RU2166735C1 - Device for remote determination of coordinates and attitude of object (versions) - Google Patents
Device for remote determination of coordinates and attitude of object (versions) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2166735C1 RU2166735C1 RU2000106982/09A RU2000106982A RU2166735C1 RU 2166735 C1 RU2166735 C1 RU 2166735C1 RU 2000106982/09 A RU2000106982/09 A RU 2000106982/09A RU 2000106982 A RU2000106982 A RU 2000106982A RU 2166735 C1 RU2166735 C1 RU 2166735C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- amplifier
- input
- sensor
- converter unit
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для создания средств измерения координат и угловых величин объекта в автоматических системах управления, в геомагнитной навигации, в прецизионном машиностроении и приборостроении и т.д. The invention relates to the field of measurement technology and can be used to create means for measuring the coordinates and angular values of an object in automatic control systems, in geomagnetic navigation, in precision engineering and instrumentation, etc.
Известно магнитометрическое устройство для определения координат и углового положения объекта, реализующее способ определения координат и магнитного момента дипольного источника поля по измеренным параметрам магнитного поля в каждой из трех выбранных точек пространства (а.с. N 1064251, БИ N 48, 1983). Известное устройство состоит из трех трехкомпонентных магниточувствительных датчиков, трех усилительно-преобразовательных блоков, первые входы которых подключены к выходам соответствующих датчиков, а первые выходы подключены к соответствующим первым входам этих датчиков, трех генераторов переменной ЭДС, первые выходы которых подключены к соответствующим вторым входам усилительно-преобразовательных блоков, вычислительного блока, вход которого подключен к вторым выходам усилительно-преобразовательных блоков, а выход подключен к третьим входам датчиков, и дипольного источника поля в виде намагниченного объекта. При этом каждый усилительно-преобразовательный блок, подключенный к соответствующему трехкомпонентному датчику, состоит из трех каналов, каждый из которых содержит избирательный усилитель и синхронный детектор. Электрически связанные между собой трехкомпонентный датчик, усилительно-преобразовательный блок и генератор переменной ЭДС образуют электронный блок, поэтому известное устройство содержит три электронных блока. A magnetometric device for determining the coordinates and angular position of an object is known that implements a method for determining the coordinates and magnetic moment of a dipole field source from the measured magnetic field parameters in each of the three selected points of space (A.S. N 1064251, BI N 48, 1983). The known device consists of three three-component magnetosensitive sensors, three amplifier-converter blocks, the first inputs of which are connected to the outputs of the respective sensors, and the first outputs are connected to the corresponding first inputs of these sensors, three generators of variable EMF, the first outputs of which are connected to the corresponding second inputs of the amplifier conversion blocks, a computing unit, the input of which is connected to the second outputs of the amplifier-conversion blocks, and the output is connected to the sensor inputs, and the dipole field source in the form of a magnetized object. Moreover, each amplifier-converter unit connected to the corresponding three-component sensor consists of three channels, each of which contains a selective amplifier and a synchronous detector. Electrically connected with each other, a three-component sensor, an amplifier-converter unit and a variable emf generator form an electronic unit, therefore, the known device contains three electronic units.
Известное устройство работает следующим образом. На вторые входы датчиков подаются с первых выходов соответствующих генераторов переменные ЭДС, возбуждающие эти датчики. В результате этого на выходе каждого из датчиков появляются три ЭДС второй гармоники, каждая из которых пропорциональна одной из трех компонент магнитного поля, созданного дипольным источником и внешним однородным магнитным полем, в частности, геомагнитным полем. Выходные сигналы с датчиков усиливаются и детектируются в соответствующих усилительно-преобразовательных блоках, поэтому выходные сигналы с каждого усилительно-преобразовательного блока пропорциональны трем компонентам вектора магнитной индукции. Для детектирования сигналов на вторые входы каждого усилительно-преобразовательного блока подается переменное напряжение с вторых выходов соответствующих генераторов переменной ЭДС. Выходные сигналы с первых выходов усилительно-преобразовательных блоков подаются на первые входы соответствующих трехкомпонентных датчиков, обеспечивая отрицательную обратную связь по измеренным составляющим векторов магнитной индукции. Выходные сигналы с усилительно-преобразовательных блоков подаются на входы вычислительного блока. В вычислительном блоке осуществляется определение компонент однородного магнитного поля, координат и магнитного момента дипольного источника, а также определение направляющих косинусов вектора магнитного момента этого источника. Направление вектора магнитного момента дипольного источника поля жестко связано с намагниченностью объекта (Чернышев Е.Т., Чернышева Н. Г. , Студенцов Н.В., Чечурина Е.Н. М.: Изд-во Комитета стандартов и измерительных приборов, 1969, с. 41-42), поэтому направляющие косинусы вектора магнитного момента дипольного источника поля определяют и угловое положение этого источника и жестко связанного с ним объекта. Сигналы, пропорциональные компонентам вектора однородного магнитного поля, поступают с выходов вычислительного блока на соответствующий датчик, осуществляя компенсацию однородного магнитного поля в объеме каждого датчика. The known device operates as follows. The second inputs of the sensors are fed from the first outputs of the respective generators by EMF variables exciting these sensors. As a result of this, three emfs of the second harmonic appear at the output of each of the sensors, each of which is proportional to one of the three components of the magnetic field created by the dipole source and an external uniform magnetic field, in particular, a geomagnetic field. The output signals from the sensors are amplified and detected in the corresponding amplifier-converter blocks, so the output signals from each amplifier-converter block are proportional to the three components of the magnetic induction vector. To detect signals, the second inputs of each amplifier-converter unit are supplied with alternating voltage from the second outputs of the corresponding generators of variable EMF. The output signals from the first outputs of the amplifier-converter blocks are fed to the first inputs of the corresponding three-component sensors, providing negative feedback on the measured components of the magnetic induction vectors. The output signals from the amplifier-conversion blocks are fed to the inputs of the computing unit. In the computing unit, the components of the uniform magnetic field, the coordinates and the magnetic moment of the dipole source are determined, and the direction cosines of the vector of the magnetic moment of this source are determined. The direction of the vector of the magnetic moment of the dipole field source is strictly related to the magnetization of the object (Chernyshev E.T., Chernysheva N.G., Studentsov N.V., Chechurina E.N. M: Publishing House of the Committee of Standards and Measuring Instruments, 1969, pp. 41-42), therefore, the directing cosines of the vector of the magnetic moment of the dipole field source determine the angular position of this source and the object rigidly connected with it. Signals proportional to the components of the uniform magnetic field vector are supplied from the outputs of the computing unit to the corresponding sensor, compensating for the uniform magnetic field in the volume of each sensor.
Известное техническое решение обеспечивает порой определение координат и углового положения объекта в течение длительного времени, которое не соответствует требованиям для решения частных задач. Это обусловлено тем, что при отсутствии каких-либо сведений о местоположении объекта определение его координат осуществляется численным методом путем задания случайных значений координат объекта, которые могут существенно отличаться от действительных. A well-known technical solution sometimes provides the determination of the coordinates and angular position of an object for a long time, which does not meet the requirements for solving particular problems. This is due to the fact that in the absence of any information about the location of the object, its coordinates are determined numerically by setting random values of the coordinates of the object, which can differ significantly from the actual ones.
Известно устройство для дистанционного определения координат и углового положения объекта (пат. 2103664 РФ, 1998, БИ N 3), которое по совокупности существенных признаков наиболее близко предлагаемому и принято за прототип. Известное устройство состоит из трех источников магнитного поля, выполненных в виде трех катушек индуктивности, размещенных на объекте, трех трехкомпонентных датчиков, генератора переменных напряжений, двадцати семи усилительно-преобразовательных блоков, выходы которых являются выходами устройства, первые входы первого, десятого и девятнадцатого усилительно-преобразовательных блоков подключены к первому выходу первого датчика, первые входы второго, одиннадцатого и двадцатого усилительно-преобразовательных блоков подключены к второму выходу первого датчика, первые входы третьего, двенадцатого и двадцать первого усилительно-преобразовательных блоков подключены к третьему выходу первого датчика, первые входы четвертого, тринадцатого и двадцать второго усилительно-преобразовательных блоков подключены к первому выходу второго датчика, первые входы пятого, четырнадцатого и двадцать третьего усилительно-преобразовательных блоков подключены к второму выходу второго датчика, первые входы шестого, пятнадцатого и двадцать чертвертого усилительно-преобразовательных блоков подключены к третьему выходу второго датчика, первые входы седьмого, шестнадцатого и двадцать пятого усилительно-преобразовательных блоков подключены к первому выходу третьего датчика, первые входы восьмого, семнадцатого и двадцать шестого усилительно-преобразовательных блоков подключены к второму выходу третьего датчика, первые входы девятого, восемнадцатого и двадцать седьмого усилительно-преобразовательных блоков подключены к третьему выходу третьего датчика, вторые входы первого, второго, третьего, четвертого, пятого, шестого, седьмого, восьмого и девятого усилительно-преобразовательных блоков подключены к первому выходу генератора переменных напряжений, вторые входы десятого, одиннадцатого, двенадцатого, четырнадцатого, пятнадцатого, шестнадцатого, семнадцатого и восемнадцатого усилительно-преобразовательных блоков подключены к второму выходу генератора переменных напряжений, вторые входы девятнадцатого, двадцатого, двадцать первого, двадцать второго, двадцать третьего, двадцать четвертого, двадцать пятого, двадцать шестого и двадцать седьмого усилительно-преобразовательных блоков подключены к третьему выходу генератора переменных напряжений, четвертый и пятый выходы которого подключены к выводам первой катушки индуктивности, шестой и седьмой выходы - к выводам второй катушки индуктивности, а восьмой и девятый выходы - к выводам третьей катушки индуктивности. A device for remotely determining the coordinates and angular position of an object (US Pat. 2103664 RF, 1998, BI N 3), which, according to the set of essential features, is closest to the proposed and adopted as a prototype. The known device consists of three sources of a magnetic field, made in the form of three inductors placed on the object, three three-component sensors, an alternating voltage generator, twenty-seven amplifier-converter blocks, the outputs of which are the device outputs, the first inputs of the first, tenth and nineteenth amplification converter blocks are connected to the first output of the first sensor, the first inputs of the second, eleventh and twentieth amplifier-converter blocks are connected to the WTO the first sensor’s output, the first inputs of the third, twelfth and twenty-first amplifier-converter blocks are connected to the third output of the first sensor, the first inputs of the fourth, thirteenth and twenty-second amplifier-converter blocks are connected to the first output of the second sensor, the first inputs of the fifth, fourteenth and twenty the third amplifier-converter blocks are connected to the second output of the second sensor, the first inputs of the sixth, fifteenth and twenty-fourth amplifier-converter blocks are connected to the third output of the second sensor, the first inputs of the seventh, sixteenth and twenty-fifth amplification-conversion blocks are connected to the first output of the third sensor, the first inputs of the eighth, seventeenth and twenty-six amplification-conversion blocks are connected to the second output of the third sensor, the first inputs of the ninth, of the eighteenth and twenty-seventh amplification-conversion blocks are connected to the third output of the third sensor, the second inputs of the first, second, third, fourth, fifth, w of the ninth, seventh, eighth and ninth amplification-conversion blocks are connected to the first output of the alternating voltage generator, the second inputs of the tenth, eleventh, twelfth, fourteenth, fifteenth, sixteenth, seventeenth and eighteenth amplifying-conversion blocks are connected to the second output of the alternating voltage generator, the second inputs nineteenth, twentieth, twenty-first, twenty-second, twenty-third, twenty-fourth, twenty-fifth, twenty-sixth and twenty-seventh amplifier-converter blocks are connected to the third output of the alternating voltage generator, the fourth and fifth outputs of which are connected to the terminals of the first inductor, the sixth and seventh outputs to the terminals of the second inductor, and the eighth and ninth outputs to the terminals of the third inductor.
Известное устройство (пат. 2103664 РФ, 1998, БИ N 3) работает следующим образом. В катушках индуктивности, подключенных к генератору переменных напряжений, протекает переменные токи разных частот. В результате этого катушки индуктивности воспроизводят переменные магнитные поля разных частот. В трехкомпонентных датчиках по каждой компоненте индуктируются переменные ЭДС, каждая из которых пропорциональна составляющей вектора магнитной индукции, созданной катушками индуктивности. Эти ЭДС усиливаются и детектируются усилительно-преобразовательными блоками, каждый из которых состоит из избирательного усилителя и синхронного детектора. Для этого на вторые входы усилительно-преобразовательных блоков подаются опорные напряжения с соответствующими частотами с генератора переменных напряжений, а на первые входы этих блоков подаются с соответствующих выходов датчиков переменные ЭДС. В результате этого на выходах усилительно-преобразовательных блоков будут сигналы, пропорциональные составляющим векторов магнитной индукции, созданной катушками индуктивности. По выходным сигналам с усилительно-преобразовательных блоков и взаимному расположению датчиков определяют координаты и угловое положение объекта по алгоритму, изложенному в работах (Смирнов Б. М. Определение координат и углового положения объекта при наличии и отсутствии контакта с ним // Измерительная техника, 1998, N 2, с. 30); пат. 2103664 РФ, 1998, БИ N 3). The known device (US Pat. 2103664 RF, 1998, BI N 3) works as follows. In the inductance coils connected to an alternating voltage generator, alternating currents of different frequencies flow. As a result of this, inductors reproduce alternating magnetic fields of different frequencies. In three-component sensors, EMF variables are induced for each component, each of which is proportional to the component of the magnetic induction vector created by the inductors. These EMFs are amplified and detected by amplifier-conversion units, each of which consists of a selective amplifier and a synchronous detector. To do this, reference voltages with corresponding frequencies from the alternating voltage generator are supplied to the second inputs of the amplifier-converter blocks, and variable EMFs are supplied from the corresponding outputs of the sensors to the first inputs of these blocks. As a result of this, the outputs of the amplifier-converter blocks will have signals proportional to the components of the magnetic induction vectors created by the inductors. The output signals from the amplifier-converter blocks and the relative position of the sensors determine the coordinates and the angular position of the object according to the algorithm described in (Smirnov B.M. N 2, p. 30); US Pat. 2103664 RF, 1998, BI N 3).
Известное устройство отличается сложностью конструкции. Действительно, в его приемную часть входят двадцать семь усилительно-преобразовательных блоков, а в передающую часть - три катушки индуктивности (три источника магнитного поля). Кроме того, в известном устройстве осуществлена контактная (проводная) связь между источниками магнитного поля, являющимися передающей частью устройства, и генератором переменных напряжений, который входит в приемную часть устройства. Наличие проводной связи не обеспечивает определение координат и углового положения объекта на удаленных расстояниях, например, при посадке самолета или на небольших расстояниях, когда невозможно осуществить проводную связь между источниками магнитного поля, усилительно-преобразовательными блоками и генератором переменных напряжений, в частности, при стыковке летательных и подводных аппаратов. The known device is complex in design. Indeed, its receiving part includes twenty-seven amplifier-converter blocks, and the transmitting part includes three inductors (three sources of magnetic field). In addition, in the known device, a contact (wire) connection is made between the magnetic field sources, which are the transmitting part of the device, and the alternating voltage generator, which is included in the receiving part of the device. The presence of wire communication does not provide for the determination of the coordinates and angular position of an object at remote distances, for example, when landing an airplane or at short distances, when it is impossible to conduct wire communication between sources of a magnetic field, amplification-conversion units, and an alternating voltage generator, in particular, when connecting aircraft and underwater vehicles.
Задачей предлагаемого изобретения является создание устройства для дистанционного определения координат и углового положения объекта, отличающегося от прототипа более простой конструкцией и отсутствием контактной, в частности, проводной связи между приемными и передающими составными частями этого устройства. Поставленная задача создания устройства для дистанционного определения координат и углового положения объекта решается за счет измерения составляющих вектора магнитной индукции, созданной источником магнитного поля, размещенного на объекте, в четырех точках пространства, размещенных в вершинах тетраэдра. The objective of the invention is to provide a device for remote determination of the coordinates and angular position of an object that differs from the prototype in a simpler design and the absence of contact, in particular, wire communication between the receiving and transmitting components of this device. The task of creating a device for remote determination of the coordinates and angular position of an object is solved by measuring the components of the magnetic induction vector created by a magnetic field source located on the object at four points in space located at the vertices of the tetrahedron.
Предлагаемое изобретение представляет два устройства для дистанционного определения координат и углового положения объекта, связанных между собой настолько, что они образуют единый изобретательский замысел. The present invention provides two devices for remote determination of the coordinates and angular position of an object, interconnected so much that they form a single inventive concept.
Предлагаемое устройство для дистанционного определения координат и углового положения объекта (по первому варианту), содержащее источник переменного магнитного поля, расположенный на объекте, три трехкомпонентных магниточувствительных датчика, генератор переменных напряжений и двенадцать усилительно-преобразовательных блоков, выходы которых являются выходами устройства, первый вход первого усилительно-преобразовательного блока подключен к первому выходу первого датчика, первый вход второго усилительно-преобразовательного блока подключен к второму выходу первого датчика, первый вход третьего усилительно-преобразовательного блока подключен к третьему выходу первого датчика, первый вход четвертого усилительно-преобразовательного блока подключен к первому выходу второго датчика, первый вход пятого усилительно-преобразовательного блока подключен к второму выходу второго датчика, первый вход шестого усилительно-преобразовательного блока подключен к третьему выходу второго датчика, первый вход седьмого усилительно-преобразовательного блока подключен к первому выходу третьего датчика, первый вход восьмого усилительно-преобразовательного блока подключен к второму выходу третьего датчика, первый вход девятого усилительно-преобразовательного блока подключен к третьему выходу третьего датчика, первый выход генератора переменных напряжений подключен к вторым входам первого, второго, третьего, четвертого, пятого, шестого, седьмого, восьмого и девятого усилительно-преобразовательных блоков, а второй и третий выходы - к источнику переменного магнитного поля, снабжено четвертым трехкомпонентным магниточувствительным датчиком, у которого первый выход подключен к первому входу десятого усилительно-преобразовательного блока, второй выход - к первому входу одиннадцатого усилительно-преобразовательного блока, а третий выход - к первому входу двенадцатого усилительно-преобразовательного блока, при этом вторые входы десятого, одиннадцатого и двенадцатого усилительно-преобразовательных блоков подключены к первому выходу генератора переменных напряжений, а все трехкомпонентные магниточувствительные датчики размещены в вершинах тетраэдра. The proposed device for remote determination of the coordinates and angular position of the object (according to the first embodiment), containing a variable magnetic field source located on the object, three three-component magnetosensitive sensors, an alternating voltage generator and twelve amplification-conversion blocks, the outputs of which are the device outputs, the first input of the first the amplifier-converter unit is connected to the first output of the first sensor, the first input of the second amplifier-converter unit connected to the second output of the first sensor, the first input of the third amplifier-converter unit is connected to the third output of the first sensor, the first input of the fourth amplifier-converter unit is connected to the first output of the second sensor, the first input of the fifth amplifier-converter unit is connected to the second output of the second sensor, the first the input of the sixth amplifier-converter unit is connected to the third output of the second sensor, the first input of the seventh amplifier-converter unit is connected to the first mu output of the third sensor, the first input of the eighth amplifier-converter unit is connected to the second output of the third sensor, the first input of the ninth amplifier-converter unit is connected to the third output of the third sensor, the first output of the alternating voltage generator is connected to the second inputs of the first, second, third, fourth, the fifth, sixth, seventh, eighth and ninth amplification-conversion blocks, and the second and third outputs to the source of an alternating magnetic field, equipped with a fourth three-component a magneto-sensitive sensor, in which the first output is connected to the first input of the tenth amplifier-converter unit, the second output is connected to the first input of the eleventh amplifier-converter unit, and the third output is connected to the first input of the twelfth amplifier-converter unit, while the second inputs of the tenth, eleventh, and the twelfth amplification-conversion blocks are connected to the first output of the alternating voltage generator, and all three-component magnetosensitive sensors are located at the vertices tetrahedron.
Предлагаемое устройство для дистанционного определения координат и углового положения объекта (по второму варианту), содержащее источник магнитного поля, расположенный на объекте, три трехкомпонентных магниточувствительных датчика, генератор переменных напряжений и двенадцать усилительно-преобразовательных блоков, выходы которых являются выходами устройства, первый вход первого усилительно-преобразовательного блока подключен к первому выходу первого датчика, первый вход второго усилительно-преобразовательного блока подключен к второму выходу первого датчика, первый вход третьего усилительно-преобразовательного блока подключен к третьему выходу первого датчика, первый вход четвертого усилительно-преобразовательного блока подключен к первому выходу второго датчика, первый вход пятого усилительно-преобразовательного блока подключен к второму выходу второго датчика, первый вход шестого усилительно-преобразовательного блока подключен к третьему выходу второго датчика, первый вход седьмого усилительно-преобразовательного блока подключен к первому выходу третьего датчика, первый вход восьмого усилительно-преобразовательного блока подключен к второму выходу третьего датчика, первый вход девятого усилительно-преобразовательного блока подключен к третьему выходу третьего датчика, а первый выход генератора переменных напряжений подключен к вторым входам первого, второго, третьего, четвертого, пятого, шестого, седьмого, восьмого и девятого усилительно-преобразовательных блоков, снабжено четвертым трехкомпонентным магниточувстительным датчиком, у которого первый выход подключен к первому входу десятого усилительно-преобразовательного блока, второй выход - к первому входу одиннадцатого усилительно-преобразовательного блока, третий выход - к первому входу двенадцатого усилительно-преобразовательного блока, при этом вторые входы десятого, одиннадцатого и двенадцатого усилительно-преобразовательных блоков подключены к первому выходу генератора переменных напряжений, второй выход которого подключен к входам первого, второго, третьего и четвертого трехкомопнентных магниточувствительных датчиков, размещенных в вершинах тетраэдра. The proposed device for remote determination of the coordinates and angular position of an object (according to the second embodiment), containing a magnetic field source located on the object, three three-component magnetosensitive sensors, an alternating voltage generator and twelve amplifier-converter blocks, the outputs of which are the device outputs, the first input of the first amplifier the conversion unit is connected to the first output of the first sensor, the first input of the second amplifier-conversion unit is connected to the second output of the first sensor, the first input of the third amplifier-converter unit is connected to the third output of the first sensor, the first input of the fourth amplifier-converter unit is connected to the first output of the second sensor, the first input of the fifth amplifier-converter unit is connected to the second output of the second sensor, the first input of the sixth the amplifier-converter unit is connected to the third output of the second sensor, the first input of the seventh amplifier-converter unit is connected to the first output of fifth sensor, the first input of the eighth amplifier-converter unit is connected to the second output of the third sensor, the first input of the ninth amplifier-converter unit is connected to the third output of the third sensor, and the first output of the alternating voltage generator is connected to the second inputs of the first, second, third, fourth, fifth , the sixth, seventh, eighth and ninth amplification-conversion blocks, is equipped with a fourth three-component magnetosensitive sensor, in which the first output is connected to the first during the tenth amplification converter block, the second output is to the first input of the eleventh amplification converter block, the third output is to the first input of the twelfth amplification converter block, while the second inputs of the tenth, eleventh and twelfth amplification converter blocks are connected to the first output of the variable generator voltage, the second output of which is connected to the inputs of the first, second, third and fourth three-component magnetosensitive sensors located at the vertices t etrahedra.
Применение в предлагаемом техническом решении по первому и второму вариантам четырех трехкомпонентных магниточувствительных датчиков, размещенных в вершинах тетраэдра, двенадцати усилительно-преобразовательных блоков и генератора переменных напряжений, включенных между собой определенным образом, и измерение составляющих четырех векторов магнитной индукции, созданной источником магнитного поля, расположенных на объекте, обеспечивает, как и в прототипе, определение координат и углового положения источника магнитного поля, а значит, и объекта при отсутствии сведений, в каком октанте системы координат находится объект. При этом техническое решение по первому варианту обеспечивает определение координат и угловое положение объекта, когда на объекте размещен источник переменного магнитного поля, а техническое решение по второму варианту обеспечивает определение координат и угловое положение объекта, когда на объекте размещен источник переменного или постоянного магнитного поля. Предлагаемое техническое решение как по первому, так и по второму вариантам отличается от известного, которое принято за прототип, простотой конструктивного исполнения. Кроме того, в техническом решении по второму варианту между датчиками, усилительно-преобразовательными блоками и генератором переменных напряжений, образующими приемную часть предлагаемого устройства, и источником магнитного поля, образующим передающую часть упомянутого устройства, отсутствует контактная (проводная) связь. Это обеспечивает определение координат и углового положения объекта там, где контактную связь с объектом сложно или невозможно осуществить. The use in the proposed technical solution according to the first and second variants of four three-component magnetosensitive sensors located at the vertices of the tetrahedron, twelve amplifier-converter blocks and an alternating voltage generator connected in a specific way, and measuring the components of the four magnetic induction vectors created by the magnetic field source located on the object, provides, as in the prototype, the determination of the coordinates and angular position of the source of the magnetic field, and And the object in the absence of information in which octant of the coordinate system of the object. In this case, the technical solution according to the first embodiment provides the determination of the coordinates and the angular position of the object when an alternating magnetic field source is placed on the object, and the technical solution according to the second embodiment provides the coordinates and the angular position of the object when the alternating or constant magnetic field source is located at the object. The proposed technical solution in both the first and second options differs from the known one, which is taken as a prototype, in the simplicity of the design. In addition, in the technical solution according to the second embodiment, there is no contact (wire) connection between the sensors, amplification-conversion units and the alternating voltage generator forming the receiving part of the proposed device and the magnetic field source forming the transmitting part of the said device. This provides the determination of the coordinates and angular position of the object where contact with the object is difficult or impossible.
Таким образом, технический результат предлагаемого устройства для дистанционного определения координат и углового положения объекта выражается в упрощении конструкции по сравнению с прототипом, возможности определения координат и углового положения объекта при отсутствии и наличии контакта с объектом и при расположении на объекте источника переменного или постоянного магнитного поля. Thus, the technical result of the proposed device for remote determination of the coordinates and angular position of the object is expressed in simplifying the design compared to the prototype, the ability to determine the coordinates and angular position of the object in the absence and presence of contact with the object and when the source of the variable or constant magnetic field is located on the object.
Сущность предлагаемого технического решения поясняется следующими графическими материалами. The essence of the proposed technical solution is illustrated by the following graphic materials.
На фиг. 1 изображена структурная схема устройства для дистанционного определения координат и углового положения объекта по первому и второму вариантам. In FIG. 1 shows a block diagram of a device for remote determination of the coordinates and angular position of an object according to the first and second variants.
На фиг. 2 изображено пространственное расположение трехкомпонентных магниточувствительных датчиков в декартовой системе координат OXYZ. In FIG. Figure 2 shows the spatial arrangement of three-component magnetosensitive sensors in the Cartesian coordinate system OXYZ.
Предлагаемое устройство для дистанционного определения координат и углового положения объекта по первому и второму вариантам (фиг. 1) состоит из четырех трехкомпонентных магниточувствительных датчиков 1-4, двенадцати усилительно-преобразовательных блоков 5-16, генератора переменных напряжений 17 и источника магнитного поля 18, размещенного на объекте 19. Первый вход блока 5 подключен к первому выходу датчика 1, первый вход блока 6 подключен к второму выходу датчика 1, первый вход блока 7 подключен к третьему выходу датчика 1, первый вход блока 8 подключен к первому выходу датчика 2, первый вход блока 9 подключен к второму выходу датчика 2, первый вход блока 10 подключен к третьему выходу датчика 2, первый вход блока 11 подключен к первому выходу датчика 3, первый вход блока 12 подключен к второму выходу датчика 3, первый вход блока 13 подключен к третьему выходу датчика 3, первый вход блока 14 подключен к первому выходу датчика 4, первый вход блока 15 подключен к второму выходу датчика 4, первый вход блока 16 подключен к третьему выходу датчика 4, а первый выход генератора 17 подключен к вторым входам блоков 5-16. В предлагаемом устройстве для дистанционного определения координат и углового положения объекта по второму варианту второй выход генератора 17 подключен к входам датчиков 1-4, а в устройстве для определения координат и углового положения объекта по первому варианту второй и третий выход генератора 17 подключен к источнику переменного магнитного поля 18. В предлагаемом устройстве по первому и второму вариантам источник магнитного поля 18 размещен на объекте 19, а трехкомпонентные магниточувствительные датчики 20-23 (фиг. 2) размещены в вершинах тетраэдра, например, датчики 20, 22 и 23 размещены на осях, а датчик 21 размещен в начале декартовой системы координат OXYZ. The proposed device for remote determination of the coordinates and angular position of the object according to the first and second variants (Fig. 1) consists of four three-component magnetosensitive sensors 1-4, twelve amplifier-conversion blocks 5-16, an alternating voltage generator 17 and a magnetic field source 18, located at the facility 19. The first input of block 5 is connected to the first output of sensor 1, the first input of block 6 is connected to the second output of sensor 1, the first input of block 7 is connected to the third output of sensor 1, the first input of block 8 p connected to the first output of sensor 2, the first input of block 9 is connected to the second output of sensor 2, the first input of block 10 is connected to the third output of sensor 2, the first input of block 11 is connected to the first output of sensor 3, the first input of block 12 is connected to the second output of sensor 3 , the first input of block 13 is connected to the third output of the sensor 3, the first input of block 14 is connected to the first output of the sensor 4, the first input of block 15 is connected to the second output of the sensor 4, the first input of block 16 is connected to the third output of the sensor 4, and the first output of the generator 17 connected to second inputs blocks 5-16. In the proposed device for remote determination of the coordinates and angular position of the object according to the second embodiment, the second output of the generator 17 is connected to the inputs of the sensors 1-4, and in the device for determining the coordinates and angular position of the object according to the first embodiment, the second and third output of the generator 17 is connected to a variable magnetic source fields 18. In the proposed device according to the first and second options, the magnetic field source 18 is located on the object 19, and the three-component magnetosensitive sensors 20-23 (Fig. 2) are placed at the vertices the tetrahedron, for example, the
Предлагаемое устройство для дистанционного определения координат и углового положения объекта по первому варианту работает следующим образом. The proposed device for remote determination of coordinates and angular position of an object according to the first embodiment works as follows.
Источник 18 (фиг. 1), подключенный к генератору 17 создает переменное магнитное поле частотой f. В трехкомпонентных датчиках 1-4 (например, в пассивных индукционных датчиках) по каждой компоненте индуктируются переменные ЭДС, каждя из которых пропорциональна составляющей вектора магнитной индукции, созданной источником 18. Эти ЭДС усиливаются и детектируются блоками 5-16, каждый из которых состоит из избирательного усилителя и синхронного детектора. Для этого на вторые входы блока 5-16 подается опорное напряжение частотой f с первого выхода генератора 17, а на первые входы этих блоков подаются с соответствующих выходов датчиков 1-4 переменные ЭДС. В результате этого на выходах блоков 5-16 будут сигналы соответствующих полярностей, пропорциональные амплитудам составляющих векторов магнитной индукции, созданной источником 18. Поэтому выходные сигналы с блоков 5-16 будут пропорциональны проекциям следующих векторов магнитной индукции: 
X2 0+Y2 0+Z2 0= r2 0;
где (a1, b1, c1), (a2, b2, c2) и (a3, b3, c3) - координаты соответствующих датчиков 1, 3, 4 (фиг. 1) или 20, 23, 22 (фиг. 2) в системе координат OXYZ; 
X 2 0 + Y 2 0 + Z 2 0 = r 2 0 ;
where (a 1 , b 1 , c 1 ), (a 2 , b 2 , c 2 ) and (a 3 , b 3 , c 3 ) are the coordinates of the corresponding sensors 1, 3, 4 (Fig. 1) or 20, 23, 22 (Fig. 2) in the OXYZ coordinate system;
Принимая координаты (x0, y0, z0) за начальное приближение местоположения источника 18, определим действительные значения координат и вектора магнитного момента 
Векторы магнитной индукции 
Предлагаемое устройство по первому варианту обеспечивает определение координат и углового положения объекта, как и известное устройство, которое принято за прототип, при отсутствии каких-либо сведений о местоположении объекта, в любом октанте, в любой координатной плоскости и произвольной ориентации объекта, отличаясь от прототипа более простым конструктивным исполнением. Действительно, в состав предлагаемого устройства, в отличие от прототипа, входят не двадцать семь усилительно-преобразовательных блоков, а - двенадцать, не три источника магнитного поля, а - один. Кроме того, предлагаемое техническое решение по сравнению с аналогом обеспечивает определение координат и угловое положение объекта в существенно ограниченном пространстве (в окрестностях точки, расстояние от которой до действительного местоположения объекта отличается на ±11,5%), что повышает быстродействие определения координат и углового положения объекта более чем на порядок.Taking the coordinates (x 0 , y 0 , z 0 ) for the initial approximation of the location of the source 18, we determine the actual values of the coordinates and the magnetic moment vector
Magnetic Induction Vectors
The proposed device according to the first embodiment provides the determination of the coordinates and angular position of the object, as well as the known device, which is taken as a prototype, in the absence of any information about the location of the object, in any octant, in any coordinate plane and arbitrary orientation of the object, differing from the prototype by more simple design. Indeed, the composition of the proposed device, in contrast to the prototype, includes not twenty-seven amplification-conversion units, but twelve, not three sources of the magnetic field, but one. In addition, the proposed technical solution, in comparison with the analogue, provides the determination of the coordinates and the angular position of the object in a substantially limited space (in the vicinity of the point, the distance from which to the actual location of the object differs by ± 11.5%), which increases the speed of determining the coordinates and angular position object more than an order of magnitude.
Предлагаемое устройство для дистанционного определения координат и углового положения объекта по второму варианту работает следующим образом. The proposed device for remote determination of coordinates and angular position of an object according to the second embodiment works as follows.
Источник 18 (фиг. 1) воспроизводит постоянное или переменное магнитное поле, например, в виде однополярных прямоугольных импульсов, изменяющихся от нулевого значения. На входы трехкомпонентных датчиков 1-4, например, феррозондов подается переменное напряжение частотой f с генератора 17, перемагничивающее магниточувствительные элементы датчиков 1-4. В результате этого на трех выходах каждого из датчиков 1-4 появляются ЭДС вторых гармоник, пропорциональных проекциям векторов магнитной индукции, созданной источником 18, на оси чувствительности упомянутых датчиков (Афанасьев Ю.В. Феррозондовые приборы. Л.: Энергоатомиздат, 1986). Эти ЭДС усиливаются и детектируются блоками 5-16, каждый из которых состоит из избирательного усилителя и синхронного детектора. Для этого на вторые входы блоков 5-16 подается опорное напряжение частотой 2f c первого выхода генератора 17, а на первые входы этих блоков подаются с соответствующих выходов датчиков 1-4 переменные ЭДС частотой 2f. В результате этого на выходах блоков 5-16 будут сигналы соответствующих полярностей, пропорциональные значениям составляющих векторов магнитной индукции, созданной источником 18. Далее осуществляется определение координат и углового положения объекта 19 по измеренным составляющим векторов магнитной индукции и координатам датчиков 1-4 относительно друг друга так же, как и для устройства по первому варианту. The source 18 (Fig. 1) reproduces a constant or alternating magnetic field, for example, in the form of unipolar rectangular pulses, changing from zero value. At the inputs of three-component sensors 1-4, for example, fluxgates, an alternating voltage of frequency f is supplied from the generator 17, magnetizing magnetically sensitive elements of the sensors 1-4. As a result of this, at the three outputs of each of the sensors 1–4, the second-harmonic emf appears, which is proportional to the projections of the magnetic induction vectors created by the source 18, on the sensitivity axis of the sensors (Afanasyev Yu.V. Ferrozond devices. L .: Energoatomizdat, 1986). These EMFs are amplified and detected by blocks 5-16, each of which consists of a selective amplifier and a synchronous detector. For this, the second inputs of blocks 5-16 are supplied with a reference voltage of frequency 2f from the first output of the generator 17, and the EMF variables of frequency 2f are fed from the corresponding outputs of the sensors 1-4 to the first inputs of these blocks. As a result of this, at the outputs of blocks 5-16 there will be signals of corresponding polarities proportional to the values of the components of the magnetic induction vectors created by the source 18. Next, the coordinates and the angular position of the object 19 are determined by the measured components of the magnetic induction vectors and the coordinates of the sensors 1-4 relative to each other so same as for the device according to the first embodiment.
В предлагаемом устройстве по второму варианту используются активные датчики 1-4 (фиг. 1), в частности феррозонды, поэтому данное устройство обеспечивает дистанционное определение координат и углового положения объекта на постоянном и переменном магнитных полях, воспроизводимых источником 18 в диапазоне частот от нуля до единиц килогерц, при этом частота прямоугольных импульсов магнитного поля, воспроизводимого источником 18, должна быть много меньше частоты f. Предлагаемое же устройство по первому варианту при габаритах трехкомпонентного датчика, соизмеримого с габаритами датчика по второму варианту, обеспечивает дистанционное определение координат и углового положения объекта в диапазоне частот от единиц килогерц и выше. In the proposed device according to the second embodiment, active sensors 1-4 are used (Fig. 1), in particular flux probes, therefore, this device provides remote sensing of the coordinates and angular position of an object in constant and alternating magnetic fields reproduced by source 18 in the frequency range from zero to units kilohertz, while the frequency of the rectangular pulses of the magnetic field reproduced by the source 18 should be much less than the frequency f. The proposed device according to the first embodiment, with the dimensions of a three-component sensor, commensurate with the dimensions of the sensor according to the second embodiment, provides remote sensing of the coordinates and angular position of the object in the frequency range from units of kilohertz and above.
Предлагаемое устройство по второму варианту, как и устройство по первому варианту, обеспечивает определение координат и углового положения объекта при отсутствии каких-либо сведений о местоположении объекта, в любом октанте, в любой координатной плоскости и при произвольной ориентации объекта, отличаясь от прототипа более простым конструктивным исполнением и отсутствием контактной связи с объектом. Действительно, в состав предлагаемого устройства в отличие от прототипа входят не двадцать семь усилительно-преобразовательных блока, а - двенадцать, не три источника магнитного поля, а - один. Кроме того, предлагаемое техническое решение по сравнению с аналогом обеспечивает определение координат и углового положения объекта в существенно ограниченном пространстве (в окрестности точки, расстояние от которой до действительного местоположения объекта отличается на ± 11,5%), что повышает быстродействие определения координат и углового положения объекта. The proposed device according to the second embodiment, like the device according to the first embodiment, provides the determination of the coordinates and angular position of the object in the absence of any information about the location of the object, in any octant, in any coordinate plane and with arbitrary orientation of the object, differing from the prototype in a simpler constructive execution and lack of contact with the object. Indeed, the composition of the proposed device, in contrast to the prototype, includes not twenty-seven amplification-conversion units, but twelve, not three sources of the magnetic field, but one. In addition, the proposed technical solution, in comparison with the analogue, provides the determination of the coordinates and the angular position of the object in a substantially limited space (in the vicinity of the point, the distance from which to the actual location of the object differs by ± 11.5%), which increases the speed of determining the coordinates and angular position object.
Использование в предлагаемом техническом решении вычислительного блока позволит автоматизировать процесс дистанционного определения координат и углового положения объекта. Для этого выходы усилительно-преобразовательных блоков предлагаемого устройства (его вариантов) следует подключить, например, к преобразователю измерительному многоканальному (ПИМ-1, сертификат N 15660-96, Госстандарт России), разработанному АО "АТИС" (г. С.-Петербург). Using the computing unit in the proposed technical solution will automate the process of remote determination of the coordinates and angular position of the object. To this end, the outputs of the amplification-conversion blocks of the proposed device (its variants) should be connected, for example, to a multichannel measuring converter (PIM-1, certificate N 15660-96, Gosstandart of Russia) developed by ATIS JSC (St. Petersburg) .
В предлагаемом устройстве (его вариантах) усилительно-преобразовательные блоки, каждый из которых состоит из избирательного усилителя и синхронного детектора, активные трехкомпонентные датчики (феррозондовые датчики) и генератор переменных напряжений могут быть выполнены аналогично, как и в магнитометре (Афанасьев Ю.В. Феррозондовые приборы. Л.: Энергоатомиздат, 1986, с. 117, 132, 135, 137). Трехкомпонентные пассивные датчики для устройства по первому варианту могут быть реализованы из пассивных однокомпонентных датчиков (Чернышев Е.Т., Чечурина Е.Н., Чернышева Н.Г., Студенцов Н.В. Магнитные измерения. М.: Изд-во Комитета стандартов и измерительных приборов, 1969, с. 59-62). В устройстве по первому варианту источник магнитного поля может быть выполнен в виде меры магнитного момента, выводы которой подключены к выходам генератора переменных напряжений. В устройстве по второму варианту источник магнитного поля может быть выполнен в виде меры магнитного момента, подключенной к источнику постоянного тока, а источник переменного магнитного поля может быть выполнен в виде меры магнитного момента, подключенной к мультивибратору. При этом мера магнитного момента может быть аналогична известной мере (Чернышев Е.Т., Чечурина Е.Н., Чернышева Н.Г., Студенцов Н.В. Магнитные измерения. М.: Изд-во Комитета стандартов и измерительных приборов, 1969, с. 41-42). In the proposed device (its variants), amplifier-converter blocks, each of which consists of a selective amplifier and a synchronous detector, active three-component sensors (flux-gate sensors) and an alternating voltage generator can be performed in the same way as in a magnetometer (Afanasyev Yu.V. Ferrozondovye instruments. L .: Energoatomizdat, 1986, p. 117, 132, 135, 137). The three-component passive sensors for the device according to the first embodiment can be implemented from passive one-component sensors (Chernyshev E.T., Chechurina E.N., Chernysheva N.G., Studentsov N.V. Magnetic measurements. M.: Publishing House of Standards Committee and measuring instruments, 1969, p. 59-62). In the device according to the first embodiment, the magnetic field source can be made in the form of a measure of the magnetic moment, the conclusions of which are connected to the outputs of the alternating voltage generator. In the device according to the second embodiment, the magnetic field source can be made in the form of a measure of the magnetic moment connected to a constant current source, and the variable magnetic field source can be made in the form of a measure of the magnetic moment connected to a multivibrator. In this case, the measure of the magnetic moment can be similar to a known measure (Chernyshev E.T., Chechurina E.N., Chernysheva N.G., Studentsov N.V. Magnetic measurements. M: Publishing House of the Committee of Standards and Measuring Instruments, 1969 , pp. 41-42).
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000106982/09A RU2166735C1 (en) | 2000-03-21 | 2000-03-21 | Device for remote determination of coordinates and attitude of object (versions) |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000106982/09A RU2166735C1 (en) | 2000-03-21 | 2000-03-21 | Device for remote determination of coordinates and attitude of object (versions) |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2166735C1 true RU2166735C1 (en) | 2001-05-10 |
Family
ID=20232185
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2000106982/09A RU2166735C1 (en) | 2000-03-21 | 2000-03-21 | Device for remote determination of coordinates and attitude of object (versions) |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2166735C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2452652C2 (en) * | 2010-02-01 | 2012-06-10 | Открытое акционерное общество "Маяк" | Method of determining coordinates of magnetic field source (versions) |
| WO2022105291A1 (en) * | 2020-11-17 | 2022-05-27 | 四川鼎鸿智电装备科技有限公司 | Construction machinery motion attitude control method and apparatus, device, and storage medium |
-
2000
- 2000-03-21 RU RU2000106982/09A patent/RU2166735C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2452652C2 (en) * | 2010-02-01 | 2012-06-10 | Открытое акционерное общество "Маяк" | Method of determining coordinates of magnetic field source (versions) |
| WO2022105291A1 (en) * | 2020-11-17 | 2022-05-27 | 四川鼎鸿智电装备科技有限公司 | Construction machinery motion attitude control method and apparatus, device, and storage medium |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6534982B1 (en) | Magnetic resonance scanner with electromagnetic position and orientation tracking device | |
| CA1295126C (en) | Roll-independent magnetometer system | |
| US6605936B1 (en) | Current detecting apparatus and current detecting method | |
| CN103675744B (en) | The calibration facility of superconductive quantum interference sensor and scaling method | |
| CN113325353B (en) | Magnetometer spatial attitude calibration method and system | |
| RU2166735C1 (en) | Device for remote determination of coordinates and attitude of object (versions) | |
| RU101206U1 (en) | PERMANENT MAGNETIC FIELD SENSOR ASSEMBLY, AC MAGNETIC FIELD SENSOR ASSEMBLY AND COMBINED SENSORS ASSEMBLY FOR DIAGNOSTIC OF PIPELINE TECHNICAL CONDITION | |
| Trinh et al. | Miniature tri-axis magnetometer with in-plane GMR sensors | |
| RU2171476C1 (en) | Facility determining position of object ( versions ) | |
| RU2103664C1 (en) | Device for remote determination of position of object ( versions ) | |
| RU2206109C1 (en) | Facility determining induction of geomagnetic field from mobile object | |
| RU2207599C1 (en) | Facility establishing induction of geomagnetic field from mobile object | |
| RU2151405C1 (en) | Device determining position of object | |
| RU2620326C1 (en) | Device for contactless diagnostics of the underground pipelines technical condition with the possibility of calibration in the field conditions | |
| RU2130619C1 (en) | Magnetometric device determining angular position of body (versions) | |
| RU2138019C1 (en) | Device for remote fixing of position of object ( variants ) | |
| RU2152002C1 (en) | Device for remote determination of position of object ( versions ) | |
| RU1830493C (en) | Way of determination of magnetic induction vector component | |
| RU2247404C1 (en) | Apparatus for determining parameters of magnetization degree of movable object | |
| RU2257594C1 (en) | Device for measuring parameters characterizing magnetization of moving object | |
| JPS594671B2 (en) | Magnetic field vector detection method | |
| RU1279376C (en) | Device for determination of coordinates and magnetic moment of dipole source of magnetic | |
| JP2003004409A (en) | Position-measuring method and position-measuring apparatus | |
| RU2168188C1 (en) | Process determining projections of magnetic induction vector of geomagnetic field from mobile object ( versions ) | |
| RU2204851C1 (en) | Device for measuring flux density of mobile-object geomagnetic field |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20050322 |