Способ измерения магнитных помех носителя магнитометра Советский патент 1993 года по МПК G01V3/00 

Изобретение относится к магнитным измерениям и предназначено для измерения магнитных помех носителей высокоточных магнитометров, работающих в режиме неравномерного распределения температур.

Цель изобретения - обеспечение воз- мож,ности определения магнитных помех, обусловленных термотоками носителя.

Указанная цель достигается тем, что в способе измерения магнитных помех носителя, включающем воспроизведение физических факторов, обусловливающих магнитные помехи, одновременное измерение магнитной индукции по сигналам магнитометра, а также измерение параметров воспроизводимых физических факторов по сигналам вспомогательных измерительных преобразователей и определение магнитных помзх с учетом корреляции приращений магнитной индукции с приращениями параметров воспроизводимых физических факторов, дополнительно воспроизводят тепловой режим носителя с одновременным

измерением распределения температуры носителя по сигналам термоизмерительных преобразователей и по корреляции измеренных приращений магнитной индукции с приращениями градиента температур определяют термомагнитные коэффициенты, а значения магнитных помех термотоков определяют по результатам температурных измерений.

Необходимость измерения этого вида помех обусловлена тем, что термотоки в электропроводном корпусе и конструкциях носителя могут создавать магнитные помехи существенно превышающие порог чувствительности современных магнитоиз- мерительных средств.

Термотоки возникают в неоднородных по составу замкнутых электропроводных конструкциях и корпусе носителя под влиянием градиента температур, обусловленного как односторонним нагревом носителя за счет солнечной радиации, так и за счет разности скоростей набегающего потока. Существенный градиент температур

ел

С

00

о со со ю

00

обусловлен двигателями транспортного средства, а также источниками и потребителями электроэнергии.

Сущность предлагаемого способа включает следующие операции и их последовательность,

1. Воспроизведение физических факторов, обусловливающих помехи носителя.

2. Одновременное измерение магнитной индукции по сигналам магнитометра.

3. Одновременное измерение параметров физических факторов по сигналам вспомогательных измерительных преобразователей.

4. Воспроизведение теплового режима носителя.

5. Одновременное измерение распределения температуры носителя по сигналам термоизмерительных преобразователей.

6. Определение магнитных помех носителя по корреляции измеренных приращений магнитной индукции с приращениями параметров физических факторов.

Рассмотрим теоретические основы предлагаемого способа.

Носитель может быть представлен в виде совокупности из произвольно расположенных замкнутых электропроводных контуров неоднородных по составу материалов, по которым под влиянием разности температур протекают термотоки. Магнитное поле термотоков, в соответствии с прин- ципом суперпозиции, может быть представлено в виде суммы магнитных полей всей совокупности из N контуров термотоков. В точке размещения магнитометра на носителе каждая из трех взаимно-ортогональных компонент магнитной индукции BI (i X, Y, Z) может быть представлена в виде суммы:

BIT aijSjkgk

где aij - коэффициент, величина которого и знак зависят от взаимного расположения контура термотоков и магнитометра, а также от состава материалов электропроводности, габаритов и формы контура термотоков;

ЭТ gk - „ - производные температуры

о Sk

по направлениям Sk осей ортогональной системы координат I, p, q (К I, p, q), являющиеся компонентами вектора, характеризующими неоднородность распределения температур по объему носителя.

j 1,2,3...N

или

BiT CikQk ,

где

Cik aijSik

Задача измерения помех термотоков носителя сводится к измерению градиента температур G и определению термомагнитных коэффициентов Cik. С этой целью воспроизводят тепловой режим носителя и в процессе его изменения измеряют ортогональные компоненты градиента температур

gk и снимают показания компонентных магнитометров В|. После воспроизведения тепловых режимов выполняют обработку полученной информации и определяют термомагнитные коэффициенты на основе за- висимости (3)

cik

м

2 ABimAgkm

m 1

§ (Agkm)2

(3)

m 1

где ABim - приращения магнитной индукции на очередном интервале времени измерений;

Agkm - соответствующее приращение к компоненты градиента температур на том же интервале т.

Магнитное поле термотоков носителя характеризуется тензором второго ранга и может быть представлено в виде произведения матрицы Ст термомагнитных коэффициентов Cik на вектор градиента температур

35

И)

40

45

50

55

При известных значениях Cik для определения магнитных помех термотоков в процессе магнитных измерений на рабочем маршруте достаточно выполнить измерения компонент градиента температур и на основе зависимости (1) или (4) рассчитать компоненты магнитной индукции термотоков и внести соответствующие поправки в показания компонентных магнитометров.

Следует, однако, заметить, что введение поправок - не лучшее решение. Целесообразно, если это позволяет конструкция носителя, принять меры для снижения помех термотоков до допустимого уровня путем исключения замкнутых контуров электропроводных конструкций и корпуса носителя, а также путем исключения в замкнутых контурах разнородных металлов, повышения однородности состава сплавов и снижения градиента температур.

Анализ выполнен для равномерно неоднородного поля температур при котором градиент постоянен в объеме носителя. На

практике возможны и другие ситуации, когда источники тепловой энергии сконцентри- рованы в малых объемах, например, в двигательных установках, При этом более целесообразно измерения температуры выполнять не в объеме носителя, а непосредственно вблизи точек экстремальных температур.

На чертеже приведена функциональная схема одного из возможных вариантов устройства для реализации способа.

На схеме изображены носитель 1, магнитометр 2, излучатель солнечного спектра 3, термоизмерительные преобразователи 4 и ЭВМ 5.

На носителе 1 с помощью консоли закреплен магнитометр 2. Носитель 1 находится в зоне действия излучателя солнечного спектра 3, удаленного от носителя на расстояние, достаточное для исключения магнитных помех самого излучателя. Излучатель солнечного спектра выполнен диалогично излучателям, использовавшимся в процессе испытания космического летательного аппарата КЛА Буран на устойчивость к воздействию солнечной радиации. На носителе в контрольных точках р азмещены термоэлектрические преобра- зрватели 4, выполненные в виде термопар. На чертеже изображены два преобразователя, но их число может быть больше. Выходы магнитометра 2 и термоэлектрических преобразователей 4 соединены со входами Э ВМ 5. Другие известные части устройства для реализации способа (устройства для разворота носителя, вспомогательные магнитометры и т.д.) на схеме не показаны.

i Конкретный пример реализации способу представляет принцип работы устройства для его осуществления. По команде оператора включается магнитометр 1 и тер- мЬэлектрические преобразователи 4. С выхода магнитометра, выполненного, например, в виде трехкомпонентного фер- рбзондового магнитометра (Афанасьев Ю. В, Феррозондовые приборы. - Л.: Энерго- атомиздат, 1980, с. 136-139) на первый вход ЭВМ поступают электрические сигналы в виде постоянных напряжений, пропорциональных значениям трех ортогональных компонент магнитной индукции. Одновре- мрнно на другие входы ЭВМ поступают электрические сигналы в виде напряжений, пропорциональных температуре. Эти напряжения преобразуются в соответствующие им коды и вся входная информация заносится в память ЭВМ. Оператор вклю- ча;ет излучатель и носитель 1 (например, космический летательный аппарат) подвергается нагреву, чем имитируется воздействие на носитель солнечной радиации. Вследствие одностороннего облучения изменяется температура и ее распределение по носителю. Под влиянием градиента температур возникают термотоки в электропроводном корпусе носителя и под влиянием термотоков изменяются показания магнитометра 2. Все изменения температуры и компонент магнитной индукции синхронно

0 заносятся в память ЭВМ. Режим облучения и охлаждения может варьироваться в соответствии с режимом в условиях реального полета. После окончания сбора информации ЭВМ переключается в режим обработки ин5 формации. Обработка информации производится по программе, записанной в память ЭВМ и включает определение термомагнитных коэффициентов на основе зависимости (3), где Ад определяется как разность тем0 ператур, деленная на расстояние, между точками измерений.

Благодаря воспроизведению температурного режима носителя, одновременному измерению распределения температуры,

5 компонент магнитной индукции и корреляционной обработке полученной информации расширяются функциональные возможности способа измерения магнитных помех. Становится возможным измере0 ние магнитных помех термотоков, как с целью ввода поправок в показания магнитометров, так и с целью снижения помех термотоков на стадии проектирования носителей.

5

Формула изобретения Способ измерения магнитных помех носителя магнитометра, включающий воспроизведение физических факторов,

0 обусловливающих магнитные помехи, одновременное измерение магнитной индукции по сигналам магнитометра, а также измерение параметров воспроизводимых физических факторов по сигналам вспо5 могательных измерительных преобразователей и определение магнитных помех с учетом корреляции приращений магнитной индукции с приращениями параметров воспроизводимых физических факторов, от0 личающийся тем, что, с целью обеспечения определения магнитных помех, обус- ловленных термотоками носителя, воспроизводят тепловой режим носителя с одновременным измерением распределе5 ния температуры носителя по сигналам термоизмерительных преобразователей, по корреляции измеренных приращений магнитной индукции с приращениями градиента температур носителя определяют термомагнитные коэффициенты, а значения

магнитных помех термотоков на рабочем маршруте устанавливают по результатам

температурных измерений с учетом термомагнитных коэффициентов.

Использование: в магнитных измерениях для измерения магнитных помех носителей высокочастотных магнитометров, работающих в режиме неравномерного распределения температур. Сущность изобретения: воспроизводят температурный режим носителя с одновременным измерением распределения температуры, одновременно измеряют магнитную индукцию и определяют магнитные помехи термотоков в электропроводном корпусе и конструкциях носителя. 1 ил.

/ I /