Устройство для определения координат и магнитного момента дипольного источника поля Советский патент 1988 года по МПК G01R33/02 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения коорлтилат и магнитного момента дипольного источника поля, например, в судостронтельной промышленности для обеспвчения навигационного оборудования в медицине для диагностики и лечения и т.д.

Цель изобретения - повышение точ ,ности определения координат и магнитного момента дипольного источника поля

На фиг. 1 изображена структурная схема устройства; на фиг. 2 - структурная схема блока сложения; на фиг. 3 - четыре трехкомпонентных магниточувствительных преобразователя, расположенных в вершинах вогнутого четырехугольника.

Устройство состоят- из трехкомпо- нентных магниточувствительных преобразователей 1 - 5 (например, ферро- золдовых) местоположение которых известно в прямоугольной системе координат OXYZ, пяти блоков 6-10 усили тельно-преобразовательньзх, генератора IJ переменной ЭДС, блока 12 сложения, трех блоков 13 - 15 зычита- |Ния, блока 16 вычислительного и жесткого немагнитного основания 17, на ;Котором размещены преобразователи, Первые входы преобразователей 1 - 5 и блоков 6-10 подключены к выходу .генератора 11, Выходы преобразователей 1-5 подключены к BTopbc i входам :блоков 6-10, а выход каждого из блоков 6-10 подключен к второму . ВХОДУ соответствующего преобразова- Теля, При этом выхо.ды блоков 6 и 7 подключены к входам блоков 12 и 13, выходы блоков 8 и 9 - к входам блока 14, выходы блоков 9 и 10 - к входам блока 15 5 выходы блоков 13 - 15 к входам вычислительного блока 16,, а выход блока 12 сложения - к Т1)етьим входам преобразователей 1 - 5.,

Устройство работает с.ледуюши.м образом.

; На первые входы преобразователей 1 - 5 подается с генератора i1 переменная ЭДС, возбуждающая sTif иреобрэ зователи, В результа е этого на выходе каждого из преобразователей 1-5 появляются три ЭДС второй гармоники, каждая из которых прог1орг.у ональна одной из трех компонент магн-:;тной индукции, созданной магнитным ноненток

0

0

5

а

и однородным магнитным полем например геомагн1-:тнымо Выходные сигналы с преобразователе.й 1 - 5 ycimn- ваются и детектируются в соответст- вующих блоках 6 - 10, а затем пода- uvrcH на вторые входы преобразователей 1-5, что обеспечивает отрицательную обратную связь по измеряемым составляющим векторов магнитной индукции. При этом каждый из Слоко}з 6 - 10 состоит из трех избирательных усилителей, трех синхронных детекторо.Б и трех интегратороз5 поэтому вьксд- Hbie сигналы с каждого усилительно- преобразовательного блока пропорциональны трем cocтaвляющи i вектора магнитной индг кцик. Эти сигналы поступают па блоки 12 - 15, В блоке 12 осуществляется сложен1 е сигналов, лро- порцчона.1ьных коллинеарным соста)з.пя ющим векторов магнитной .ндукиии, действуощих на преобразователи 1 и 2,

Блок 12 состоит из трех узлов Каждый узел блока 12 содерж.ит масштабный усилитель 18, пороговое устройство (ГГУ) ,, состоягцее из двух компараторов 19 и 20 и двух элементов I 21 и 22, /иДП, состояодий из блока 23 уп.равления, реверсивного счетчика 24 и блока 25 выбора полярности, ЦАП. состоящий из стабилизированно- гс источника 26 Р.апркжегигя, управляемого делителя 27 напряжения и .ггере- ключателя 28 полярности тока компенсации. Вторые входь логи ;еских элементов 21 ii 22 подключенп к выхо- .ду генераторя 29 тактовых импульсов Генератор 29 яв.ляется обгцим для всех узлов блока слсжеьгия. Входы масштаб- юго усилителя 18 подклю -гены к соот- ветстиующиг выходш-г интеграторов блоков 6 I: 7, Сигналь; на входах мас- уситтителя 18 пропор 1ИО 1аль ны значениям соотве гств тоцих лроек- 11ИЙ векторов ин.п.У сц;-ти каг нитного поля, действующего па иреобразовате- .пи 1 и 2„ Масштаб 1Ь;к усилитеать 18 является сум шр:лопйгм. Выход 1 силите- .пя 18 .по.дюпсчен .к .дзум компараторам 19 л 20, Выход компаратора 19 соедн- нен с первыг- входом элемента 21.; з выход компйратс-ра 20 - с первьм входом элементе 22, Вторые вхо. эле- ме :тов 21 н 22 подключены к выходу генератора 29, Выходы зленентов 21 и 2.2 связаны с блоками 23 и 25 Выход блока 23 под.ключен к входу ре- - версивного счетчика 2й.. вько.д которого соединен с входом блока 25 и входом ПАП (управляемого делителя 27 напряжения). Второй вход управляемого делителя 27 напряжения подключен к источнику 26 стабилизированного напряжения, а выход этого делителя 27 напряжения - к входу переключателя 28 полярности тока компенсации соответствующей составляющей вектора индукции магнитного поля.

При выходном сигнале с масштабного усилителя 18 на выходе одного из компараторов 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 тактовые импульсы с генератора 29. Блок 23 в зависимости от полярности сигнала с выхода усилителя 18 вырабатывает управляющие сигналы, включающие счетчик 24 в режим прямого или обратного счета тактовых импуль- сов. С приходом каждого импульса на вход счетчика 24 происходргг изменение записанного в нем числа на единицу младшего разряда цифрового кода. В соответствии с состоянием разрядов реверсивного счетчика 24 ЦАП формирует сигнал компенсации одпородного магнитного поля в феррозондах, В момент, когда значение компенсирующего однородного мат нитного поля достигает значения, равного по величине, но противоположного по 1 аправ.чению внешнему однородному магнитному полга, действз/ющему на феррозонды на ВЕ ксдах компараторов 19 и 20 появляются сигналы, соответст- вушгоне состоян1:го О,, а следовательно, выход тактовьгх импульсов с эле- 21 или 22 прекращается Поэтом при наличии только однородного маг- ниттюго поля, действующегчо ка преобразователи 1-5, выходной сигнал с этих преобразователей равен HyjuOj что исключает влияние однорбдпого

магнитного поля на из ;epeIп e разностей составляющр х векторов индукции магнитного поля, созданного диполем и расширяет динамический диапазон преобразователей 1-5, блоков 6 - Юр 12 - 16 по измерению неодпород- ных г.5агнитных полей, а следовательно, повьяиает точность определения координат и магнитного момента диполя

Q

5 0 5 0 0 g

0

j.

Выходной сигнал с блока 13 пропорционален разности векторов индук-. ции магнитного поля, измеренного преобразователям 1 и 2, выходной . сигнал с блока 14 пропорционален раз-, нести векторов индукции магнитного поля, измеренного преобразователями 3 и 4, выходной сигнал с блока 15 пропорционален разности векторов магнитной индукции, измеренной преобразователями 4 и 5, В вьгчислитель- нок блок-е 16 определяется неколлине- арная пара разностей векторов магнитной индукции, по которой определяются координаты магнитного момента диполного источника поля, Поэтоьгу 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. независимыми. С этой целью преобразователи 1 - 4 расположены в виршинах плоского основания 17, выполненного либо в виде выпуклого четырехугольника, У которого Суъгмы противоположных углов соответственно больше и меньше 180 , а длина одной из трех сторон отличается по длине от четвертой сторо- иы, j:H6o в виде вогнутого четырехугольника, у которого продолжение сторон, образующ гх внутренний угол 5 180°, пересекают другие стороны, образующие угол 0, под углами, отличными от 90 , а угол пересечения воображаеьюй прямой, проходящий через вершины углов о и 0, с -воображаемой прямой, .проходягцай 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 дополнительном жестком нeмaгнитнo з основании или на основанш 17, но так, чтобы он находился вне шюскос- ти, проходящей через вершины преобразователей 1-4.

На фиг. 3 показаны трехкомпонент- ные преобразователи, расположенные в вершинах вогнутого четырехугольника ACDE, у которого каждьп из угЛОБ (NE ,ND}, (кл; кв} и (PA7PD) больше 90.

Необходимым условием для однозначного определения координат и магнитного момента диполя является и то что расстояние от одного из четырех преобразователану расположенных на однок основании, до диполя дол;кно быть больше или меньше расстояния от этого диполя до какого-нибудь из оставшихся трех преобразователей. Поэтому преобразовател располагают в вершинах такого пмпуклого угольника., у которого сумма двух про ТИВОПОЛОЖ17ЫХ углов больпге. а сумма двух других противоположных углов меньше 180°. Таким образом, четыре трехкомпонентиых преобразователя располагают в вершинах такого выпуклого четырехугольирша, около которого нельзя описать окру;«ность,. Поэтому из четырех преобразователей., расположенных в одной плоскости, найдется Хотя бы один преобразователь, расстояние от которого до диполя отличается от расстояния Каждого из оставшихся преобразователей упомянутого диполя.

Расположение преобразователей в пространстве в вершинах выпуклого ил вогнутого четырехугольника обеспечивает более гибкое нспользоЕЛПие предлагаемого устройства в полевых условиях, например, при наземной магнитной съемке3 когда рельеф -аестиости позволяет установить преобразователи в вершинах только одного из дзу видов четырехугольников.. Преобразователи могут быть установлены в вершипах выпуклого четырехугольника, па- пример параллелсграм:.:а или перс вно - бедренной трапеции, или л вершинах вогнутого четырехугольника (фиг,3),:

В некоторых случаях5 например при аэромагнитной С ,ьемке. когда известно, что ДИПОЛЬНЫЙ liCTO lkiKK

дится над или под плоскостью четь;-- рехугольного ccKOBriiHHj в вьршиках которого расноложг}) ггреобразоиатели устройство для определения координат и маг ннтного мо. этого ника может содержать .олько ripsa6paзователи

4, б.гюки б - 9 5

165 генератор

6

O

15

0

польного источника поля, содержащее четыре трехкомпонентпых магниточувст- вительных Преобразователя, расположенных на жестком немагн1ггном основании, два блока усшштельио-преобра- зовательных. г-енератор переменной ЗДС, выход которого подключеп к первым входам магииточувствительных преобразователей и блокам усилительно- преобразовательным, и блок вычислительный, отличающееся тем, что, с далью повышения точности,, оно сиаб/кено тремя Лополнительнымч блоками ус;-;лител Ь -::;-;7реобразователь- пыми, тремя блок ями вычитания,, блоком сложения и г ять м трехкомпонен7пым магпиточуЕСтчите.пьпым npeo6riaзовате- лаМр причем первгно входы дсполг итель- н.ых усилительно-преобразовательных блоков и дополпительног о :-;агпиточув гтБИтельпого прйобразовате,;т:я лодклю- чены к пькоду генератора переменной ЭДС, второй вход каждого блока yen- in: гельно-преобра: онатедьного под- ключ ВН к выходу соответст1гуюцего мл гнито-,1уз с тли тельного пр е обр азов ате-- ЛЯ; а ЕЬП од калчдого блока усилитапь- по-преобразолательного подкочючен к второму входу cocTBeTCTBWjjitero магни- точувствительного преобразователяj гмкопы первого и второго бл,оков усилительно-преобразовательных подключены соответственно ;,: первому т; второму входам блока слежения и ;ервого блока выч1ГГ :пит5 зыхсдьт третьего GJJC- на усилите,г;ы1о-преоб;-азова :е;1ьного сдкл очены к первому входу второго блока вычкта11ИЯ5 вьйод четвертого блока усилчтельно-преосразователь- пего подключен к лторому второго блока В1-гчитан:- Я и переему лходу третьего блока вь) выход пятого блока усилнта,чьпо-чреобразова- тального подключен к второму ьходу третьего ,б,т1ока вьггятаяиЯз вькоды зсех блохой вычитания 1годк,};;очены к г ходам блока зычислите.чыюгс, а ход блока сложенг-гя подкл}очан к третьим входам 1,:агнп1чзчуБС впгель))ых пре об эа ователей,, iieivB ie четыре точувствр те, т, преобразователя рас очожены в вершинах плоского ос- нован-,я, выполнениот с в виде выпук- л(:;г о четырехугольника,, у которого суммы иротивополох нь;х углов соответ

Ф о р м у л а из о б р е т е н ь:

пересекают другие стороны, образующие угол S, под углами, отличными от 90, а угол пересечения воображаемой прямой, проходящей через вершины углов о/ и 0, с воображаемой прямой, проходящей через две другие вершины углов четьфехугольника, отличен от 90, пятый магниточувствительный преобразователь расположен вне плоскости упомянутого четырехугольного основания.

1рие.2

дзигЗ