НАВИГАЦИОННЫЙ МАГНИТОМЕТР (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2021 года по МПК G01R33/02 

Изобретение относится к области магнитоизмерительной техники, в частности к магнитной навигации и навигационному приборостроению, магниторазведке, магнитному картографированию и т.д., и предназначено для совместного построения прецизионных магнитометров с компенсаторами магнитных помех носителей или магнитных навигационных компасов с компенсаторами магнитной девиации.

Проблемой повышения точности измерения параметров магнитного поля Земли на борту подвижного объекта является необходимость устранения влияния собственных магнитных помех объекта на магнитометр.

Известны магнитометры [1], содержащие феррозондовый датчик магнитного поля, усилительно-преобразовательный блок и компенсатор магнитных (девиационных) помех. Размещение компенсатора помех осуществляется, как правило, в электронной части магнитометра. Построение и применение аналогового компенсатора помех в составе магнитометра обеспечивает его автономность.

Феррозондовый датчик магнитного поля и электронный блок магнитометра с целью уменьшения влияния магнитных помех, как правило, располагаются в трудно доступных и удаленных от центрального приемного устройства (процессора) местах летательного аппарата (фюзеляж, крыло и т.д.). С другой стороны, необходимость выбора места расположения электронного блока магнитометра требует возможность обеспечения доступа к компенсатору помех для осуществления регулировки при проведении девиационных работ, таким образом установка магнитометра в трудно доступных местах усложняет возможность доступа к компенсатору помех, и, следовательно, усложняет процесс осуществления девиационных работ, что является существенным недостатком известных магнитометров.

Известны магнитометры, содержащие трехкомпонентный феррозондовый датчик магнитного поля с жестко ориентированными осями, усилительно-преобразовательный блок и компенсатор магнитных помех [2, с. 119], построенный на основе применения аналоговых сумматоров, магнитных преобразователей, реализованных на операционных усилителях, регулировочных масштабных резистивных делителях напряжений и коммутаторов. В основу работы подобных компенсаторов положен принцип подачи компенсационных поправок в выходные цепи измерительных каналов магнитометра или принцип формирования компенсационных магнитных полей, например, с помощью специальных электромагнитных катушек или дополнительных компенсационных обмоток.

Недостатком магнитометров с подобными компенсаторами является сложность схемы, а также сложность и низкая производительность проведения девиационных работ, обусловленные недоступностью к регулировочным элементам компенсатора помех и длительным процессом ручной регулировки при установке магнитометра в трудно доступных местах подвижного объекта.

В настоящее время все более широкое применение находят малогабаритные магнитометры моноблочной конструкции, обеспечивающей совмещенное расположение в одном блоке датчика магнитного поля и электронно-преобразовательной части магнитометра. Построение подобной конструкции обеспечивается повышением степени микроминиатюризации и достижением микромощного потребления электронно-преобразовательной части магнитометра. Необходимость установки моноблочного магнитометра в трудно доступных местах подвижного объекта сильно усугубляет ситуацию ограничением доступа к регулировочным элементам, усложняя возможность проведения девиационных работ.

Необходимость использования магнитометров в качестве периферийных дистанционных автономных средств измерения бортовой измерительной системы вызывает потребность построения компенсатора помех в составе магнитометра, реализующего формирование компенсационных поправок, определяемых зависимостью, согласно выражениям Пуассона, учитывающими влияние мягкого и твердого в магнитном отношении железа. Параметры Пуассона, характеризующие помехи, можно считать постоянными величинами для конкретного фиксированного распределения ферромагнитных масс объекта.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому и принятым за прототип является навигационный трехкомпонентный магнитометр [3], показанный в двух вариантах реализации компенсатора помех, содержащий три ортогонально ориентированных феррозонда, оси чувствительности которых совмещены с соответствующими осями объекта, три усилителя, подключенные выходами через сопротивления обратной связи к компенсационным обмоткам, а входами - к выходам измерительных обмоток соответствующих феррозондов, и подключенный к выходам усилителей компенсатор помех, причем измерительная и компенсационная обмотки каждого феррозонда соединены дифференциально по постоянному току и подключены к выходам соответствующих феррозондам масштабных блоков компенсатора помех, по первому варианту выполненных в виде цепей последовательного соединения переменного сопротивления и коммутатора, а по второму варианту - в виде цепей последовательного соединения сопротивления и потенциометра.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

Феррозондами измеряются сигналы, соответствующие проекциям вектора индукции магнитного поля на связанные оси объекта. Выходные полезные сигналы феррозондов с выходов измерительных обмоток усиливаются и выделяются в виде напряжений постоянного тока с помощью соответствующих феррозондам усилителей и затем через соответствующие им сопротивления обратной связи, преобразуясь в ток, подаются на входы компенсационных обмоток соответствующих феррозондов. То есть в объеме каждого феррозонда осуществляется автоматическая компенсация измеряемого поля током компенсационной обмотки. Таким образом, в данном устройстве измерение проекций вектора индукции магнитного поля осуществляется ферромодуляционными преобразователями автокомпенсационного типа [4]. В магнитометре осуществляется компенсация помех подачей на входы феррозондов компенсационных токов, формируемых устройством компенсации. Коэффициенты Пуассона являются знакопеременными величинами, поэтому необходимо формирование модулей и знаков компенсационных поправок. Формирование модулей осуществляется изменением сопротивления масштабных цепей в каждом масштабном блоке, а формирование знака - подачей тока масштабной цепи в одну из соответствующих знаку дифференциально включенных обмоток феррозондов.

Процесс компенсации помех и формирование компенсационных поправок в известном устройстве по первому варианту осуществляется с помощью переменных сопротивлений соответствующих масштабных цепей в каждом масштабном блоке. При этом знаки масштабов формируются подключением с помощью соответствующего коммутатора регулируемой масштабной цепи к соответствующему выводу дифференциально включенных обмоток, то есть к выходу измерительной обмотки или ко входу компенсационной обмотки. Таким образом, в обмотках феррозондов осуществляется алгебраическое суммирование токов всех подключаемых к обмоткам масштабных цепей в каждом феррозонде, а, следовательно, формируется результирующий ток компенсации погрешности измерения проекции вектора индукции магнитного поля Земли.

Процесс регулировки по второму варианту осуществляется установкой масштабных коэффициентов в каждом блоке в каждой масштабной цепи с помощью потенциометров. При равенстве коэффициентов преобразования измерительной и компенсационной обмоток модуль и знак компенсационных токов в объеме феррозондов задаются в соответствующих масштабных блоках положением подвижных контактов потенциометров относительно их среднего положения, то есть задаются соответственно абсолютной величиной и знаком разности выходных токов потенциометров, подаваемых на вход компенсационной и выход измерительной обмоток. Следовательно, в среднем положении подвижных контактов потенциометров формируются нулевые значения компенсационных полей. Сопротивлениями, подключенными к подвижным контактам потенциометров, задается диапазон регулировки токов. Особенностью данного варианта устройства является возможность одновременной выставки модуля и знака компенсационных токов перемещением движка потенциометров.

Достоинством схем рассмотренных вариантов компенсаторов является простота и возможность их реализации на пассивных резистивных элементах в составе магнитометра.

Недостатками известного устройства являются сложность, низкая производительность и высокая трудоемкость проведения девиационных работ, обусловленные трудным доступом к регулировочным элементам компенсатора помех и длительным процессом ручной регулировки при установке магнитометра в труднодоступных местах подвижного объекта.

Предлагаемое техническое решение представляет собой два варианта навигационного магнитометра, образующих единый общий изобретательский замысел.

Указанный результат достигается тем, что в предлагаемом навигационном магнитометре (по первому варианту), содержащем три ортогонально ориентированных феррозонда, оси чувствительности которых ориентированы соответственно вдоль продольной, нормальной и поперечной связанных осей объекта, компенсатор помех и три усилителя, вход каждого из которых подключен к выходу измерительной обмотки соответствующего феррозонда, а выход подключен к соответствующему аналоговому входу компенсатора помех и через сопротивление обратной связи - к входу компенсационной обмотки соответствующего феррозонда, в каждом феррозонде компенсационная и измерительная обмотки включены дифференциально по постоянному току, компенсатор помех содержит три масштабных блока, с первого по третий аналоговые входы которых подключены соответственно к первому, второму и третьему аналоговым входам компенсатора помех, а четвертый аналоговый вход каждого масштабного блока подключен к выходу источника стабилизированного напряжения, каждый масштабный блок содержит с первой по четвертую масштабные цепи последовательного соединения кодоуправляемого сопротивления и кодоуправляемого коммутатора, при этом входы кодоуправляемых сопротивлений каждой цепи масштабного блока подключены соответственно к его первому по четвертый аналоговым входам, первые выходы коммутаторов с первого по третий масштабных блоков подключены к входам компенсационных обмоток соответственно первого, второго и третьего феррозондов, а вторые выходы - к выходам измерительных обмоток соответственно первого, второго и третьего феррозондов, дополнительно введены с первого по третий блоки управления масштабированием, блок цифровой коммутации, подключенный к его входу управления выход дешифратора адреса, а также введено устройство выделения модуля и знака, первый и второй выходы которого подключены соответственно к первому и второму информационным входам блока цифровой коммутации, а первый вход его и дешифратора адреса подключены к входу подачи последовательного кода внешней линии передачи, каждый блок управления масштабированием содержит с первое по четвертое устройства хранения данных, каждое из которых, в свою очередь, содержит масштабные цепи последовательного соединения соответственно регистра и запоминающего устройства, триггера и ячейки памяти, в каждом с первого по третий блоке управления масштабированием выход запоминающего устройства и выход ячейки памяти каждого с первого по четвертое устройства хранения данных подключены к входу управления соответственно кодоуправляемого сопротивления и кодоуправляемого коммутатора каждой с первой по четвертую масштабной цепи их последовательного соединения соответственно с первого по третий масштабного блока, первый и второй выходы первой по четвертой, пятой по восьмой и девятой по двенадцатой пары блока цифровой коммутации подключены к информационному входу соответственно регистра и триггера масштабных цепей соответственно с первого по четвертое устройств хранения данных первого по третий блоков управления масштабированием, а вход управления регистра и триггера всех масштабных цепей подключены к входу тактовой частоты внешней линии передачи и второму входу дешифратора адреса и устройства выделения модуля и знака.

В предлагаемом навигационном магнитометре (по второму варианту), содержащем три ортогонально ориентированных феррозонда, оси чувствительности которых ориентированы соответственно вдоль продольной, нормальной и поперечной связанных осей объекта, компенсатор помех и три усилителя, вход каждого из которых подключен к выходу измерительной обмотки соответствующего феррозонда, а выход подключен к соответствующему входу компенсатора помех и через сопротивление обратной связи - к входу компенсационной обмотки соответствующего феррозонда, в каждом феррозонде компенсационная и измерительная обмотки включены дифференциально по постоянному току, компенсатор помех содержит три масштабных блока, с первого по третий аналоговые входы которых подключены соответственно к первому, второму и третьему аналоговым входам компенсатора помех, а четвертый аналоговый вход каждого масштабного блока подключен к выходу источника стабилизированного напряжения, каждый масштабный блок содержит с первой по четвертую масштабные цепи последовательного соединения сопротивления и кодоуправляемого потенциометра, причем первые выводы с первого по четвертый сопротивления каждого масштабного блока подключены соответственно к его первому по четвертый аналоговым входам, а вторые выводы - к первому (подвижному) выводу соответственно первого по четвертый кодоуправляемых потенциометров, вторые выводы которых подключены к входам компенсационных обмоток соответственно первого, второго и третьего феррозондов, а третьи выводы - к выходам измерительных обмоток соответствующих феррозондов, дополнительно введены с первого по третий блоки управления масштабированием, блок цифровой коммутации и подключенный к его входу управления дешифратор адреса, устройство выделения кода компенсационной поправки, выход которого подключен к информационному входу блока цифровой коммутации, а первый вход его и дешифратора адреса подключены к входу подачи последовательного кода внешней линии передачи, каждый блок управления масштабированием содержит с первого по четвертое устройства хранения данных, каждое из которых, в свою очередь, содержит масштабную цепь последовательного соединения регистра и запоминающего устройства, в каждом с первого по третий блоке управления масштабированием выход запоминающего устройства каждого с первого по четвертое устройства хранения данных подключен к входу управления потенциометра соответственно каждой с первой по четвертую масштабной цепи соответственно с первого по третий масштабного блока, каждый с первого по четвертый, с пятого по восьмой и с девятого по двенадцатый выход блока цифровой коммутации подключен к информационному входу регистра соответственно с первого по четвертое устройств хранения данных с первого по третий блоков управления масштабированием, а вход управления регистра каждого устройства хранения данных каждого блока управления масштабированием подключен к входу тактовой частоты F внешней линии передачи и второму входу дешифратора адреса и устройства выделения кода компенсационной поправки.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется графическими материалами. На фиг. 1 изображена структурная схема навигационного магнитометра по первому варианту. На фиг. 2 изображена структурная схема навигационного магнитометра по второму варианту.

Предлагаемый навигационный магнитометр по первому (см. фиг. 1) и второму (см. фиг. 2) вариантам содержит три ортогонально ориентированных феррозонда 1, 2, 3, оси чувствительности которых ориентированы соответственно вдоль продольной, нормальной и поперечной связанных осей объекта, компенсатор помех 4 и три усилителя 5, 6, 7, вход каждого из которых подключен к выходу измерительной обмотки 8 соответствующего феррозонда, а выход подключен к соответствующему аналоговому входу компенсатора помех 4 и через сопротивление обратной связи 10, 11, 12 - к входу компенсационной обмотки 9 соответствующего феррозонда 1, 2, 3, в каждом феррозонде компенсационная 9 и измерительная 8 обмотки включены дифференциально по постоянному току, компенсатор помех 4 содержит три масштабных блока 13, 14, 15, с первого по третий аналоговые входы которых подключены соответственно к первому, второму и третьему аналоговым входам компенсатора помех 4, а четвертый аналоговый вход каждого масштабного блока 13, 14, 15 подключен к выходу источника стабилизированного напряжения (U₀), по первому варианту (фиг. 1) каждый масштабный блок 13, 14, 15 содержит с первой по четвертую масштабные цепи последовательного соединения кодоуправляемого сопротивления 16-19 и кодоуправляемого коммутатора 20-23, при этом входы кодоуправляемых сопротивлений каждой цепи масштабного блока подключены соответственно к его первому по четвертый аналоговым входам, первые выходы коммутаторов 20-23 с первого 13 по третий 15 масштабных блоков подключены к входам компенсационных обмоток 9 соответственно первого 1, второго 2 и третьего 3 феррозондов, а вторые выходы - к выходам измерительных обмоток 8 соответственно первого 1, второго 2 и третьего 3 феррозондов, первый 24 по третий 26 блоки управления масштабированием, блок цифровой коммутации 34, подключенный к его входу управления выход дешифратора адреса 33, устройство выделения модуля и знака 37, первый и второй выходы которого подключены соответственно к первому и второму информационным входам блока цифровой коммутации 34, а первый вход его и дешифратора адреса 33 подключены к входу подачи последовательного кода N внешней линии передачи, каждый блок управления масштабированием 24-26 содержит с первое 27 по четвертое 30 устройства хранения данных, каждое из которых, в свою очередь, содержит масштабные цепи последовательного соединения соответственно регистра 31 и запоминающего устройства 32, триггера 35 и ячейки памяти 36, в каждом с первого 24 по третий 26 блоке управления масштабированием выход запоминающего устройства 32 и выход ячейки памяти 36 каждого с первого 27 по четвертое 30 устройства хранения данных подключены к входу управления соответственно кодоуправляемого сопротивления 16-19 и кодоуправляемого коммутатора 20-23 каждой с первой по четвертую масштабной цепи их последовательного соединения соответственно с первого 13 по третий 15 масштабного блока, первый и второй выходы первой по четвертой, пятой по восьмой и девятой по двенадцатой пары блока цифровой коммутации 34 подключены к информационному входу соответственно регистра 31 и триггера 35 масштабных цепей соответственно первого 27 по четвертое 30 устройств хранения данных первого 24 по третий 26 блоков управления масштабированием, а вход управления регистра 31 и триггера 35 всех масштабных цепей подключены к входу тактовой частоты F внешней линии передачи и второму входу дешифратора адреса 33 и устройства выделения модуля и знака 37.

По второму варианту (фиг. 2) каждый масштабный блок 13-15 содержит с первой по четвертую масштабные цепи последовательного соединения сопротивления 16-19 и кодоуправляемого потенциометра 20-23, причем первые выводы с первого 16 по четвертый 19 сопротивления каждого масштабного блока 13-15 подключены соответственно к его первому по четвертый аналоговым входам, а вторые выводы - к первому (подвижному) выводу соответственно первого 20 по четвертый 23 кодоуправляемых потенциометров, вторые выводы которых подключены к входам компенсационных обмоток соответственно первого 1, второго 2 и третьего 3 феррозондов, а третьи вводы - к выходам измерительных обмоток соответствующих феррозондов, с первого 24 по третий 26 блоки управления масштабированием, блок цифровой коммутации 34 и подключенный к его входу управления дешифратор адреса 33, устройство выделения кода компенсационной поправки 35, выход которого подключен к информационному входу блока цифровой коммутации 34, а первый вход его и дешифратора адреса 33 подключены к входу подачи последовательного кода Nвнешней линии передачи, каждый блок управления масштабированием 24, 25, 26 содержит с первого 27 по четвертое 30 устройства хранения данных, каждое из которых в свою очередь содержит масштабную цепь последовательного соединения регистра 31 и запоминающего устройства 32, в каждом с первого 24 по третий 26 блоке управления масштабированием выход запоминающего устройства 32 каждого с первого 27 по четвертое 30 устройства хранения данных подключен к входу управления потенциометра 20-23 соответственно каждой с первой по четвертую масштабной цепи соответственно с первого 13 по третий 15 масштабного блока, каждый с первого по четвертый, с пятого по восьмой и с девятого по двенадцатый выход блока цифровой коммутации 34 подключен к информационному входу регистра 31 соответственно с первого 27 по четвертое 30 устройств хранения данных первого 24 по третий 26 блоков управления масштабированием, а вход управления регистра 31 каждого устройства хранения данных 27-30 каждого блока управления масштабированием 24-26 подключен к входу тактовой частоты F внешней линии передачи и второму входу дешифратора адреса 33 и устройства выделения кода компенсационной поправки 35.

Устранение указанных недостатков в предлагаемом устройстве достигается реализацией дистанционного автоматического управления процессом регулирования при проведении девиационных или калибровочных работ магнитометра.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

Феррозондами 1, 2, 3 измеряются сигналы, соответствующие проекциям вектора индукции магнитного поля на связанные оси объекта. Выходные полезные сигналы феррозондов с выходов измерительных обмоток 8 усиливаются и выделяются в виде напряжений постоянного тока с помощью соответствующих феррозондам 1, 2, 3 усилителей 5, 6, 7 и затем через соответствующие им сопротивления обратной связи 10, 11, 12, преобразуясь в ток, подаются на входы компенсационных обмоток 9, соответствующих феррозондов 1, 2, 3. То есть в объеме каждого феррозонда 1, 2, 3 осуществляется автоматическая компенсация (автокомпенсация) измеряемого поля током компенсационной обмотки 9. Таким образом, в данном устройстве измерение проекций вектора индукции магнитного поля осуществляется ферромодуляционными преобразователями автокомпенсационного типа [4].

Влияние помех на результаты измерения компонент вектора магнитной индукции по соответствующим осям объекта OX, OY, OZ определяется выражениями

где B_X, B_Y, B_Z - составляющие вектора суммарной индукции МПЗ и объекта; В_ХИ, В_YИ, B_ZИ - измеряемые составляющие вектора индукции МПЗ (при отсутствии помех); ΔB_X, ΔB_Y, ΔB_Z - составляющие вектора магнитной индукции помехи, определяемые следующими выражениями Пуассона [2, 3]

где a, b, с, d, е, f, g, h, k - коэффициенты Пуассона, характеризующие влияние магнитомягкого, в магнитном отношении, железа, а Р, Q, R - составляющие магнитной индукции по осям объекта, вызванной постоянной намагниченностью, то есть компоненты вектора магнитной индукции от намагничивания твердого железа объекта. В предлагаемом магнитометре осуществляется компенсация помех подачей на входы феррозондов 1, 2, 3 компенсационных токов, формируемых компенсатором помех 4. Условием компенсации помех выражений (1)является обеспечение минимизированной алгебраической разности помех и компенсационных сигналов ΔB_XK, ΔB_YK, ΔB_ZK, то есть осуществление требований

Процесс формирования компенсационных токов в объеме каждого феррозонда 1, 2, 3 в виде функций преобразования показан в прототипе [3]. Для пояснения принципа регулировки и обеспечения наблюдаемости результатов компенсации представим выражения формирования выходных напряжений помеховых сигналов умножив левую и правую части выражений (2) на коэффициент преобразования Kавтокомпенсационных преобразователей

где ΔU_i=ΔB_iК, U_iИ=ΔB_iИK (i=x, у, z); U_P=PK, U_Q=QK, U_R=RK.

Коэффициенты Пуассона являются знакопеременными величинами, поэтому необходимо формирование модулей и знаков компенсационных поправок. Формирование модулей осуществляется изменением сопротивления масштабных цепей в каждом масштабном блоке 13, 14, 15, а формирование знака - подачей тока масштабной цепи в одну из соответствующих знаку дифференциально включенных обмоток 8, 9 феррозондов 1, 2, 3.

Рассмотрим процесс компенсации помех и формирование компенсационных поправок в предлагаемом устройстве по первому варианту. Для этого представим выражения выходных компенсационных сигналов магнитометра на выходах преобразователей 5, 6, 7 в виде

где _{Место для формулы.} m - масштабные коэффициенты формирования компенсационных поправок, зависимые от соответствующих им коэффициентов Пуассона.

В предлагаемом устройстве предполагается равенство сопротивлений R₁₀=R₁₁=R₁₂. В данном случае условием компенсации является обеспечение равенства нулю разности напряжений помеховых и компенсационных сигналов выражений (3), (4), то есть

Масштабы формирования модулей компенсационных поправок, определяемых значением соответствующих параметров помех (коэффициентов Пуассона) устанавливаются с помощью переменных кодоуправляемых сопротивлений 16-19 в каждом масштабном блоке 13, 14, 15. При этом знаки масштабов формируются подключением с помощью соответствующего коммутатора 20-23 регулируемой масштабной цепи к соответствующему выводу дифференциально включенных обмоток, то есть к выходу измерительной обмотки 8 или ко входу компенсационной обмотки 9. Каждая группа масштабных коэффициентов формирования компенсационных поправок ΔU_iK (i=x, у, z) формируется в соответствующих масштабных блоках использованием элементов с обозначениями, соответствующими этим блокам.

В первом случае при подключении с помощью ключей компенсационных токов (задаваемых с помощью сопротивлений 16…19) к соответствующим компенсационным обмоткам 9 феррозондов 1, 2, 3, выражения масштабных коэффициентов выражения (4) с учетом знака формируемой поправки определяются в следующем виде

где U_O - выходное напряжение стабилизированного источника напряжения.

Во втором случае, при подключении компенсационных токов к соответствующим измерительным обмоткам феррозондов 1. 2. 3, выражения указанных коэффициентов противоположной полярности определяются в виде

где С₈, С₉ - соответственно коэффициент преобразования измерительной и компенсационной обмоток i-го феррозонда. При С₈=С₉ согласно (5) и (6) обеспечивается равенство коэффициентов преобразования всех токовых дифференциальных входов феррозондов.

Изменение сопротивлений 16-19, а, следовательно, изменение и формирование модулей компенсационных токов в обмотках феррозондов 1, 2, 3 осуществляется изменением и подачей кода на вход управления сопротивлений 16-19 в каждом масштабном блоке 13, 14, 15 с выхода соответствующего запоминающего устройства 32 устройств хранения данных 27-30 соответствующего блока масштабирования 24, 25, 26. Подключение масштабной цепи к соответствующей обмотке феррозонда, а, следовательно, формирование знака компенсационного тока, осуществляется изменением и подачей кода на вход управления соответствующего коммутатора 20-23 подаваемого с выхода ячейки запоминания знака 36 соответствующего устройства хранения данных.

Особенностью предлагаемого устройства является дистанционное управление процессом формирования компенсационных поправок, осуществляемое по двухпроводной линии передачи, подключаемой к входам компенсатора помех 4. По первому проводу осуществляется передача последовательного кода, содержащего адресную часть и информационную часть, определяющую модуль и знак соответствующей компенсационной поправки. С помощью первого провода осуществляется подача входного управляющего последовательного кода N на первые (информационные) входы устройства выделения модуля и знака 37 и дешифратора адреса 33. Для синхронизации работы этих устройств на их вторые входы с помощью второго провода линии передачи подается тактовая частота F. С помощью дешифратора адреса 33 формируется код адреса устройства хранения данных 27-30 соответствующего блока управления масштабированием 24, 25, 26. Код адреса в данном случае соответствует порядковому номеру (с первого по двенадцатый) коэффициентов Пуассона. В устройстве выделения модуля и знака 37 осуществляется выделение и подача соответственно на его первый и второй выходы кодов модуля и знака соответствующих цифровых эквивалентов компенсационных поправок. Блоком цифровой коммутации осуществляется последовательное подключение каждой входной пары (модуля и знака) на соответствующие выходы парных сигналов, определяемые управляющим кодом адреса. Далее код модуля цифрового эквивалента формируемой компенсационной поправки по эффективному, например, переднему, фронту импульсов тактовой частоты на входе управления регистра 31, преобразуется на интервале подачи его в сдвиговый регистр 31, в параллельный код, подаваемый на вход запоминающего устройства 32. При этом знак компенсационной поправки по эффективному фронту тактовой частоты записывается в триггер 35 и подается на вход ячейки памяти 36. После окончания интервала подачи кода модуля и знака, содержимое регистра 31 и триггера 35 хранятся в течение последующих интервалов переключения блока цифровой коммутации 34 и подаются через запоминающее устройство 32 и ячейку памяти 36 на входы управления кодоуправляемых потенциометра 16-19 и коммутатора 20-23. С помощью этих кодов осуществляется автоматическая установка модуля и знака компенсационного тока в обмотках феррозондов 1, 2, 3 с помощью кодоуправляемых резисторов 16-19 и коммутаторов 20-23 каждого масштабного блока 13, 14, 15. В данном случае многократным повторением циклов регулировки обеспечивается формирование точных значений компенсационных сигналов в устройствах хранения данных 27-30 блоков масштабирования 24, 25, 26.

После окончания циклов регулировки осуществляется запоминание модуля и знака соответственно в энергонезависимых запоминающих устройствах 32 и ячейках памяти 4 всех устройств хранения данных 27-30 блоков управления масштабированием 24, 25, 26. Процесс запоминания осуществляется прожигом всех запоминающих устройств и ячеек памяти. Прожиг осуществляется в зависимости от типа запоминающих устройств, например, повышением их напряжения питания до предельного значения. Причем процедура повышения питания осуществляется во внешней цепи питания магнитометра.

В предлагаемом устройстве по второму варианту масштабные коэффициенты, определяющие величину компенсационных поправок, устанавливаются при регулировке в каждом масштабном блоке 13, 14, 15 с помощью кодоуправляемых потенциометров 20-23. При равенстве коэффициентов преобразования измерительной 8 и компенсационной 9 обмоток модуль и знак компенсационных токов в объеме феррозондов 1, 2, 3 задаются в соответствующих масштабных блоках 13, 14, 15 положением подвижных контактов потенциометров 20-30 относительно их среднего положения, то есть задаются соответственно абсолютной величиной и знаком разности выходных токов потенциометров, подаваемых на вход компенсационной 9 и выход измерительной 8 обмоток. Следовательно, в среднем положении подвижных контактов потенциометров формируются нулевые значения компенсационных полей. Сопротивлениями 16-19 задается диапазон регулировки токов. Особенностью данного варианта устройства является возможность одновременной выставки модуля и знака компенсационных токов перемещением движка кодоуправляемых потенциометров 20-23.

Изменение положения подвижных контактов потенциометров 20-23 относительно нулевого (среднего) положения осуществляется изменением и подачей кода на вход управления потенциометров 20-23 в каждом масштабном блоке 1, 2, 3 с выхода соответствующего запоминающего устройства 32 устройств хранения данных 27-30 соответствующего блока масштабирования 24, 25, 26.

В устройстве осуществляется дистанционное управление процессом формирования компенсационных поправок, осуществляемое по двухпроводной линии связи, подключаемой к входам компенсатора помех 4. С помощью первого провода осуществляется подача входного управляющего последовательного кода N на первые (информационные) входы устройства выделения кода компенсационной поправки 35 и дешифратора адреса 33. Для синхронизации работы этих устройств на их вторые входы с помощью второго провода линии связи подается тактовая частота F. С помощью дешифратора адреса 33 формируется код адреса устройства хранения данных 27-30 соответствующего блока управления масштабированием 24, 25, 26. Код адреса в данном случае соответствует порядковому номеру (с первого по двенадцатый) коэффициентов Пуассона. В устройстве выделения кода компенсационной поправки 35 осуществляется выделение из общей кодовой посылки N кода соответствующих цифровых эквивалентов компенсационных поправок, подаваемых на информационный вход блока цифровой коммутации 34. Последним осуществляется подключение каждого входного кода на соответствующие выходы, определяемые управляющим кодом адреса. Далее код выбранной поправки по эффективному, например, переднему, фронту импульсов тактовой частоты на входе управления регистра 31 преобразуется на интервале подачи его на информационный вход в сдвиговый регистр 31 в параллельный код, подаваемый на вход запоминающего устройства 32. После окончания интервала подачи кода, содержимое регистра 31 хранится в течение последующих интервалов переключения блока цифровой коммутации 34 и подается через запоминающее устройство на вход управления соответствующего кодоуправляемого потенциометра 20-23. С помощью этого кода осуществляется автоматическая установка модуля и знака компенсационного тока в обмотках 8, 9 феррозондов 1, 2, 3. С помощью соответствующего кодоуправляемого потенциометра 20-23 каждого масштабного блока 13, 14, 15. В данном случае для управления потенциометром, обеспечивающим левое, среднее и правое положения его подвижных контактов выбирается необходимая и удобная форма кодирования управляющего сигнала. Такой формой кодирования является, например, дополнительный код, определяющий положительное, нулевое и отрицательное значения кодируемой величины без отдельного выделения знакового разряда. Таким образом, в отличие от входного последовательного прямого кода, применяемого в первом варианте устройства, в данном случае на вход компенсатора помех 4 осуществляется подача последовательного дополнительного кода.

После окончания циклов регулировки осуществляется запоминание данных в энергонезависимых запоминающих устройствах 32 всех устройств хранения данных 27-30 блоков управления масштабированием 24, 25, 26. Процесс запоминания осуществляется прожигом всех запоминающих устройств 32, осуществляемым повышением напряжения питания запоминающих устройств до предельного значения.

Возможность микроминиатюризации предлагаемого устройства обеспечивает более широкий успех его применения в аэрокосмической технике. В данном случае возможно применение микросхем высокой степени интеграции. Так, например, в первом варианте предлагаемого устройства, возможно исполнение двух каналов устройств хранения данных и кодоуправляемых сопротивлений в едином корпусе микросхемы AD5173 (ANALOGDEVICES) размерами 3 мм × 4,9 мм, а для исполнения двухканальной схемы устройства хранения данных и кодоуправляемого потенциометрического сопротивления во втором варианте предлагаемого устройства, возможно применение микросхемы AD5172. Имеются также отечественные аналоги.

Формирование внешнего управляющего кода осуществляется внешним устройством управления, например, персональным компьютером или специализированным вычислителем. Для передачи последовательного кода в магнитометр с целью дистанционного управления используется широко применяемая двухпроводная линия связи. В данном случае способ передачи и приема информации может быть реализован с помощью как индивидуально разработанных средств передачи, так и с помощью специальных или унифицированных средств интерфейса.

Дистанционное управление и автоматизация процесса проведения девиационных работ обеспечат доступ к управлению регулировкой магнитометра, расположенного в труднодоступных местах подвижного объекта, повысят производительность и обеспечат снижение трудоемкости девиационных работ. Кроме того, обеспечивается возможность многократного повторения регулировочных циклов формирования компенсационных поправок, тем самым обеспечивается помехоустойчивость и повышение точности регулировочных работ.

Важно отметить, что подобие математических выражений, определяющих девиационные помехи и инструментальные погрешности обеспечивает возможность использования предложенной схемы компенсации помех также в качестве компенсатора инструментальных погрешностей магнитометра, расширяя тем самым функциональные возможности технического решения. В данном случае особенно очевидно исключение применением дистанционного управления проблемы проведения калибровки моноблочных магнитометров, помещаемых в процессе калибровки в труднодоступную экранированную меру магнитной индукции.

Таким образом, предлагаемое устройство, обладая новизной, полезностью и реализуемостью, может найти широкое применение в технике магнитных измерений, а также девиационных и калибровочных работ магнитометров.

Литература

1. Скородумов С.А., Обоишев Ю.П. Помехоустойчивая измерительная аппаратура. - Л.: Энергоиздат. Ленингр. отд-ние, 1981-176 с., ИЛ.

2. Л.А. Кардашинский - Брауде. Современные судовые магнитные компасы. - СПб: ФГУП "ГНЦ-ЦНИИ «Электроприбор»", 1999. - 138 с.

3. Навигационный магнитометр (варианты). Патент РФ №2352954, МПК G01R 33/02, 27,02,2007

4. Семенов Н.М., Яковлев Н.И. Цифровые феррозондовые магнитометры. Л.: Энергия, 1978.

Группа изобретений относится к магнитоизмерительной технике и навигационному приборостроению. Особенностью навигационного магнитометра является дистанционное управление процессом формирования компенсационных поправок, осуществляемое по двухпроводной линии передачи, подключаемой к входам компенсатора помех. Технический результат – повышение точности измерения компонент вектора индукции магнитного поля Земли на борту подвижного объекта и при обеспечении микроминиатюризации магнитометра. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

1. Навигационный магнитометр, содержащий три ортогонально ориентированных феррозонда, оси чувствительности которых ориентированы соответственно вдоль продольной, нормальной и поперечной связанных осей объекта, компенсатор помех и три усилителя, вход каждого из которых подключен к выходу измерительной обмотки соответствующего феррозонда, а выход подключен к соответствующему аналоговому входу компенсатора помех и через сопротивление обратной связи - к входу компенсационной обмотки соответствующего феррозонда, в каждом феррозонде компенсационная и измерительная обмотки включены дифференциально по постоянному току, компенсатор помех содержит три масштабных блока, с первого по третий аналоговые входы которых подключены соответственно к первому, второму и третьему аналоговым входам компенсатора помех, а четвертый аналоговый вход каждого масштабного блока подключен к выходу источника стабилизированного напряжения, каждый масштабный блок содержит с первой по четвертую масштабные цепи последовательного соединения сопротивления и коммутатора, первые выходы коммутаторов с первого по третий масштабных блоков подключены к входам компенсационных обмоток соответственно первого, второго и третьего феррозондов, а вторые выходы - к выходам измерительных обмоток соответственно первого, второго и третьего феррозондов, отличающийся тем, что сопротивления и коммутаторы масштабных цепей содержат кодоуправляемые входы и дополнительно введены с первого по третий блоки управления масштабированием, блок цифровой коммутации, подключенный к его входу управления выход дешифратора адреса, а также введено устройство выделения модуля и знака, первый и второй выходы которого подключены соответственно к первому и второму информационным входам блока цифровой коммутации, а первый вход его и дешифратора адреса подключены к входу подачи последовательного кода внешней линии передачи, каждый блок управления масштабированием содержит с первое по четвертое устройства хранения данных, каждое из которых, в свою очередь, содержит масштабные цепи последовательного соединения соответственно регистра и запоминающего устройства, триггера и ячейки памяти, в каждом с первого по третий блоке управления масштабированием выход запоминающего устройства и выход ячейки памяти каждого с первого по четвертое устройства хранения данных подключены к входу управления соответственно управляемых кодом сопротивления и коммутатора каждой с первой по четвертую масштабные цепи их последовательного соединения соответственно с первого по третий масштабного блока, первый и второй выходы первой по четвертую, пятой по восьмую и девятой по двенадцатую пары блока цифровой коммутации подключены к информационному входу соответственно регистра и триггера масштабных цепей соответственно с первого по четвертое устройств хранения данных первого по третий блоков управления масштабированием, а входы управления регистра и триггера всех масштабных цепей подключены к входу тактовой частоты внешней линии передачи и второму входу дешифратора адреса и устройства выделения модуля и знака.

2. Навигационный магнитометр, содержащий три ортогонально ориентированных феррозонда, оси чувствительности которых ориентированы соответственно вдоль продольной, нормальной и поперечной связанных осей объекта, компенсатор помех и три усилителя, вход каждого из которых подключен к выходу измерительной обмотки соответствующего феррозонда, а выход подключен к соответствующему входу компенсатора помех и через сопротивление обратной связи к входу компенсационной обмотки соответствующего феррозонда, в каждом феррозонде компенсационная и измерительная обмотки включены дифференциально по постоянному току, компенсатор помех содержит три масштабных блока, с первого по третий аналоговые входы которых подключены соответственно к первому, второму и третьему аналоговым входам компенсатора помех, а четвертый аналоговый вход каждого масштабного блока подключен к выходу источника стабилизированного напряжения, каждый масштабный блок содержит с первой по четвертую масштабные цепи последовательного соединения сопротивления и потенциометра, причем первые выводы с первого по четвертый сопротивления каждого масштабного блока подключены соответственно к его первому по четвертый аналоговым входам, а вторые выводы - к первому (подвижному) выводу соответственно первого по четвертый потенциометров, вторые выводы которых подключены к входам компенсационных обмоток соответственно первого, второго и третьего феррозондов, а третьи выводы - к выходам измерительных обмоток соответствующих феррозондов, отличающийся тем, что потенциометры всех масштабных цепей всех масштабных блоков содержат входы управления кодом, дополнительно введены с первого по третий блоки управления масштабированием, блок цифровой коммутации и подключенный к его входу управления дешифратор адреса, устройство выделения кода компенсационной поправки, выход которого подключен к информационному входу блока цифровой коммутации, а первый вход его и дешифратора адреса подключены к входу подачи последовательного кода внешней линии передачи, каждый блок управления масштабированием содержит с первого по четвертое устройства хранения данных, каждое из которых, в свою очередь, содержит масштабную цепь последовательного соединения регистра и запоминающего устройства, в каждом с первого по третий блоке управления масштабированием выход запоминающего устройства каждого с первого по четвертое устройства хранения данных подключен к входу управления потенциометра соответственно каждой с первой по четвертую масштабной цепи соответственно с первого по третий масштабного блока, каждый с первого по четвертый, с пятого по восьмой и с девятого по двенадцатый выход блока цифровой коммутации подключен к информационному входу регистра соответственно с первого по четвертое устройств хранения данных первого по третий блока управления масштабированием, а вход управления регистра каждого устройства хранения данных каждого блока управления масштабированием подключен к входу тактовой частоты внешней линии передачи и второму входу дешифратора адреса и устройства выделения кода компенсационной поправки.