Способ неразрушающего объемного измерения векторной функции магнитной индукции неоднородно распределенного в пространстве и периодически изменяющегося во времени магнитного поля



Способ неразрушающего объемного измерения векторной функции магнитной индукции неоднородно распределенного в пространстве и периодически изменяющегося во времени магнитного поля
Способ неразрушающего объемного измерения векторной функции магнитной индукции неоднородно распределенного в пространстве и периодически изменяющегося во времени магнитного поля
Способ неразрушающего объемного измерения векторной функции магнитной индукции неоднородно распределенного в пространстве и периодически изменяющегося во времени магнитного поля
Способ неразрушающего объемного измерения векторной функции магнитной индукции неоднородно распределенного в пространстве и периодически изменяющегося во времени магнитного поля
Способ неразрушающего объемного измерения векторной функции магнитной индукции неоднородно распределенного в пространстве и периодически изменяющегося во времени магнитного поля
Способ неразрушающего объемного измерения векторной функции магнитной индукции неоднородно распределенного в пространстве и периодически изменяющегося во времени магнитного поля
Способ неразрушающего объемного измерения векторной функции магнитной индукции неоднородно распределенного в пространстве и периодически изменяющегося во времени магнитного поля
Способ неразрушающего объемного измерения векторной функции магнитной индукции неоднородно распределенного в пространстве и периодически изменяющегося во времени магнитного поля
Способ неразрушающего объемного измерения векторной функции магнитной индукции неоднородно распределенного в пространстве и периодически изменяющегося во времени магнитного поля
Способ неразрушающего объемного измерения векторной функции магнитной индукции неоднородно распределенного в пространстве и периодически изменяющегося во времени магнитного поля
Способ неразрушающего объемного измерения векторной функции магнитной индукции неоднородно распределенного в пространстве и периодически изменяющегося во времени магнитного поля

 


Владельцы патента RU 2490659:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" (RU)

Предложен способ неразрушающего объемного измерения векторной функции магнитной индукции неоднородного периодически меняющегося магнитного поля. В способе измерения мгновенных объемных состояний распределения неоднородного в пространстве магнитного поля осуществляются в местах, недоступных для механического проникновения. Рабочий магнитоизмерительный орган выполняется в виде ориентируемого в пространстве одного контура, привязанного к сферической системе координат. Рабочий орган совершает движение, предполагающее чередование дискретных параллельных перемещений в направлении оси вектора нормали органа и поворотов направления этих перемещений, задаваемых зенитным и азимутальным углами сферической системы координат, таким образом, что дискретные параллельные перемещения многократно повторяются под разными углами. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей магнитометрии. 2 ил.

 

Изобретение относится к информационно-измерительной технике, в частности к магнитометрии, и может быть использовано для неразрушающей регистрации в местах недоступных для механического проникновения мгновенных объемных состояний распределения магнитного поля, неоднородного в пространстве и периодически изменяющегося во времени. Результатом регистрации являются определенные в точках пространства и моменты времени значения векторной функции индукции, реконструированные посредством применения обратного преобразования Радона к измеренным проекциям магнитного потока, полученным путем управляемого пространственного перемещения рабочего органа, интегрирующего по плоскости векторную функцию поля.

Известен способ топографии магнитного поля, реализованный в устройстве [1], который основан на измерении магнитного поля одновременно в большом количестве точек плоскости посредством матричной регулярной структуры из столбцов и строк взаимосвязанных магниточувствительных элементов, расположенных на полупроводниковой пластине, помещенной в поле. Однако известные способ и реализующее его устройство не позволяют выполнять измерения в местах недоступных для механического проникновения полупроводниковой пластины и позволяют получить только одну составляющую векторной функции магнитной индукции, одинаково направленную с нормалью к полупроводниковой пластине. Также отсутствует возможность выполнять измерения в произвольных точках, так как все точки измерения определены матричной структурой магниточувствительных элементов. Кроме того, способ имеет ограничения по количеству магниточувствительных элементов и, как следствие, по разрешающей способности.

Известен способ сканирования магнитного поля, реализованный в устройстве [2], который основан на измерении магнитного поля поочередно в точках плоскости посредством последовательно соединенной матрицы чувствительных элементов, включающей N феррозондов, с последующей обработкой измеряемых напряжений с помощью ЭВМ. Однако известные способ и реализующее его устройство не позволяют выполнять измерения в местах недоступных для механического проникновения матрицы чувствительных элементов и позволяют получить только одну составляющую векторной функции магнитной индукции. Также отсутствует возможность выполнять измерения в произвольных точках, так как все точки измерения определены матричной структурой магниточувствительных элементов. Кроме того, способ имеет ограничения по количеству магниточувствительных элементов и, как следствие, по разрешающей способности.

Известен способ измерения и топографии магнитных полей рассеяния вблизи поверхности объекта, реализованный в устройстве [3], который основан на последовательном перемещении в соответствии с заданной траекторией с помощью измерительной штанги одного трехкомпонентного датчика Холла относительно объекта измерения посредством блока механических перемещений с поворотным столиком и подвижными каретками, приводимыми в движение шаговыми двигателями, с последующей статистической обработкой результатов измерения измерительно-вычислительным блоком. Однако известные способ и реализующее его устройство не позволяют выполнять измерения в местах недоступных для механического проникновения датчика Холла.

Наиболее близким к заявляемому является способ получения распределения векторной функции магнитной индукции периодического магнитного поля [4], реализованный в устройстве [5], основанный на последовательных поступательных и угловых перемещениях магниточувствительного рабочего органа, при этом исследуемый объем представляют совокупностью параллельных сечений, распределения магнитной индукции в которых получают посредством применения процедуры реконструкции вычислительной томографии к напряжениям, индуцируемым в соответствии с законом Фарадея в контурах, перемещающихся в магнитном поле. Однако известные способ и реализующее его устройство не позволяют выполнять измерения в местах недоступных для механического проникновения магниточувствительного рабочего органа.

Техническим результатом применения заявляемого способа является расширение функциональных возможностей магнитометрии, заключающееся в измерениях распределения векторной функции магнитной индукции периодически изменяющегося во времени поля в определенных точках исследуемого пространства для произвольно выбранных моментов времени на периоде. Заявленный способ основан на последовательно-поступательных перемещениях и поворотах на углы рабочего магнитоизмерительного органа и регистрации индуцируемых в нем напряжений, посредством применения обратного преобразования Радона к измеренным проекциям магнитного потока, полученным с помощью рабочего органа в ходе его управляемого пространственного перемещения в объеме измерения способом параллельного формирования исходных проекционных данных.

Технический результат, реализуемый в способе неразрушающего объемного измерения векторной функции магнитной индукции неоднородно распределенного в пространстве и периодически изменяющегося во времени магнитного поля, достигается тем, что измерения мгновенных объемных состояний распределения неоднородного в пространстве магнитного поля осуществляют в местах, недоступных для механического проникновения, а рабочий магнитоизмерительный орган выполняют в виде ориентируемого в пространстве одного контура, привязанного к сферической системе координат, причем в ходе его управляемого пространственного перемещения осуществляют способ параллельного формирования исходных проекционных данных функции индукции, для чего рабочим органом совершают движение, предполагающее чередование дискретных параллельных перемещений в направлении оси вектора нормали органа и поворотов направления этих перемещений, задаваемых зенитным и азимутальным углами сферической системы координат, таким образом, что дискретные параллельные перемещения многократно повторяют под разными углами, причем для зенитного в интервале от 0 до ½π, а для азимутального в интервале от 0 до π, а необходимые для алгоритма реконструкции исходные проекционные данные декартовых компонент распределения векторной функции магнитной индукции в объеме измерения в декартовой системе координат получают посредством тригонометрических преобразований:

{ p x ( s , n ¯ , t ) = [ s i n θ p ( s , n ¯ , t ) + c o s θ p ( s , n ¯ θ , t ) ] c o s α [ s i n θ p ( s , n ¯ α , t ) + c o s θ p ( s , n ¯ θ , α , t ) ] s i n α ; p y ( s , n ¯ , t ) = [ s i n θ p ( s , n ¯ , t ) + c o s θ p ( s , n ¯ θ , t ) ] s i n α + + [ s i n θ p ( s , n ¯ α , t ) + c o s θ p ( s , n ¯ θ , α , t ) ] c o s α ; p z ( s , n ¯ , t ) = c o s θ p ( s , n ¯ , t ) s i n θ p ( s , n ¯ θ , t ) ,

где p ( s , n ¯ , t ) - исходные проекционные данные функции индукции; s - координата оси направления управляемого пространственного перемещения рабочего органа; θ и α - зенитный и азимутальный углы отклонения рабочего органа, соответственно; n ¯ θ = ( n , θ + π / 2 , α ) , n ¯ α = ( n , θ , α + π / 2 ) и n ¯ θ , α = ( n , θ + π / 2 , α + π / 2 ) - векторы нормалей плоскостей, соответственно перпендикулярно повернутых по углам θ и α на величину равную π/2 относительно текущего вектора нормали рабочего органа n ¯ ; t - время; px, py, pz - исходные проекционные данные x-, y-, z-компонент векторной функции магнитной индукции, которые записывают через магнитные потоки, численно равные интегралам по времени напряжений, индуцируемых в контуре:

{ p x ( s , n ¯ , t ) = [ s i n θ n T n T + t u ( s , n ¯ , t ) d t + c o s θ n T n T + t u ( s , n ¯ θ , t ) d t ] c o s α + + [ s i n θ n T n T + t u ( s , n ¯ α , t ) d t + c o s θ n T n T + t u ( s , n ¯ θ , α , t ) d t ] s i n α ; p y ( s , n ¯ , t ) = [ s i n θ n T n T + t u ( s , n ¯ , t ) d t + c o s θ n T n T + t u ( s , n ¯ θ , t ) d t ] s i n α [ s i n θ n T n T + t u ( s , n ¯ α , t ) d t + c o s θ n T n T + t u ( s , n ¯ θ , α , t ) d t ] c o s α ; p z ( s , n ¯ , t ) = c o s θ n T n T + t u ( s , n ¯ , t ) d t + s i n θ n T n T + t u ( s , n ¯ θ , t ) d t ,

где u(t) - напряжения, индуцируемые изменением потока в контуре в момент времени t; T - период, в течение которого происходит одно полное изменение функции магнитной индукции; n=1, 2, … - номер периода, причем к исходным проекционным данным применяют обратное преобразование Радона, основанное на их свертке, осуществляющей фильтрацию с использованием свертывающей функции, являющейся обратным Фурье-преобразованием квадрата частоты пространственного спектра по формуле:

{ B x ( x , y , z , t ) = ( p x ( s , n ¯ , t ) h ( s ) ) d n ¯ = 0 π / 2 [ 0 π ( p x ( s , n ¯ , t ) h ( s ) ) d α ] c o s θ d θ = = 0 π / 2 [ 0 π ( ( [ s i n θ n T n T + t u ( s , n ¯ , t ) d t + c o s θ n T n T + t u ( s , n ¯ θ , t ) d t ] c o s α + + [ s i n θ n T n T + t u ( s , n ¯ α , t ) d t + c o s θ n T n T + t u ( s , n ¯ θ , α , t ) d t ] s i n α ) h ( s ) ) d α ] c o s θ d θ ; B y ( x , y , z , t ) = ( p y ( s , n ¯ , t ) h ( s ) ) d n ¯ = 0 π / 2 [ 0 π ( p y ( s , n ¯ , t ) h ( s ) ) d α ] c o s θ d θ = = 0 π / 2 [ 0 π ( ( [ s i n θ n T n T + t u ( s , n ¯ , t ) d t + c o s θ n T n T + t u ( s , n ¯ θ , t ) d t ] s i n α + + [ s i n θ n T n T + t u ( s , n ¯ α , t ) d t + c o s θ n T n T + t u ( s , n ¯ θ , α , t ) d t ] c o s α ) h ( s ) ) d α ] c o s θ d θ ; B z ( x , y , z , t ) = ( p z ( s , n ¯ , t ) h ( s ) ) d n ¯ = 0 π / 2 [ 0 π ( p z ( s , n ¯ , t ) h ( s ) ) d α ] c o s θ d θ = = 0 π / 2 [ 0 π ( [ c o s θ n T n T + t u ( s , n ¯ , t ) d t s i n θ n T n T + t u ( s , n ¯ θ , t ) d t ] h ( s ) ) d α ] c o s θ d θ ,

где символ «*» есть оператор свертки; h(s) - свертывающая функция; d n ¯ - дифференциал вектора нормали; dθ и dα - дифференциалы зенитного и азимутального углов, соответственно; Bx(x,y,z,t0), By(x,y,z,t0), Bz(x,y,z,t0) - x-, y-, z-компоненты векторной функции магнитной индукции B ¯ , соответственно, благодаря чему реконструируют декартовы компоненты распределения векторной функции магнитной индукции в пространстве.

Суть способа неразрушающего объемного измерения векторной функции магнитной индукции неоднородно распределенного в пространстве и периодически изменяющегося во времени магнитного поля заключается в регистрации в местах, недоступных для механического проникновения, мгновенных объемных состояний распределения магнитного поля, благодаря чему определяются в конкретных точках пространства и моменты времени значения векторной функции индукции, получаемые реконструкцией посредством применения обратного преобразования Радона к измеренным проекциям магнитного потока, полученным с помощью магниточувствительного рабочего органа в ходе его управляемого пространственного перемещения в объеме измерения способом параллельного формирования исходных проекционных данных.

Магниточувствительный рабочий орган представляет собой плоский контур, на основе катушки индуктивности. Причем его размеры задаются таким образом, чтобы независимо от его положения в объеме измерения исходная векторная функция поля достаточно быстро убывала на границах этого контура.

Скалярное значение магнитного потока ФD исходной векторной функции магнитной индукции B(x,y,z,t) через поверхность D, образованную плоскостью контура, есть интеграл по плоскости, перпендикулярной вектору ее нормали n ¯ , и проходящей на расстоянии s от начала системы координат объема измерения:

Ф D = D ( s , n ¯ ) B ¯ d σ ¯ , ( 1 )

где d σ ¯ - вектор нормали, выставленный к элементарной площадке плоскости интегрирования и численно равный ее площади. Переменные n ¯ и s задают положение контура в объеме измерения, причем в метрике сферической системы координат вектор нормали n ¯ = ( n , θ , α ) .

Технически регистрация магнитного потока осуществляется благодаря закону Фарадея, согласно которому напряжение u(t), наводимое в контуре, определяется выражением:

u ( t ) = d Ф D ( t ) d t , ( 2 )

где dФD(t) - дифференциал потока векторной функции индукции; dt - дифференциал времени.

Благодаря введенному условию периодичности во времени, согласно которому поле точно повторяет свои мгновенные состояния через одинаковые промежутки времени равные периоду, продолжительность регистрации одного мгновенного объемного состояния распределения магнитного поля уже не ограничена по времени длительностью интервала дискретизации, потому что регистрировать состояние можно, осуществляя измерения в пространстве через интервалы времени, кратные периоду. И несмотря на то, что измерения значительно разнесены по времени, все они будут производиться для какого-то одного мгновенного состояния на периоде.

Интегрирование по времени t выраженного из равенства (2) дифференциала dФD(t) приводит к записи значения магнитного потока:

Ф D ( t ) = n T n T + t u ( t ) d t , ( 3 )

где T - период, в течение которого происходит одно полное изменение магнитной индукции; n=1, 2, … - номер периода.

Измерение начинается с процедуры управляемого пространственного перемещения рабочего органа в объеме измерения с получением проекций, которая соответствует прямому преобразованию Радона для трехмерного пространства (фиг.1). Управляемое пространственное перемещение реализует способ параллельного формирования исходных проекционных данных, для которого рабочий орган совершает поступательно-поворотное движение, предполагающее чередование дискретных параллельных перемещений в направлении вектора нормали органа n ¯ по оси OS и поворотов направления этих перемещений, задаваемых зенитным θ и азимутальным α углами сферической системы координат. Таким образом, дискретные параллельные перемещения многократно повторяются под разными углами, причем для зенитного в интервале от 0 до ½π, а для азимутального в интервале от 0 до π. В ходе управляемого пространственного перемещения рабочего органа после каждого его дискретного передвижения вдоль оси OS для текущего значения переменной положения s под углами, определенными вектором нормали n ¯ , регистрируется плоскостная проекция p - значение интеграла исходной функции индукции В по плоскости D, численно равное с учетом (1) значению пронизывающего магнитного потока ФD(t):

p ( s , n ¯ , t ) = D ( s , n ¯ ) B ¯ d σ ¯ = Ф D ( t ) .                             ( 4 )

Принимая во внимание выражение (3), на основании (4) проекция значений интеграла исходной функции индукции p ( s , n ¯ , t ) с учетом введенной зависимости от переменной времени записывается посредством интегралов по времени напряжений, индуцируемых изменением магнитного потока в соответствии с законом электромагнитной индукции Фарадея в контуре:

p ( s , n ¯ , t ) = D ( s , n ¯ ) B d σ ¯ = n T n T + t u ( s , n ¯ , t ) d t .                          ( 5 )

Уравнение (5) приведено для сферической системы координат, при этом в декартовой системе координат (X,Y,Z) выражение компонент данного равенства имеет вид:

{ p x ( s , n ¯ , t ) = [ sin θ p ( s , n ¯ , t ) + cos θ p ( s , n ¯ θ , t ) ] cos α [ sin θ p ( s , n ¯ α , t ) + cos θ p ( s , n ¯ θ , α , t ) ] sin α ; p y ( s , n ¯ , t ) = [ sin θ p ( s , n ¯ , t ) + cos θ p ( s , n ¯ θ , t ) ] sin α + + [ sin θ p ( s , n ¯ α , t ) + cos θ p ( s , n ¯ θ , α , t ) ] cos α ; p z ( s , n ¯ , t ) = cos θ p ( s , n ¯ , t ) sin θ p ( s , n ¯ θ , t ) , ( 6 )

где n ¯ θ = ( n , θ + π / 2 , α ) , n ¯ α = ( n , θ , α + π / 2 ) и n ¯ θ , α = ( n , θ + π / 2 , α + π / 2 ) - векторы нормалей плоскостей, соответственно перпендикулярно повернутых по углам θ и α на величину равную π/2 относительно текущего вектора нормали n ¯ .

С учетом выражения (5), система уравнений (6) записывается в виде:

{ p x ( s , n ¯ , t ) = [ sin θ n T n T + t u ( s , n ¯ , t ) d t + cos θ n T n T + t u ( s , n ¯ θ , t ) d t ] cos α + + [ sin θ n T n T + t u ( s , n ¯ α , t ) d t + cos θ n T n T + t u ( s , n ¯ θ , α , t ) d t ] sin α ; p y ( s , n ¯ , t ) = [ sin θ n T n T + t u ( s , n ¯ , t ) d t + cos θ n T n T + t u ( s , n ¯ θ , t ) d t ] sin α [ sin θ n T n T + t u ( s , n ¯ α , t ) d t + cos θ n T n T + t u ( s , n ¯ θ , α , t ) d t ] cos α ; p z ( s , n ¯ , t ) = cos θ n T n T + t u ( s , n ¯ , t ) d t + sin θ n T n T + t u ( s , n ¯ θ , t ) d t . ( 7 )

Декартовы компоненты распределения векторной функции индукции в объеме измерения получают посредством применения алгоритма реконструкции к исходным проекционным данным (7), полученным в ходе управляемого пространственного перемещения рабочего органа (фиг.2).

Задача реконструкции декартовых компонент в способе неразрушающего объемного измерения сводится к решению основного интегрального уравнения (7) с нахождением распределения компонент Bx, By, Bz по измеренным значениям плоскостных проекций px, py, pz. Решение основного интегрального уравнения (7) предполагает использование алгоритма реконструкции, основанного на обратном преобразовании Радона, посредством обратной проекции с Фурье-фильтрацией. Фурье-фильтрация осуществляется путем свертки проекций компонент непосредственно в пространстве оригинала Фурье-преобразования с соответствующей реализующей фильтрацию пространстве оригинала Фурье-преобразования с соответствующей реализующей фильтрацию свертывающей функцией h(s), являющейся обратным Фурье-преобразованием F-1[] квадрата частоты K пространственного спектра [6]. Так из (7) получают:

{ B x ( x , y , z , t ) = ( p x ( s , n ¯ , t ) h ( s ) ) d n ¯ = 0 π / 2 [ 0 π ( p x ( s , n ¯ , t ) h ( s ) ) d α ] cos θ d θ = = 0 π / 2 [ 0 π ( ( [ sin θ n T n T + t u ( s , n ¯ , t ) d t + cos θ n T n T + t u ( s , n ¯ θ , t ) d t ] cos α + + [ sin θ n T n T + t u ( s , n ¯ α , t ) d t + cos θ n T n T + t u ( s , n ¯ θ , α , t ) d t ] sin α ) h ( s ) ) d α ] cos θ d θ ; B y ( x , y , z , t ) = ( p y ( s , n ¯ , t ) h ( s ) ) d n ¯ = 0 π / 2 [ 0 π ( p y ( s , n ¯ , t ) h ( s ) ) d α ] cos θ d θ = = 0 π / 2 [ 0 π ( ( [ sin θ n T n T + t u ( s , n ¯ , t ) d t + cos θ n T n T + t u ( s , n ¯ θ , t ) d t ] sin α + + [ sin θ n T n T + t u ( s , n ¯ α , t ) d t + cos θ n T n T + t u ( s , n ¯ θ , α , t ) d t ] cos α ) h ( s ) ) d α ] cos θ d θ ; B z ( x , y , z , t ) = ( p z ( s , n ¯ , t ) h ( s ) ) d n ¯ = 0 π / 2 [ 0 π ( p z ( s , n ¯ , t ) h ( s ) ) d α ] cos θ d θ = = 0 π / 2 [ 0 π ( [ cos θ n T n T + t u ( s , n ¯ , t ) d t sin θ n T n T + t u ( s , n ¯ θ , t ) d t ] h ( s ) ) d α ] cos θ d θ , ( 8 )

где символ «*» есть оператор свертки; h ( s ) = F 1 K 2 = K 2 e 2 π K s d K , d n ¯ = d α   c o s θ   d θ - дифференциал вектора нормали; dθ и dα - дифференциал зенитного и азимутального углов, соответственно; Bx(x,y,z,t), By(x,y,z,t), Bz(x,y,z,t) - x-,y-, z-компоненты векторной функции магнитной индукции B ¯ , соответственно.

Таким образом, предложенный способ позволяет получить в местах, недоступных для механического проникновения, в объеме измерения распределения компонент векторной функции магнитной индукции неоднородно распределенного в пространстве и периодически изменяющегося во времени магнитного поля, реконструированные посредством применения принципа обратного преобразования Радона к измеренным проекциям магнитного потока, полученным путем управляемого пространственного перемещения рабочего органа, интегрирующего по плоскости векторную функцию поля.

Литература

1. Авторское свидетельство СССР №1652951, кл. G01R 33/02, опубл. 30.05.1991.

2. Авторское свидетельство СССР №1762282, кл. G01R 33/02, опубл. 15.09.1992.

3. Авторское свидетельство СССР №1684761, кл. G01R 33/06, опубл. 15.10.1991.

4. Патент РФ №2179323, кл. G01R 33/02, опубл. 10.02.2002.

5. Патент РФ №2174235, кл. G01R 33/02, опубл. 27.09.2001.

6. J. Radon. Uber die Bestimmung von Funktionen durch ihre Integralwerte langs gewisser Mannigfaltigkeiten // Berichte Sachsische Akademie der Wissenschaften, Bande 29, s.262-277, Leipzig, 1917.

Способ неразрушающего объемного измерения векторной функции магнитной индукции неоднородно распределенного в пространстве и периодически изменяющегося во времени магнитного поля, заключающийся в измерениях распределения векторной функции магнитной индукции периодически изменяющегося во времени поля в определенных точках исследуемого пространства для произвольно выбранных моментов времени на периоде и основанный на последовательно-поступательных перемещениях и поворотах на углы рабочего магнитоизмерительного органа и регистрации индуцируемых в нем напряжений, отличающийся тем, что измерения мгновенных объемных состояний распределения неоднородного в пространстве магнитного поля осуществляют в местах, недоступных для механического проникновения, а рабочий магнитоизмерительный орган выполняют в виде ориентируемого в пространстве одного контура, привязанного к сферической системе координат, причем в ходе его управляемого пространственного перемещения осуществляют способ параллельного формирования исходных проекционных данных функции индукции, для чего рабочим органом совершают движение, предполагающее чередование дискретных параллельных перемещений в направлении оси вектора нормали органа и поворотов направления этих перемещений, задаваемых зенитным и азимутальным углами сферической системы координат, таким образом, что дискретные параллельные перемещения многократно повторяют под разными углами, причем для зенитного в интервале от 0 до 1 2 π , а для азимутального в интервале от 0 до π, а необходимые для алгоритма реконструкции исходные проекционные данные декартовых компонент распределения векторной функции магнитной индукции в объеме измерения в декартовой системе координат получают посредством тригонометрических преобразований:
{ p x ( s , n ¯ , t ) = [ sin θ p ( s , n ¯ , t ) + cos θ p ( s , n ¯ θ , t ) ] cos α [ sin θ p ( s , n ¯ α , t ) + cos θ p ( s , n ¯ θ , α , t ) ] sin α ; p y ( s , n ¯ , t ) = [ sin θ p ( s , n ¯ , t ) + cos θ p ( s , n ¯ θ , t ) ] sin α + + [ sin θ p ( s , n ¯ α , t ) + cos θ p ( s , n ¯ θ , α , t ) ] cos α ; p z ( s , n ¯ , t ) = cos θ p ( s , n ¯ , t ) sin θ p ( s , n ¯ θ , t ) ,
где p ( s , n ¯ , t ) - исходные проекционные данные функции индукции;
s - координата оси направления управляемого пространственного перемещения рабочего органа;
θ и α - зенитный и азимутальный углы отклонения рабочего органа, соответственно;
n ¯ θ = ( n , θ + π / 2 , α ) , n ¯ α = ( n , θ , α + π / 2 ) и n ¯ θ , α = ( n , θ + π / 2 , α + π / 2 ) - векторы нормалей плоскостей, соответственно перпендикулярно повернутых по углам θ и α на величину, равную π/2 относительно текущего вектора нормали рабочего органа n ¯ ;
t - время;
px, py, pz - исходные проекционные данные x-, y-, z-компонент векторной функции магнитной индукции, которые записывают через магнитные потоки, численно равные интегралам по времени напряжений, индуцируемых в контуре:
{ p x ( s , n ¯ , t ) = [ sin θ n T n T + t u ( s , n ¯ , t ) d t + cos θ n T n T + t u ( s , n ¯ θ , t ) d t ] cos α + + [ sin θ n T n T + t u ( s , n ¯ α , t ) d t + cos θ n T n T + t u ( s , n ¯ θ , α , t ) d t ] sin α ; p y ( s , n ¯ , t ) = [ sin θ n T n T + t u ( s , n ¯ , t ) d t + cos θ n T n T + t u ( s , n ¯ θ , t ) d t ] sin α [ sin θ n T n T + t u ( s , n ¯ α , t ) d t + cos θ n T n T + t u ( s , n ¯ θ , α , t ) d t ] cos α ; p z ( s , n ¯ , t ) = cos θ n T n T + t u ( s , n ¯ , t ) d t + sin θ n T n T + t u ( s , n ¯ θ , t ) d t ,
где u(t) - напряжения, индуцируемые изменением потока в контуре в момент времени t;
T - период, в течение которого происходит одно полное изменение функции магнитной индукции;
n=1, 2, … - номер периода, причем к исходным проекционным данным применяют обратное преобразование Радона, основанное на их свертке, осуществляющей фильтрацию с использованием свертывающей функции, являющейся обратным Фурье-преобразованием квадрата частоты пространственного спектра по формуле
{ B x ( x , y , z , t ) = ( p x ( s , n ¯ , t ) h ( s ) ) d n ¯ = 0 π / 2 [ 0 π ( p x ( s , n ¯ , t ) h ( s ) ) d α ] cos θ d θ = = 0 π / 2 [ 0 π ( ( [ sin θ n T n T + t u ( s , n ¯ , t ) d t + cos θ n T n T + t u ( s , n ¯ θ , t ) d t ] cos α + + [ sin θ n T n T + t u ( s , n ¯ α , t ) d t + cos θ n T n T + t u ( s , n ¯ θ , α , t ) d t ] sin α ) h ( s ) ) d α ] cos θ d θ ; B y ( x , y , z , t ) = ( p y ( s , n ¯ , t ) h ( s ) ) d n ¯ = 0 π / 2 [ 0 π ( p y ( s , n ¯ , t ) h ( s ) ) d α ] cos θ d θ = = 0 π / 2 [ 0 π ( ( [ sin θ n T n T + t u ( s , n ¯ , t ) d t + cos θ n T n T + t u ( s , n ¯ θ , t ) d t ] sin α + + [ sin θ n T n T + t u ( s , n ¯ α , t ) d t + cos θ n T n T + t u ( s , n ¯ θ , α , t ) d t ] cos α ) h ( s ) ) d α ] cos θ d θ ; B z ( x , y , z , t ) = ( p z ( s , n ¯ , t ) h ( s ) ) d n ¯ = 0 π / 2 [ 0 π ( p z ( s , n ¯ , t ) h ( s ) ) d α ] cos θ d θ = = 0 π / 2 [ 0 π ( [ cos θ n T n T + t u ( s , n ¯ , t ) d t sin θ n T n T + t u ( s , n ¯ θ , t ) d t ] h ( s ) ) d α ] cos θ d θ ,
где символ «*» есть оператор свертки;
h(s) - свертывающая функция;
d n ¯ - дифференциал вектора нормали;
dθ и dα - дифференциалы зенитного и азимутального углов соответственно;
Bx(x,y,z,t0), By(x,y,z,t0), Bz(x,y,z,t0), где x, y, z - компоненты векторной функции магнитной индукции В соответственно, благодаря чему реконструируют декартовы компоненты распределения векторной функции магнитной индукции в пространстве.



 

Похожие патенты:

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 физике магнетизма и может быть использовано для изучения магнитных свойств ферромагнетиков - их магнитной вязкости и зависимости магнитной восприимчивости от напряженности внешнего магнитного поля.

Изобретение относится к физике магнетизма и может быть использовано для изучения магнитных свойств ферромагнетиков - их магнитной вязкости и зависимости магнитной восприимчивости от напряженности внешнего магнитного поля.

Изобретение относится к физике магнетизма ферромагнетиков, предварительно намагниченных в магнитном поле до состояния, соответствующего максимальной магнитной восприимчивости ферромагнетика, а затем квазискачкообразно вводимого в сверхсильное насыщающее магнитное поле за промежуток времени, существенно меньший (например, на порядок) постоянной релаксации магнитной вязкости ферромагнетика.

Изобретение относится к технике спектроскопии магнитного резонанса, а именно оптического детектирования магнитного резонанса (ОДМР), включающего оптическое детектирование электронного парамагнитного резонанса (ЭПР), и может найти применение при исследованиях конденсированных материалов и наноструктур методом ОДМР в физике, химии, биологии и др.

Изобретение относится к области техники, связанной с магнитным резонансом. .

Изобретение относится к устройствам для измерения переменных магнитных величин и может быть использовано при проведении магнитных измерений в следующих областях: физика магнитных явлений, геофизика, медицина, биомагнетизм.

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

Изобретение относится к средствам контроля медицинской техники и может быть использовано в устройствах обнаружения магнитных микрогранул, прикрепившихся к биоматериалам в результате процессов биотинилирования и гибридизации.

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 магнитно-резонансной томографии

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 геофизическим методам исследования скважин, в частности к ядерно-магнитному каротажу (ЯМК), и может быть использовано для исследования нефтяных и газовых скважин. Заявлено устройство ядерно-магнитного каротажа, состоящее из по меньшей мере одного длинного магнита, намагниченного перпендикулярно его продольной оси, и радиочастотной катушки для создания поля, перпендикулярного полю магнита, генератора радиоимпульсов, приемника сигналов ядерно-магнитного резонанса и согласующего устройства, на первый вход которого подключено начало радиочастотной катушки, конец которой соединен с общей точкой согласующего устройства, на второй вход которого подключен выход генератора радиоимпульсов, а выход согласующего устройства соединен с входом приемника сигналов ядерно-магнитного резонанса. Магнит выполнен из проводящего редкоземельного материала SmCo в виде длинного цилиндра, намагниченного перпендикулярно его продольной оси и широкой боковой поверхности. Радиочастотная катушка намотана на цилиндре, диаметр которого не менее диаметра поперечного сечения магнита, находящегося внутри цилиндра. Причем витки катушки лежат в плоскостях параллельных длинной оси магнита и перпендикулярных его полюсам в симметричных секторах, находящихся напротив полюсов магнита. Поверх радиочастотной катушки расположено экранирующее устройство. Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение чувствительности и глубинности исследования при ядерно-магнитном каротаже зондами малого диаметра. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники и представляет собой способ калибровки трехкомпонентного магнитометра с помощью меры магнитной индукции через определение корректирующей матрицы и уходов нулей магнитометра с исключением влияния внешних неоднородных (индустриальных) помех в процессе калибровки. На сфере, описанной вокруг меры из ее центра, размещают не менее 6 образцовых трехкомпонентных магнитометров, с помощью которых исключают внешние помехи из результатов калибровки. В показания образцовых магнитометров вносят поправки на индукцию от меры, вычисляют среднее исправленное показание, которое добавляется к значениям, воспроизводимым обмотками меры в собственной ортогональной системе координат ее центра, и находят искажающую матрицу калибруемого магнитометра. После отключения рабочих обмоток меры определяют уход нулей калибруемого магнитометра. Все последующие результаты измерения данным магнитометром корректируются согласно результатам калибровки. Техническим результатом заявленного способа является повышение точности калибровки магнитометра в местах с высокими уровнями индустриальных магнитных помех. 4 ил., 2 табл.

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.

Изобретения относятся к средствам управления градиентными катушками в МРТ. Усилитель содержит источник (100) питания для генерирования электрической выходной мощности, причем усилитель также содержит: цифровой вход, приспособленный для приема цифрового входного сигнала (112), причем цифровой входной сигнал (112) характеризует требуемый уровень электрической выходной мощности, генератор (124) опорной мощности для генерирования аналоговой опорной мощности, управляемый цифровым входным сигналом (112), элемент (142; 128) измерения мощности, приспособленный для измерения разности мощности между электрической выходной мощностью, обеспечиваемой источником (100) питания, и аналоговой опорной мощностью, аналого-цифровой преобразователь (130), приспособленный для преобразования разности мощности в цифровое значение (132) разности мощности, устройство комбинирования, приспособленное для обеспечения комбинированного цифрового сигнала (136) посредством добавления цифрового значения (132) разности мощности к цифровому значению, вводимому в генератор (124) опорной мощности для генерирования аналоговой опорной мощности. Технический результат заключается в снижении к требованию элементной базы с одновременным сохранением точности. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 4 ил.
Наверх