Способ поверки магнитоизмерительных приборов



Способ поверки магнитоизмерительных приборов
Способ поверки магнитоизмерительных приборов

 


Владельцы патента RU 2503026:

Закрытое акционерное общество "МЕРА" (RU)

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 области поверки магнитоизмерительных систем, например, для поиска крупных и мелких ферромагнитных объектов (магнитных аномалий, подводных лодок, донных мин и т.д.)

В настоящее время поверку многодатчиковых магнитоизмерительных систем осуществляют стандартным способом с помощью воспроизведения однородного магнитного поля (МП) в специальной лаборатории с применением специальных технических средств. При этом, поверку (определение соответствующих погрешностей) проводят для каждого из магнитометров системы отдельно. Такая поверка имеет следующие недостатки:

- необходимо демонтировать с носителя поверяемые датчики;

- требуется специальная поверочная лаборатория, оборудованная для воспроизведения однородного МП;

- требуется значительное время на последовательное проведение поверки каждого датчика системы.

В то же время, МП искомого объекта неоднородно, т.е. зависимо от координат. Неоднородно и поле самого носителя системы, которое по-разному искажает результаты измерения штатными датчиками в разных местах носителя. В связи с этим, чрезвычайно актуально стоит задача поверки (определения соответствующих погрешностей) многодатчиковой магнитоизмерительной системы непосредственно на носителе системы с учетом погрешностей от носителя.

При магнитном поиске объект аппроксимируют точкой с магнитным моментом (ММ), неизвестными являются координаты точки приложения ММ и его компоненты. Принято различать операции обнаружения, пеленгации, локализации и классификации искомого объекта. При обнаружении фиксируют факт наличия неоднородного магнитного поля, или факт «где-то что-то есть». При пеленгации определяют неизвестное направление на искомый объект, т.е. определяют единичный вектор направления или направляющие косинусы углов относительно осей выбранной системы координат (СК) наблюдения. При локализации определяют неизвестные координаты искомого объекта в этой СК. При классификации определяют неизвестные компоненты ММ искомого объекта в той же СК. Многие специалисты под обнаружением понимают все, вплоть до классификации. Это приводит к путанице в оценках предельных расстояний. Например, обнаружить «где-то что-то» можно с какого-то предельного расстояния, а определить направление на искомый объект с минимально приемлемой погрешностью, например с погрешностью телесного угла π/2 (это размер октанта СК 4π/8), можно с существенно меньшего расстояния, не говоря уже о локализации или классификации объекта. В монографии [Специальная магнитометрия. Р.Б. Семевский и др. СПб Наука, 2002], посвященной магнитному поиску, приводятся оценки дальностей (и вероятностей) обнаружения, но нет оценок погрешностей пеленгации, локализации или классификации. С другой стороны, в статье [Ю.М. Иванов, В.Г. Семенов. Оценки погрешностей пеленгации и локализации источника магнитного поля дипольной модели. Измерительная техника №5, 2008] показано, что оценки этих погрешностей нарастают лавинообразно с увеличением расстояния до объекта поиска. Поэтому существующая практика переноса оценок обнаружения на пеленгацию, локализацию нарушает единство измерений.

Известен способ поверки измерительных приборов [Патент РФ №2428708], а также способ поверки магнитоизмерительных приборов [Патент РФ №2010257]. Последний выбран в качестве прототипа по совокупности общих признаков наиболее близких заявляемому способу.

Известный способ поверки включает воздействие полем дипольной меры на поверяемый прибор, расположенный на фиксированном расстоянии от меры.

Причиной, препятствующей достижению указанного ниже технического результата для известного способа является то, что известный способ посвящен поверке только одного демонтированного магнитоизмерительного прибора (магнитометра) в лабораторных условиях.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в обеспечении комплексной бездемонтажной поверки магнитометрических (многодатчиковых) систем поиска источников магнитного поля.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, состоит в определении погрешностей магнитометрической системы поиска с учетом погрешностей, вносимых ферромагнитным носителем средств поиска.

Указанный технический результат достигается тем, что заявляемый способ поверки магнитоизмерительных приборов с помощью дипольной меры магнитного момента, расположенной на фиксированном расстоянии от поверяемого объекта, отличается, тем, что датчиками магнитометров, размещенными на штатных местах системы поиска источников МП, измеряют приращения индукции магнитного поля относительно опорного датчика, а трехкомпонентную меру магнитного момента ориентируют вдоль осей системы координат поиска, затем стандартным средством измеряют радиус-вектор между центром системы координат и центром меры, воспроизводят мерой некоторый магнитный момент, по которому рассчитывают, а также измеряют соответствующие приращения индукции, по которым косвенно измеряют радиус-вектор к источнику и его магнитный момент, после чего определяют погрешности измерений как разности измеренных и заданных величин с учетом погрешностей, вносимых носителем, на котором расположены поверяемые приборы.

На Фиг.1 изображена схема реализации заявляемого способа, где 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6 - датчики трехкомпонентных или модульных бортовых магнитометров, установленных на ферромагнитном носителе 7 аппратуры поиска источников магнитного поля, 8 - трехкомпонентная мера магнитного момента (ММ), расположенная вне носителя 7. Магнитометры 1, 2…6 включены по схеме измерения приращений относительно магнитометра 0, расположенного в центре СК носителя 7.

Заявляемый способ действует следующим образом. При поверке системы поиска на носителе 7 меру 8 устанавливают на некотором расстоянии от центра СК и ориентируют вдоль ее осей, измеряют компоненты радиус-вектора от центра 0 до центра меры 8. Ориентацию меры 8 и измерение радиус-вектора осуществляют с помощью страндартных средств измерения линейно-угловых величин. На Фиг.1 этот радиус-вектор обозначен символом R. Пропуская и измеряя токи через обмотки меры 8, воспроизводят заданные компоненты магнитного момента. На Фиг.1 он обозначен символом М.

Для разделения неоднородного и однородного полей искомого источника и Земли, используют непосредственно измерение приращений МП на той или другой известной базе (расстоянии). Для локализации используют не менее двух трехкомпонентных приращений. Т.е. используют не менее 6 чисел, для определения 6 неизвестных: 3 компонент радиус-вектора к искомому источнику и 3 компонент его магнитного момента. Датчиками 1, 2…6 измеряют относительно опорного датчика 0 приращения, индукции магнитного поля, заданные мерой 8: B10=B1-B0, …В60=B60. По измеренным приращениям В10изм, …В60изм решают систему нелинейных уравнений относительно неизвестных радиус-вектора к источнику, и его магнитного момента. Другими словами, эти неизвестные определяют или косвенно измеряют. На Фиг.1 они обозначены как Rизм и Mизм. После чего находят погрешности всей поверяемой системы как разности (косвенно) измеренных и заданных R и М

Δ R = R и з м R Δ M = M и з м M ( 1 )

а также погрешности измерения каждого приращения индукции

Δ B 10 = B 10 и з м В 10 Δ В 60 = В 60 и з м В 60 ( 2 )

Заданные В10…В60 определяют с помощью известной формулы для индукции МП

В = μ 0 М 4 π R 3 ( 3 ϕ n m ) ( 3 )

где: R, n - размер и единичное направление радиус-вектора между точкой определения индукции В и центром меры 5;

M, m - размер и единичное направление магнитного момента меры 5;

φ=m·n.

Подставляя в (3) радиус-вектор Ri=R+ri, где ri - известный радиус-вектор из точки i=1, 2…6 носителя 7 к центру СК, вычисляют индукцию в i-той точке и приращения индукции между точками В10…В60. Радиус-вектор ri определяют по чертежу носителя 7.

С помощью (1) контролируют работоспособность всей системы поиска, с помощью (2) контролируют влияние носителя 7 на каждую компоненту каждого измерителя приращений 10, 20…60 и снижают это влияние для тех компонент, где оно превышает допустимый уровень.

Для проверки заявляемого способа проведены следующие расчеты в пакете «МатЛаб». Примем r1=(6 0 0) м; r2=(-6 0 0) м; r3=(0 6 0) м; r4=(0 -6 0) м; r5=(0 0 6) м; r6=(0 0 -6) м; радиус-вектор R=(-6 100 3) м; MM, воспроизводимый мерой 8: М=(2000 7000 6856) Ам2; СКО (на компоненту) собственных шумов феррозондовых датчиков в режиме приращения 0.02 нТл [Специальная магнитометрия 2002 г. С.12].

Допустим, что влияние ферромагнитного носителя на датчики устранено с остаточной систематической погрешностью:

a = ( 0.04 0.03 0.1 0.02 0.06 0.01 0.17 0.1 0.004 0.02 0.22 0.11 0.01 0.1 0.03 0.07 0.01 0.006 ) н Т л ( 4 )

где первый столбец для приращения 10, второй для 20 и т.д.

Расчет проведен с многократным повторением (100 раз), результаты усреднены, итоговые погрешности, представленные в терминах СКО и оценки среднего, приведены в таблице 1 в зависимости от размера (4): 0, а, 2а.

Таблица 1
а=0 (комп. моделир.) а
СКО, м 1.5 1.49 1.47
Погрешность среднего, м 0.13 2.2 4.1
СКО, Ам2 67 75 66
Погрешность среднего, Ам2 2.9 208 409
СКО, нТл 1.5 1.49 1.47

В таблице 2 приведены результаты расчета погрешности среднего для приращений индукции (2), вычисленных с помощью (3).

Таблица 2
индекс приращения i 1 2 3 4 5 6
ΔBi0i0изм-Bi0, нТл -0.0409 0.0277 0.0996 0.0230 -0.0608 0.0095
-0.1687 -0.1002 -0.0084 -0.0180 0.2163 0.1088
0.0105 0.0974 0.0338 0.0697 -0.0093 0.0081

Как видно из данных таблицы 1, СКО меняется незначительно, но погрешность среднего меняется почти пропорционально а. Первый столбец данных показывает предельные значения погрешностей определения R и М, которые могут быть достигнуты при устранении влияния носителя на результаты измерения приращений индукции.

Данные таблицы 2 позволяют судить о том, какие компоненты измерителей приращений превышают допустимый уровень (например, 0.05 нТл) и нуждаются в первоочередной коррекции. В таблице они отмечены жирным шрифтом.

Способ поверки магнитоизмерительных приборов с помощью дипольной меры магнитного момента, расположенной на фиксированном расстоянии от поверяемого объекта, отличающийся, тем, что датчиками магнитометров, размещенными на штатных местах системы поиска источников магнитного поля, измеряют приращения индукции магнитного поля относительно опорного датчика, а трехкомпонентную меру магнитного момента ориентируют вдоль осей системы координат поиска, затем стандартным средством измеряют радиус-вектор между центром системы координат и центром меры, воспроизводят мерой некоторый магнитный момент, по которому рассчитывают, а также измеряют соответствующие приращения индукции, по которым косвенно измеряют радиус-вектор к источнику и его магнитный момент, после чего определяют погрешности измерений как разности измеренных и заданных величин с учетом погрешностей, вносимых носителем, на котором расположены поверяемые приборы.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к феррозондовым навигационным магнитометрам и может быть использовано для измерения трех ортогональных компонент вектора индукции магнитного поля Земли.

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 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.

Изобретение относится к системам магнитно-импедансной томографии. Система содержит систему возбуждения, имеющую несколько катушек возбуждения для генерирования магнитного поля возбуждения с целью наведения вихревых токов в исследуемом объеме, измерительную систему, имеющую несколько измерительных катушек для измерения полей, сгенерированных наведенными вихревыми токами, при этом измерительные катушки расположены в объемной (3D) геометрической компоновке, и устройство реконструкции, предназначенное для приема измерительных данных из измерительной системы и реконструкции изображения объекта в исследуемом объеме по измеренным данным. Каждая из отдельных измерительных катушек охватывает область и ориентирована по существу поперечно силовым линиям магнитного поля возбуждения катушек возбуждения, отдельные измерительные катушки совместно охватывают область, соответствующую объемной (3D) геометрической компоновке, причем катушки возбуждения охватывают область, в которой расположены измерительные катушки. Область, охваченная каждой из отдельных измерительных катушек, ориентирована перпендикулярно области, охваченной катушками возбуждения. Использование изобретения позволяет повысить качество изображения для объемных объектов. 7 з.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх