СПОСОБ КАЛИБРОВКИ ТРЕХКОМПОНЕНТНЫХ ФЕРРОЗОНДОВЫХ МАГНИТОМЕТРОВ Российский патент 2023 года по МПК G01V3/40 G01R35/00 

Изобретение относится к области магнитометрических измерений и может быть использовано для проведения калибровочных операций трехкомпонентных феррозондовых магнитометров. Для выполнения калибровки трехкомпонентных магнитометров осуществляют последовательное задание ряда произвольных пространственных положений корпуса прибора трехкомпонентного магнитометра и определяют значения малых угловых параметров отклонения осей чувствительности трехкомпонентных феррозондовых датчиков от ортогональных осей с использованием метода их итерационного варьирования.

Известен способ калибровки трехкомпонентного магнитометра (патент РФ 2497139, G01R33/00, опубл. 27.10.2013), заключающийся в калибровке трехкомпонентного магнитометра с помощью меры магнитной индукции через определение корректирующей матрицы и уходов нулей магнитометра с исключением влияния внешних неоднородных (индустриальных) помех в процессе калибровки.

Недостатком такого способа является невозможность определения малых угловых параметров отклонения осей чувствительности трехкомпонентного магнитометра от ортогональных осей.

Также известен способ автоматизированной калибровки электронных измерительных устройств (патент РФ 2310880, G01R35/00, опубл. 20.11.2007), заключающийся в осуществлении автоматического анализа погрешности электронного измерительного устройства и преобразовании ее в калибровочный код, который передается в измерительное устройство для калибровки погрешности. При этом осуществляется последовательное формирование импульса тока для удаления перемычек регулировочного поля (запись калибровочного кода посредством удаления проводников) на плате.

Недостатком такого способа также является невозможность определения малых угловых параметров отклонения осей чувствительности трехкомпонентных феррозондовых датчиков от ортогональных осей.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является способ определения углов отклонения магниточувствительных осей феррозондов трехкомпонентного магнитометра от его собственных геометрических осей ортогонального базиса (Афанасьев Ю.В., Студенцов Н.В., Щелкин А.П. Магнитометрические преобразователи, приборы, установки. Л.: Энергия, 1972. С.247-250), заключающийся в определении шести углов непосредственно в геомагнитном поле на главных магнитных курсах 0, 90°, 180° и 270° путем последовательных поворотов блока феррозондов, например, вокруг вертикальной оси, для этого магниточувствительный блок магнитометра устанавливают на поворотном столе так, что продольная ось одного из преобразователей оказывается совмещенной с вертикалью, а продольные оси двух других преобразователей - лежащими в горизонтальной плоскости, после разворота блока вокруг вертикальной оси с наблюдением показаний на главных курсах искомые углы вычисляют в виде функций результатов преобразований и угла магнитного наклонения.

Недостатком такого способа является сложность реализации и необходимость применения дорогостоящего оборудования.

Таким образом, анализ известных способов калибровки трехкомпонентных феррозондовых магнитометров выявил, что все они обладают серьезными недостатками, а именно: их применение на практике не обеспечивает получение высокой точности измерений при проведении процедуры калибровки трехкомпонентных феррозондовых магнитометров.

Задача изобретения - повышение качества калибровки трехкомпонентных феррозондовых магнитометров.

Технический результат - уменьшение погрешности измерений трехкомпонентных феррозондовых магнитометров за счет определения с высокой точностью малых угловых параметров отклонения осей чувствительности трехкомпонентных феррозондовых датчиков от ортогональных осей и их учета при дальнейшей обработке результатов измерений.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что в способе определения углов отклонения магниточувствительных осей феррозондов трехкомпонентного магнитометра от его собственных геометрических осей ортогонального базиса при калибровке магнитометра, при котором производят совокупность измерений трех проекций вектора магнитной индукции непосредственно в геомагнитном поле, согласно изобретению, производят последовательные произвольные повороты блока феррозондов в пространстве и накопление измерительной информации при изменении пространственного положения блока магнитометра, а искомые углы определяют по накопленным результатам измерений методом их итерационного варьирования и при этом осуществляют последовательное приближение к истинным значениям малых угловых параметров с нахождением минимума функции цели.

Полученные значения малых угловых параметров помещают в электронный файл магнитометра и используют при обработке результатов измерений, что позволяет повысить точность определения углов пространственной ориентации - магнитного азимута α и модуля вектора магнитной индукции |B|.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 изображен датчик трехкомпонентного феррозондового магнитометра, поворачиваемый по визирному углу ϕ и азимутальному углу α, наклоняемый на зенитный угол θ. На фиг. 2 изображены малые угловые параметры датчика, значения которых определяют.

Последовательность операций варьирования малых угловых параметров изображена на Фиг. 3.

При проведении процесса варьирования находят минимум функции цели: вариации значений модуля вектора магнитной индукции среди всех значений проекций накопленной измерительной информации должны иметь минимальные значения:

или

где b_k(k=x,y,z) - проекции вектора магнитной индукции, измеряемые трехкомпонентным феррозондовым магнитометром, определяемые по известным математическим моделям:

в которых поправочные коэффициенты, определяемые значениями малых угловых параметров отклонения осей чувствительности феррозондов, вычисляют по зависимостям:

a = cosδ_x⋅cosχ; b = cosδ_x⋅sinχ; c = -sinδ_x; d = -cosδ_y⋅sinγ; e = cosδ_y⋅cosγ; f = sinδ_y; k = cosσ₁⋅sinσ₂; l = -sinσ₁; m = cosσ1⋅cosσ₂.

Измеряемые сигналы с феррозондов в виде цифровых кодов определяют по зависимости:

D_i = S_i+R_i(b_i),

где ; ; b_{i(i=x, y, z)} - приведенные значения измеряемых проекций полного вектора магнитной индукции В на оси чувствительности феррозондов; Mx_i и Mn_i - максимумы и минимумы выходных кодов с каждого феррозондового датчика.

К малым угловым параметрам трехкомпонентного феррозондового датчика относятся следующие:

- δ_x - угол отклонения оси чувствительности феррозонда F_X от оси 0X в плоскости 0XZ;

- χ и - угол отклонения оси чувствительности феррозонда F_X от оси 0X в плоскости 0XY;

- δ_y - угол отклонения оси чувствительности феррозонда F_Y от оси 0Y в плоскости 0YZ;

- γ - угол отклонения оси чувствительности феррозонда F_Y от оси 0Y в плоскости 0XY;

- σ₁ - угол отклонения оси чувствительности феррозонда F_Z от оси 0Z в плоскости 0YZ;

- σ₂ - угол отклонения оси чувствительности феррозонда F_Z от оси 0Z в плоскости 0XZ.

Пример конкретной реализации способа.

Определение искомых параметров производят в пространстве, характеризуемом отсутствием локальных искажений естественного геомагнитного поля вдали от ферромагнитных предметов, задавая начальное вертикальное положение корпусу магнитометра (θ=0°), выставляя последовательно произвольные положения корпуса, и измеряя и занося при этом в массив данных информационные сигналы с трехкомпонентных феррозондовых преобразователей магнитометра. По значениям сигналов, хранящихся в массиве данных, рассчитывают искомые параметры феррозондовых преобразователей χ, γ, δ_x, δ_y, σ₁, σ₂, которые сохраняют в файл конфигурации в качестве констант и используют при эксплуатации магнитометра для коррекции результатов измерений.

Для проверки заявляемого способа проведен процесс сбора и накопления измерительной информации в процессе перемещения корпуса трехкомпонентного феррозондового магнитометра в пространстве и определены параметры феррозондовых преобразователей χ, γ, δ_x, δ_y, σ₁, σ₂, соответствующие минимуму функции цели, представленные в таблице.

Таблица χ γ δ_x δ_y σ₁ σ₂ 2,618° 2,282° -3,059° -4,233° -3,054° 1,343°

Таким образом, заявляемое изобретение позволяет определить все искомые параметры трехкомпонентных феррозондовых преобразователей - χ, γ, δ_x, δ_y, σ₁, σ₂, относящиеся к разряду постоянных параметров, т.е. констант, характеризующих конкретное конструктивное исполнение трехкомпонентного феррозондового магнитометра, что позволяет уменьшить его погрешность измерений за счет определения данных малых угловых параметров и их учета при дальнейшей обработке результатов измерений.

Изобретение относится к области магнитометрических измерений и может быть использовано для проведения калибровочных операций трехкомпонентных феррозондовых магнитометров. Технический результат: уменьшение погрешности измерений трехкомпонентных феррозондовых магнитометров за счет определения с высокой точностью малых угловых параметров отклонения осей чувствительности трехкомпонентных феррозондовых датчиков от ортогональных осей и их учета при дальнейшей обработке результатов измерений. Сущность: производят последовательные произвольные повороты блока феррозондов в пространстве непосредственно в геомагнитном поле с измерением совокупности трех проекций вектора магнитной индукции. Накапливают измерительную информацию при изменении пространственного положения блока магнитометра. Углы отклонения магниточувствительных осей феррозондов трехкомпонентного магнитометра от его собственных геометрических осей ортогонального базиса определяют по накопленным результатам измерений методом их итерационного варьирования. При этом осуществляют последовательное приближение к истинным значениям малых угловых параметров с нахождением минимума функции цели. 3 ил., 1 табл.

Способ определения углов отклонения магниточувствительных осей феррозондов трехкомпонентного магнитометра от его собственных геометрических осей ортогонального базиса при калибровке магнитометра, при котором производят совокупность измерений трех проекций вектора магнитной индукции непосредственно в геомагнитном поле, отличающийся тем, что производят последовательные произвольные повороты блока феррозондов в пространстве и накопление измерительной информации при изменении пространственного положения блока магнитометра, а искомые углы определяют по накопленным результатам измерений методом их итерационного варьирования и при этом осуществляют последовательное приближение к истинным значениям малых угловых параметров с нахождением минимума функции цели.