Устройство для измерения дипольного магнитного момента

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения магнитного момента различных источников при наличии внешней однородной помехи. Цель изобретения состоит в повышении точности определения магнитного момента дипольного источника поля при наличии однородной помехи путем исключения зависимости результата измерений от ориентации магнитных осей датчиков. Устройство для измерения дипольного магнитного момента содержит дипольный источник 5 магнитного момента, трехкомпонентные датчики 1-4 магнитной индукции и электронный блок 6. Датчики расположены на трех взаимно перпендикулярных осях, пересекающихся в центре источника, на двух из которых в равноудаленных от измеряемого дипольного источника магнитного момёнпреобразование Un та точках расположено по одному датчику, на третьей оси на разных расстояниях от источника магнитного момента расположены еще два датчика, причем выходы датчиков 1-4 соединены с входами 12-входового вычислительного блока 6, осуществляющего 2- I KjBfi, где j 1 i 1 Dm - полезный сигнал; j - номер датчика; I - номер выхода датчика; BIJ - сигнал на 1-м выходе j-ro датчика; kj - весовой коэффициент суммирования сигналов j-ro датчика; ki k2 к; кз -ЗЦгз6 Д(гз3 - и3) (г33 - Г23), К4 3kr4 /(г4л-Г2 )(Г4 п -расстояние от j-ro датчика до центра дипольного источника; k - постоянный коэффициент, причем соотно- .шение расстояний отдатчика до центра дипольного источника подчиняется условию (Г23-гз3)(г23-г43)3г26. При этом электронный блок содержит двенадцать элементов возведения в квадрат 7, соединенных входами с входами блока, выходы элементов возведения в квадрат соединены с входами масштабного алгебраического сумматора 8, выход масштабного алгебраического сумматора 8 соединен с выходом электронного блока 6. Электронный блок 6 может содержать также элемент . извлечения квадратного корня 9 и масштабирующий элемент 10, 1 з.п.ф-лы, 3 ил. ел С 00 XJ о Јь о

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 R 33/02

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4926557/21 (22) 08.04.91 (46) 23.05.93, Бюл,N 19 (71) Ленинградское производственное электромашиностроительное объединение

"Электросила" им. С.М,Кирова (72) Л.А.Ефименко (56) Авторское свидетельство СССР

N 1064251, кл. G 01 R 33/02, 1983, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДИПОЛЬНОГО МАГНИТНОГО МОМЕНТА (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения магнитного момента различных источников при наличии внешней однородной помехи, Цель изобретения состоит в повышении точности определения магнитного момента дипольного источника поля при наличии однородной помехи путем исключения зависимости результата измерений от ориентации магнитных осей датчиков, Устройство для измерения дипольного магнитного момента содержит дипольный источник

5 магнитного момента, трехкомпонентные датчики 1-4 магнитной индукции и электронный блок 6, Датчики расположены на трех взаимно перпендикулярных осях, пересекающихся в центре источника, на двух из которых в равноудаленных от измеряемого дипольного источника магнитного моменИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано доя измерения магнитного момента различных источников при наличии внешней однородной помехи..... Ж „„1817049 А1 та точках расположено по одному датчику, на третьей оси на разных расстояниях от источника магнитного момента расположены еще два датчика, причем выходы датчиков 1-4 соединены с входами 12-входового вычислительного блока 6, осуществляющего

4 3 преобразование 0„ =,,", К1 ВП, где

j=1 I 1

U —;j —;I— номер выхода датчика; В11 — сигнал на 1-м выходе j-го датчика; ц — весовой коэффициент суммирования сигналов j-го датчика;

k1= k$ " к3= Зкгз 1(ГЗ - Г4 )(ГЗ. r2 )), k4=

6 3 3 3

=3kr4 /((r4 -r2 )(r4 -г3 ); rj — расстояние от j-го датчика до центра дипольного источника; k — постоянный коэффициент, причем соотношение расстояний от датчика до центра дипольного источника подчиняется условию 3 (rz -гз )(rz -r4 )=Зг2 . При этом электронный блок содержит двенадцать элементов возведения в квадрат 7, соединенных входами с входами блока, выходы элементов возведения в квадрат соединены с входами масштабного алгебраического сумматора 8, выход масштабного алгебраического сумматора 8 соединен с выходом электронного блока 6. Электронный блок 6 может содержать также элемент, извлечения квадратноиюле

ro корня 9 и масштабирующий элемент 10, 4

1 з,п.ф-лы, 3 ил. СЭ

Цель изобретения — повышение точности определения магнитного момента дипольного источника поля при наличии однородной помехи путем исключения зависимости ре1817049

4 3

Um =,>,,, Ki B>

i 1 =1 (2) k1--kã=k, (rz -Гз )(rz -r4 )=3 r 2 з.з з з (5) (9) При этом

"1=Г2=Г (10) зультата измерений от ориентации магнитных осей датчиков.

Эта цель достигается тем, что в устройстве, содержащем дипольный источник магнитного момента, трехкомпонентные магнитометрические преобразователи (датчики) и электронный блок, датчйки расположены на трех взаимно перпендикулярныхых осях пересекающихся в центре источника, на двух из которых в равноудален - ных от измеряемого дипольного источника магнитного момента точках расположено по одному датчику, на третьей оси на разных расстояниях от источника магнитного момента расположены еще два датчика, причем выходы датчиков соединены с входами

12-входового вычислительного блока, осуществляющего преобразование где Um — полезный сигнал:

j — номер датчика;

I — номер выхода датчика;

Bji — сигнал íà i-м выходе j-ro датчика;

kj — весовой коэффициент суммирование сигналов j-го датчика:

Кз =-ЗМГз /((гз -r4 )(Гз -Г2 )) (3)

k4 = — 3kr4 /((r4 -rz )(r4 -гз )) (4) rj — расстояние от j-го датчика до центра дипольного источника;

k — постоянный коэффициент, причем соотношение расстояний от датчиков до центра дипольного источника подчиняется условию

При этом, электронный блок содержит двенадцать элементов возведения в квадрат, соединенных входами с входами блока, выходы элементов возведения в квадрат соединены с входами масштабного алгебраического сумматора, выход масштабного алгебраического сумматора соединен с выходом электронного блока.

Существенность отличий подтверждается тем, что совокупность признаков создает новое свойство, выраженное в том, что измерительная система делается безразличной к ориентации осей датчиков магнитной индукции и нечувствительна при этом к однородному внешнему полю помехи.

Наличие нового свойства определяет получение сверхсуммарного положительного эффекта, состоящего в повышении точности определения магнитного момента дипольного источника в присутствии однородного магнитного поля помехи, так как погрешность измерения магнитного момента, связанная с ориентацией датчиков, исключается в принципе, На фиг. 1 схематично показано взаимное

10 расположение датчиков и дипольного источника магнитного момента; на фиг.2 — схематично соединения электронного блока; на фиг.3 — возможное оснащение электронного блока дополнительными элементами.

Устройство содержит датчики 1-4 магнитной индукции, дипольный источник 5 магнитного момента, электронный блок 6, элементы возведения в квадрат 7, 12-входовой масштабный алгебраический сумматор 8, элемент извлечения квадратного корня 9, масштабирующий элемент 10.

Устройство работает следующим образом.

Значение вектора магнитной индукции

25 в )-й точке поля дипольного источника магнитного момента выражается формулой где М вЂ” вектор магнитного момента дипольного источника, А м2;

ri — радиус-вектор, проведенный из на35 чала координат, совпадающего с геометрическим центром источника, в точку определения поля, м;

Вп — магнитная индукция помехи, Тл;

С1=10 /rj, Гн/м, (7) При этом модуль вектора индукции

В = g В 1 =С, 45 1=1 г

В точках 1-4, где расположены показанные на фиг.1 датчики соответственно

Г1х=О; I1y=O; liz=ri;

Г2х=О; Г2у=Г2: Г2а=О.

Гзх=ГЗ:Гзу 0; Гзг=О:

r4x=r4; r4y=0: ге=О;

1817049

Следовательно, =kQ = Cj: (11) Из (15), (3), (4), (5). (7). (10) следует:

15 (20) и

Um= g g (С)Вр =kt(C((3Mz+

i=1 (=1

+ М ) + 6 С1 Bnz Mz — 2 С1 Вп М + Bn ) +

=kС2=kС1

25 (21) — 2 С2 Вп M + Вй )Н<з.(C,1 (3 Mx + М ) + — 2С48пм+82) (12) Поставим значения коэффициентов:

5 3 .О., = Р „ 181= (С1(3М2-(-М2)+

j=1 I=1

+ 6 С1 Bnz Mz — 2 C1 Bn M + Bn ) + k (C) x

Х (3 Му + М ) + 6 С1 Впу My — 2 С1 Вп M + — 2 В. м ) + Аз в ., (13) где А1=1сзСз + k4C4: (14) A2=k3C3+ к4С4

Аз=ka+ k4 (15) (16) Установленные коэффициенты таковы что (24) A1=k С1;

A2=k С1 (17) (18) 8) = Cf (3 М2 + M ) + 6 С1 Bïz Mz—, — 2 С1 в. м + в .

8) = C) (3 Му + М ) + 6 С2 Впу My— — 2С28пм+В

81 = С1 (3 Мх + М ) + 6 Сз Впх Мх— — 2СЭВ м+в

8) = C) (3 Мх + М ) + 6 С4 Впх Му— — 2С4 в, м+ в2

+ 4 (С (3 Му + М ) + 6 С2 Bnу My—

+6Сз ВпхMx — 2СзВ,M+Вй)+

+ 4 (C) { 3 Mх x+ М )16 С4 Впх М

+ Вй ) + A1 (3 Mx + М ) + А2 (6 Впх Мх

Ау---2k (19)

Действительно. из (14). (3), (4). (5). (7), (10) следует;

3 k 10 — 14 (1 ((гЯ â€” rg } (r3 rg ) ) +

+ 1 1((Д R) ) (r3 — r) ) J } 3 1, 10 — 14

/ f (r$ — r3 ) (r3 — д ) ) = k 10 14,. а =

А2 = — 3 k 10 (r) ((r) — r3 ) (rj — г2 ) ) +

20 +Q/((г3 — r))(д — г3))} =3k10 r)/

/ ((r) — r) ) (r — rj ) ) =k 10 7 r) =

Из (16), (3), (4}. (5), (7). (10) следует

Аз = — 3 k гЯ/((гЧ вЂ” г4 ) (гэ" — r3 ) ) — 3 k гЯ /

/ (гз 4— г2() (гз4 — гз() ) =- k (r) гз(+ r3 гав — (э г3 )бг2 = — 2 k, (22)

Подставляя все это в (13), и получим;

5 3 и,. = Х Х ki811 = k f c3 (3 м, + м ) +

i =7

+6С1 BnzMz 2 С18пм+Вп)+k(С Х х (3 My + M ) + 6 С1 Впу Му — 2 С, Вп М +

45 = Bé)+k(С1(3 Mx+M )+C1(6 Впхмх— — 2 Вп М ) — 2 82п =6k C1M2. (23) Итак, размещение и обработка сигналов четырех датчиков обеспечивают получение сигнала. пропорционального магнитному моменту источника и не зависящего от однородной помехи и от ориентации осей датчиков:

U(n=6k Cl M2 .

Электронный блок 6 может содержать также элемент извлечения квадратного корня 9 и масштабирующий элемент i0 (фиг.3).

1817049

Ниже представлены результаты математического моделирования предлагаемого измерительного устройства при различном положении датчиков. разных индукций однородного поля внешней помехи и значениях 5 измеряемого магнитного момента дипольного источника.

Формула изобретения

1, Устройство для измерения дипольного магнитного момента, содержащее ди- 10 польный источник магнитного момента, трехкомпонентные магнитометрические преобразователи (датчики) и электронный блок, отл ича юще ес я тем,что, с целью повышения точности определения магнит- 15 ного момента дипольного источника поля при наличии однородной помехи путем исключения зависимости результата измерений от ориентации магнитных осей датчиков, датчики расположены на трех взаимно перпен- 20 дикулярных осях, пересекающихся в центре источника, на двух из которых в равноудаленных от измеряемого дипольного источника магнитного момента точках расположено по одному датчику, на третьей оси на разных 25 расстояниях от источника магнитного момента расположены еще два датчика, причем выходы датчиков соединены с входами 12-входового вычислительного блока, осуществ-. ляющего следующее преобразование 30

u =g g к!в, ! =i 1=! где U — полезныи сигнал;

j — номер датчика; ! — номер выхода датчика;

8!! — сигнал íà i-м выходе j-ro датчика;

К! — весовой коэффициент суммирования сигналов j-го датчика:

k 1=k =k, 3= 3! г3 /((г33-r43) (г3 -г2 )), k4=-3kr4 /((г4 -r2 ) (r4 -гз ), 6 3 3 3 3, ri — расстояние от J-го датчика от центра дипольного источника;

k — постоянный коэффициент, причем соотношение расстояний отдатчиков до центра дипольного источника подчиняется условию гг -гз -J (г2 -г4 ) =Зги .

3 3 3 3 6

2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что электронный блок содержит 12 элементов возведения в квадрат, соединенных входами с входами блока, выходы элементов возведения в квадрат соединены с входами масштабного алгебраического сумматора, выход масштабного алгебраического сумматора и выходом электронного

" "817049

Составитель Л, Ефименко 4>c"

Техред М,Моргентал Корректор С,Лисинл

Редактор

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

Заказ 1721 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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