Цифровой феррозондовый магнитометр

Изобретение относится к феррозондовым навигационным магнитометрам и может быть использовано для измерения трех ортогональных компонент вектора индукции магнитного поля Земли и выдачи сигналов, пропорциональных измеренным компонентам, в виде цифрового кода. Сущность изобретения заключается в том, что цифровой феррозондовый магнитометр, содержит задающий генератор, выход которого соединен с входом логического блока, выход которого соединен с входом формирователя синусоиды, выход которого соединен с первыми входами трех феррозондов, выходы которых соединены с входами трех избирательных усилителей соответственно, выходы которых соединены с входами трех устройств выборки-хранения соответственно, первые выходы которых соединены со вторыми входами трех феррозондов соответственно, а вторые выходы соединены с входами трех аналого-цифровых преобразователей соответственно, при этом в него введены двенадцать регистров, где входы первого, второго, третьего и четвертого регистров соединены с выходом первого аналого-цифрового преобразователя, а выходы соединены с входами первого сумматора, выход которого соединен с входом первого регистра данных, входы пятого, шестого, седьмого и восьмого регистров соединены с выходом второго аналого-цифрового преобразователя, а выходы соединены с входами второго сумматора, выход которого соединен с входом второго регистра данных, входы девятого, десятого, одиннадцатого и двенадцатого регистров соединены с выходом третьего аналого-цифрового преобразователя, а выходы соединены с входами третьего сумматора, выход которого соединен с входом первого регистра данных. Технический результат - повышение точности устройства. 2 ил.

 

Изобретение относится к феррозондовым навигационным магнитометрам и может быть использовано для измерения трех ортогональных компонент вектора индукции магнитного поля Земли и выдачи сигналов, пропорциональных измеренным компонентам в виде цифрового кода.

Известно устройство для измерения напряженности магнитного поля по RU 2155968 C2 от 10.09.2000 г., МПК: G01R 33/02, содержащее генератор прямоугольных импульсов, феррозонд с сердечником, выполненным из пермаллоя с петлей гистерезиса с коэффициентом прямоугольности, близким к единице, к выходной обмотке которого подключен интегратор. Выход интегратора соединен с входом усилителя, выход которого соединен с входом порогового блока. Первый логический элемент И последовательно соединен с первым реверсивным счетчиком импульсов, цифроаналоговым преобразователем, управляемым источником тока, ключом и обмоткой возбуждения феррозонда. Второй вход первого реверсивного счетчика импульсов и первый вход первого логического элемента И соединены с выходом порогового блока, второй логический элемент И и второй реверсивный счетчик импульсов. Выход генератора подключен к первым входам второго логического элемента И и второго реверсивного счетчика импульсов, выход второго логического элемента И подключен к вторым входам первого логического элемента И, второго реверсивного счетчика импульсов и ключа, третий вход второго реверсивного счетчика импульсов присоединен к выходу первого реверсивного счетчика импульсов, а выход - ко второму входу второго логического элемента.

Недостатком данного устройства является, несмотря на дополнительные элемент И и реверсивный счетчик, сложная схема преобразования и отсутствие возможности настройки нуля для измерения абсолютного значения компонент вектора индукции магнитного поля.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является феррозондовый магнитометр по RU 2316781 C1, 10.02.2008, МПК: G01R 33/02, включающий в себя задающий генератор, выход которого соединен с входом логического блока, первый выход которого соединен с входом формирователя синусоиды, выход которого соединен с входами трех феррозондов, выходы которых соединены с входами трех устройств выборки-хранения, выходы которых соединены с входами трех аналого-цифровых преобразователей. Этот феррозондовый магнитометр выбран в качестве прототипа.

Недостатком этого устройства является наличие погрешности, обусловленной искажениями измеряемого сигнала.

Задачей настоящего изобретения является повышение точности цифрового феррозондового магнитометра за счет осреднения четырех значений выходного кода, пропорционального компоненте вектора индукции магнитного поля без снижения быстродействия.

Для достижения поставленной задачи в цифровой феррозондовый магнитометр, содержащий задающий генератор, выход которого соединен с входом логического блока, выход которого соединен с входом формирователя синусоиды, выход которого соединен с первыми входами трех феррозондов, выходы которых соединены с входами трех избирательных усилителей соответственно, выходы которых соединены с входами трех устройств выборки-хранения соответственно, первые выходы которых соединены со вторыми входами трех феррозондов соответственно, а вторые выходы соединены с входами трех аналого-цифровых преобразователей соответственно, введены двенадцать регистров, где входы первого, второго, третьего и четвертого регистров соединены с выходом первого аналого-цифрового преобразователя, а выходы соединены с входами первого сумматора, выход которого соединен с входом первого регистра данных, входы пятого, шестого, седьмого и восьмого регистров соединены с выходом второго аналого-цифрового преобразователя, а выходы соединены с входами второго сумматора, выход которого соединен с входом второго регистра данных, входы девятого, десятого, одиннадцатого и двенадцатого регистров соединены с выходом третьего аналого-цифрового преобразователя, а выходы соединены с входами третьего сумматора, выход которого соединен с входом первого регистра данных.

Суть изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена блок-схема цифрового феррозондового магнитометра, на фиг.2 - эпюры напряжений схемы одного канала цифрового феррозондового магнитометра.

Цифровой феррозондовый магнитометр состоит из формирователя 1 синусоиды (ФС), феррозондов 2, 3, 4 (ФЗ), избирательных усилителей 5, 6, 7 (ИУ), устройств выборки-хранения 8, 9, 10 (УВХ), аналого-цифровых преобразователей 11, 12, 13 (АЦП), логического блока 14 (ЛБ), задающего генератора 15 (ЗГ), регистров 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27 (Р), сумматоров 28, 29, 30 (С) и регистров данных 31, 32, 33 (РД). Формирователь 1 синусоиды, логический блок 14 и задающий генератор 15 являются общими для всех трех измерительных каналов.

Устройство работает следующим образом.

Измерение трех компонент вектора индукции магнитного поля производится тремя независимыми каналами X, Y и Z. Все каналы выполнены по идентичным схемам. Рассмотрим работу одного канала X. Частота с задающего генератора 15 поступает на логический блок 14, в котором формируются сетки частот, поступающие на формирователь 1 синусоиды и на управление устройством выборки хранения 8. В логическом блоке 14 также формируется сигнал для управления аналого-цифрового преобразователя 11, регистров 16, 17, 18 и 19, сумматора 28 и регистра данных 31. В формирователе 1 цифровым способом формируется синусоидальное напряжение Uв с частотой fв=10 кГц, которое подается на обмотку возбуждения феррозонда 2. Феррозонд преобразовывает воздействующий на него внешний сигнал (проекцию вектора индукции магнитного поля на его продольную ось) в эдс переменного тока, содержащую четные гармоники частоты сигнала возбуждения. Амплитуда этой эдс пропорциональна значению индукции магнитного поля, а фаза изменяется на πт радиан при изменении направления вектора индукции поля на 180°. В выходной эдс феррозонда присутствует также помеха, имеющая в спектре нечетные гармоники.

Избирательный усилитель 5 предназначен для выделения из общего спектра сигнала, поступающего с измерительной обмотки феррозонда 2, напряжения второй гармоники и усиления его до требуемого значения. Коэффициент усиления на резонансной частоте (fp=20 кГц)-Kр=5000. Полоса пропускания - 2Δf=1800 Гц. Коэффициент передачи на частотах первой и третьей гармоник частоты возбуждения феррозонда 2 не более 30 и 10 соответственно.

Таким образом, избирательным усилителем 5 из выходной эдс феррозонда 2 выделяется вторая гармоника 2fв=20 кГц, которая усиливается до значения Uф и затем подается на устройство выборки-хранения 8.

С помощью логического блока 14 в устройстве выборки-хранения 8 четыре раза за период, в моменты времени t1, t2, t3 и t4 (происходит запоминание четырех значений Uф, пропорциональных соответствующей проекции вектора индукции магнитного поля. На фиг.2 показано, что измерение происходит четыре раза в течение одного периода измеряемого напряжения Uф. Первый раз в момент t1 и второй раз в момент t2, третий раз в момент времени t3 и четвертый раз в момент времени t4. Измеренные напряжения U1, U2, U3 и U4 в моменты времени t1, t2, t3 и t4 поступают на вход аналого-цифрового преобразователя 11, где преобразуется в цифровые коды N1, N2, N3 и N4, пропорциональные соответствующей компоненте вектора индукции магнитного поля B. Каждый раз момент запуска преобразования Uф в цифровой код задерживается на время Δt для исключения влияния переходных процессов.

Цифровые коды N1, N2, N3 и N4 должны быть равны по абсолютной величине, но вследствие воздействия различных факторов на измеряемый сигнал они будут отличаться друг от друга и от истинного значения кода. Для уменьшения этого отличия необходимо сложить значения N1, N2, N3 и N4 по абсолютной величине, т.е. без учета знака, т.к. напряжения U3 и U4 противоположны по знаку напряжениям U1 и U2 и разделить на четыре, т.е. произвести осреднение.

Для этого цифровые коды N1, N2, N3 и N4 поочередно записываются в регистры 16, 17, 18 и 19 соответственно. С выходов регистров 16, 17, 18 и 19 N1, N2, N3 и N4 поступают на входы сумматора 28, где суммируются и подаются на вход регистра 31 данных. С помощью отбрасывания двух младших разрядов на выходе регистра 31 данных выходное число делится на четыре. В результате происходит сложение кодов N1, N2, N3 и N4, а затем деление полученной суммы на четыре, т.е. их осреднение в течение одного периода измеряемого напряжения Uф.

Все процессы образования синхронизированы с помощью логического блока 14.

Принцип работы канала Y, состоящего из феррозонда 3, избирательного усилителя 6, устройства выборки-хранения 9, аналого-цифрового преобразователя 12, регистров 20, 21, 22 и 23, сумматора 29, регистра данных 32 и канала Z, состоящего из феррозонда 4, избирательного усилителя 7, устройства выборки-хранения 10, аналого-цифрового преобразователя 13, регистров 24, 25, 26 и 27, сумматора 30, регистра данных 33, аналогичен принципу работы канала X.

Осреднение четырех значений кода N1, N2, N3 и N4 в течение одного периода Uф позволяет повысить точность измерения компоненты вектора индукции магнитного поля без снижения быстродействия.

Из известных заявителю патентно-информационных материалов не обнаружены признаки, сходные с совокупностью признаков заявляемого объекта.

Выполнено электронное моделирование схемы устройства в среде пакета OrCAD 10.5. Результаты моделирования свидетельствуют о достижении поставленной задачи. ОАО «ИСС» предполагает использовать это техническое решение на штатных изделиях.

Цифровой феррозондовый магнитометр, содержащий задающий генератор, выход которого соединен с входом логического блока, выход которого соединен с входом формирователя синусоиды, выход которого соединен с первыми входами трех феррозондов, выходы которых соединены с входами трех избирательных усилителей соответственно, выходы которых соединены с входами трех устройств выборки-хранения соответственно, первые выходы которых соединены со вторыми входами трех феррозондов соответственно, а вторые выходы соединены с входами трех аналого-цифровых преобразователей соответственно, отличающийся тем, что в него введены двенадцать регистров, где входы первого, второго, третьего и четвертого регистров соединены с выходом первого аналого-цифрового преобразователя, а выходы соединены с входами первого сумматора, выход которого соединен с входом первого регистра данных, входы пятого, шестого, седьмого и восьмого регистров соединены с выходом второго аналого-цифрового преобразователя, а выходы соединены с входами второго сумматора, выход которого соединен с входом второго регистра данных, входы девятого, десятого, одиннадцатого и двенадцатого регистров соединены с выходом третьего аналого-цифрового преобразователя, а выходы соединены с входами третьего сумматора, выход которого соединен с входом первого регистра данных.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к измерительной технике и может быть применено для преобразования переменного магнитного поля в электрическое напряжение в составе измерительной аппаратуры и в различных системах автоматического управления, а также в качестве питающего элемента.

Изобретение относится к информационно-измерительной технике, в частности к магнитометрии, и может быть использовано для получения и визуализации распределенных в пространстве и периодически изменяющихся во времени магнитных полей внутри тела с неоднородными магнитными свойствами без механического проникновения в него.

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для выбора безопасных для человека мест его жизнедеятельности и определения местоположения скрытой электропроводки при проведении ремонтных работ.

Изобретение относится к измерению электрических и магнитных величин, а именно к устройствам и способам измерения напряженности магнитных полей. .

Изобретение относится к феррозондовым навигационным магнитометрам и может быть использовано для измерения трех ортогональных компонент вектора индукции магнитного поля Земли и выдачи сигналов, пропорциональных измеренным компонентам в виде цифрового кода.

Изобретение относится к электрическим испытаниям на восприимчивость к электромагнитному полю (ЭМП) изделий электрооборудования и/или электронных систем автотранспортных средств (АТС) в заданном диапазоне частот, при котором испытуемые изделия подвергают воздействию от одного или нескольких источников поляризованного ЭМП, параметры которого выбирают из условий: Здесь hi - шаг перестройки воздействующего ЭМП по частоте; Q - параметр, задаваемый вначале испытаний; fнi - несущая частота воздействующего ЭМП; Ев - напряженность воздействующего ЭМП; Еmin.доп - минимально-допустимый уровень электромагнитной стойкости изделий электрооборудования; fmin - наименьшая граничная частота в заданном диапазоне частот.

Изобретение относится к области измерительных приборов для научных исследований. .

Изобретение относится к устройствам, использующим магнитометрию на железных дорогах, в частности измерению напряженности магнитного поля в рельсовых стыках. .

Изобретение относится к феррозондовым навигационным магнитометрам и может быть использовано для измерения трех ортогональных компонент вектора индукции магнитного поля Земли и выдачи сигналов, пропорциональных измеренным компонентам, в виде цифрового кода.

Изобретение относится к области измерительной техники и твердотельной электроники и может быть использовано при создании миниатюрных датчиков магнитного поля для применения в магниточувствительных электронных микросистемах управления приводами, бесконтактных переключателях, дефектоскопии, при создании мобильных магнитолокаторов наземного воздушного и космического базирования и аппаратуры навигации

Изобретение относится к области измерения параметров магнитного поля конструкций из ферромагнитного материала, например корпуса судна

Изобретение относится к области электроизмерительной техники и предназначено для измерений магнитного поля надводного или подводного объекта при наладке его системы электромагнитной компенсации

Изобретение относится к учебным приборам и может быть использовано в лабораторном практикуме в высших и средних специальных учебных заведениях по курсу физики для изучения и углубления знаний физических законов и явлений

Изобретение относится к датчиковому устройству измерения магнитного поля. Датчиковое устройство измерения магнитного поля содержит датчиковую часть, которая включает в себя магнитоимпедансное устройство, имеющее магнитную аморфную структуру; стержневую часть сердечника, которая направляет магнитное поле к магнитной аморфной структуре и расположена в продольном направлении относительно магнитной аморфной структуры; и средство подавления магнитного поля, которое создает корректирующее магнитное поле, которое подавляет магнитное поле окружающей среды, обусловленное земным магнетизмом, входящее в магнитную аморфную структуру. Технический результат - повышение эффективности измерений при подземной электромагнитной разведке. 12 з.п. ф-лы, 14 ил.

Изобретение относится к феррозондовым навигационным магнитометрам и может быть использовано для измерения трех ортогональных компонент вектора индукции магнитного поля Земли. Сущность изобретения заключается в том, что цифровой феррозондовый магнитометр содержит задающий генератор, выход которого соединен с входом логического блока, выход которого соединен с входом формирователя синусоиды, выход которого соединен с первыми входами трех феррозондов, выходы которых соединены с входами трех избирательных усилителей, выходы которых соединены с входами трех устройств выборки-хранения, первые выходы которых соединены со вторыми входами трех феррозондов, при этом в него введены три мультиплексора и три инвертора, входы которых соединены с третьими выходами трех устройств выборки-хранения, а выходы соединены со вторыми входами трех мультиплексоров, первые входы которых соединены со вторыми выходами трех устройств выборки-хранения, а выходы соединены с входами трех аналого-цифровых преобразователей. Технический результат - повышение быстродействия устройства. 2 ил.

Изобретение относится к поверке магнитоизмерительных систем, в том числе предназначенных для поиска ферромагнитных объектов, без демонтажа входящих в систему магнитометрических средств. Трехкомпонентную меру магнитного момента ориентируют вдоль осей координат системы поиска, устанавливают на некотором расстоянии от системы и задают компоненты радиус-вектора от центра системы координат до центра меры. Затем воздействуют на систему полем заданного магнитного момента, воспроизводимого мерой, и по показаниям бортовых магнитометрических средств определяют (косвенно измеряют) координаты источника магнитного поля и компоненты его магнитного момента. После этого определяют погрешности всей системы как разности между измеренными и заданными величинами, а также определяют погрешности каждого магнитометрического средства. Техническим результатом заявленного способа является определение погрешностей системы поиска с учетом погрешностей, вносимых носителем этой системы. 1 ил., 2 табл.

Изобретение относится к средствам для обеспечения жизнедеятельности инвалидов по зрению, а именно предназначено для получения информации и облегчения ориентации незрячих людей в пространстве. Способ ориентации в пространстве, навигации и информирования людей с нарушением зрительных функций заключается в том, что с помощью радиомаяка, размещаемого в одном месте ориентации, передают радиосигналы, а с помощью находящегося у человека радиоинформатора принимают эти радиосигналы и передают их на устройство воздействия на человека, сигнализируя о близком нахождении места ориентации. При этом первоначально с помощью радиоинформатора передают радиосигналы, а передачу радиосигналов с помощью радиомаяка осуществляют после приема им радиосигналов от радиоинформатора, информирующих о нахождении человека в зоне обнаружения. При приеме радиосигнала радиоинформатором измеряют интенсивность принятого радиосигнала, в зависимости от него изменяют значение параметра воздействия на человека и определяют направление приближения к радиомаяку. Система содержит радиомаяк для размещения в месте ориентации и радиоинформатор, находящийся у человека. Радиомаяк включает источник и приемник радиосигналов и блок управления. Радиоинформатор включает источник и приемник радиосигналов, который соединен с устройством воздействия на человека. Использование изобретения позволяет повысить точность ориентации и не загромождает эфир лишней радиоинформацией. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к инвазивным медицинским устройствам. Медицинский зонд содержит вводимую трубку, имеющую продольную ось и дистальный конец, дистальный кончик, расположенный на дистальном конце вводимой трубки и сконфигурированный для введения в контакт с тканью тела, стык, который соединяет дистальный кончик с дистальным концом вводимой трубки, и датчик стыка, заключенный внутри зонда, для распознавания положения дистального кончика относительно дистального конца вводимой трубки, причем датчик стыка содержит первый и второй подузлы, которые расположены внутри зонда на противоположных соответствующих сторонах стыка, и каждый подузел содержит один или более магнитных измерительных преобразователей. Стык содержит упругий элемент, который сконфигурирован, чтобы деформироваться в ответ на давление, прикладываемое на дистальный кончик, когда он входит в соприкосновение с тканью, при этом упругий элемент содержит трубчатую деталь из эластичного материала, имеющую винтовой срез вдоль части длины детали. Устройство для исполнения медицинской процедуры включает зонд и процессор, который присоединен с возможностью подавать ток к одному из первого и второго подузлов, заставляя тем самым один из подузлов генерировать, по меньшей мере, одно магнитное поле, и для приема и обработки одного или более сигналов, выводимых другим из первого и второго подузлов относительно указанного, чтобы обнаруживать изменения в положении дистального кончика относительно дистального конца вводимой трубки. Устройство для обнаружения перемещения стыка в узле содержит первый и второй сенсорные подузлы, которые расположены внутри узла на противоположных соответствующих сторонах стыка, при этом каждый подузел содержит один или более магнитных измерительных преобразователей, и процессор, выполненный с возможностью обнаруживания посредством обработки одного или более сигналов осевое сжатие стыка и угловое отклонение стыка. Способ выполнения медицинской процедуры на ткани в теле пациента включает применение в теле зонда и продвижение его таким образом, чтобы дистальный кончик входил в соприкосновение и прикладывал давление на ткань, подачу тока к одному из первого и второго подузлов и прием и обработку одного или более сигналов, выводимых другим из первого и второго подузлов относительно указанного, по меньшей мере, одного магнитного поля так, чтобы обнаруживать изменение в положении дистального кончика. Использование изобретения позволяет повысить надежность и легкость манипулирования катетером в теле. 4 н. и 23 з.п. ф-лы, 3 ил.

Предложен cпособ локализации источника магнитного поля дипольной модели. В способе одновременно измеряют приращения индукции магнитного поля между опорной точкой и точкой на каждой полуоси системы координат и измеряют расстояния между точками. Определяют по результатам измерений искомые радиус-вектор до источника и его магнитный момент. Опорную точку совмещают с центром системы координат, размер базы каждого приращения повышают до конструктивно удобного предела, при этом все искомые величины определяют численно без обращения к измерениям градиента. Техническим результатом является повышение точности и дальности локализации источника магнитного поля. 2 табл., 2 ил.

Изобретение относится к феррозондовым навигационным магнитометрам и может быть использовано для измерения трех ортогональных компонент вектора индукции магнитного поля Земли и выдачи сигналов, пропорциональных измеренным компонентам, в виде цифрового кода

Наверх