ЦИФРОВОЙ ФЕРРОЗОНДОВЫЙ МАГНИТОМЕТР СО СЛЕДЯЩИМ УРАВНОВЕШИВАНИЕМ Советский патент 1998 года по МПК G01R33/02 

Изобретение относится к технике магнитных измерений, в частности к феррозондовым навигационным магнитометрам.

Целью изобретения является повышение точности измерений и надежности, сокращение аппаратурных затрат и обеспечение совместимости магнитометра со стандартными вычислительными средствами, применяемыми в навигации.

На чертеже изображена функциональная схема цифрового магнитометра.

Цифровой феррозондовый магнитометр содержит феррозондовый блок 1 сравнения, генератор 2, первый и второй реверсивные счетчики 3 и 4, первый и второй цифроаналоговые преобразователи 5 и 6, комбинационный сумматор 7, регистратор 8, первый и второй аналоговые элементы 9 и 10 вычитания и первый и второй элементы НЕ 11 и 12.

Первый и второй выходы генератора 2 соединены соответственно с обмоткой возбуждения феррозонда и входом управления фазочувствительного демодулятора феррозондового блока 1 сравнения, первый выход которого соединен с входом блокировки (б) первого реверсивного счетчика 3, а второй - с входом управления знака счета первого и второго реверсивных счетчиков 3 и 4, вход синхронизации (с) которых подключен соответственно к третьему и четвертому выходам генератора 2, причем цифровые выходы первого и второго реверсивных счетчиков 3 и 4 соединены соответственно с цифровыми входами первого и второго цифроаналоговых преобразователей 5 и 6, выходы которых через первый и второй аналоговые элементы 9 и 10 вычитания подключены к первому и второму входам компенсации феррозондового блока 1 сравнения, на вторые входы аналоговых элементов вычитания 9 и 10 подаются опорные напряжения и . Кроме того, цифровые выходы, кроме старшего разряда, первого реверсивного счетчика 3 соединены с первыми входами комбинационного сумматора 7, а выход старшего разряда через элемент НЕ 11 подключен к старшему разряду первых входов комбинационного сумматора 7, выходы которого подключены к цифровым входам старших разрядов регистратора 8, цифровые входы младших разрядов которого подключены к соответствующим выходам, кроме старшего из них, второго реверсивного счетчика 4, выход старшего разряда которого соединен через элемент НЕ 12 со всеми вторыми входами комбинационного сумматора 7, выход переноса второго реверсивного счетчика 4 соединен с его входом разрешения параллельной записи и с входом переноса первого реверсивного счетчика 3, причем на цифровые входы реверсивного счетчика 4, кроме старшего разряда, подаются логические нули, а на цифровой вход старшего разряда - логическая единица.

Цифровой феррозондовый магнитометр работает следующим образом. В феррозонде, содержащемся в феррозондовом блоке сравнения 1 и возбуждаемом напряжением U_f, поступающим с первого выхода генератора 2, в процессе ферромодуляционного преобразования выделяется полезный сигнал в виде второй гармоники частотой 2f, амплитуда которой пропорциональна разности измеряемой индукции магнитного поля и поля компенсации.

После демодуляции этого напряжения определяются его величина и знак. Управление демодулятором феррозондового блока 1 сравнения осуществляется выходным напряжением U_2f генератора 2. По величине напряжения в феррозондовом блоке сравнения и на его первом выходе формируется логический потенциал, который осуществляет разрешение или запрет (блокировку) счета в первом реверсивном счетчике 3 и подается на его вход блокировки (б). При величине рассогласования, превышающей диапазон преобразования второго следящего цифроаналогового преобразователя, на первом выходе феррозондового блока 1 сравнения появляется логический потенциал, разрешающий счет первого реверсивного счетчика 3, в котором происходит процесс накопления импульсов, скорость которого определяется частотой синхроимпульсов, поступающих с третьего выхода генератора 2 на вход синхронизации (с) первого реверсивного счетчика 3. На выходе первого цифроаналогового преобразователя 5 формируется однополярное напряжение, пропорциональное прямому коду первого реверсивного счетчика 3, из которого с помощью элемента 9 вычитания вычитается напряжение , выбор величины которого определяется выражением

где - величина напряжения, соответствующая верхнему значению диапазона изменения выходного напряжения первого цифроаналогового преобразователя 5;
N₁ = 2ⁿ¹, где n1 - разрядность цифроаналогового преобразователя 5, совпадающего с разрядностью первого реверсивного счетчика 3.

Выходному напряжению элемента 9 вычитания, смещенному относительно выходного напряжения первого цифроаналогового преобразователя 5, соответствует также смещенный код числа первого реверсивного счетчика 3, формируемый в процессе следящего уравновешивания. При этом код, соответствующий положительному напряжению, кроме старшего разряда, совпадает с прямым кодом. Старший разряд принимает значение логической единицы.

Код, определяемый всеми разрядами, кроме старшего, соответствующий отрицательному значению выходного напряжения первого цифроаналогового преобразователя 5, является обратным, смещенным на единицу младшего разряда кодом.

Старший разряд при этом принимает значение логического нуля. Отсюда следует, что нулевому значению выходного напряжения будет соответствовать код числа в первом реверсивном счетчике 3, равный 100...0, т.е. единица в старшем разряде и нули во всех остальных разрядах. Максимальному положительному значению напряжения на выходе первого элемента 9 вычитания будет соответствовать код числа 111...1, т.е. единицы во всех разрядах (включения и старший), а соответствующему ему отрицательному значению соответствует код числа 0000...1.

Выходное знакопеременное напряжение первого элемента 9 вычитания поступает в обмотку компенсации феррозондового блока 1 сравнения, в которой преобразуется в компенсационное поле отрицательной обратной связи.

В процессе следящего уравновешивания, при уменьшении величины рассогласования в феррозондовом блоке 1 сравнения до значения, лежащего в пределах младшего диапазона преобразования магнитометра, на вход блокировки первого реверсивного счетчика 3 подается логический потенциал, запрещающий в нем счет.

В этом случае формирование младших разрядов выходного кода магнитометра и компенсирующей величины поля осуществляется вторым следящим аналого-цифровым контуром, т.е. путем накопления импульсов во втором реверсивном счетчике 4, поступающих с четвертого выхода генератора 2 на вход синхронизации реверсивного счетчика 4, и последующего преобразования кода в напряжение с помощью второго однополярного цифроаналогового преобразователя 6.

Из этого напряжения с помощью второго элемента 10 вычитания вычитается напряжение , определяемое выражением

где - величина напряжения, соответствующая верхнему значению диапазона преобразования выходного напряжения второго цифроаналогового преобразователя 6;
N₂ = 2ⁿ², где n2 - разрядность второго цифроаналогового преобразователя 6, совпадающая с разрядностью второго реверсивного счетчика 4.

Также, как и в первом следящем контуре, во втором контуре выходному напряжению второго элемента 10 вычитания, смещенному относительно выходного напряжения цифроаналогового преобразователя 6, соответствует также смещенный код числа реверсивного счетчика 4. При равенстве диапазонов преобразования цифроаналоговых преобразователей 5 и 6, т.е. при , необходимо также выполнить равенство .

Выходное напряжение второго элемента 10 вычитания, поступая на второй вход компенсации феррозондового блока 1 сравнения, компенсирует остаточное рассогласование.

Реализация второго компенсационного входа в феррозондовом блоке 1 сравнения может быть осуществлена путем использования второй или той же первой компенсационной обмотки или введением аналогового компенсационного входа с помощью резистивного делителя на вход усилительно-преобразовательного устройства, содержащегося в феррозондовом блоке 1 сравнения.

В пределах общей разрядной сетки кодам чисел верхнего и нижнего диапазонов измерения условно можно поставить в соответствие дополнительные коды первого и второго слагаемых, алгебраическая сумма которых представляет собой результат измерения компоненты вектора магнитной индукции.

Известно, что дополнительный код числа, представляющего собой алгебраическую сумму двух чисел, достаточно просто реализуется путем суммирования слагаемых, представленных также в дополнительном коде.

Старшими разрядами дополнительного кода первого слагаемого являются соответственно проинвертированный элементом НЕ 11 старший разряд и все остальные разряды первого реверсивного счетчика 3. Младшие разряды дополнительного кода первого слагаемого в пределах общей условной разрядной сетки принимают значение нулей. Младшими разрядами дополнительного кода второго слагаемого являются соответственно все, кроме старшего, разряды второго реверсивного счетчика 4. Старшими разрядами второго слагаемого являются значения проинвертированного с помощью инвертора 12 содержимого старшего разряда второго реверсивного счетчика 4.

Для получения результата суммирования этих слагаемых в дополнительном коде в данном случае необходимо отдельно сформировать и совместить в общей разрядной сетке (в регистраторе 8) старшие и младшие разряды результирующего кода.

Формирование старших разрядов результирующего кода осуществляется путем суммирования в комбинационном сумматоре 7 кода первого реверсивного счетчика 3, в котором проинвертировано значение старшего разряда элементом НЕ 11 с кодом, разряды которого принимают проинвертированное элементом НЕ 12 значение старшего разряда второго реверсивного счетчика 4.

В регистраторе 8 осуществляется прием старших и младших разрядов результирующего дополнительного кода, а также упаковка и выдача информации во внешнюю шину стандартного интерфейса.

В процессе преобразования возможно переполнение реверсивного счетчика 4. В этом случае на его выходе переноса появляется сигнал переноса, который, поступая на вход переноса первого реверсивного счетчика 3, изменяет содержимое последнего на единицу младшего разряда. Одновременно, с помощью того же сигнала переноса, подаваемого на вход разрешения параллельной записи реверсивного счетчика 4, происходит начальная установка последнего, соответствующая его нулевому значению (в масштабе смещенного кода), т.е. осуществляется запись смещенного двоичного кода 100. ..0, подаваемого на цифровые входы параллельной записи реверсивного счетчика 4. После этого в данном реверсивном счетчике происходит дальнейшая отработка изменений входного магнитного поля, сопровождаемая процессом линейного ступенчатого изменения кода.

Изобретение относится к феррозондовым навигационным магнитометрам. Цель изобретения - повышение точности измерений и надежности устройства. Магнитометр содержит феррозондовый блок 1 сравнения, генератор 2, реверсивные счетчики 3 и 4, цифроаналоговые преобразователи 5 и 6, комбинационный сумматор 7 и регистратор 8. Введение аналоговых элементов 9 и 10 вычитания и элементов НЕ 11 и 12 сокращает аппаратурные затраты и обеспечивает совместимость магнитометра со стандартными вычислительными средствами, используемыми в навигации. 1 ил.

Цифровой феррозондовый магнитометр со следящим уравновешиванием, содержащий феррозондовый блок сравнения, генератор, два цифроаналоговых следящих преобразователя, включающих два реверсивных счетчика, комбинационный сумматор и регистратор, причем первый и второй выходы генератора соединены соответственно с обмоткой возбуждения феррозонда и входом управления фазочувствительного демодулятора феррозондового блока сравнения, первый выход которого соединен со входом блокировки первого реверсивного счетчика, а второй - со входом управления направлением счета первого и второго реверсивных счетчиков, входы синхронизации которых подключены соответственно к третьему и четвертому выходам генератора, причем цифровые выходы первого и второго реверсивного счетчиков соединены соответственно с цифровыми входами первого и второго цифроаналоговых преобразователей, цифровые выходы первого реверсивного счетчика, кроме старшего разряда, соединены с первыми входами комбинационного сумматора, выходы которого подключены к цифровым входам старших разрядов регистратора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения и надежности, в него введены первый и второй аналоговые элементы вычитания, первый и второй элементы НЕ, цифровые входы младших разрядов регистратора подключены к соответствующим выходам, кроме старшего из них, второго реверсивного счетчика, выход старшего разряда которого соединен через первый элемент НЕ со всеми вторыми входами комбинационного сумматора, цифровой выход старшего разряда первого реверсивного счетчика через второй элемент НЕ подключен к старшему разряду первых входов комбинационного сумматора, выходы первого и второго цифроаналоговых преобразователей соединены соответственно с первыми входами первого и второго аналоговых элементов вычитания, вторые входы которых соединены с входами опорного напряжения, выходы аналоговых элементов вычитания подключены соответственно к первому и второму входам компенсации феррозондового блока сравнения, выход переноса второго реверсивного счетчика соединен со входом переноса первого реверсивного счетчика и с собственным входом разрешения параллельной записи, причем его цифровые входы параллельной записи, кроме старшего разряда, соединены с входами логического нуля, а цифровой вход старшего разряда соединен с входом логической единицы.