Способ определения магнитного момента дипольного источника поля и координат точки приложения этого момента

 

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МАГНИТНОГО МОМЕНТА ДИПОЛЬНОГО ИСТОЧНИКА ПОЛ И КООРДИНАТ ТОЧКИ ПРИЛСЯКЕНИЯ ЭТОГО МОМЕНТА, основанный на измерении в каждой из трех выбранных точек пространства трех компонент вектора магнитной индукции, отличающийс .я тем, что, с целью повьанения точности , измерений, одновременно измеряют магнитный момент дипольного источника поля, координаты точки приложения этого момента к компоненты вектора однородного магнитного поля по / местоположению указанных точек простt aHCTBa и измеренным компрнентам векторов магнитной индукции в этих точках , а затем ло каждой из найденных компонент воспроизводят магнитное поле , равное по величине, но противоположное по направлению соответствующей компоненте вектора однородного магнитного поля, и по вновь измеренным компонентам векторов магнитной индукции в данных точках пространства и местоположению этих точек определяют Магнитный момент дипол| ного источника поля, координаты точки прк)1ожения этого момента и компо-j ненты вектора однородного магнитного (Л поля, при этом все три указанные точки выбирают в пространстве произвольно

COOS СОВЕТСНИХ

СОММЛИРП

РЕСПУ6ЛИН

«9 аи зз

ОЛИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ CCCP

ПО ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНИЙ И OTHf ÛÒÈÉ

К ABTOPCHONIV СВИДВтвьатвм (2 1.) 342 8667/1 8-21 (22) 20.04.82 (46) 30.12.83. Вюл.. ) 48 (72) Б. М.Смирнов (53) 621.317.44(088. 8) (56) 1.. Патент QQA В 3644825, кл. С 01 К 33/02, 1975.

2. Авторское свидетельство СССР

9 789949, кл. G 01 К 33/02, 1979. (54) (57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МАГНИТНО"

ГО МОМЕНТА ДИПОЛЬНОХ О ИСТОЧНИКА ПОЛЯ

И КООРДИНАТ ТОЧКИ ПРИЛОЖЕНИЯ ЭТОГО

МОМЕНТА, основанный на измерении в каждой нэ трех выбранных точек пространства трех компонент вектора магнитной индукции, о т л и ч а ю ц и йс..я тем, что, с целью повышения точности измерений, одновременно измеряют магнитный момент дипольного источника поля, координаты точки приложения этого момента к компоненты вектора однородного магнитного поля по местоположению указанных точек пространства и измеренным компрнентам векторов магнитной индукции в этих точках, а затем по каждой иэ йайденных компонент воспроизводят магнитное поле, равное по величине, но противоположное по направлению соответствуквщей компоненте вектора однородного.магнитного поля, и по вновь измеренным компонентам векторов магнитной индукции в данных точках пространства и местоположению этих точек определяют магнитный момент дипольного источника поля, координаты точки приложения этого момента и компо- g ненты вектора однородного магнитного поля, при этом все трн укаэанные точки выбирают в пространстве произвольно

1064251

Изобретение относится к измеритель ной технике и может быть использовано для определения магнитного. момента дипольного источника поля и координат точки приложения этого момента, например, в геофизике для проведе =5 ния магнитно-разведочных работ, в судостроительной промышленности для обеспечения навигационного оборудования, в медицине для диагностики и лечения и т.д.

Известен способ определения направления перемещения источника магнитного поля, который позволяет измерить составляющие магнитного поля в точке измерения и по ним опреде- 15 лить в упомянутой точке направление результирующего вектора магнитного поля, изменение которого указывает перемещение или изменение положения источника магнитного поля (1) .

Однако указанный способ не обеспечивает воэможности определения как координат дипольного источника магнитного поля, так и магнитного момента данного источника.

Известен также способ определе .ния магнитного момента дипольного источника поля и координат точ-, ки приложения этого момента, основан ный на измерении в каждой из четырех Зр точек пространства, расположенных на одной оси, трех компонент вектора магниткой индукции и одновременном определении сумм квадратов разностей компонент векторов магнитной ин- Ç5 дукции между двумя крайними указан- ными точками пространства, образую" щими одну пару точек наблюдения, и между двумя другими крайними укаэанными точками пространства, образую- 40 шими вторую пару точек наблюдения, при вращении данной оси сначала в одной плоскости до получения максимального значения суммы квадратов разностей компонент векторов магнит- 45 ной индукции между точками пространства одной из пар (например, первой), а затем вращение этой же оси в плоскости, которая ортогональна первой плоскости вращения, до получения мак- 50 симального значения суммы квадратов разностей компонент векторов магнитной индукции между точками пространства этой же пары (первой пары). В этом случае считают, что дипольный источник:. находит -я йа укаэанной оси в,направлении от второй пары точек наблюдения к первой, а расстояние до этого дипольного источника определяет из соотношения, связывающего данное расстояние до дипольного 60 источника поля с расстоянием между первой и второй парами точек наблюдения и отношением сумм квадратов разностей компонент векторов магнитной индукции между точками простран- 65 ства первой и второи пары. Зная направление на дипольный:источник магнитного поля и расстояние до этого источника, а также значение разностей компонент векторов магнитной индукции между точками пространства первой и второй пар, определяют .компоненты вектора магнитного момента, данного дипольного источника t2)Недостатком известного способа является низкая точность определения направления на дипольный источник, что снижает точность определения координат и магнитного момента данного дипольного источника.. Это обусловлено тем, что максимальное значение суммы квадратов разностей компонент векторов магнитной индукции между двумя точками пространства зависит не только от расстояния от точки наблюдения до дипольного источника поля, но и от угла между радиусом вектором дипольного источника и направлением вектора магнитного момента данного источника.

Кроме того, способ характеризуется низкой точностью определения разности компонент векторов магнитной индукции дипольного источника поля, обусловленная влиянием сильного однородного магнитного поля, например геомагнитного, на магниточувствительные преобразователи, и низкой точностью определения расстояния до дипольного источник поля, обусловленной конечными линейными расстояниями между каждой парой точек. Так, при расстоянии от дипольного источника поля до одной из упомянутых четырех выбранных точек пространства, соизмеримом с расстоянием между точками пространства одной из пар, погрешность определения магнитного момента дипольного источника поля и координат точки приложения этого момента может быть более

1ООЪ.

Цель изобретения - повышение точ-, ности определения магнитного момента дипольного источника поля и координат точки приложения этого момента.

Поставленная цель достигается ,тем, что согласно способу определе ния магнитного момента дипольного источника поля и координат точки приложения этого момента, основанному на измерении в каждой йэ трех выбранных точек пространства трех компонент вектора магнитной индукции, одновременно измеряют магнитный момент дипольнэго. источ ника поля, координаты точки приложения этого момента и компоненты вектора однородного магнитного поля по местоположению указанных точек пространства и измеренным компонентам» векторов магйитной индукции в этих точках, а затем по каждой из найден1064251 ных компонент воспроизводят магнитное пол, равное по величине, но противоположное по направлению соответствующей компоненте вектора однородного магнитного поля, и по вновь измеренным компонентам векторов магнитной индукции в данных точках пространства и местоположению этих точек определяют магнитный момент дипольного источника поля, координаты точки приложения этого. момента и компоненты вектора однородного магнитного поля, при-этом все три указанные точки . выбирают в пространстве произвольно.

Измерение трех компонент вектора магнитной индукции в каждой из трех (5 произвольно выбранных точках пространства позволяет определить направление векторов магнитной индукции в укаэанных точках.

Задаются начальные условия, в частности координаты дипольного источника поля, например, на направлении вектора магнитной индукции в первой точке пространства. По начали. ным условиям и измеренным компонентам векторов магнитной индукциилв первой и второй точках пространства определяют компоненты вектора однородного магнитного поля ° За- . тем изменяют масштаб измеренных компонент векторов магнитной индукции . в указанных точках пространства с учетом исключения компонент вектора. однородного магнитного:поля, т.е. изменяют масштаб -векторов магнитной 35 индукции в данных точкам пространства и осуществляют поворот этих векторов на один и тот же угол. После ,этого определяют вектор магнитной индукции в третьей точке пространст- 4() ва H сравнивают его по величине и

) направлению с вектором магнитной индукции, попученным по измеренным . компонентам в этой же точке пространства. В результате сравнения 45 получают разностный вектор магнитной индукции, который определяет погрешность, обусловленную выбором начальных параметров (расстояние до дипольного источника и направление на него), методом минимизации уменьшают разйостный вектор, приближая тем самым определяемые параметры ,,(направление на дипольный источник поля, расстояние до него и компонен ты вектора однородного магнитного 55 поля) к истинным. Одновременно с нахождением координат дипольного источника поля (точки приложения дипольного магнитного момента) и компонент вектора однородного магнитного поля определяют и компоненты вектора магнитного момента дипольного источника. При этом в каждой иэ åõ укаэанных точек пространства по каждой из найденных компонент однородного 65 магнитного поля воспроизводят магнитное поле, равное по величине, но противоположное по направлению соответствующей компоненте вектора однородного магнитного поля, т.е. в каждой из указанных тбчек пространства осуществляют.автокомпенсацию вектора однородного магнитного поля. Это позволяет повысить точность измерения параметров магнитного поля, созданных дипольным источником на фоне указайного.однородного поля, например геомагнитного, которое часто значительно больше поля дипольного источника в выбранных точках, что обеспечивает повышение точности определения магнитного момента данного источника и координат точки приложения этого момента.

На фиг.1 изображены точка приложения дипольного магнитного момента, представленного в виде компонент и три точки прострайства, в каждом из которых измеряют три компоненты вектора магнитного поля, на фиг;2 структурная схема устройства для осуществления предлагаемого способа.

Согласно способу (фиг.1) в точке 1, пространства измеряют компоненты вектора магнитной индукции В», В, 4

В»,, в точке 2 пространства - компонейты вектора магнитной индукции

В„, Вч, В 2 и в точке 3 простран«2 ства - компойенты вектора магнитной индукции В «, B В дипольный магйитный момент источника поля, представленный в виде компонент: М„, М, М, приложена в точке. А с координатами. x«go, z,o.

Составляющие вектора магнитной индукции в трех точках пространства можно представить как функцию производных магнитных потенциалоя по коор динатам в точках 1-3 пространства и компонент вектора однородного магнитного поля а, «< Р 0д Вх) дЧ я

83% Рв 3„ isa> в

К "" о. з >

Ч2 П

«2 Р0 В х) д9, Д . ЗЧ2 П

83,2 IUO a BZ)

ЗФ и

8« =- мр — t В

Вх

39з

8)qq=-Р— „;

1064251 д о

SX3**Po o | где ф,, <у, у - скалярные магнитные потенциалы в трех точках прос- 5 транства каждая иэ которых является функцией магнитного момента и координат дипольного !О источника поля„"

go 49 10 Гн/м - магнитная постоянная,"

В> В «компоненты вектора однородного магнитного поля.

Система этих девяти уравнений с девятью неизвестными имеет однозначное решение, т.е. каждая компонента магнитного момента, каждая координата точки приложения этого момента 20 и каждая компонента однородного магнитного поля имеют одно действительное.значение.

Способ может быть реализован, например, при помощи устройства 25 (фиг.2), состоящего из трех трехком понентных магнитометрических (например, ферромодуляционных) преобразователей 4-6, местоположение (коорди" наты) которых известно в прямоуголь- щ ной системе координат 0)(Y 2,Ä трех электронных блоков 7-9 и вйчис- лительного блока 10, определяющего компоненты магнитного момента диполь- ного источника поля а точке 11, коор-35 динаты точки приложения этого момента и компоненты однородного магнитного поля помехи, При этом каждый электронный блок состоит из избирательного усилителя, синхронного де- 40 тЕктора, схемы отрицательной обратной связи и генератора переменной ЭДС.

Выход преобразователя 4 подключен к блоку. 7, выход преобразователя 5— к блоку 8 и выход преобразователя

6 — к блоку 9. ПервыЯ выход блока 7 45 подключен к входу вычислительного блока 10 и к первому входу преобразователя 4, первый выход блока 8 подключен к входу вычислительного блока 10 и к первому входу преобразова- 50 теля 5, первый выход блока 9 подключен к входу вычислительного блока 10

:;и .к первому входу преобразователя 6. Второй выход блока 7 подключен к второму входу преобразователя 4, вто-55 рой выход блока 8 - к второму входу ,. преобразователя 5-g второй выход блока

9 — к второму входу преобразователя 6. Выход блока 10 подключен к третьему входу каждого из преобразова- 60 телей 4-6.

Устройство для осуществления способа работает следующим образом.

На вторые входы преобразователей ° 4- 6 подаются соответственно с блоков 65

7-9 переменные ЭДС, возбуждающие эти преобразователи. В результате этого на выходе каждого иэ преобразователей 4-6 появляются три ЭДС второй гармоники, каждая из которых пропорциональна одной из трех компонент магнитного поля, созданного моментом дипольного источника поля, приложенного в точке ll, и однородным магнитным полем, например геомагнитным. Выходной сигнал с .преобразователя 4 усиливается и детектируется в блоке 7, а затем подается на вход вычислительного блока 10 и на первый вход преобразователя 4, обеспечивая отрицательную обратную связь по измеряемому сигналу. Выходной сигнал с преобразователя 5 усиливается и детектируется в блоке 8, а затем подается на вход вычислительного блока 10 и на первый вхОд преобразователя 5, обеспечивая отрицательную связь по измеряемому сигналу. Выходной сигнал с преобразователя 6 усиливается и детектируется в блоке 9, а затем подается на вход вычислительного блока 10 и на первый вход преобразователя 6, обеспечивая отрицательную обратную связь по измеряемому сигналу. В вычислительный блок 10 вводят данные о местоположении преобразователей

4-6. Координаты преобразователей

4-6 могут быть введены в блок 10 в виде постоянных напряжений. По измеренным девяти компонентам магнитной индукции и известным координатам преобразователей 4-6 (точек наблюдения) в блоке 10 осуществляется определение компонент магнитного момента N>, М, N диПсФьного источника поля, координат Хо, ЦО, 4у точки приложения этого компонента и компонент В, 3, 8 однородного магнит- 1; ного йоля . С выхода вычислительного блока 10 сигналы, пропорциональные значениям 8),, Ь t.В обратной полярности, поступают на каждый из преобразователей 4-6, осуществляя автокомпенсацию одиород= ного магнитного поля в объеме каждого из этих преобразователей, что увеличивает более чем на порядок отношение поля, созданного дипольным источником, к остаточному (полю недокомпенсации) однородному магнитному полю Земли или одноро (ному магнитному полю помех, измеряемых .данными преобразователями. Следовательно, увеличивается более чем на порядок точности определения N» М, MZ х„, уо r 2о г 8xi В г В °

Согласно предлагаемому способу в отличие от базового объекта измеряют в, трех точках пространства компоненты магнитной индукции, а не ,пространственные производные в точ1064251

Составитель В.Шульгин

Редактор A.Orap Техред A. Ач Корректор О. Видак

Заказ 10527/48 Тираж 710 .. Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.,; д.4/5

Филиал ППП Патент, r.Óæãîðîä, ул.Проектная4 ке наблюдения. Поэтому при предлагаемом способе .отсутствует погрешность определения пространственных производных магнитного поля, которая обусловлена конечными размерами расстояний между точками измерения, что повышает точность определения магнитного момента дипольного источ. ника поля и координат точки его приложения.