Магнитометр Советский патент 1982 года по МПК G01R33/02 

(54) МАГНИТОМЕТР

Изобретение относится к магнитным измерениям и может быть использовано в технике навигационного приборостроения для определения составляющих корабельного и геомагнитного полей, например при вьтолнении девиациониых работ для судовых компасов и курсовых систем, при исследовании магнитных судовых полей с целью выбора места установки судовых магнитных компасов, а также для лабораторных измерений.

Известен двухкомпонентный магнитометр для измерения горизонтальной h и вертикальной 2. составляющих магнитного поля Земли содержащий, трехкомпонентный датчик, построенный на трех стержневых феррозондах, работаквдих по принципу второй гармоники, три измерительных кангша, каждый из которых содержит генератор возбуждения феррозонда, предусилитель, выходной усилитель, схему компенсации, серводвигатели следящей системы кангша ориенТсщии, магнитные усилители гидрюстабилизирующее устройство для стабилизации феррозондов в плоскости горизонта, самописцы (1.

Известный магнитометр обеспечивает измерение только горизонтальной Н

и вертикальной Z составляющих напряженности магнитного поля и не обеспечивает измерение модуля полного вектора напряженности и магнитного наклонения. Кроме того, схемное и конструктивное исполнение магнитометра исключает возможность его использования в качестве переносного портативного прибора.

10

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является прибор для определения направления магнитного поля, содержащий последовательно соединеннЕле генератор, де15литель частоты, индукционный чувствительный элемент, имеющий первичную и две вторичные обмотки, устройство для преобразования вторичных сигналов чувствительного элемента в суммарный сигнал (в Kofopoe входят фазрврсвдатель, сумматор) , устройство преобразования фазы в код и индикатор для индикации величины отклонЖг ния чувствительного элемента отноЬи25тельно вектора горизонтальной составляющей магнитного поля Г2Т.

fc. J

Указанный прибор обеспечивает оп-; ределение только модуля вектора го- . ризонтальной составляющей магнитно гх поля и угла отклонения чувствии тельного элемента относительно вектора горизонтальной составляющей поля и не обеспечивает определения Других параметров магнитногополя, таких как модули вертикальной ебставляющей и полного вектора нап-ряже ности магнитного поля, магнитное наклонение. Для определения этих па раметров необходим использовать . другие приборы, например дефлектор, инклинатор. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства. Для достижения указанной цели в магнитометр, содержащий последовательно соединенные генератор,,делитель частоты, трехкомпонентный неориентированный индукционный чувств тельный элемент, первый фазовращатель , первый сумматор, первый избирательный уси-литель, первый преобра зователь фаза - код, введены последовательно соединенные первый детек тор и первый модулятор, последовате но соединенные второй избирательный усилитель, второй детектор, второй модулятор, второй фазовращатель, вт рой сумматор, третий избирательный усилитель и третий детектор, а также второй преобразователь фаза код, первый вход которого связан с выходом третьего избирательного уси лителя , второй вход - с первым выхо дом делителя частоты, второй выход которого соединен со вторыми входами второго и третьего детекторов, третий выход - со вторыми входами модуляторов, выходами подключенных ко входам второго фазовращателя, вход второго избирательного усилите соединен с выходом трехкомпонентног неориентированного индукционного чу ствительного элемента, а вход перво го детектора - с выходом первого из бирательного усилителя. На фиг. 1 представлена функциональная схема магнитометра; на фиг. 2 - основные параметры магнитного поля и связь между ними, Устройство (фиг, 1) содержит пос ледовательно включенные генератор 1 делитель 2 частоты, трехкомпонентны неориентируемый индукционный чувств тельный элемент 3, закрепленный в карданном подвесе, первый фазовраща тель 4, подключенный к двум выходам чувствительного элемента 3, первый сумматор 5, подключенный к двум выходам фазовращателя 4, первый избирательный усилитель 6. К выходу пер BoiO избирательного усилителя б под ключен первый вход первого преобразователя 7 фаза - код, второй вхо которого подключен к делителю 2 час тоты, К выходу первого избирательного усилителя б подключен первый детектор 8, выход которого подключен к первому входу первого модулятора 9, К третьему выходу индукционного чувствительного элемента 3 под- , ключены последовательно включенные второй избирательный усилитель 10, второй детектор 11 и второй модулятор 12, подключенный ко второму детектору 11 первым входом. Второй детектор 11 - фазочувствительный и подключен вторым входом к делителю 2 частоты. Первый и второй модуляторы 9 и 12 подключены вторыми входами также к делителю 2 частоты. Выходы первого и второго модуляторов 9 и 12 через второй фазовращатель 13 подключены ко второму сумматору 14, на выходе которого подключен третий избирательный усилитель 15. К выходу третьего избирательного усилителя 15 подключен третий детектор 16 и второй преобразователь фаза - код 17. Третий детектор 16 является фазочувствительным и подключен вторым входом к делителю 2 частоты. Выходные сиг.налы, пропорциональные магнитному курсу К (-1/ модулдм горизонтальной И и вертикальной Z составляющих напряженности магнитного поля, полному вектору напряженности магнитного поля Т и магнитному наклонению, снимаются соответственно с выходов Первого преобразов.ателя 7 фаза - код, первого, второго и третьего детекторов 8,11 и 16 и второго преобразователя фаза - код 17. На фиг. 2 представлены ОХУ2..,- прямоугольная система координат; Т полный вектор напряженности магнитного поля; Z - вертикальная составляющая напряженности; Н - гори-зон альная составляющая напряженности; 5- магнитное наклонение; К - магнитный курс; X - проекция горизонтальной составляющей напряженности на ось ОХ; У - проекция горизонтальной составляющей напряженности- на ось ОУ. . Устройство работает следующим образом. Напряжение, вырабатываемое генератором 1, делится по частоте делителем 2 и в виде напряжения возбуждения E jBSin«i,t поступает на трехкомпонентный неориентируемый индукционный чувствитепьный элемент 3, работающий по принципу удвоения частоты. При наличии внешнего магнитного поля в сигнальных обмотках чувствительного элемента 3 индуктируются электродвижущие силы, пропорциональные проекциям модул я. полно го вектора напряженности магнитного поля т (фиг. 2) на направления магнитных осей его измерительных обмоток % ,Y,Z. Для стабилиЗсщии положения относительно плоскости горизонта, чувствительный элемент 3 размещен в карданном подвесе, С двух измерительный обмоток чувствительного элемента 3, оси которых лежат в плоскости горизонта ХОУ, снимаются соответственно сигналы и c,iM icjU,-Ь, . U iSniiHCoSK Sln , где Ц и и - напряжения сигналов двух измерительных обмоток; m и m, - постоянные, зависящие от параметров сигнальных обмоток и материалов сердечника; Н - напряженность горизонтальной составляющей магнитного поля; К - угол отклонения индукционного чувствительного элемента относительно горизонтальной составляющей И (магни ный курс) ; u-i - круговая частота; t - время. Сигналы и и Uj. поступают на пе вый фазовращатель 4. Сдвинутые пер вым фазовращателем 4 по фазе на 90 друг относительно друга сигналы и -|П1 Нс,1пКд б1и2Ш,1 м U.J.гWcoslC,д5iи ( 1) геометрически суммируются первым сумматбром 5. При равенстве постоянных пц га2. тна выходе первого сумматора 5 вырабатывается сигнал u,3 iHco5(,t-Kv4) Сигнал несет информацию об изменении положения чувствительного элеМента 3 в азимуте относительно горизонтальной составляющей напряженности магнитного поля в виде изменения фазы К сигнала относительно опорного сигнала Uon-f поступающего с выхода делителя 2 частоты. Сигнал Uj поступает на первый избирательный усилитель б, осуществляющий селекцию сигнала по частоте, и далее на вход аналого-цифрового первого . преобразователя 7 фаза - код, на вто рой вход которого поступает опорный сигнал Uon-t Иа выходе первого преоб разователя 7 фаза - код вырабатывает ся информация в виде цифрового кода об угловом положении чувствительного элемента 3 относительно горизонтальной составляющей Н магнитного поля или магнитный курс К,. Выходной сигнсШ первого избирательного усилителя б, амплитуда которого пропорциональна модулю горизонтальной состав ляющей Н , детектируется первым амплитудным детектором 8. Выходной сиг нал первого детектора 8 U,, также несет информацию о модуле горизонтальной составляющей напряженности магнитного поля Н . Сигнал } одновременно поступает на первый модулятор 9. С третьего выхода.чувствительного элемента 3 сигнал U,, амплитуда которого пропорциональна вертикальной составляющей напряженности магнитного поля (Ui-w,isAHUti,t}, -, че- рез второй избирательный усилитель 10, осуществляющий его селекцию по частоте, поступает на фазочувствитель « ный второй детектор 11. Выходной сигнал Uz. второго детектора 11 также пропорционален модулю вертикальной составляющей Z . Опорное напряжение U на второй детектор 11 подается с делителя 2 частоты. Сигнал второго детектора 11 и 2 поступает на второй модулятор 12. На оба модулятора 9 и 12 от делителя 2 частоты подаются модулирующие напряжения U с частотой if.. На выходе первого и второго модуляторов 9 и 12 формируются выходные сигнгшы ии и и , амплитуды которых пропорциональны соответственно Н и Z. иц-И,Н51ии; Ь юТсо5Э51пш Ъ, ,2.6inU t-iftTsin asitt u;it где n и n - коэффициенты преобразования; t Т - модуль полного вектора напряженности магнитного поля 3 - магнитное наклонение. Эти сигналы поступают на второй фазовращатель 13, сдвигаются по фазе относительно друг друга на 90 ИД ) %1П (Wit V ) -Тсо% ccsiwjt, U - D eiM Wj. и поступают на второй сумматор 14, осуществлякяций их геометрическое суммирование. При равенстве коэффициентов преобразования п п , п выхопчой сигнал сумматора 14 определяется выражением U2 UH Ul «nTCOB(Wit-3). Этот сигнал через третий избирательный усилитель 15, осуществляющий его селекцию по частоте, поступает на входы фазочувствительиого третьего детектора 16 и аналого-цифрового второго преобразователя 17 фаза - код опорные сигналы Ugn- и UOH на которые поступают от делителя 2 частоты. На выходе третьего детектора 16 вырабатывается сигнал постоянного тока пропорциональный модулю вектора напряженности магнитного поля т. На выходе второго преобразователя 17 фаза - код вырабатывается информация в виде цифрового кода о магнитном наклонении 17 . Сигналы с выходов преобразователей 7 и 17 фаза - код и детекторов 8,11 и 16 поступают на индикаторные устройства. . Предлагаемое устройство,по сравнению с известным, имеет более ширюкие функциональные возможности и поз воляет одновременно производить определение модуля полного вектора на.пряженности магн итного поля Т, его горизонтальной И и вертихальной Iсоставляющих, а также магнитного наклонения 7 и Угла отклонения относительно вектора горизонтальной составляющей поля (магнитного курса Кц, Предлагаемый магнитометр пбзволяет сократить время измерений, э том числе ходовое время при измерениях магнитных полей, на. ходу, судна. Схема устройства дает возможность широко использ.овать микроэлектронныё элементы, чем и обеспечивается значительное сокращение количсества зле-г ментов, уменьшение габа:ритрв и массы устройства, а также повышение его на дежности. Формула изобретения Магнитометр, содержащий последова тельно соединенные генератор, делитель частоты, трехкомпонентный неори .ентированный индукционный чувствительный элемент. Первый фазовращатель , первый сумматор, первый избирательный усилитель, первый преобразователь фаза - код, отличающ и и с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него введены последовательно соединенные первый детектор и первый модулятор, последовательно.соединенные второй йзбира.тельный усилитель, второй детектор, второй модулятор, второй фазовращатель, второй сумматор, третий избирательный усилитель и третий детектор, а также второй преобразователь фаза - код, первый вход которого связан с выходом третего избирательного усилителя, второй вход - с первым выходом делителя частоты, второй .выход которого соединен со вторыми входами второго и третьего детекторов, третий выход - со вторыми входами модуляторов, выходами подключенных ко входам второго фазовращателя, вход второго избирательного усилителя соединен с выходом трехкомпонентного неориентированного индукционного чувствительного элемента, а вход первого детектора - с выходом первого избирательного усилителя. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Русанова Н.В. Двухкомпонентный магнитометр для морской магнитной съемки. Геофизическая аппаратура , вып. 30. Л., Недра, 1966, с.74-81. 2.Па1тент Великобритании № 1388337, кл. G 01 С 17/30, 1975.