Магнитометр с устройством компенсации магнитных помех от носителя Советский патент 1979 года по МПК G01V3/16 

(54) МАГНИТОМЕТР С УСТРОЙСТВОМ КОМПЕНСАЦИИ МАГНИТНЫХ ПОМЕХ ОТ НОСИТЕЛЯ

Изобретение относится к области магнитных измерений, в частности к магнито метру с устройством вычисления и ввода поправки, компенсирующей магнитные помехи носителя, предназначенному для поиска малых магнитных аномалий с подвиж кык. платформ, например, самолетов, верт летов и других носителей. Известны самолетные магнитометры с устройством компенсации магнитных помех, создаваемых самолетом 1. Такие магнитометры содержат вспомогательный трехкомпонентный магнитометр, усилительно-преобразовательные схемы, padпределительное устройство и компенсационные катушки. Сформированные усилительно-преобразовательными схемами ортогональные составляющие поля помехи в виде токов, пропорциональных составляюшрм помахи, подаются в компенсацион ные катушки с соответствующими амплитудами и фазами. Таким образом, производится компенсация помехи в объеме, занимаемом датчиком осгшвного магнитометра.. Так как вспомогательный магнитометр компенс руйййего устройства сам является источником электромагнитных помех для магнитометра, то его стремятся отнести дальше отдатчика основного магнитометра. В таком магнитометре с разнесенными вспомогательным магнитометром и компенсационньп ш катушками блок чувствительных элементов приобретает большие габариты. При этом снижается жесткость конструкции, вследствие чего появляются относительные угловые смешения. Это приводит к дополнительньп помехам. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому магнитометру является самолетный магнитометр с компенсацией магнитнъгх помех от носителя, содержащий основной магнитометр и устройство компенсации магнитных помех, включающее вспомогательный трехкомпонентный магнитометрна основе трех феррозондов с катушками обратной связи, , подключенных к усилительно-преобразовательным схемам, распределительное устройство, ко входам которого подключены выходы вспомогательного магнитометра, три сумматора, подключенные к выходу распределительного устройства, а также устройство ввода поправок 2 . Компенсационное устройство, на которое поступают ортогональные составляющие сигналов, .характеризующие геомагнитное поле и ортогональные составляющие сигналов, характеризующие магнитное поле носителя при его маневрах в земном магнитном поле, преобразует три вэаимно-перпендикулярные компенсирующие сигналы в один сложный электрический сигнал и непосредственно вводит его в показания магнитометра. Для формирования одного сложного компенсирующего сигнала используются синуСно-косиayCHEie потенциометры, приводяшиеся от двух сервоприводов, что служит причиной ряда его недостатков. Синусно-косинусйые потенциометры являются ненадежными элементами, благодаря наличию скользящих, контактов, а И.Х электромеханичес,кий привод ограничивает быстродействие устройства, В устройстве не обеспечена компенсация помах, обусловленных ви.хревыми токами, возникающими в электропроводных конструкциях носителя при его эволюциях в магнитном поле Земли, а также помех, обусловпенньтх магнитным полем цепей электрической нагрузки, Целью изобретения является снижение уровня нескомпёнсированных поме.х и повышение надежности устройства. Ука 3анная цель достигается тем, что в известный магнитометр с устройством ломпенсадии магнитных помех, свдержащий основной магнитометр и вспоМогатёйьньй трехкомпонентный меигнйТометр, включающий феррозонды с катушками обратной связи и усилительно-преобразоВ1зтёльные схемы, распределительное уст ройство, ко нходаМ которого подключены выходы вспомогательного трехкомпонент1йог6 Магнитометра, три сумматора, подключенные к вьгходу распределительного устройства и устройство ввода поправок, йведевы схемы дифференцирования сигна., лов йспомогйтеяьного магнитометра, шун ты в цепях электрической нагрузки, подключенные ко входам распределительного устройства, дополнительный сумматор, а в каждый из каналов вспомогательного

.- - -рехкомпонентного магнитометра введены цифровой интегратор и два преобразоателя кода в проводимость. Причем, вход цифрового интегратора подключен к ыходу усилительно-преобразовательной хемы, выход цифрового интегратора подключей к цифровым входам двух преобразователей кода в проводимость. Аналоговый вход одного из преобразователей кода в проводимость подключен к выходу магнитометра, а выход подключен к катушке обратной связи соответствующего феррозонда, аналоговый аход второго преобразователя кода в проводимость подключен к вьгходу сумматора, а выход подключен к одному из входов дополнительного сумматора, к двум другим входам дополнительного сумматора подключены выходы двух других преобразователей кода в проводимость, а выход дополнительного сумматора подключен к устройству вэода поправок, На черт.еже изображена функциональная схема магнитометра с устройством компенсации.. Он содержит основной магнитометр 1, измеряющий модуль вектора магнитной индукции, например, квантовый магнитометр с оптической накачкой или феррозондовый магнитометр со следящей системой ориентации измерительного зонда ; по направлению вектора индукции, вспомогательный трахкомпонентный магнитометр, включающий три феррозонда 2 с катушками обратной связи,ориентированные паралле льно осям ОХ, ОУ и OZ ортогональной системы координат самолета и усилительно-преобразовательные схемы 3, цифровые интеграторы 4, соединенные с выходами усилительно-прейбразовательных схем 3, два идентичных преобразователя 5 кода в проводимость, подключенных к выходам каждого цифрового интегратора 4, резисторы 6 в цепях катушек обратной связи, соединенные со входами распределительного устройства 7, как непосредственно, так и через схемы 8 дифференцирования, шунты 9 в электрических цепях самолета, подключенные ко входам распределительного устройства 7, содержащего управляемые делители напряжения, выходы которых соединены со аходами трех сумматоров iO, выходами соединенных с аналоговыми входами вторых преобразователей 5 кода в проводимость, упраалякщих проводимостями входных цепей дополнительного сумматора 11, вькод которого соединен с устройством 12 ввода; поправок. В случае применения магнитометра феррозондового типа, в качестве Устройства ввода поправок служит компенсационная катушка измерительного феррозонда. В случае применения квантового магнитометра устройство ввода поправок содержит амплитудные и фазовые корректирующие звенья, соответствующие передаточной функции основного магнитометра 1 и сумматор, подключенный к выходу основного сумматора. Магнитометр работает следующим образом. В магнитном поле Земли на феррозонд 2, ориентированный по направлению оси ОХ действует составляющая индукции магнитного поля в IT- coSoC j ot - угол между вектором магнитной индукции В и осью ОХ, На выходе соответствующей измеритель- но-преобразовательной схемы 3 возникает сигнал соответствующей полярности. В результате интегрирования этого элек;- трического сигнала цифровым интегратором 4, на выходе последнего накапливается код числа Пу, поступающий на вход преобразователя 5 кода в проводимость . , где g - проводимость цепи катушки обратной связи феррозонда. На аналоговы вход того же преобразователя поступает напряжение с выхода основного магнитометра 1, пропорцнональное модулю вектора магнитной индукции . В результате в цепи катушки обратной связи потечет ток tfr.Va k,:2)(b. Магнитное поле катушки обратной свйзн -6 3.k3 k Kiit3. „направлено навстречу измеряемому полю, По мере накопления числа п сила тока возрастает и в момент, когда поле катуш сравняется с измеряемым полем сигнал на выходе феррозонда 2. и уси J x nVVy- -a 2- ix| - индуктивные коэффигдеХ,,Х.,... циенты} - вихревые коэффициенix iyЗлр1тельно-преобразовательной схемы 3 станет равен нулю. Накопление кода п,, на выходе цифрового интегратора 4 прекратится. Число Пу связано с измеряемыми ве личинами равенством , . а также .- f ) выражениями для модулей В, и Bk- и В„ С учетом этих зависимостей BcosoCk kgkjB-ri f и п., COSoC. bit- Число п пропорционально направляющему косинусу вектора магнитной индукции с точностью до постоянного множителя. Путем выбора коэффициентов к л f - .. И К, множитель устанавлиL ь Ь I к, i з вают равным единице и при этом П(С05аС. Аналогично на выходе двух друг11х цифровых интеграторов 4 установятся коды двух других направляющих косинусов ПугС05/5 И COS3. Одновременно напряжение на резисторе в точке X схемы, а также в точке X на входе распределительного устройства будет равноV Э, и с учетом приведенных выше зависимостей Vy b,4- Это напряжение п|)опорционально величине составляющей магнитной индукции в направлении оси ОХ, Соответственно в точках У и Z у„.Vz Ь, Кэ Входные напряжения распределительного устройства, пропорциональные составляющим магнитной индукции В, By, В., производньпл составляющих магнитной индукции во времени ЗВу at at а также токам в электрических цеПях самолета :j j.,. поступают После преобразования с.соответствующими коэффициентами на аходы трех сумматоров 1О, на выходе которых формируются напряжения вида ЭЪу. ., ЭЪг iy3t fi-ar 7,VX3,3z); Ху - токовые коэффициенты Х- - постоянный коэффициент. Каждый из этшс коэффициентов уст&навпиваётся с помощью делителей распределительного устройства с определенным знаком и служит для компенсации одной из составлшогаих помех от индуцированного и постоянного намагничивания ферромагнитных масС| помех от Ьихревых токов, возникающах в конструкциях самолета при эволгсииях в магнитном поле и помех, обуслрвлен11ых магнитным полем депей электрической нагрузки Носителя, ,V,VXA У%. jz feiKVZiA+ZjjVZp Z Основной магнитометр 1 реагирует на Модуль вектора магнитного поля и восприаимает не всю помеху,, а только ту ее часть, которая параллельна вектору . . мйгнитной индукции, то есть результирующа Я itoMesxa является суммой проекций трех составляющих помехV | на направление вектора В. Положение вектбра магнитной индук Ши Ж e1ici ewta координат самолета характеризуется напр авля)ющими косинусами cpSet,.всилу чего рёзультиругошая помеха, воздействующая на магнитометр,, апрэдеЛяется вьrpaяceниe 4. ,|. cbsoC. 4V4 co&y5 ,со&7-., вычисление этой суммы осуществляет ся допрлннтельрным сумматором 11 и пре образователями 5 кода в проводимость . в которых осуществляется перемножение напряжения Vi на направляющие косинусы, заданные кодами Dv Пур С выхода дополнительного сумматора 11 вычисленная результирующая помеха вводится в качестве поправки к показаниям магнитометра 1 у стройством 12 ввода поправки. ФорМула изобретения Магнитометр с устройством компенса ции магнитнь х помеж от носителя, содер жагций устройство компенсации магнитнис помех, включающее вспомогательный треяжомионентный магнитометр, на основ трех феррозондов с катушками обратной СВЯЗИ, подключенных к усилительно-преобразовательным схемам, распределитель ное устройство, ко входам которого подЖпючены выходы вспомогательного магди

Последнее выражение соответствует величине суммарной составляющей магнит- ной помехи, действующей в направлении оси ох.

Аналогичный вид имеют выражения для величин суммарных составляющих магнитных помех в направлении осей ОУ и OZ (10 и 11) -Ч.- 9.); Б. , ЭБу z-j.-t-z-i tj. а) тометра, три сумматора, подключенные к выходу распределительного устройства, а также устройство ввода поправок о т- личающийся тем, что, с целью снижения уровня нескомпенсированных помех и повышения надежности, в неГо введены схемы дифференцирования сигналов вспомогательного магнитометра, шунты в цепях электрической Н1агрузки, подключенные ко аходам распределительного устройства дополнительный сумматор,. а в каждый- из ка.налов вспомогательного магнитометра введены цифровой иНтег ратор и два преобразователя кода в про- . водимость, причем вход цифрового интегратора подключен к выходу усилительнопреобразовательной схемЫ;, .выход цифрового интегратораподключён к цифровьш входам двух преобразователей кода в проводимость, аналоговый вход одного из преобразователей кода в проводимость подключен к выходу основного магнитометра, а выход подключен к катушке обратной связи соответствующего феррозонда, аналоговый вход второго прео&- разователя кода в проводимость по/тключен к выходу сумматора, а выход подключен к одному из входов дополнительного сумматора, к двум другим входам дополнительного сумг- атора подключены выходы двух других преобразователей кода в проводимость,, а выход дополнительного сумматора подключён к устройству ввода поправок. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент США № 2692970, кл, .324-43, опублик. 1954 2.Патент США № 353О375, кп, 324-43, опублик, 197О (прототип).