ц. дь 1 хадта 11 ",: ет ратарад бГГат(ав О 1.: 0111 ЦВ:т 1 л тГЯ ГтХОДЯХ МЯС - 1 птабцого усГГлите 15 т "8 Г 1 роцарпиацальЦЫ;ЦаттЕЦ;.тЯМ Сг О 1 Д Е тствттГОГ ГЦХ;тРОЕК -ций ттст(та 1 рот, ицттукттги 1,1;гци Гцого ;иля действующего ца ттрсабразада:е - тц: 1 и 2. 11 аСГт 1 табцЬ:.1( УСИЛИТЕ 51.: 18 ;:.:вляется су;л.Гируто 1 Гцт(11. Выход усипитепя 18 подк.псчец к д-.ум компаряторз:1 1920, Выход компаратора 19 саед цец с первым входом элемента 21 т а дыхатт кампаратара 20 - с Г 1 ердым входам элемента 22. Вторые входы эле.;е 1:тсд 21 и 22 полкпочецьт к выходу "ецератора 29, Выходы зле 1"Ге 1Тад 21 к 22 связаны с блоками 23 и 25., Р,:1- ход блока 23 падт(лючец к входу редврСИдцаГа СЧЕтЧИКЯ 2 Гт НЫХОц КО"О 14378 12рого соединен с входом блока 25 и входом ЦАП (управ:яемога делителя 27 аряжения), Второй вход управляемога делителя 27 напряжения подключен к источнику 26 стабилизированного5 напряжения, а выход этого делителя 27 напряжения - к входу переключателя 28 полярности тока компенсации соответствующей саставляюцей вектора индукции магнитного поля. При выходном сигнале с масштабного усилителя 18 на выходе однао из компаратаров 19 или 20 появляет ся разрешающий потенциал, поступающий на управляющий вход соответствующего элемента 21 или 22, через который на входы блоков 23 и 25 проходят тактсвые импульсы с генератора 29, 20 Блок 23 в зависимости от полярности сигнала с выхода усилителя 18 вырабатывает уравляюще сигналы, включающие счетчик 24 в режим прямого или обратного счета тактовых импуль сов. С приходам каждого импульса на вход счетчика 24 происходит изменение записанного в нем числа на единицу младшего разряда циФрового када. В соответствии с состоянием ЗО разрядов реверсивного счетчика 24 ЦАП Формирует сигнал компенсации аднороднага магнитного паля в Ферразандах. В момент, когда значение комлесруоего аднорадого магнитного 35 поля достигает значения, разного с величине, но пративополажага по прав.еию вешему однородному магнитному полю, действующему на Ферразонды на гг:сдах кампаратаров 19 40 и 20 появляются сигналы, саатветсти лвующие состояию 0 , а следовательно, выход тактовых импульсаг, с элемента 21 или 22 прекращаетсл, Поэтому при аличи только однородага магнитага поля, действующес; на преобразователи 1 - 5, выходной сигнал с этих преобразователей равен нулю что исключает вливие однарбднагамагнитного поля на измерение разостей составляющих векторов гпдукции,магнитного поля, созданаго дипалем, и расширяет динамический диваза пвсобразователей 1 - 5, блока 610 12 - 6 а измерению еадиарадых магнитных палей, а следовательно, польшает точность определения координат и а нитога момента дип.апя,Выходной сигнал с блока 13 про 1 порциоиале разности нектаров индукции магнитного поля, измеренного преобразователями 1 и 2, выходной сигнал с блока 14 пропорционален раз-. ности векторов индукции магнитного паля, измеренного преобразователями 3 и 4., выходной сигал с блока 15 пропорционален разности векторов магитай индукции, измереной преобразователями 4 и 5. В вьгчислительном блоке 16 определяется неколлинеарная пара разностей векторов магнитной индукции, по которой определяются координаты магнитного момента дипалного источника поля. Поэтому из трех векторов магнитной индукции, каждый из которых пропорционален сигналам, поступающим с соответствующих блоков 13 - 15 на блок 16, необходимо, чтобы хотя бы два вектора были неколлинеарными, т,е. независиьии. С этой целью преобразователи 1 - 4 расположены в в ршинах плоского основания 17, выполненного либо в виде вьпуклога четырехугольника, у которого суммь противоположных углово соответственно больше и меньше 180 а длина одной из трех сторон отличается по длие от четвертой стороны либо в виде вогнутого четырехугольника, у которого продолжение стара, образующих внутренний уголо180 , пересекают другие стороны, абгазующие угол 9, под углами, отоличными от 90 , а угол пересечения воображаемой прямой, проходящий через вершины углов а и О, с воображаемой прямой, проходящей через две другие вершины углов четырехугольника отличен от 90 , при этом преобразователи 1 - 4 установлены в вершинах любого из упомянутых четырехугольных оснований, а преобразователь 5 удален от плоскости выбранного четырехугольного основания на расстояние, больше нуля. Преобразователь 5 может быть расположен на догалнительном жестком немагнитном основании или па основании 17, но так, чтобы он находился вне плоскости, проходящей через вершины преобразователей 1 - 4. На Фиг, 3 показаны трехкомпонентные преобразователи, расположенные в вершинах вогнутого четырехугольника АСЛЕ, у которого каждый из углов (Ю, 1 ГО),е 90Необходимым условием для однозначного определения координат и мгцт- НОГО момента децОля 51 вляется и 0 что расстояние от одного из четырех преобразователей, расцоложецньг( на ОДНОМ Основс 1 иит. ДО ДИПОЛЯ ДОЛжца быть больше или меньше расстаявя ат этого диполя до какого-нибудь из оставшихся трех преобразователей. Поэтому преобразавателт располагают В ВердиеВх такого ВтГ;укОг 0 че 1:,1 ехДВУХ ДруГих пративаполае(еых угловменьше 180. Таки абразоь, четеретрехкомнонецтных прсобразавателярасполагают в вершинах таксго выпук лого четырехугольника около которого нельзя описать окружность,. Псзтому из четырех преобразователей расположенных в одной елоскасти найдется хотя бы один преабра:оватепь,расстояепе от которого до дипаля отличается от расстаян 51 ках(дога зОСтаВШИХСЯ ПРЕабРаэаватЕЛЕй стца 51 Утого диполя,РасполОжение преобразователей Впространстве в вершинах Быпуспага ил;вогнутого четырехугольника обеспечивает более гибкое использование ир="=ЛаГаЕМага УСтРайСтва В ПаЛЕВЫХ Уг"ЛОВИЯХ, НаПРИМЕРЕ ПРИ 1.:саЗЕцай МПГцчтнай съемке, когте р.лте 1 .;:.ОтОс.ти позволяет устаеовить преаб;.Гзаеетели в Вершинах тол(: адчога пз Ву .видов четырехугольников, Преабраагатели маГут быт ус гацовлеиы В Бер 1 л 1нах выпуклого четырехугольника. ца"ПРИМЕР ПаРс 1 ЛЛЕ( Г 1,М.га ИЛИ 1 Рс 00-:бедренной трапеции. НЕГИ В вершинахвогнутого четырехугольника ,ИГЗ.г5 некоторых случаях, 1 априс 1.,ПРИ аЭРаМНГНИтнай С;г.ЕЛКЕ. КОГДа ИЗВЕСТНО ЧТО ЦИПОЛЬНЙ ИСТОЕП( тахаДИТСЯ НаД ИЛИ ПОД ПЛОСКОСтт 10 ЧЕ.Ы"рехуГОльцОГО Ос; ес пи В.рши 1 ахкатор 01 а рас 1 Олажеы ц,еабрсзователУСтРайСтва ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕН.Я КааРт;ИИаТ И МаГНИТНОГО ЬОЕ(1 а ЭТО( г, т,;"та 1 т г 15 ника мажет саде(жать та:ька Г:- Обр"-.:.ЗОг Елп "-1 бЛО 1(и" 9 Е6 ГенератаГ 1" : ОсОВ, - :ие,; 7.( о р м у л а и 3 3 б 11 е ." -" ц УСтРОйСтВО тГ 5 СГРЕДЕЛЕНИЯ КООРДИЦат П МаГЦ;ТНГО МОМЕ1=" угольника у которага умма дп х поа-тиваположцых углов больше, а суМа 2;альага истачика поля, садержагее четыре трехкомпанецтцых магнитачувстВительцых преобразователя расположенных иа жестком цемагнитцом основа ции, два олака усилительна-преобра- ЗОВатЕЛЬНЫХ ГЕЕРатаР ПЕРЕМЕННай ЗДС Выход которого подключен к пер- ВЫМ ВХОДаМ МВГнтаЧУВСтвитЕЛЬНЫХ тРЕ- абразавате:ей ц блокам усилительцопреабразовательным, и блок Вьг 1 сле- тельный, а т л и ч а 0 ц е е с я тем, что, с целью повышения точности, 010 СцабЖЕа ТрЕЬ 51,ЭГОЛЕЕТЕ.ЕНЫ б,сками у(.лител 11":;реабраз(ватель- г 1 ЫМИ ТРЕМ 1 бло гдь.1 33 Ч 1 тсацЯ., 00(аг". СГожЕЦИЯ И тг ть Т 7)( Х:(ОМГ 10 НЕН 1 ЦЫ.МаГЦИТОЧ",В(.Г;ИтЕ,ЬЦЫМ ПРЕО,та ЗаватЕ -Л:М, ПРИЧЕМ ЦСРВЬ;Е тХОГт,гСПОПЦЕТЕЛЬ- ць х усилителца-преобразовательных б.оков и-,аполцитеь 10. а . агцитачув; В:.; егьца а Греабраз ва.ея .".Одк;1 юЕЦЫ 1; ВшхатУ ГЕН= Р;:Та" а ИЕРЕ.Впай ДС, второй Вход каждсга блока усц;ц:гельс.реабразавательеОго пад- (ЕПОЕн К В(ЦУ СООТВ(.:ТСТВУ 0 ЦЕГО 1 Г.еТс увсттетеге цага преобразовате" ля а Вт,(1 е(а.дага блока усилитель-преобра .О. - .а. еггцОго;10;ключентОРО:У ВХОДУ СООТВЕ 1 СТВУ.ЦЕЛ т;аГНИ:.Очувствительцага пр:абра.австеля . шкапы перва 0 и тттарс: а б;1 акав уси,Г И Т г= Ь Н О - Ц 1 Е С б П с 1 З а В аС Л Ь Е 1 ЬГХ П О Д КЛ 101 Ыаатв( г ВЕ Ца г 1 Е 1.,МУ 11 В ГС- раМг ВХОдс 1 Ь ОЛОКа С:05 ЕПИЯ И 1; 1 тг, га г 01(а ВЬт.тГ т ИИВ . В.;ГГ;,;,; Т 10;- Ет ОУ СЕЛта.т 11;1- ПР ЕЭ.:,.аэ ОЕа.:;ЬНОГО .СКЛ 01 ЕЬ 1 К ПЕПВОМ 5 ВХОДУ ВТОРОО бл(ка Вычит .:ия. Вьп(о 1 четзеотаго блока.л": - ельца-Геа:разаГатсльбЛ Ка ВГИ 1 ап.гя 1 нарва,г 1;0;1р(.тьега блока ьИтаНя вьхо," цятога блока сил тел.ьца-;реабразавател 1 наго пап(л 0 че к Бто 1 агР 1 хату третьего блан" Вьгита"ия, Выо-ысех б:ОКОВ Вьчита Ня одкс:Вч еы. - ",-Пт, бал.,шь и :е;:ьше О а дли 1: г,"Най ИЗ ТРЕХ СОРСН ОТ 51;Чсзвтся ца : нс От четв е тай старая ; 15"1 тый магниточувствительный преобразо ватель расположен вне плоскости упомянутого четырехугольного основания.2. Устройство по и. 1, о т л и -5 ч а ю щ е е с я тем, что первые четыре магниточувствительных преобразователя расположены в вершинах плоского основания, выполненного в виде такого вогнутого четырехугольни ц ка, у которого продолжения сторон, образующих внутренний угол1 180 пересекают другие стороны, образующиеугол 6, под углами, отличными от 90 ф,а угол пересечения воображаемой прямой, проходящей через вершины углов1 и О, с воображаемой прямой, проходящей через две другие вершины угловчетырехугольника, отличен от 90пятый магниточувствительный преобразователь расположен вне плоскостиупомянутого четырехугольного основания,Составитель А. Дивее Техред Л.Сердюкова ректор М, Демч едактор Л. Пчелинскав иряж 1 / каэ 5890/4 Поднисное 1 ИИПИ Го Пр но-нолитряфичес,5 е предприятие, Г. УжГородр ул, Лроектна одс по дел 13035, Москдарственного изобретений ЖРауш коиитета СССРи открытий кая наб., д, 4/5