RU2204851C1 - Device for measuring flux density of mobile-object geomagnetic field - Google Patents
Device for measuring flux density of mobile-object geomagnetic field Download PDFInfo
- Publication number
- RU2204851C1 RU2204851C1 RU2001132519/28A RU2001132519A RU2204851C1 RU 2204851 C1 RU2204851 C1 RU 2204851C1 RU 2001132519/28 A RU2001132519/28 A RU 2001132519/28A RU 2001132519 A RU2001132519 A RU 2001132519A RU 2204851 C1 RU2204851 C1 RU 2204851C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- inputs
- projections
- magnetic
- flux density
- sensor
- Prior art date
Links
Landscapes
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в магниторазведке для поиска полезных ископаемых, в области космических исследований для измерения магнитного поля околоземного пространства и магнитного поля планет, в магнитной навигации для определения скорости и местоположения судна и т.д. The invention relates to the field of measurement technology and can be used in magnetic prospecting for minerals, in the field of space research to measure the magnetic field of near-Earth space and the magnetic field of planets, in magnetic navigation to determine the speed and location of the vessel, etc.
Известно устройство для определения магнитной индукции геомагнитного поля с подвижного объекта, содержащее размещенные на подвижном объекте модульный магнитометр, углоизмерительное устройство и устройство обработки информации [1] . При этом выход модульного магнитометра и три выхода углоизмерительного устройства подключены к устройству обработки информации. В известном техническом решении углоизмерительное устройство выполнено из трехкомпонентного феррозондового магнитометра. Известное устройство работает следующим образом. A device for determining the magnetic induction of a geomagnetic field from a moving object, containing placed on a moving object, a modular magnetometer, angle measuring device and information processing device [1]. In this case, the output of the modular magnetometer and three outputs of the angle measuring device are connected to the information processing device. In a known technical solution, the angle measuring device is made of a three-component flux-gate magnetometer. The known device operates as follows.
Измеряют углоизмерительным устройством углы курса, крена, тангажа объекта синхронно с измерением модульным магнитометром значений модулей векторов магнитной индукции. Значения измеряемых углов и модулей векторов магнитной индукции поступают на устройство обработки информации, в которое вводятся также три коэффициента Пуассона, три суммы коэффициентов Пуассона и проекции вектора магнитной индукции объекта на оси системы координат объекта, которая обусловлена жесткой намагниченностью объекта. Три коэффициента Пуассона, три суммы коэффициентов Пуассона и вектор магнитной индукции, обусловленный жесткой намагниченностью объекта, предварительно определяют на специально оборудованном стенде с известным модулем вектора индукции геомагнитного поля при отсутствии объекта по методике, изложенной в работе [2]. По результатам измеренных модулей векторов магнитной индукции, углов курса, крена, тангажа объекта, известных трех коэффициентов Пуассона, трех сумм коэффициентов Пуассона и вектору магнитной индукции от жесткой намагниченности объекта устройство обработки информации определяет модули векторов магнитной индукции геомагнитного поля при различных местоположениях подвижного объекта по методике, изложенной в упомянутой работе [2]. The angle measuring device measures the angles of the heading, roll, pitch of the object synchronously with the measurement by the modular magnetometer of the values of the modules of the magnetic induction vectors. The values of the measured angles and modules of the magnetic induction vectors are sent to the information processing device, which also introduces three Poisson's ratios, three sums of Poisson's ratios and the projection of the magnetic induction vector of the object on the axis of the object's coordinate system, which is due to the hard magnetization of the object. Three Poisson's ratios, three sums of Poisson's ratios and the magnetic induction vector due to the rigid magnetization of the object are preliminarily determined on a specially equipped bench with a known module of the geomagnetic field induction vector in the absence of the object according to the method described in [2]. Based on the results of the measured modules of the magnetic induction vectors, heading angles, roll, pitch of the object, the known three Poisson coefficients, three sums of Poisson coefficients and the magnetic induction vector from the hard magnetization of the object, the information processing device determines the modules of the geomagnetic field magnetic induction vectors at various locations of the moving object using the technique set forth in the aforementioned work [2].
В известном техническом решении [1] погрешность измерения углов курса, крена, тангажа объекта может привести к существенной погрешности определения индукции геомагнитного поля. Кроме того, известное техническое решение создано для реализации алгоритма определения модуля вектора индукции геомагнитного поля, когда магнитная индукция объекта в месте размещения модульного датчика, обусловленная индуктивной и жесткой намагниченностью объекта, существенно меньше индукции геомагнитного поля и составляет десятки нанотеслов [1, 3] . В том случае, когда магнитная индукция объекта в месте размещения модульного датчика, обусловленная индуктивной и жесткой намагниченностью объекта, составляет единицы тысяч нанотеслов, то погрешность определения модуля вектора магнитной индукции известным техническим решением существенно взрастает. In the known technical solution [1], the error in measuring the angles of the course, roll, pitch of the object can lead to a significant error in determining the induction of the geomagnetic field. In addition, the well-known technical solution was created to implement the algorithm for determining the module of the geomagnetic field induction vector, when the magnetic induction of the object at the location of the modular sensor, due to the inductive and hard magnetization of the object, is significantly less than the geomagnetic field induction and amounts to dozens of nanotests [1, 3]. In the case when the magnetic induction of the object at the location of the modular sensor, due to the inductive and hard magnetization of the object, is several thousand nanotesla, the error in determining the module of the magnetic induction vector by a known technical solution increases significantly.
Известно устройство для определения индукции геомагнитного поля с подвижного объекта [4], которое по совокупности существенных признаков наиболее близко предлагаемому и принято за прототип. Известное устройство состоит из размещенных на подвижном объекте трехкомпонентного магнитометрического датчика с взаимно ортогональными осями, трех усилительно-преобразовательных блоков, первые входы которых подключены к выходам упомянутого датчика, генератора переменных напряжений, первый выход которого подключен к входу трехкомпонентного датчика, а второй выход - к вторым входам усилительно-преобразовательных блоков, регистрирующего блока, входы которого подключены к выходам усилительно-преобразовательных блоков, углоизмерительного устройства, выходы которого подключены к трем дополнительным входам регистрирующего блока, выполненного с возможностью регистрации сигналов, пропорциональных значениям проекций векторов магнитной индукции и углов курса, крена, тангажа объекта, устройства обработки информации, подключенного к выходу регистрирующего блока. A device is known for determining the induction of a geomagnetic field from a moving object [4], which, based on the set of essential features, is the closest to the proposed one and is taken as a prototype. The known device consists of a three-component magnetometric sensor located on a moving object with mutually orthogonal axes, three amplifier-converter blocks, the first inputs of which are connected to the outputs of the said sensor, an alternating voltage generator, the first output of which is connected to the input of the three-component sensor, and the second output to the second the inputs of the amplifier-converter blocks, the recording unit, the inputs of which are connected to the outputs of the amplifier-converter blocks, measure the angle nogo device, outputs of which are connected to three further inputs of the recording unit, adapted to register signals proportional to values of the projections of the vectors of magnetic induction and course angles, roll, pitch object, an information processing apparatus connected to the output of the registering unit.
Известное устройство работает следующим образом. На вход трехкомпонентного магнитометрического датчика, в частности феррозонда, подается с генератора переменное напряжение, возбуждающее этот датчик. В результате на выходах датчика появляются три ЭДС второй гармоники, каждая из которых пропорциональна проекции вектора магнитной индукции на соответствующую магнитную ось датчика [5, с.66]. Выходные сигналы с датчика усиливаются и детектируются в соответствующих усилительно-преобразовательных блоках. Для детектирования сигналов на вторые входы усилительно-преобразовательных блоков подается переменное напряжение с генератора переменных напряжений. На входы регистрирующего блока поступают сигналы с выходов усилительно-преобразовательных блоков, пропорциональные проекциям векторов магнитной индукции при изменении местоположения объекта, и выходные сигналы с углоизмерительного устройства, пропорциональные углам курса, крена, тангажа объекта. Регистрирующий блок обеспечивает синхронную регистрацию сигналов, пропорциональных значениям проекций векторов магнитной индукции и углов курса, крена, тангажа объекта, и передачу их на устройство обработки информации, при введении в которое всех девяти коэффициентов (параметров) Пуассона и проекций вектора магнитной индукции на оси чувствительности датчика от жесткой намагниченности объекта осуществляется определение проекций индукции геомагнитного поля на оси выбранной опорной системы координат. The known device operates as follows. At the input of a three-component magnetometric sensor, in particular a flux gate, an alternating voltage is supplied from the generator, exciting this sensor. As a result, three emfs of the second harmonic appear at the sensor outputs, each of which is proportional to the projection of the magnetic induction vector onto the corresponding magnetic axis of the sensor [5, p. 66]. The output signals from the sensor are amplified and detected in the corresponding amplification-conversion blocks. To detect the signals, the second inputs of the amplifier-converter blocks are supplied with alternating voltage from an alternating voltage generator. The inputs of the recording unit receive signals from the outputs of the amplification-conversion blocks proportional to the projections of the magnetic induction vectors when the location of the object is changed, and the output signals from the angle measuring device are proportional to the angles of the heading, roll, and pitch of the object. The recording unit provides synchronous registration of signals proportional to the values of the projections of the magnetic induction vectors and the heading angles, roll, pitch of the object, and their transmission to the information processing device, when all nine Poisson coefficients (parameters) and the projections of the magnetic induction vector on the sensor sensitivity axis are introduced into it from the hard magnetization of the object, the projection of the induction of the geomagnetic field on the axis of the selected reference coordinate system is determined.
В известном техническом решении [4] для определения индукции геомагнитного поля необходимы сведения не только о параметрах Пуассона объекта, проекциях вектора магнитной индукции от жесткой намагниченности объекта в месте размещения трехкомпонентного датчика, но и сведения об углах курса, крена, тангажа объекта. Погрешности измерения упомянутых углов курса, крена, тангажа объекта могут привести к существенной погрешности определения индукции геомагнитного поля. In the well-known technical solution [4], to determine the induction of the geomagnetic field, information is needed not only about the Poisson parameters of the object, projections of the magnetic induction vector from the hard magnetization of the object at the location of the three-component sensor, but also information about the course angles, roll, and pitch of the object. Errors of measurement of the mentioned heading angles, roll, pitch of the object can lead to a significant error in determining the induction of the geomagnetic field.
Задачей предлагаемого изобретения является разработка устройства для определения индукции геомагнитного поля с подвижного объекта, существенно ослабляющего влияние погрешности измерения углов курса, крена, тангажа объекта на погрешность определения индукции геомагнитного поля. Поставленная задача решается за счет возможности устройством обработки информации воспроизведения сигналов, пропорциональных проекциям вектора магнитной индукции от намагниченности объекта на оси датчика и применения сумматора, передающего эти сигналы на трехкомпонентный датчик, обеспечивающих компенсацию упомянутых проекций вектора магнитной индукции в месте размещения магниточувствительного элемента трехкомпонентного датчика. The objective of the invention is to develop a device for determining the induction of a geomagnetic field from a moving object, significantly weakening the influence of the error in measuring the course angles, roll, pitch of the object on the error in determining the induction of the geomagnetic field. The problem is solved due to the ability of the information processing device to reproduce signals proportional to the projections of the magnetic induction vector from the magnetization of the object on the axis of the sensor and to use an adder that transmits these signals to the three-component sensor, which compensate the mentioned projections of the magnetic induction vector at the location of the magnetically sensitive element of the three-component sensor.
Предлагаемое устройство для определения индукции геомагнитного поля с подвижного объекта, включающее размещенные на объекте трехкомпонентный магнитометрический датчик с взаимно ортогональными осями, три усилительно-преобразовательных блока, первые входы которых подключены к соответствующим выходам трехкомпонентного датчика, генератор переменных напряжений, первый выход которого подключен к первому входу трехкомпонентного датчика, а второй выход - к вторым входам усилительно-преобразовательных блоков, регистрирующий блок, первые три входа которого подключены к соответствующим выходам первого, второго и третьего усилительно-преобразовательных блоков, углоизмерительное устройство, три выхода которого подключены соответственно к четвертому, пятому и шестому входам регистрирующего блока, выполненного с возможностью синхронной регистрации сигналов, пропорциональных значениям проекций векторов магнитной индукции и углов курса, крена, тангажа объекта, и устройство обработки информации, подключенное к выходу регистрирующего блока, снабжено сумматором, у которого первый, второй и третий входы подключены к соответствующим выходам первого, второго и третьего усилительно-преобразовательных блоков, четвертый, пятый и шестой входы подключены соответственно к первому, второму и третьему выходам устройства обработки информации, а три выхода подключены соответственно к второму, третьему и четвертому входам трехкомпонентного датчика, при этом устройство обработки информации выполнено с возможностью определения параметров Пуассона, проекций вектора магнитной индукции от жесткой намагниченности объекта, индукции геомагнитного поля и формирования сигналов, пропорциональных проекциям вектора магнитной индукции от намагниченности объекта. The proposed device for determining the induction of a geomagnetic field from a moving object, including a three-component magnetometric sensor with mutually orthogonal axes located on the object, three amplifier-converter blocks, the first inputs of which are connected to the corresponding outputs of the three-component sensor, an alternating voltage generator, the first output of which is connected to the first input a three-component sensor, and the second output is to the second inputs of the amplifier-conversion units, the recording unit, the first three inputs of which are connected to the corresponding outputs of the first, second and third amplification-conversion blocks, an angle measuring device, three outputs of which are connected respectively to the fourth, fifth and sixth inputs of the recording block, configured to synchronously register signals proportional to the values of the projections of the magnetic induction vectors and angles course, roll, pitch of the object, and the information processing device connected to the output of the recording unit is equipped with an adder, in which the first, second and third inputs are connected to the corresponding outputs of the first, second and third amplification-conversion blocks, the fourth, fifth and sixth inputs are connected respectively to the first, second and third outputs of the information processing device, and the three outputs are connected respectively to the second, third and fourth the inputs of a three-component sensor, while the information processing device is configured to determine Poisson parameters, projections of the magnetic induction vector from the hard magnetization of the objects that of induction of the geomagnetic field and the formation of signals proportional to the projections of the vector of magnetic induction from the magnetization of the object.
Применение в предлагаемом техническом решении размещенных на подвижном объекте трехкомпонентного магнитометрического датчика, трех усилительно-преобразовательных блоков, генератора переменных напряжений, углоизмерительного устройства, регистрирующего блока и устройства обработки информации в совокупности с сумматором, включенных между собой определенным образом, обеспечивает определение индукции геомагнитного поля по измеренным проекциям вектора магнитной индукции, известным параметрам Пуассона, проекциям вектора магнитной индукции от жесткой намагниченности объекта при отсутствии сведений об углах курса, крена, тангажа объекта, что существенно снижает погрешность определения индукции геомагнитного поля от погрешности измерения упомянутых углов. Кроме того, предлагаемое техническое решение обеспечивает компенсацию проекций вектора магнитной индукции от намагниченности объекта в месте размещения трехкомпонентного датчика, что снижает погрешность определения индукции геомагнитного поля. The use in the proposed technical solution of a three-component magnetometric sensor located on a moving object, three amplifier-converter blocks, an alternating voltage generator, an angle measuring device, a recording unit and an information processing device in combination with an adder, connected in a certain way, ensures the determination of the geomagnetic field induction from the measured projections of the magnetic induction vector, known Poisson parameters, projections of the magnetic and induction of rigid magnetization object in the absence of rate information angles, roll, pitch object, which significantly reduces the error in the determination of induction of the geomagnetic field from the error in measurement of said angles. In addition, the proposed technical solution provides compensation for the projections of the magnetic induction vector from the magnetization of the object at the location of the three-component sensor, which reduces the error in determining the induction of the geomagnetic field.
Таким образом, технический результат предлагаемого устройства для определения индукции геомагнитного поля с подвижного объекта выражается в возможности определения индукции геомагнитного поля по измеренным проекциям вектора магнитной индукции, известным параметрам Пуассона, проекциям вектора магнитной индукции от жесткой намагниченности объекта при отсутствии сведений об углах курса, крена, тангажа объекта и компенсации проекций вектора магнитной индукции от намагниченности объекта в месте размещения трехкомпонентного датчика, что повышает точность определения индукции геомагнитного поля. Thus, the technical result of the proposed device for determining the induction of the geomagnetic field from a moving object is expressed in the possibility of determining the induction of the geomagnetic field from the measured projections of the magnetic induction vector, the known Poisson parameters, the projections of the magnetic induction vector from the hard magnetization of the object in the absence of information about heading angles, heel, pitch of the object and compensation of the projections of the magnetic induction vector from the magnetization of the object at the location of the three-component sensor, it improves the accuracy of determining the induction of the geomagnetic field.
Сущность предлагаемого технического решения поясняется следующими графическими материалами. The essence of the proposed technical solution is illustrated by the following graphic materials.
На чертеже изображена структурная схема устройства для определения индукции геомагнитного поля с подвижного объекта. The drawing shows a structural diagram of a device for determining the induction of a geomagnetic field from a moving object.
Предлагаемое устройство для определения индукции геомагнитного поля с подвижного объекта состоит (чертеж) из трехкомпонентного магнитометрического датчика 1 с взаимно ортогональными осями ОХ, ОУ, ОZ декартовой системы координат ОХУZ, трех усилительно-преобразовательных блоков 2-4, генератора переменных напряжений 5, регистрирующего блока 6, углоизмерительного устройства 7, устройства обработки информации 8, подвижного объекта 9 и сумматора 10. Первые входы блоков 2-4 подключены к соответствующим выходам датчика 1, а выходы этих блоков - соответственно к первому, второму, третьему входам блока 6 и к первому, второму, третьему входам сумматора 10. Первый выход генератора 5 подключен к первому входу датчика 1, а второй выход - к вторым входам блоков 2-4. Четвертый, пятый и шестой входы сумматора 10 подключены соответственно к первому, второму и третьему выходам устройства 8, а три выхода сумматора 10 подключены соответственно к второму, третьему и четвертому входам датчика 1. Выход блока 6 подключен к входу устройства 8, три выхода углоизмерительного устройства 7 подключены соответственно к четвертому, пятому и шестому входам блока 6. Датчик 1, блоки 2-4, генератор 5, блок 6, устройства 7, 8 и сумматор 10 размещены на объекте 9. The proposed device for determining the induction of a geomagnetic field from a moving object consists (drawing) of a three-component magnetometric sensor 1 with mutually orthogonal axes ОХ, ОУ, ОZ of the Cartesian coordinate system ОХУZ, three amplifier-converter blocks 2-4, alternating voltage generator 5, recording block 6 , angle measuring device 7, information processing device 8, movable object 9 and adder 10. The first inputs of blocks 2-4 are connected to the corresponding outputs of the sensor 1, and the outputs of these blocks are respectively directly to the first, second, third inputs of block 6 and to the first, second, third inputs of the adder 10. The first output of the generator 5 is connected to the first input of the sensor 1, and the second output to the second inputs of blocks 2-4. The fourth, fifth and sixth inputs of the adder 10 are connected respectively to the first, second and third outputs of the device 8, and the three outputs of the adder 10 are connected respectively to the second, third and fourth inputs of the sensor 1. The output of block 6 is connected to the input of the device 8, three outputs of the angle measuring device 7 are connected respectively to the fourth, fifth and sixth inputs of block 6. The sensor 1, blocks 2-4, the generator 5, block 6, devices 7, 8 and the adder 10 are located on the object 9.
Предлагаемое устройство работает следующим образом. На первый вход датчика 1 (чертеж) подается с генератора 5 переменное напряжение, перемагничивающее магниточувствительный элемент датчика 1, например феррозондового датчика. В результате этого на выходах датчика 1 появляются три ЭДС второй гармоники, каждая из которых пропорциональна проекции вектора магнитной индукции внешнего поля на соответствующую магнитную ось датчика 1 [5]. Выходные сигналы с датчика 1 усиливаются и детектируются в соответствующих блоках 2-4. Для детектирования сигналов на вторые входы блоков 2-4 подается переменное напряжение с генератора 5. На второй, третий и четвертый входы датчика 1 подаются продетектированные сигналы с выходов соответствующих блоков 2-4 через сумматор 10, обеспечивающие отрицательную обратную связь по измеряемым сигналам [5]. На входы блока 6 поступают сигналы с выходов блоков 2-4, пропорциональные проекциям векторов магнитной индукции, и выходные сигналы с устройства 7, пропорциональные углам курса, крена, тангажа объекта 9. Блок 6 обеспечивает синхронную регистрацию сигналов, пропорциональных значениям проекций векторов магнитной индукции и углов курса, крена, тангажа объекта 9, и передачу их на устройство 8. Изменяя угловое положение объекта 9, измеряют проекции векторов магнитной индукции Вxi, Вyi, Вzi на оси 1синхронно с измерением углов курса φi, крена θi, тангажа Ψi объекта 9, по крайней мере, для десяти угловых положений объекта 9, отличающихся друг от друга. По измеренным Вxi, Вyi, Вzi, φi, θi, Ψi и известному модулю вектора индукции геомагнитного поля в месте размещения объекта 9 определяют проекции вектора магнитной индукции от жесткой намагниченности объекта 9 и параметры Пуассона, характеризующие индуктивную (мягкую) намагниченность объекта 9, по алгоритму, изложенному в работах [4, 6]. Затем, по известным параметрам Пуассона, проекциям вектора магнитной индукции от жесткой намагниченности объекта 9 и измеренным проекциям вектора магнитной индукции на оси датчика 1 определяют индукцию геомагнитного поля при отсутствии сведений об углах курса, крена, тангажа объекта 9 следующим образом.The proposed device operates as follows. At the first input of the sensor 1 (drawing), an alternating voltage is supplied from the generator 5, magnetizing magnetizing element of the sensor 1, for example, a flux-gate sensor. As a result of this, three emfs of the second harmonic appear at the outputs of sensor 1, each of which is proportional to the projection of the magnetic field vector of the external field onto the corresponding magnetic axis of sensor 1 [5]. The output signals from the sensor 1 are amplified and detected in the respective blocks 2-4. To detect the signals, the second inputs of blocks 2-4 are supplied with alternating voltage from the generator 5. The second, third and fourth inputs of the sensor 1 are supplied with detected signals from the outputs of the corresponding blocks 2-4 through the adder 10, providing negative feedback on the measured signals [5] . The inputs of block 6 receive signals from the outputs of blocks 2-4, proportional to the projections of the magnetic induction vectors, and the output signals from the device 7, proportional to the angles of the course, roll, pitch of the object 9. Block 6 provides synchronous registration of signals proportional to the values of the projections of the magnetic induction vectors and the angles of the course, roll, pitch of the object 9, and transferring them to the device 8. By changing the angular position of the object 9, measure the projections of the magnetic induction vectors B xi , B yi , B zi on the axis 1 synchronously with the measurement of the course angles φ i , roll θ i , tang as much as Ψ i of the object 9, for at least ten angular positions of the object 9, which are different from each other. From the measured В xi , В yi , В zi , φ i , θ i , Ψ i and the known module of the geomagnetic field induction vector at the location of object 9, the projections of the magnetic induction vector from the hard magnetization of object 9 and the Poisson parameters characterizing the inductive (soft) the magnetization of object 9, according to the algorithm described in [4, 6]. Then, using the well-known Poisson parameters, the projections of the magnetic induction vector from the hard magnetization of object 9 and the measured projections of the magnetic induction vector on the axis of the sensor 1, the induction of the geomagnetic field is determined in the absence of information about the angles of the course, roll, pitch of the object 9 as follows.
Измеряют одновременно три проекции вектора магнитной индукции Вxi, Вyi, Вzi на оси датчика 1 (чертеж), где i=1, 2, 3, 4,... - номер измерения проекций вектора магнитной индукции. По измеренным Вxi, Вyi, Вzi, например, для i= 1, которые являются функциями измеренных параметров Пуассона, проекций вектора магнитной индукции от жесткой намагниченности объекта 9 Bxp, Вyp, Вzp и неизвестных проекций вектора индукции геомагнитного поля В'хт,В'ут, В'zт на оси датчика 1, в устройстве 8 осуществляется решение системы трех уравнений относительно неизвестных В'хт, В'ут, В'zт. Эти уравнения можно представить в следующем виде:
Вхi-Bxp=(1+a)B'хт+bB'ут+cВ'zт;
Вyi-Byp=dB'хт+(1+e)B'ут+fB'zт;
Вzi-Bzp=qB'хт+hВ'ут+(1+k)В'zт,
где а, b, c, d, e, f, q, h, k - параметры Пуассона объекта в месте размещения датчика 1.Three projections of the magnetic induction vector В xi , В yi , В zi are measured simultaneously on the axis of the sensor 1 (drawing), where i = 1, 2, 3, 4, ... is the measurement number of the projections of the magnetic induction vector. According to the measured В xi , В yi , В zi , for example, for i = 1, which are functions of the measured Poisson parameters, projections of the magnetic induction vector from the hard magnetization of the object 9 B xp , В yp , В zp and unknown projections of the geomagnetic field induction vector В ' ht , B' ut , B ' zt on the axis of the sensor 1, in the device 8, a system of three equations is solved with respect to the unknown B' xt , B ' ut , B' zt . These equations can be represented as follows:
The xi -B xp = (1 + a) B 'xm + bB' ut + cThe 'ZT;
In yi -B yp = dB ' xt + (1 + e) B' ut + fB 'zt;
In zi -B zp = qB ' xm + hB' ut + (1 + k) B ' zt ,
where a, b, c, d, e, f, q, h, k are the Poisson parameters of the object at the location of sensor 1.
Определив В'хт, В'ут, В'zт, находят модуль вектора индукции геомагнитного поля Вт, и проекции вектора магнитной индукции Вхнi, Вунi, Bzнi на оси датчика 1 от индуктивной и жесткой намагниченности объекта 9 из следующих выражений:
Вт=[(В'хт)2+(В'ут)2+(В'zт)2]1/2;
Bхнi=аВ'хт+bВ'ут+cВ'zт+Вхр;
Вунi=dВ'хт+еВ'ут+fВ'zт+Вур;
Вzнi=qВ'хт+hВ'ут+kВ'zт+Вzp.Having determined B ' xt , B' ut , B ' zt , they find the module of the geomagnetic field induction vector B t , and the projection of the magnetic induction vector B xi , V uni , B zнi on the axis of the sensor 1 from the inductive and hard magnetization of the object 9 from the following expressions:
B m = [(B ' xm ) 2 + (B' ym ) 2 + (B ' zm ) 2 ] 1/2 ;
B xni = aB ' xt + bB' ut + cB ' zt + B xp ;
In uni = dB ' xt + eB' ut + fB ' zt + B ur ;
In zni = Q B '+ Hb xm' ym + kV 'ZT + B zp.
Устройство 8 создает напряжения, пропорциональные Вхнi, Вунi, Вzнi, с помощью которых в месте размещения датчика 1 воспроизводятся проекции вектора магнитной индукции на оси датчика 1, равные по величине и противоположные по направлению соответствующим проекциям вектора магнитной индукции Вхнi, Вунi, Вzнi, обеспечивая тем самым отрицательную обратную связь по магнитному полю от индуктивной и жесткой намагниченности объекта 9. Для этого напряжения пропорциональные Вхнi, Вунi, Вzнi с выходов устройства 8 подаются через сумматор 10 на входы датчика 1. По каждому последующему измерению (i= 2, 3,...) проекций вектора магнитной индукции, известным параметрам Пуассона и проекциям вектора магнитной индукции от жесткой намагниченности объекта 9 с учетом действия предшествующей отрицательной обратной связи по магнитному полю от намагниченности объекта 9 осуществляется корректировка отрицательной обратной связи по магнитному полю устройством 8 от изменившихся проекций вектора индукции геомагнитного поля, обусловленных, например, изменением углового положения объекта 9 и изменением вектора индукции геомагнитного поля. Отрицательная обратная связь по магнитной индукции от намагниченности объекта 9 (от индуктивной и жесткой намагниченности объекта) обеспечивает расширение динамического диапазона измерения индукции геомагнитного поля, линейность, стабильность коэффициентов передачи блоков и устройств предлагаемого технического решения, а также возможность уточнять определяемые значения параметров Пуассона и проекций вектора магнитной индукции от жесткой намагниченности объекта при их определении.The device 8 generates voltages proportional to B xi , V uni , V zni , with the help of which, in the location of the sensor 1, projections of the magnetic induction vector on the axis of the sensor 1 are reproduced, equal in magnitude and opposite in direction to the corresponding projections of the magnetic induction vector B xi , V uni , In zni, thereby providing negative feedback to the magnetic field of the inductive and hard magnetization object 9. In this voltage proportional hni, in uni are supplied through the adder 10 to the input of a device in zni outputs 8 sensor 1. For each subsequent measurement (i = 2, 3, ...) of the projections of the magnetic induction vector, the known Poisson parameters and the projections of the magnetic induction vector from the hard magnetization of the object 9, taking into account the effect of the previous negative feedback on the magnetic field from the magnetization of the object 9 the negative feedback on the magnetic field is corrected by the device 8 from the changed projections of the geomagnetic field induction vector, due, for example, to a change in the angular position of object 9 and a change in geomagnetic field induction vectors. Negative feedback on magnetic induction from the magnetization of the object 9 (from the inductive and hard magnetization of the object) provides an extension of the dynamic range of measurement of the induction of the geomagnetic field, linearity, stability of transmission coefficients of the blocks and devices of the proposed technical solution, as well as the ability to refine the determined values of the Poisson parameters and projections magnetic induction from the hard magnetization of an object when they are determined.
Таким образом, в предлагаемом техническом решении по сравнению с аналогом и прототипом для определения модуля вектора индукции геомагнитного поля не требуется информация об углах курса, крена, тангажа объекта, что по сравнению с известными техническими решениями исключает погрешность определения индукции геомагнитного поля, обусловленную погрешностью измерения углов курса, крена, тангажа объекта при наличии сведений о параметрах Пуассона и проекциях вектора магнитной индукции от жесткой намагниченности объекта. В предлагаемом техническом решении сведения об углах курса, крена, тангажа объекта нужны только для определения параметров Пуассона, проекций вектора магнитной индукции от жесткой намагниченности объекта и корректировки параметров Пуассона. Компенсация же проекций вектора магнитной индукции от намагниченности объекта, осуществляемая отрицательной обратной связью, обеспечивает повышение точности определения индукции геомагнитного поля. Кроме того, предлагаемое техническое решение по сравнению с известными обеспечивает возможность осуществлять корректировку параметров Пуассона при отсутствии сведений об индукции геомагнитного поля, например, в акватории проведения магнитной съемки, что существенно уменьшает погрешность определения индукции геомагнитного поля от нестабильности намагниченности объекта. Thus, in the proposed technical solution, in comparison with the analogue and the prototype, to determine the module of the vector of the induction of the geomagnetic field does not require information about the angles of the course, roll, pitch of the object, which, in comparison with the known technical solutions, eliminates the error in determining the induction of the geomagnetic field, due to the error in measuring the angles course, roll, pitch of the object in the presence of information on the Poisson parameters and projections of the magnetic induction vector from the hard magnetization of the object. In the proposed technical solution, information about the angles of the heading, roll, pitch of the object is needed only to determine the Poisson parameters, the projections of the magnetic induction vector from the hard magnetization of the object and adjust the Poisson parameters. Compensation of the projections of the magnetic induction vector from the magnetization of the object, carried out by negative feedback, improves the accuracy of determining the induction of the geomagnetic field. In addition, the proposed technical solution, in comparison with the known ones, makes it possible to adjust the Poisson parameters in the absence of information about the induction of the geomagnetic field, for example, in the magnetic field, which significantly reduces the error in determining the induction of the geomagnetic field from the instability of the magnetization of the object.
В предлагаемом техническом решении датчик 1 (чертеж), генератор 5, блоки 2-4 выполнены аналогично известному устройству для измерения параметров магнитного поля [5]. Углоизмерительным устройством 7 может быть гиростабилизированная платформа (ГСП), обеспечивающая измерение трех углов вращения объекта с погрешностью около 0,5 угловых минут за счет трехосной гироскопической стабилизации ГСП относительно опорной системы координат [7]. Регистрирующий блок 6 и устройство обработки информации 8 могут быть реализованы преобразователем измерительным многоканальным (ПИМ-1, сертификат 15660, Госстандарт России), разработанным АО "АТИС" (г. С.-Петербург). Сумматор 10 может быть выполнен по схеме масштабного усилителя, приведенной в работе [8] . In the proposed technical solution, the sensor 1 (drawing), generator 5, blocks 2-4 are made similarly to the known device for measuring magnetic field parameters [5]. The angle measuring device 7 can be a gyrostabilized platform (GSP), which provides measurement of three angles of rotation of the object with an error of about 0.5 arc minutes due to the triaxial gyroscopic stabilization of the GSP relative to the reference coordinate system [7]. The recording unit 6 and the information processing device 8 can be implemented by a multi-channel measuring transducer (PIM-1, certificate 15660, Gosstandart of Russia) developed by ATIS JSC (St. Petersburg). The adder 10 can be performed according to the scheme of a large-scale amplifier, given in [8].
Литература
1. Резник Э.Е., Канторович В.А. Некоторые вопросы компенсаци магнитных полей самолета// Геофизическая аппаратура. Л.: "Недра", 1964. Вып.18. С. 26-38.Literature
1. Reznik E.E., Kantorovich V.A. Some issues of compensation of magnetic fields of an airplane // Geophysical equipment. L .: "Nedra", 1964. Issue 18. S. 26-38.
2. Лысенко А.П. Теория и методы компенсации магнитных помех// Геофизическое приборостроение. Л. : Изд-во Мингеологии и охраны недр СССР. ОКБ. 1960. Вып.7. С.44-58. 2. Lysenko A.P. Theory and methods for compensating magnetic interference // Geophysical Instrumentation. L.: Publishing House of Mingeology and Protection of the bowels of the USSR. OKB. 1960. Iss. 7. S.44-58.
3. Вацуро А.Э., Цирель B.C. Измерение и компенсация магнитных помех самолета АН-2// Геофизическая аппаратура. Л.: "Недра", 1979. Вып.69. С.73-100. 3. Vatsuro A.E., Tsirel B.C. Measurement and compensation of magnetic interference of the AN-2 aircraft // Geophysical equipment. L .: "Nedra", 1979. Vol. 69. S.73-100.
4. Пат. 2096818 РФ. Способ определения коэффициентов Пуассона подвижного объекта и устройство для его осуществления/ Б.М.Смирнов// Бюл. изобрет.-1997. 32. 4. Pat. 2096818 of the Russian Federation. A method for determining the Poisson ratios of a moving object and a device for its implementation / B.M.Smirnov // Bull. invent.-1997. 32.
5. Афанасьев Ю. В. Феррозондовые приборы. Л.: "Энергоатомиздат", 1986, 188 с. 5. Afanasyev Yu. V. Fluxgate devices. L .: "Energoatomizdat", 1986, 188 pp.
6. Смирнов Б.М. Решение задачи магнитной совместимости датчика тесламетра с подвижным объектом// Измерительная техника. 1997. 9. С.44-46. 6. Smirnov B.M. The solution of the problem of magnetic compatibility of the teslameter sensor with a moving object // Measuring technique. 1997. 9. P.44-46.
7. Теория и конструкция гироскопических приборов и систем// И.В. Одинова, Г.Д.Блюмин и др. М.: Высшая школа, 1971, 508 с. 7. Theory and design of gyroscopic devices and systems // IV. Odinova, G.D. Blyumin et al. M.: Higher School, 1971, 508 p.
8. Гутников B.C. Применение операционных усилителей в измерительной технике. Л.: Энергия, 1975, 120 с. 8. Gutnikov B.C. The use of operational amplifiers in measurement technology. L .: Energy, 1975, 120 p.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001132519/28A RU2204851C1 (en) | 2001-11-30 | 2001-11-30 | Device for measuring flux density of mobile-object geomagnetic field |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001132519/28A RU2204851C1 (en) | 2001-11-30 | 2001-11-30 | Device for measuring flux density of mobile-object geomagnetic field |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2204851C1 true RU2204851C1 (en) | 2003-05-20 |
Family
ID=20254543
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2001132519/28A RU2204851C1 (en) | 2001-11-30 | 2001-11-30 | Device for measuring flux density of mobile-object geomagnetic field |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2204851C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2511703C2 (en) * | 2008-12-23 | 2014-04-10 | Геотек Айрборне Лимитед | Geophysical prospecting using rotationally invariant parameters of natural electromagnetic fields |
-
2001
- 2001-11-30 RU RU2001132519/28A patent/RU2204851C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2511703C2 (en) * | 2008-12-23 | 2014-04-10 | Геотек Айрборне Лимитед | Geophysical prospecting using rotationally invariant parameters of natural electromagnetic fields |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0581434A1 (en) | Compensation method for an electromagnetic remote position and orientation sensor | |
| Nelson | Calculation of the magnetic gradient tensor from total field gradient measurements and its application to geophysical interpretation | |
| US2834939A (en) | Compensation of induced magnetic fields | |
| US2706801A (en) | Magnetic field compensation system | |
| RU2204851C1 (en) | Device for measuring flux density of mobile-object geomagnetic field | |
| US6714008B1 (en) | Gradiometric measurement methodology for determining magnetic fields of large objects | |
| Koch et al. | Room temperature three sensor magnetic field gradiometer | |
| RU2206109C1 (en) | Facility determining induction of geomagnetic field from mobile object | |
| RU2278356C1 (en) | Arrangement for definition of angular position of a movable object | |
| CN112051615B (en) | Underwater magnetic anomaly detection system | |
| Holmes | Theoretical development of laboratory techniques for magnetic measurement of large objects | |
| RU2207599C1 (en) | Facility establishing induction of geomagnetic field from mobile object | |
| RU2365877C1 (en) | Method for definition of magnet deviation on movable object | |
| RU2168188C1 (en) | Process determining projections of magnetic induction vector of geomagnetic field from mobile object ( versions ) | |
| Gutnik et al. | Data-Driven Underwater Navigation workshop: AUV Close-Range Localization and Guidance Employing an Electro-Magnetic Beacon | |
| RU2134426C1 (en) | Method of determination of moving object poisson coefficients | |
| RU2247404C1 (en) | Apparatus for determining parameters of magnetization degree of movable object | |
| RU2130619C1 (en) | Magnetometric device determining angular position of body (versions) | |
| RU2257594C1 (en) | Device for measuring parameters characterizing magnetization of moving object | |
| RU2236029C1 (en) | Device for measuring flux density of geomagnetic field from mobile object | |
| RU2171476C1 (en) | Facility determining position of object ( versions ) | |
| SU1064251A1 (en) | Method of determination of dipole field source magnetic moment and application point coordinates thereof | |
| RU2796372C1 (en) | Method for determining magnetic deviation on a moving object | |
| Xiao | Three-axis fluxgate sensor error correction | |
| RU2096818C1 (en) | Method determining poisson's ratio of mobile object and device for its realization |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20061201 |