Измеритель магнитного поля

 

Изобретение относится к измерению слабых магнитных полей и может быть использовано для измерения градиента магнитного поля на борту подвижного объекта, а также для измерения скорости его движения относительно измеряемого магнитного поля. Цель изобретения-повышение точности измерений. Цель достигается введением в устройство датчика 2 производных высокого порядка от индукции магнитного поля, первого 3 и второго 13 блоков вычитания , интегратора 4, первого 5, второго 6 и третьего 7 скаляторов, первого 8, второго 9 и третьего 10 многоступенчатых блоков умножения , а также инвертирующего 11 и неинвертирующего 12 усилителей и умножителя 14. Устройство также содержит датчик 1 производных высокого порядка от индукции магнитного поля. 1 з.п, ф-лы, 3 ил. j

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (и)5 G 01 Я 33/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

IlO È3OÁÐÅTÅÍÈßÌ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Вi" (1 ) К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (2 1) 4777076/21 (22) 02.01.89 (46) 07.03.92; Бюл. 5h 9 (72) С.В.Черный и Д.А.Пшеничников (53) 621.317.44 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 1622&61, кл. G 01 R 33/02, 1988; (54) ИЗМЕРИТЕЛЬ МАГНИТНОГО ПОЛЯ (57) Изобретение относится к измерению слабых магнитных полей и может быть использовано для измерения градиента магнитного поля на борту подвижного объекта, а также.для измерения скорости его движе.. Ж, 1718160 А1

2 ния относительно измеряемого магнитного поля. Цель изобретения- повышениеточно-, сти измерений. Цель достигается введением в устройство датчика. 2 производных высокого порядка от индукции магнитного поля, первого 3 и второго 13 блоков вычитания, интегратора 4, первого 5, второго 6 и третьего 7 скаляторов, первого 8, второго 9 и третьего 10 многоступенчатых блоков умножения, а также инвертирующего 11. и неинвертирующего 12 усилителей и умножителя 14. Устройство также содержит датчик 1 производных высокого порядка от индукции магнитного поля, 1 з.п. ф-лы, 3 ил

1718160

10

50

Изобретение относится к измерению слабых магнитных полей и может быть использовано для измерения градиента магнитного поля на борту подвижного обьекта, а также для измерения скорости его движения относительно измеряемого поля.

Целью изобретения является повышение точности измерения.

На фиг.1 представлена структурная схема измерителя магнитного поля; на фиг.2— его функциональная схема; на фиг.3— - схема размещения измерителей и точек прогноза.

Измеритель магнитного поля (фиг.1) состоит из первого и второго датчиков 1 и 2 производных высокого порядка (ДПВП) от индукции магнитного поля, первого блока 3 вычитания, интегратора 4, скаляторов 5 — 7, многоступенчатых блоков 8 —.10 умножения (МБУ), а также инвертирующего 11 и неинвертирующег0 12 усилителей, второго блока вычитания 13 и умножителя 14.

Каждый из скаляторов имеет первые и вторые входы. Количество первых входов каждого скалятора равно количеству выходов ДПВП и такое же количество вторых входов, Каждый из многоступенчатых блоков умножения имеет один выход и количество входов, равное количеству выходов ДПВП.

Многоступенчатый блок умножения представляет собой цепь из последовательно соединенных умножителей.

Первый вход первого умножителя цепи является входом МБУ. Выходами МБУ являются выходы всех его умножителей. Первый вход каждого умножителя, кроме первого, соединен с выходом предыдущего умножителя, а вторые входы всех умножителей блока соединен ы с входом М БУ.

Ка>кдый из ДПВП имеет и+1 выходов, один из которых формирует сигнал, пропорциональный измеряемому значению индукции магнитного поля, а остальные — e6 производные по времени от первого до и-го порядка включительно.

При этом выходы первого 1 и второго 2

ДПВП соединены с соответствующими первыми входами первого и второго скаляторов

5 и 6, Выходы второго ДПВП 2, кроме того, соединены с первыми входами третьего скал ятора, Вторые входы первого 5, второго 6 и третьего 7 скаляторов соединены с соответствующими выходами первого 8, второго 9 и третьего 10 МБУ.

Выход измеренного значения величины магнитного поля первого ДПВП 1 соединен с суммирующим входом первого блока 3 вычитания, вычитающий вход которого соединен с выходом третьего скалятора 7. Выход первого блока 3 вычитания соединен с первым входом умножителя 14, а его выход — с входом интегратора 4, выход которого соединен с входами третьего МБУ 10, входами инвертирующего и неинвертирующего усилителей 11 и 12, а также является выходом сигнала, пропорционального транспортному запаздыванию. Второй вход умножителя

14 соединен с выходом первой производной второго ДПВП 2. Выход инвертирующего усилителя 11 соединен с входом второго

МБУ 9, а выход неинвертирующего усилителя 12 соединен с входом первого МБУ 8, Выход первого 5 и второго 6 скаляторов соединены соответственно с суммирующим и вычитающим входами второго блока 13 вычитания, выход которого является выходом сигнала, пропорционального измеряемому градиенту.

Комбинированный измеритель магнитного поля (фиг.2) работает следующим образом, Первый 3ПВП 1 измеряет величины В (11), В (t1), В (t1), ..., В"(т1), а второй ДПВП

2 — величины B(12), В (t2), В (12)...., В"(t2) В силу того, что датчики установлены на объекте на фиксированном расстоянии ЛХ друг от друга, при его движении относительно магнитного поля можно записать

° ° ° °

t2 = t, t1 =t+r, (1) где t — текущее время; г — время перемещения обьекта относительно магнитного поля на величину ЛX.

Для определения величины в устройстве осуществляется сопоставление в блоке 3 вычитания величины В (tl) с величиной В (t2)

+ Z В() (тг) —., формируемой скалятсром

И

7 по инфо"þ,ìçÖèè От ДП ВП 2 (В (t2), В (t2), ..., В "(12)) и МБУ 10 (1, i, P...,Ô ). В результате выходной сигнал блока 3 равен и ф

0з = В (ц) — В (тг) — g В() (t2) —, (2)

l =-1 il или с учетом соотношений (1)

0з= В(t+ т) — В(t) —,, B()(t) —, (3) и ° ф =1

ll

Коээфициенты —. реализуются в скаляjl торе 7.

Разлагая В (t+ Q з ряд Тейлора, имеем

CO

В(t+ z)=В(1)+g В()(т) —, (4)

1=1

1718160

25

50

Подставляя соотношение(4) в (3) и пренебрегая членами порядка и выше (при малом 7), имеем

U3= g В() () (1-Ф -,", (5)

Величина t.ÿâëÿåòñÿ выходной величиой интегратора 4. Его входная величина в силу работы блоков 3 и 14 равна

t= В (t) « В() (т) (t -Ф) . (6)

П

: В соотношении (6) наибольшую величину при малых t а также малых значениях л г — заимеет слагаемое, для которого! = 1.

Поэтому соотношение (6) может быть записано в следующей приближенной форме: Г= (В (т)) (х — Ф ). (7)

Уравнение (7) имеет установившееся решение

9=r.

Таким образом, в процессе взаимосвязанной работы блоков устройства на выходе интегратора 4 формируется сигнал, пропорциональный величине транспортного запаздывания х информации в ДПВП 2 по сравнению с ДПВП 1. Величина гравна времени перемещения объекта относительно поля на. расстояние ЛХ, равное расстоя-. нию между точками установки ДПВП 1 и

ДПВП 2.

Выходные сигналы блоков 12 (U<2) и 11 (011) равны

Шг= Kt, 011 = — К г . (8)

Блок 8 умножения формирует на своих выходах сигналы, равные 1, Кг, К с, ..., К

2 и

- г г", а усилитель 11 соответственно 1, -K6 К т, ..., (-1)"К" г" . В результате на выходах скаляторов 5 и 6 формируются сигналы Ug u

Uo, равные

Ug = g 8() (tq) =В (ц + K t), =o — Кг

Ug= g В )(t2) . W(t2-Kt). (9)

i-o

Величина Us представляет собой прогноэируемое на расстояние К ЛХ (фиг.3) вперед по направлению движения от тОчки установкиДПВП1 значение изменяемой величины 8 (ц), à Us — прогнозируемое на расстояние К Ь Х назад по направлению движения от точки установки ДПВП 2 значение В (t2).

В силу этого на выходе блока 13 вычитания формируется сигнал разности величин магнитной индукции в прогнозируемыхточках, расстояние между которыми (фиг.3) равно(2К+1) Ь X.

Таким образом, база измерителя как градиентометра превышает в (2К + 1) раз

5 расстояние между точками установки датчи.ков 1 и 2, не зависит от скорости перемещения объекта относительно магнитного поля.

Формула изобретения . 1. Измеритель магнитного поля, содержащий датчик производных высокого порядка, о тл и ч а ю щи и с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены второй датчик производных высокого порядка, три скалятора, три блока умножения, два блока вычитания, интегратор, инвертирующий и неинвертирующий усилители, а также умножитель, причем и+1 выходов первого датчика производных соединены с и+1 входами первого скалятора, а первый выход датчика — с первым входом первого блока вычитания, выходы второго датчика производных соединены с первыми входами второго и третьего скаляторов, вторые входы первого, второго и третьего скаляторов соединены с соответствующими выходами первого., второго и третьего многоступенчатых блоков умножения, второй вход первого блока вычитания соединен с выходом третьего скалятора, выход первого блока вычитания соединен с вторым входом умножителя, выход которого соединен с входом интегратора, выход которого соединен с входами третьего многоступенчатого блока умножения, инвертирующего и неинвертирующего усилителей; выход инвертирующего усилителя соединен с входом второго многоступенчатого блока умножения, выход неинвертирующего усилителя соединен с входом первого многоступенчатого блока умножения, выходы первого и второго скаляторов соединены соответственно с суммирующим и вычитающим входами второго блока вычитания, а второй вход умножителя соединен с выходом первой производной второго датчика производныхх.

2. Измеритель по п.1, отл ич а ю и и й-. с я тем, что блок умножения выполнен в виде цепи иэ последовательно соединенных умножителей, причем первый вход каждого умножителя, кроме первого, соединен с выходом предыдущего умножителя, вторые входы всех умножителей блока соединены с. входом блока умножения. а входом блока является первый вход первого умножителя цепи.

1718160

Составитель Л, Устинова

Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор C. Шевкун

Редактор С. Пекарь

Производственно-издательский комбийат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101

Заказ 879 Тираж. Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям.и открытиям при ГКНТ СССР

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