Устройство для определения угла поворота

 

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться, например, при определении взаимной пространственной ориентации объектов. Цель - повышение точности измерения при использовании в сложных подвижных системах. В устройство, содержащее трехкомпонентный магнитометр, установленный на подвижном объекте, и вычислитель угла поворота, дополнительно введены система создания переменного взаимноортогонального магнитного поля, выполненная в виде двух пар плоских замкнутых контуров, расположенных симметрично относительно центра вращения подвижного объекта и магнитометра, а также трехканальный согласующий блок, каждый из каналов которого состоит из двух параллельных цепей, содержащих последовательно соединенные фильтр и измеритель величины сигнала магнитометра. Кроме того, каждая пара замкнутых контуров, соединенных между собой, подключена к генератору переменного тока, один из которых работает на частоте f₁, а другой - на частоте f₂. На эти же частоты настроены соответственно фильтры, входящие в каждый канал согласующего блока. Выходы всех измерителей величин сигнала магнитометра подключены к входам вычислителя угла поворота, в котором и осуществляется определение текущего угла поворота подвижного объекта и магнитометра. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, а точнее к магнитометрическим средствам измерения угловых величин, и может использоваться для измерения углов поворота и определения взаимной пространственной ориентации объектов, например, в навигационных системах. Целью изобретения является повышение точности измерения при использовании в сложных подвижных системах. На чертеже изображена принципиальная схема устройства для определения угла поворота. Устройство содержит жестко закрепленную на условно неподвижном базовом основании (не показано) систему для создания переменного взаимно ортогонального магнитного поля, которая состоит из двух пар замкнутых контуров 1, размещенных взаимно ортогонально и симметрично относительно центра 2 системы с осями X, Y, Z. Внутри системы, образованной контурами 1, установлен с возможностью поворота в трех взаимно ортогональных плоскостях относительно центра 2 объект 3, на котором центрально закреплен трехкомпонентный магнитометр 4 с осями X₁, Y₁, Z₁. Устройство снабжено трехканальным согласующим блоком с выделенными каналами 5, 6 и 7, через которые соответствующие выходы магнитометра 4 подключены к входу вычислителя 8 угла поворота, и генераторами 9 и 10 переменного тока, работающими с частотой f₁ и f₂, каждый из которых соответственно подключен к одной из пар контуров 1. При этом каждый канал 5, 6 и 7 согласующего блока состоит из двух параллельных цепей, содержащих фильтры 11 и 12, настроенные на частоту f₁ или f₂ соответствующего генератора, и измерители 13 и 14 величины сигнала магнитометра 4, выходы которых подключены к входу вычислителя 8 угла поворота объекта 3. Устройство работает следующим образом. В исходном положении относительно неподвижные оси X, Y, Z системы, образованной замкнутыми контурами 1, совмещены с осями X₁, Y₁, Z₁ трехкомпонентного магнитометра 4, закрепленного на подвижном объекте 3. Генераторы 9 и 10, работающие на частотах f₁ и f₂ и подключенные к соответствующим парам замкнутых контуров 1, создают в области центра 2 системы суммарное магнитное поле, равное сумме магнитных полей различной частоты. При этом частоты f₁ и f₂ выбирают, исходя из соответствия полосе пропускания магнитометра, возможностей разделения полезного сигнала на этих частотах и учета внешних помех. Магнитометр 4 измеряет значения магнитного поля по трем компонентам и подает полезный сигнал на вход соответствующего канала 5, 6 или 7 трехканального согласующего блока. Каждый канал согласующего блока работает идентично и обеспечивает подачу поступившего полезного сигнала на две параллельные цепи, включающие последовательно соединенные фильтр 11 или 12 и измеритель 13 или 14 величины сигнала магнитометра 4. Выходы всех измерителей, например, 13 и 14 величины сигнала магнитометра 4 подключены к одному из входов вычислителя 8 угла поворота, с помощью которого и производят определение угла поворота объекта 3 относительно системы контуров 1. В исходном положении угол поворота системы, как показано на чертеже, равен нулю. Работа согласующего блока показана на примере канала 5. Сигнал с одного из преобразователей магнитометра 4, ориентированного вдоль оси Y₁, состоящий из суммы сигналов двух частот f₁ и f₂, поступает на общий вход канала 5, фильтра 11, пропускающего только частоту f₂. Сигнал на выходе каждого фильтра характеризует величину проекции модуля переменного поля, созданного одной из пар замкнутых контуров 1, например, выполненный в виде колец Гельмгольца. Далее с выходов фильтров 11 и 12 сигналы поступают на входы измерителей 13 и 14 величины сигнала соответственно. Измерители 13 и 14 определяют амплитуды переменных сигналов и, следовательно, компоненты переменных магнитных полей, создаваемых контурами 1 в данном направлении. Аналогично измеряют все компоненты переменного магнитного поля, значения которых с выходов каналов 5, 6 и 7 подают на соответствующие входы вычислителя 8 угла поворота. Вычислитель 8 угла поворота позволяет по известному алгоритму при известных значениях измеренных компонент определить текущее значение угла поворота объекта 3 и магнитометра 4 относительно системы контуров 1. Проверка системы может быть осуществлена в исходном положении при совмещении осей X, Y, Z c осями X₁, Y₁, Z₁ соответственно при нулевом значении угла поворота и при заданном повороте объекта 3, например, на 90^o.

Формула изобретения

Устройство для определения угла поворота, содержащее трехкомпонентный магнитометр, предназначенный для установки на объекте, и вычислитель угла поворота, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения при использовании в сложных подвижных системах, оно снабжено жестко закрепленной на неподвижном основании системой создания переменного взаимно ортогонального магнитного поля, выполненной в виде двух пар замкнутых контуров, предназначенных для размещения взаимно ортогонально относительно центра вращения объекта, двумя генераторами переменного тока с частотами f₁ и f₂, каждый из которых подключен к соответствующей паре контуров, и трехканальным согласующим блоком, каждый из каналов которого состоит из двух параллельных цепей, содержащих фильтр, настроенный на частоту соответствующего генератора, и измерителя величины сигнала магнитометра, подключенного к входу вычислителя угла поворота.

РИСУНКИ

Рисунок 1