Цифровой феррозондовый магнитометр



Цифровой феррозондовый магнитометр
Цифровой феррозондовый магнитометр

Владельцы патента RU 2503025:

Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнева" (RU)

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 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 С1, 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 данного магнитометра является низкая скорость измерения компонент вектора индукции магнитного поля.

Задачей настоящего изобретения является повышение быстродействия цифрового феррозондового магнитометра.

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, выходы которых соединены с входами трех устройств выборки-хранения, первые выходы которых соединены со вторыми входами трех феррозондов, 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.

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), инверторов 16, 17, 18 (И) и мультиплексоров 19, 20, 21 (М). 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 синусоиды 1 и на управление устройством выборки хранения 8. В логическом блоке 14 также формируется сигнал для управления аналого-цифрового преобразователя 11 и мультиплексора 19. 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 э.д.с. переменного тока, содержащую четные гармоники частоты сигнала возбуждения. Амплитуда этой э.д.с. пропорциональна значению индукции магнитного поля, а фаза изменяется на π радиан при изменении направления вектора индукции поля на 180°. В выходной э.д.с. 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)-Кр=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 э.д.с. феррозонда 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 происходит запоминание определенного значения Uф, пропорционального соответствующей проекции вектора индукции магнитного поля. Увеличение количества циклов записи в устройстве выборки-хранения стало возможным благодаря введению в схему канала, показанную на фиг.2, инвертора и мультиплексора. На фиг.2 показано, что измерение происходит четыре раза в течение одного периода измеряемого напряжения Uф. В конкретном случае - первый раз на отрицательной полуволне измеряемого напряжения Uф в момент t, второй раз на отрицательной полуволне измеряемого напряжения Uф в момент T/2-t, третий раз на положительной полуволне измеряемого напряжения Uф в момент T/2+t и четвертый раз на положительной полуволне измеряемого напряжения Uф в момент T-t, где Т - период измеряемого напряжения Uф. Измеренные напряжения Ut и UT/2-t, в моменты времени t, T/2-t поступают на первый вход мультиплексора 19, а напряжения UT/2+t и UT-t в моменты времени T/2+t и T-t поступают на вход инвертора 16. С выхода инвертора 16 напряжения -UT/2+t и -UT-t поступают на второй вход мультиплексора 19. Первый вход мультиплексора открыт в течение первой полуволны измеряемого напряжения Uф, а второй вход мультиплексора открыт в течение второй полуволны измеряемого напряжения Uф. В результате, на вход аналого-цифрового преобразователя 11 в течение первой полуволны измеряемого напряжения Uф с выхода мультиплексора 19 поступают напряжения Ut и UT/2-t в моменты времени t, T/2-t, а в течение второй полуволны измеряемого напряжения Uф, проинвертированные напряжения -UT/2+t и -UT-t в моменты времени T/2+t и T-t. В аналого-цифровом преобразователе 11 эти напряжения преобразуются в цифровые коды Nx, пропорциональные соответствующей компоненте вектора индукции магнитного поля в моменты времени t, T/2-t, T/2+t и T-t.

Принцип работы канала Y, состоящего из феррозонда 3, избирательного усилителя 6, устройства выборки-хранения 9, инвертора 17, мультиплексора 20, аналого-цифрового преобразователя 12 и канала Z, состоящего из феррозонда 4, избирательного усилителя 7, устройства выборки-хранения 10, инвертора 18, мультиплексора 21 и аналого-цифрового преобразователя 13, аналогичен принципу работы канала X.

Таким образом, измерение компонент векторов индукции магнитного поля происходит четыре раза за период измеряемого напряжения, что в четыре раза чаще, чем в прототипе.

Процессы формирования напряжения питания, выборки-хранения и аналого-цифрового преобразования синхронизированы частотой задающего генератора 15.

Введение трех мультиплексоров и трех инверторов позволило в четыре раза повысить частоту измерения напряжений, пропорциональных компонентам вектора индукции магнитного поля.

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

Выполнено электронное моделирование схемы устройства в среде пакета OrCAD 16.3. 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, выходы которых соединены с входами трех устройств выборки-хранения, первые выходы которых соединены со вторыми входами трех феррозондов, отличающийся тем, что 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.



 

Похожие патенты:

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.

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

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

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 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 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 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 измерительной технике и представляет собой способ измерения напряжённости постоянного магнитного поля. Способ заключается в том, что конденсатор, диэлектриком которого является магнитострикционно-пьезоэлектрический композит, помещают в измеряемое постоянное магнитное поле, прикладывают заданное переменное магнитное поле и измеряют разность соседних амплитуд выходного гармонического сигнала, которая равна произведению напряжённости постоянного магнитного поля на величину, характеризующую чувствительность структуры. 1 табл., 3 ил.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, представляет собой магнитометр и может использоваться для измерения напряженности магнитного поля. Магнитометр содержит зонд с нелинейной магнитной восприимчивостью, являющийся сердечником соленоида и выполненный в виде проволоки из сверхпроводника второго рода, уложенной змейкой так, чтобы направления тока в соседних звеньях проволоки были противоположны. Техническим результатом изобретения является повышение порога чувствительности магнитометра до уровня 10-15 Тл в полосе 1 Гц. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и представляет собой дифференциальный датчик постоянного магнитного поля. Датчик состоит из конденсатора, диэлектриком которого является магнитострикционно-пьезоэлектрический композит, помещенный между катушками Гельмгольца, создающими заданное переменное магнитное поле. При помещении датчика в измеряемое постоянное магнитное поле в магнитострикционной фазе композита возникают механические напряжения, которые передаются в пьезоэлектрическую фазу, в результате чего на обкладках конденсатора возникает разность потенциалов, представляющая собой сумму двух сигналов - с обычной частотой, величина которого пропорциональна произведению напряженностей постоянного и переменного магнитного полей, и с удвоенной частотой, величина которого пропорциональна квадрату напряженности переменного магнитного поля, и измеряют разность соседних амплитуд выходного гармонического сигнала, которая равна произведению напряжённости постоянного магнитного поля на величину, характеризующую чувствительность структуры. Использование предлагаемого датчика позволяет повысить чувствительность измерений и улучшить помехоустойчивость при измерении. 1 табл., 3 ил.

Группа изобретений относится к области магнитных микро- и наноэлементов, представляет собой магнитный элемент для контроля параметров магнитной структуры типа «вихрь», который может быть использован как основа для создания магниторезистивной памяти с произвольной выборкой, а также способ такого контроля, применимый для диагностики наноматериалов. Сущность изобретения: на подложке из кремния формируют магнитный элемент из двух ферромагнитных дисков разного диаметра, асимметрично размещенных друг на друге и разделенных прослойкой из немагнитного материала, имеющей форму диска. Размеры магнитного элемента таковы, что в большом диске в отсутствие индуцированного магнитного поля формируется вихревое состояние, а в малом диске - однодоменное. Такое исполнение магнитного элемента позволяет создать асимметричную конфигурацию магнитной структуры, что является необходимым условием для контроля параметров вихря при его формировании в большом диске, и дает возможность контролировать хиральность вихря, образованного в большом диске, и направление намагниченности в малом диске. Это достигается при приложении магнитного поля под углами 0, 90, 180 или 270 градусов относительно оси, соединяющей центры дисков. В зависимости от угла приложения магнитного поля в большом диске формируется вихревое состояние с определенной хиральностью, а в малом - однодоменное состояние с контролируемым направлением намагниченности. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 пр.

Изобретение относится к сенсорному устройству с сенсором и устройством для сигнальной обработки. Технический результат - надежное распознавание манипулирования с магнитом. Сенсорное устройство (1'; 1”) содержит сенсор(10; 10') и устройство (11'; 11”) для сигнальной обработки сигнала (US; IS) сенсора, причем сенсор вырабатывает сигнал сенсора в зависимости от величины магнитного поля, и устройство содержит первый блок (110') сравнения, причем блок сравнения сравнивает сигнал сенсора с по меньшей мере одним пороговым значением (S1, S2) и в зависимости от него вырабатывает сигнал (U_OUT) импульсного датчика с первым или вторым значением, устройство (11'; 11”), кроме того, для распознавания попытки манипулирования содержит второй блок (120) сравнения, который сравнивает сигнал сенсора с заданным рабочим диапазоном (АВ) и инициирует сигнал (MS) манипуляции, если значение сигнала (US; IS) находится вне рабочего диапазона (АВ). 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 11 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, представляет собой устройство для определения параметров магнитного поля и может применяться для определения коэффициента ослабления модуля индукции магнитного поля в экранируемых рабочих объемах, а также в объемах с активной компенсацией геомагнитного поля. Устройство содержит два магнитометра, измеряющих магнитное поле внутри и снаружи экранированного объема соответственно, синхронизированные сигналы с которых через соответствующие аналоговые коммутаторы, фильтры верхних частот и аналого-цифровые преобразователи подаются на мультиплексор, после чего обрабатываются процессором. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей устройства для измерения параметров магнитного поля за счет обеспечения возможности одновременного измерения параметров магнитного поля внутри экранирующей камеры и за ее пределами. 1 ил.
© Патентный поиск, поиск патентов на изобретения - FindPatent.RU 2012-2024
Политика конфиденциальности 2013-12-27 2013-12-26T17:54:09
Наверх