RU2303792C1 - Method for measuring of the magnetic moment of a large-sized body of an extended form - Google Patents

Method for measuring of the magnetic moment of a large-sized body of an extended form Download PDF

Info

Publication number
RU2303792C1
RU2303792C1 RU2005139435/28A RU2005139435A RU2303792C1 RU 2303792 C1 RU2303792 C1 RU 2303792C1 RU 2005139435/28 A RU2005139435/28 A RU 2005139435/28A RU 2005139435 A RU2005139435 A RU 2005139435A RU 2303792 C1 RU2303792 C1 RU 2303792C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
measuring
magnetic
points
measurement
sections
Prior art date
Application number
RU2005139435/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Юрий Михайлович Иванов (RU)
Юрий Михайлович Иванов
Виктор Язепович Матисов (RU)
Виктор Язепович Матисов
Валентин Григорьевич Семенов (RU)
Валентин Григорьевич Семенов
Original Assignee
Закрытое акционерное общество "МЕРА"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Закрытое акционерное общество "МЕРА" filed Critical Закрытое акционерное общество "МЕРА"
Priority to RU2005139435/28A priority Critical patent/RU2303792C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2303792C1 publication Critical patent/RU2303792C1/en

Links

Landscapes

  • Measuring Magnetic Variables (AREA)

Abstract

FIELD: the invention refers to the field of measuring of a magnetic moment.
SUBSTANCE: the body is divided on longitudinal sections with unknown magnetic moments, the parameters of induction of the magnetic field of the body in external points and distance between the points and the center of the body including range or minimal distance between the sensor and the center are measured. According to the results of measuring a system of equations is compiled and decided relatively to the sections of the magnetic moments whose sum is equal to the body of the magnetic moments. A calculated model of the body with the given magnetic moments is compiled and the measuring on a computer for the given configuration of the points of measuring of the parameters of the field and the given average quadratic deviations of errors of the means of measuring of the parameters of the field and the distances. The magnetic moment of the body is measured at removal and the number of the sections chosen in the area of the minimal error in the modeled measurement.
EFFECT: increases accuracy of measuring of magnetic moments more then 1o times higher at the ratio of the range to the length of the body 0,35-0,5.
5 tbl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области измерения магнитного момента (ММ), в частности крупногабаритного тела удлиненной формы (например корабля). Разумеется, речь идет о косвенном измерении ММ тела.The invention relates to the field of measuring magnetic moment (MM), in particular a large body of an elongated shape (for example, a ship). Of course, we are talking about an indirect measurement of the MM body.

Известен двухточечный магнитометрический метод измерения ММ [Семенов В.Г. и Сонина В.Э. Анализ методов измерения магнитных моментов // Метрология, 1992, №8, с.7]. Этот метод применяется для измерения ММ крупногабаритных тел благодаря своей простоте и оперативности. Однако, как показано в статье [Семенов и Сонина, 1992, с.32, 35], результирующая погрешность двухточечного метода достаточно велика, особенно для тела удлиненной формы (20-30%). Причем в результирующей погрешности (16-23%) преобладает методическая погрешность или погрешность от недипольности тела (10-16%).Known two-point magnetometric method for measuring MM [Semenov V.G. and Sonina V.E. Analysis of methods for measuring magnetic moments // Metrology, 1992, No. 8, p.7]. This method is used to measure the MM of large-sized bodies due to its simplicity and efficiency. However, as shown in the article [Semenov and Sonina, 1992, p.32, 35], the resulting error of the two-point method is quite large, especially for an elongated body (20-30%). Moreover, in the resulting error (16-23%), the methodical error or the error from the non-dipole nature of the body (10-16%) prevails.

Известен также двенадцатиточечный магнитометрический метод измерения ММ [Семенов В.Г. и Сонина В.Э. Анализ методов измерения магнитных моментов // Метрология, 1992, №8, с.10], который обеспечивает повышенную точность (2,7-3,4%) за счет существенного снижения методической составляющей погрешности (0,9-1,7%). Но из-за большого числа точек, особым образом располагаемых вокруг испытуемого тела, метод не применим для крупногабаритных тел. Для малогабаритных тел этот метод может быть применен. Примером малогабаритного тела является магнитная модель корабля в масштабе 1/25-1/100.Also known is the twelve-point magnetometric method for measuring MM [Semenov V.G. and Sonina V.E. Analysis of methods for measuring magnetic moments // Metrology, 1992, No. 8, p.10], which provides increased accuracy (2.7-3.4%) due to a significant reduction in the methodological component of the error (0.9-1.7%) . But due to the large number of points located in a special way around the test body, the method is not applicable for large bodies. For small bodies this method can be applied. An example of a small body is a magnetic model of a ship on a scale of 1 / 25-1 / 100.

Известен также метод измерения ММ судов и кораблей [В.И.Большаков и др. Оценка магнитного состояния судна по результатам измерения его магнитного поля // Труды Второй международной конференции по судостроению. Секция Е. Физические поля судов и океана. 1998, т.2, c.12-16. СПб.]. Точнее, эта методика направлена на осуществление контроля магнитного поля судна в плоскости на глубине, равной полуширине судна, а определение ММ по данной методике получается как вторичный результат. Оказалось, что данный метод измерения ММ имеет плохую точность. Причины плохой точности измерения ММ остались непонятными, но основную задачу - контроль поля судна на заданной плоскости - авторы методики решили удовлетворительно.There is also a known method for measuring the MM of ships and ships [V.I. Bolshakov et al. Assessment of the magnetic state of a ship by measuring its magnetic field // Transactions of the Second International Conference on Shipbuilding. Section E. Physical fields of ships and the ocean. 1998, vol. 2, p. 12-16. SPb.]. More precisely, this technique is aimed at monitoring the magnetic field of a ship in a plane at a depth equal to the half-width of the ship, and the determination of MM by this technique is obtained as a secondary result. It turned out that this method of measuring MM has poor accuracy. The reasons for the poor accuracy of MM measurements remained incomprehensible, but the authors of the methodology decided satisfactorily the main task - monitoring the field of the vessel on a given plane.

Процитируем отрывок из статьи [Большаков и др. 1998, с.14]:We quote an excerpt from the article [Bolshakov et al. 1998, p.14]:

"Как показали исследования [4], такая модель на расстояниях, порядка полуширины судна, адекватно описывает его магнитное поле. Этот отрезок разбивается на 8-10 участков приблизительно равной длины". В этом отрывке, как будет показано ниже (см. таблицу 5), кроется разгадка плохой точности измерения ММ по известному способу."Studies [4] have shown that such a model at distances of the order of the half-width of a vessel adequately describes its magnetic field. This segment is divided into 8-10 sections of approximately equal length." In this passage, as will be shown below (see table 5), the key lies in the poor accuracy of MM measurements by the known method.

По совокупности существенных признаков в качестве ближайшего аналога заявляемого способа принят способ измерения ММ крупногабаритного тела удлиненной формы [Большаков и др. 1998, с.14].According to the set of essential features, as a closest analogue of the proposed method, a method for measuring the MM of an oversized elongated body is adopted [Bolshakov et al. 1998, p.14].

Известный способ измерения ММ крупногабаритного тела удлиненной формы [Большаков и др. 1998, с.14] включает измерения параметров магнитного поля тела во внешних от тела точках, измерения расстояний между этими точками и центром тела, разбиение тела на продольные участки, составление и решение системы линейных уравнений относительно ММ участков и определение результата как суммы ММ участков.A known method of measuring the MM of a large body of an elongated shape [Bolshakov et al. 1998, p.14] includes measuring the parameters of the body’s magnetic field at points external to the body, measuring the distances between these points and the center of the body, dividing the body into longitudinal sections, designing and solving the system linear equations for MM sections and determining the result as the sum of MM sections.

Причиной, препятствующей достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, являются неправильные рекомендации по выбору расстояния и числа участков разбиения тела при измерении ММ.The reason that impedes the achievement of the technical result indicated below when using the known method is the incorrect recommendations for choosing the distance and the number of sections of the partition of the body when measuring MM.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение точности измерения ММ крупногабаритного тела удлиненной формы.The task to which the invention is directed is to increase the accuracy of measuring the MM of a large body of an elongated shape.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в выборе при измерении такого расстояния и такого числа участков разбиения, которые соответствуют повышенной точности измерения ММ. Ожидается повышение точности не менее чем на порядок на расстояниях измерения 0.35-0.5 длины тела L при числе участков p=4-12.The technical result obtained by carrying out the invention consists in choosing when measuring such a distance and such a number of sections of the partition that correspond to the increased accuracy of the measurement of MM. The accuracy is expected to increase by at least an order of magnitude at measurement distances of 0.35–0.5 of the body length L with the number of sections p = 4–12.

Указанный технический результат достигается тем, что в заявляемом способе измерения магнитного момента (ММ) крупногабаритного тела удлиненной формы путем измерения параметров индукции магнитного поля тела во внешних точках и расстояний между точками и центром тела, включая удаление или минимальное расстояние между датчиком параметров поля и центром тела, путем разбиения тела на продольные участки, составления и решения системы линейных уравнений относительно ММ участков и определения результата как суммы ММ участков, в отличие от известного способа, измерение ММ выполняют при удалении и числе участков, обеспечивающих повышенную точность измерения ММ, для определения которых составляют для тел одного класса расчетную магнитную модель с заданным ММ и моделируют измерение на компьютере для заданной конфигурации точек измерения параметров магнитного поля тела и заданных СКО погрешностей средств измерения параметров индукции магнитного поля и расстояний, затем вычисляют разность между моделированным и заданным значениями ММ, находят ряд статистических оценок разностей при разных удалениях и числах участков и выбирают удаление и число участков, соответствующие области наименьшей оценки.The specified technical result is achieved by the fact that in the inventive method of measuring the magnetic moment (MM) of an elongated large-sized body by measuring the parameters of the magnetic field of the body at external points and the distances between the points and the center of the body, including the removal or minimum distance between the field parameter sensor and the center of the body , by dividing the body into longitudinal sections, compiling and solving a system of linear equations for MM sections and determining the result as the sum of MM sections, in contrast to In the natural method, the measurement of MM is carried out when removing and the number of sections providing increased accuracy of measuring MM, for the determination of which they compose a calculated magnetic model for bodies of the same class with a given MM and simulate the measurement on a computer for a given configuration of the points of measurement of the parameters of the body’s magnetic field and the specified standard deviations of errors means of measuring the parameters of the magnetic field induction and distances, then the difference between the simulated and given values of MM is calculated, a number of statistical estimates of different Tei at different distances and numbers of regions and removing selected portions and the number corresponding to the lowest evaluation region.

На чертеже изображена одна из возможных схем измерения ММ тела удлиненной формы по заявляемому способу. Схема на чертеже включает тело удлиненной формы 1, трехкомпонентные измерительный 2 и компенсационный 3 датчики дифференциального магнитометра.The drawing shows one of the possible schemes for measuring MM body elongated according to the claimed method. The diagram in the drawing includes an elongated body 1, three-component measuring 2 and compensation 3 sensors of a differential magnetometer.

Заявляемый способ осуществляется следующим образом. Тело 1 мысленно разбивают на p участков равной длины. Каждому участку приписывают свой неизвестный ММ X1р. Тело 1 равномерно передвигают своим ходом, например, по прямолинейной траектории мимо измерительного 2 и компенсационного 3 датчиков дифференциального магнитометра, которым измеряют m приращений индукции магнитного поля тела 1 в разнесенных точках 1, 2, 3...q...m-1, m. Каждый участок тела 1 с MM Xs создает в точке q свою долю приращения индукции магнитного поля между точками 2 и 3, описываемого соотношением [Семенов В.Г. и Сонина В.Э. 1992, с.7]The inventive method is as follows. Body 1 is mentally divided into p sections of equal length. Each site is credited with its unknown MM X 1 -X p . Body 1 is uniformly moved under its own power, for example, along a straight path along the measuring 2 and compensation 3 sensors of a differential magnetometer, which measure m increments of the magnetic field induction of body 1 at spaced points 1, 2, 3 ... q ... m-1, m. Each section of the body 1 with MM Xs creates at point q its share of the increment of the magnetic induction between points 2 and 3, described by the relation [Semenov V.G. and Sonina V.E. 1992, p. 7]

Figure 00000002
Figure 00000002

где ΔB23qs - вектор-столбец приращения магнитной индукции между точками 2 и 3, Тл;where ΔB 23qs is the column vector of the increment of magnetic induction between points 2 and 3, T;

n2qs, n2qs, n3qs, n3qs - диады из единичных векторов направлений радиус-векторов между точками 2q и s и точками 3q и s;n 2qs , n 2qs , n 3qs , n 3qs - dyads from unit direction vectors of radius vectors between points 2q and s and points 3q and s;

R2qs, R3qs - модули радиус-векторов между точками 1q и s и точками 2q и s, м;R 2qs , R 3qs - modules of radius vectors between points 1q and s and points 2q and s, m;

Xs - вектор-столбец ММ в точке s, Ам2;X s is the column vector of the MM at the point s, Am 2 ;

Nqs - матрица 3×3.N qs is a 3 × 3 matrix.

Все приращение индукции в точке q запишется какThe entire increment of induction at q can be written as

Figure 00000003
Figure 00000003

где ΔBq - полное приращение индукции в точке q между измерительным и компенсационным датчиками - матрица 3×1;where ΔB q is the total increment of induction at point q between the measuring and compensation sensors - 3 × 1 matrix;

Nq - матрица размера 3×3р,N q is a 3 × 3p matrix,

Х - одностолбцовая матрица 3р×1.X is a single-column matrix 3p × 1.

Для m точек измерений приращений магнитной индукции из (2) получимFor m measuring points of increments of magnetic induction from (2) we obtain

Figure 00000004
Figure 00000004

где ΔB - одностолбцовая матрица приращений магнитной индукции размера 3m×1;where ΔB is a one-column matrix of increments of magnetic induction of size 3m × 1;

N - прямоугольная матрица размера 3m×3p, называемая координатной матрицей.N is a 3m × 3p rectangular matrix called the coordinate matrix.

Систему 3m линейных алгебраических уравнений (3) можно решить относительно 3p неизвестных, если m равно или больше р. Решение (3) по методу наименьших квадратов имеет видThe system of 3m linear algebraic equations (3) can be solved with respect to 3p unknowns if m is equal to or greater than p. The least squares solution (3) is of the form

Figure 00000005
Figure 00000005

где NT - транспонированная матрица N;where N T is the transposed matrix N;

(NT·N)-1 - обратная матрица от квадратной матрицы (NT·N) размера 3р×3р.(N T · N) -1 is the inverse matrix from the square matrix (N T · N) of size 3p × 3p.

Решение (4) существует, если существует обратная матрица (NT·N)-1. Далее по определенной с помощью (4) одностолбцовой матрице X находят ММ телаSolution (4) exists if there is an inverse matrix (N T · N) -1 . Then, using the one-column matrix X determined using (4), one finds the MM of the body

Figure 00000006
Figure 00000006

где

Figure 00000007
- результат (косвенного) измерения ММ тела.Where
Figure 00000007
- the result of an (indirect) measurement of the MM of the body.

Примечание. Заявляемый способ применим не только к схеме дифференциального магнитометра с датчиками 2 и 3, изображенными на чертеже. Он применим также к схеме из одного датчика 2 (или нескольких датчиков 2) без компенсационного датчика 3. В таком случае в датчике 2 в отсутствие тела 1 компенсируют поле Земли и корректируют нули магнитометра, после чего приближают тело 1 и измеряют индукцию магнитного поля тела на фоне компенсированной постоянной части поля Земли. Хотя в обоих случаях термин "приращение индукции магнитного поля" правилен, в нормативной документации по магнитным измерениям он отсутствует. В документации рекомендуется термин "измерение индукции магнитного поля", который не соответствует схеме на чертеже. Для того, чтобы охватить обе схемы измерения с компенсационным датчиком 3 и без него, не вступая в противоречие с рекомендациями нормативной документации, в описании заявляемого способа наряду с термином "измерение приращения индукции магнитного поля" иногда используется равнозначный термин "измерение параметров индукции магнитного поля". В формуле изобретения используется термин "измерение параметров индукции магнитного поля".Note. The inventive method is applicable not only to the differential magnetometer circuit with sensors 2 and 3 shown in the drawing. It is also applicable to the scheme of one sensor 2 (or several sensors 2) without a compensation sensor 3. In this case, in the sensor 2 in the absence of body 1, the Earth field is compensated and the zeros of the magnetometer are corrected, then the body 1 is brought closer and the magnetic field induction of the body is measured by background of the compensated constant part of the Earth’s field. Although in both cases the term “increment of magnetic field induction” is correct, it is not included in the normative documentation for magnetic measurements. The documentation recommends the term "measurement of magnetic field induction", which does not correspond to the diagram in the drawing. In order to cover both measurement schemes with and without compensation sensor 3, without contradicting the recommendations of the regulatory documentation, in the description of the proposed method, the term "measuring the magnetic field induction parameters" sometimes sometimes uses the equivalent term "measuring the magnetic field induction" . In the claims used the term "measurement of the parameters of the magnetic field.

До сих пор заявляемый способ повторял известный. Далее начинаются отличия. Начнем с того, что определяемый соотношением (5) результат измерения ММ не будет точным даже при абсолютно точных измерениях приращений индукции и расстояний, т.е. при абсолютно точных элементах матрицы N и вектор-столбца ΔB. Точность результата измерения ММ исключительно сильно зависит от выбора удаления тела R (см. фиг.1) и выбора числа зон разбиения. В заявляемом способе выбор R был продиктован необходимостью контроля магнитных полей судна в заданной горизонтальной плоскости под судном на удалении по вертикали от ватерлинии "порядка полуширины судна" [Большаков и др. 1998, с.14]. Такое близкое к телу расстояние измерения (полуширина или ширина) невыгодно с точки зрения точности измерения ММ тела (см. таблицу 5). Для выбора удаления и числа участков, выгодных для измерения ММ, в заявляемом способе используют расчетную магнитную модель тела с известным точным значением ММ модели и с распределением ММ по длине, близким к распределению натурного тела. В первом приближении это может быть равномерно намагниченный эллипсоид, ориентированный в геомагнитном поле аналогично ориентации натурного тела. Например, известно, что некоторое тело с продольной осью в направлении Север - Юг имеет ММ, равный M=[Mx;My;Mz]. Если тело аппроксимировать равномерно намагниченным эллипсоидом вращения с полуосями L/2, B/2, Н/2, где L - длина, В - ширина, Н - высота корпуса тела, и разбить тело, например, на 11 участков, то MM участков окажутся следующими:Until now, the inventive method has been repeated known. Then the differences begin. To begin with, the MM measurement result determined by relation (5) will not be accurate even with absolutely accurate measurements of induction increments and distances, i.e. for absolutely exact elements of the matrix N and the column vector ΔB. The accuracy of the measurement result of MM extremely strongly depends on the choice of the removal of the body R (see figure 1) and the choice of the number of partition zones. In the claimed method, the choice of R was dictated by the need to control the magnetic fields of the vessel in a given horizontal plane under the vessel at a vertical distance from the waterline of the order of the half-width of the vessel [Bolshakov et al. 1998, p.14]. Such a measurement distance close to the body (half-width or width) is disadvantageous in terms of the accuracy of measuring the body’s MM (see table 5). To select the removal and the number of sites favorable for measuring MM, the claimed method uses a calculated magnetic model of the body with a known exact value of the MM model and with the distribution of MM along the length close to the distribution of the full-scale body. In a first approximation, this can be a uniformly magnetized ellipsoid oriented in a geomagnetic field similarly to the orientation of a natural body. For example, it is known that some body with a longitudinal axis in the North-South direction has an MM equal to M = [M x ; M y ; M z ]. If the body is approximated by a uniformly magnetized ellipsoid of revolution with the semi-axes L / 2, B / 2, N / 2, where L is the length, B is the width, H is the height of the body, and divide the body, for example, into 11 sections, then MM sections will be by the following:

Figure 00000008
Figure 00000008

При разбиении эллипсоида на участки равной длины объемы участков нарастают от концов к центру эллипсоида, пропорционально объемам изменяются коэффициенты в числителях ММ участков (6). Обратим внимание, что сумма ММ всех участков равна ММ тела, т.е. М, так как 31+85+127+157+175+181+175+157+127+85+31=113.When the ellipsoid is divided into sections of equal length, the volumes of the sections increase from the ends to the center of the ellipsoid, and the coefficients in the numerators of the MM sections change proportionally to the volumes (6). Note that the sum of the MM of all sites is equal to the MM of the body, i.e. M, since 31 + 85 + 127 + 157 + 175 + 181 + 175 + 157 + 127 + 85 + 31 = 11 3 .

Имея известные ММ участков (6), по соотношению (1) с помощью компьютерной вычислительной программы, например МатЛаб, рассчитывают приращения индукции магнитного поля, созданного моделью тела 1 в заданной совокупности точек измерения приращений. К приращениям с помощью МатЛаб добавляют случайные величины с нулевым средним и СКО σВ, равным СКО аддитивной инструментальной погрешности дифференциального магнитометра с измерительным 2 и компенсационным 3 датчиками. Для типовых магнитометров при удалении датчиков на расстояние не менее 8 км от линий электротяги на постоянном токе σВ лежит в пределах от 0.1 до 0.5 нТл в зависимости от идентичности измерительного и компенсационного датчиков и тщательности углового согласования их магниточувствительных осей. Кроме того, к заданным расстояниям, по которым вычисляют координатную матрицу N, добавляют случайные погрешности с нулевым средним и СКО σR, соответствующим СКО средств измерения расстояния. Для типовых средств измерения расстояния σR≤1 м. Затем решают систему (4) и рассчитывают ММ модели тела (5), отягощенный методической (систематической) и двумя случайными инструментальными погрешностями компьютерного моделирования процесса измерения ММ от погрешностей измерения параметров магнитного поля и расстояний. МатЛаб повторяет процедуру решения 30-103 раз, обрабатывает всю совокупность результатов и находит составляющие и результирующую оценки погрешности (моделированного) измерения ММ. Важно, что МатЛаб не только моделирует сами погрешности, но и находит статистические оценки этих погрешностей. Отличие между погрешностью и оценкой ее в том, что погрешность содержит случайную (неопределенную) величину, а оценка этой погрешности (если она достаточно репрезентативна), представляет собой детерминированную (определенную или неслучайную) величину.Having the known MM sections (6), according to relation (1) using a computer program, for example, MatLab, the increments of the magnetic field induction created by the model of body 1 in a given set of measurement points of increments are calculated. The increments using MatLab add random variables with a zero mean and standard deviation σ B equal to the standard deviation of the additive instrumental error of a differential magnetometer with measuring 2 and compensation 3 sensors. For typical magnetometers, when the sensors are removed at a distance of at least 8 km from the DC electric traction lines, σ V ranges from 0.1 to 0.5 nT, depending on the identity of the measuring and compensation sensors and the accuracy of the angular matching of their magnetically sensitive axes. In addition, to the given distances over which the coordinate matrix N is calculated, random errors with zero mean and standard deviation σ R corresponding to the standard deviation of distance measuring instruments are added. For typical distance measuring instruments, σ R ≤1 m. Then, system (4) is solved and the MM models of the body (5) are calculated, weighed down by the methodological (systematic) and two random instrumental errors in computer simulation of the MM measurement from the errors in measuring magnetic field parameters and distances. MatLab repeats the solution procedure 30-10 3 times, processes the entire set of results and finds the components and the resulting error estimates of the (simulated) MM measurement. It is important that MatLab not only models the errors themselves, but also finds statistical estimates of these errors. The difference between the error and its estimate is that the error contains a random (indefinite) value, and the estimate of this error (if it is sufficiently representative) is a deterministic (definite or nonrandom) value.

Запишем среднюю компоненту относительной (систематической) методической погрешности в видеWe write the average component of the relative (systematic) methodological error in the form

Figure 00000009
Figure 00000009

где ХМИx ХМИy, ХМИz - компоненты результата (моделированного) измерения ММ модели по уравнениям (4)-(5) при точных вектор-столбце приращений индукции ΔВ и координатной матрице N;where X MIx X MIy , X MIz are the components of the result of the (simulated) measurement of the MM model according to equations (4) - (5) for the exact column vector of the induction increments ΔВ and the coordinate matrix N;

Мx, Мy, Мz - компоненты ММ модели;M x, M y, M z - MM model components;

|М|- модуль ММ модели.| M | - module MM model.

(В заявляемом способе компоненты и модуль ММ модели известны).(In the claimed method, the components and module of the MM model are known).

Обозначим:Denote:

σMB - СКО или оценка погрешностей измерения ММ от погрешностей измерения приращений магнитной индукции;σ MB - standard deviation or estimation of MM measurement errors from measurement errors of magnetic induction increments;

σMR - СКО или оценка погрешностей измерения ММ от погрешностей измерения расстояний между центром тела и точками измерения приращений.σ MR - standard deviation or estimation of MM measurement errors from errors in measuring distances between the center of the body and the points of increment measurement.

Тогда оценку относительной результирующей погрешности при доверительной вероятности 0.95 можно представить в видеThen the estimate of the relative resulting error with a confidence probability of 0.95 can be represented as

Figure 00000010
Figure 00000010

[А.Н.Зайдель. Погрешности измерения физических величин. Наука, 1985, с.61-66].[A.N. Seidel. Errors of measurement of physical quantities. Science, 1985, pp. 61-66].

Оценку результирующей погрешности можно было бы выбрать иначе, например, при доверительной вероятности 0.99An estimate of the resulting error could be chosen differently, for example, with a confidence probability of 0.99

Figure 00000011
Figure 00000011

или при доверительной вероятности 0.997or with a confidence level of 0.997

Figure 00000012
Figure 00000012

[Guide to the expression of uncertainty in measurement ISO Geneva. Руководство по выражению неопределенности измерения. ВНИИМ, СПб, 1999, с.71].[Guide to the expression of uncertainty in measurement ISO Geneva. Guidance on the expression of measurement uncertainty. VNIIM, St. Petersburg, 1999, p. 71].

Примеры расчета оценок погрешностей измерения ММ даны в таблицах 1-5. Результаты представлены в функции удаления тела, отнесенного к его длине, при σВ=0.5 нТл, σR=1 м для модели тела (6), числе участков разбиения тела p=1, 2, 4, 6, 8, 10, 12 при 32 точках измерения приращений, равномерно распределенных по отрезку прямой линии длиной 1.25 L.Examples of calculating the estimates of measurement errors MM are given in tables 1-5. The results are presented in the function of removing a body related to its length at σ B = 0.5 nT, σ R = 1 m for the body model (6), the number of sections of the body partition p = 1, 2, 4, 6, 8, 10, 12 at 32 measuring points of increments uniformly distributed over a straight line segment 1.25 L. long

Таблица 1
Методическая составляющая погрешности δМмет
Table 1
The methodological component of the error δM met
R/LR / L 0.050.05 0.10.1 0.150.15 0.20.2 0.250.25 0.30.3 0.350.35 0.40.4 0.450.45 0.50.5 p=1p = 1 .52.52 .50.fifty .46.46 .41.41 .36.36 .32.32 .28.28 .24.24 .22.22 .19.19 p=2p = 2 .52.52 .47.47 .43.43 .39.39 .34.34 .30.thirty .26.26 .22.22 .19.19 .15.fifteen p=4p = 4 .50.fifty .45.45 .38.38 .29.29 .20.twenty .13.13 .07.07 .03.03 .016.016 .008.008 p=6p = 6 .46.46 .42.42 .27.27 .12.12 .026.026 .006.006 .003.003 .0014.0014 .0007.0007 .0004.0004 p=8p = 8 .48.48 .37.37 .12.12 .009.009 .0012.0012 .0002.0002 .0001.0001 .0000.0000 .0000.0000 .0000.0000 p=10p = 10 .60.60 .33.33 .013.013 .0003.0003 .0000.0000 .0000.0000 .0000.0000 .0000.0000 .0000.0000 .0000.0000 p=12p = 12 .63.63 .25.25 .0004.0004 .0001.0001 .0000.0000 .0000.0000 .0000.0000 .0000.0000 .0000.0000 .0000.0000

Методическая погрешность δМмет неслучайная величина, поэтому она совпадает со своей оценкой. Как видно из таблицы 1, δМмет велика вблизи тела, но с удалением она снижается тем быстрее, чем больше число участков разбиения р.The methodological error δM met is not a random value, therefore, it coincides with its estimate. As can be seen from table 1, δM met is large near the body, but with distance it decreases the faster, the greater the number of sections of the partition p.

Таблица 2
Оценка (СКО) инструментальной погрешности σМВ/|М|
table 2
Estimation (RMS) of the instrumental error σ MV / | M |
R/LR / L 0.20.2 0.250.25 0.30.3 0.350.35 0.40.4 0.450.45 0.50.5 0.550.55 0.60.6 0.650.65 p=1p = 1 .0001.0001 .0001.0001 .0002.0002 .0003.0003 .0005.0005 .0007.0007 .0009.0009 .0011.0011 .0015.0015 .0018.0018 p=2p = 2 .0001.0001 .0002.0002 .0003.0003 .0005.0005 .0008.0008 .0012.0012 .0016.0016 .0022.0022 .0029.0029 .0039.0039 p=4p = 4 .0002.0002 .0005.0005 .0012.0012 .0023.0023 .0035.0035 .0053.0053 .0073.0073 .0099.0099 .0128.0128 .0163.0163 p=6p = 6 .0007.0007 .0015.0015 .0024.0024 .0034.0034 .0050.0050 .0066.0066 .0091.0091 .0130.0130 .0179.0179 .0265.0265 p=8p = 8 .0011.0011 .0019.0019 .0029.0029 .0043.0043 .0058.0058 .0083.0083 .0130.0130 .0191.0191 .0298.0298 .0488.0488 p=10p = 10 .0013.0013 .0021.0021 .0032.0032 .0047.0047 .0075.0075 .0117.0117 .0195.0195 .0327.0327 .0.554.0.554 .1093.1093 p=12p = 12 .0014.0014 .0023.0023 .0036.0036 .0058.0058 .0104.0104 .0192.0192 .0365.0365 .0678.0678 .1384.1384 .2712.2712

В отличие от методической погрешности оценка σМВ/|М| нарастает с удалением от тела тем раньше и круче, чем больше р.In contrast to the methodological error, the estimate σ MV / | M | grows with distance from the body the earlier and steeper, the more p.

Таблица 3
Оценка (СКО) инструментальной погрешности σMR/|М|
Table 3
Estimation (RMS) of the instrumental error σ MR / | M |
R/LR / L 0.20.2 0.250.25 0.30.3 0.350.35 0.40.4 0.450.45 0.50.5 0.550.55 0.60.6 0.650.65 p=1p = 1 .0111.0111 .0105.0105 .0103.0103 .0094.0094 .0092.0092 .0086.0086 .0083.0083 .0088.0088 .0076.0076 .0072.0072 p=2p = 2 .0145.0145 .0127.0127 .0112.0112 .0101.0101 .0096.0096 .0082.0082 .0078.0078 .0074.0074 .0065.0065 .0062.0062 p=4p = 4 .0162.0162 .0144.0144 .0122.0122 .0105.0105 .0104.0104 .0112.0112 .0100.0100 .0103.0103 .0089.0089 .0089.0089 p=6p = 6 .0208.0208 .0219.0219 .0178.0178 .0146.0146 .0124.0124 .0115.0115 .0104.0104 .0091.0091 .0088.0088 .0081.0081 p=8p = 8 .0310.0310 .0229.0229 .0196.0196 .0140.0140 .0128.0128 .0106.0106 .0102.0102 .0087.0087 .0084.0084 .0080.0080 p=10p = 10 .0331.0331 .0209.0209 .0149.0149 .0140.0140 .0122.0122 .0102.0102 .0102.0102 .0085.0085 .0076.0076 .0068.0068 p=12p = 12 .0323.0323 .0200.0200 .0150.0150 .0137.0137 .0117.0117 .0098.0098 .0088.0088 .0085.0085 .0077.0077 .0063.0063

Как видно из таблицы 3, оценка σMR/|М| монотонно уменьшается с удалением от тела.As can be seen from table 3, the estimate σ MR / | M | monotonously decreases with distance from the body.

Вблизи от тела она тем больше, чем больше p, с удалением от тела зависимость от p исчезает. Некоторые отклонения от этого правила среди данных таблицы, по-видимому, объясняются недостаточной репрезентативностью оценок из-за малого объема выборок (100).Close to the body, the larger it is, the larger p, the dependence on p disappears with distance from the body. Some deviations from this rule among the table data are apparently explained by the insufficient representativeness of the estimates due to the small sample size (100).

Таблица 4
Оценки результирующих погрешностей δМ0.95
Table 4
Estimates of the resulting errors δM 0.95
R/LR / L 0.250.25 0.30.3 0.350.35 0.40.4 0.450.45 0.50.5 0.550.55 0.60.6 0.650.65 0.70.7 p=1p = 1 .3831.3831 .3374.3374 .2959.2959 .2620.2620 .2330.2330 .2096.2096 .1897.1897 .1729.1729 .1585.1585 .1465.1465 p-2p-2 .3677.3677 .3210.3210 .2791.2791 .2434.2434 .2110.2110 .1848.1848 .1626.1626 .1429.1429 .1273.1273 .1143.1143 p=4p = 4 .2308.2308 .1500.1500 .0905.0905 .0562.0562 .0408.0408 .0317.0317 .0326.0326 .0335.0335 .0388.0388 .0441.0441 p=6p = 6 .0696.0696 .0418.0418 .0329.0329 .0311.0311 .0251.0251 .0272.0272 .0318.0318 .0400.0400 .0554.0554 .0787.0787 p=8p = 8 .0473.0473 .0398.0398 .0293.0293 .0281.0281 .0270.0270 ,0329, 0329 .0421.0421 .0619.0619 .0988.0988 .1659.1659 p=10p = 10 .0420.0420 .0304.0304 .0293.0293 .0272.0272 .0321.0321 .0440.0440 .0676.0676 .1118.1118 .2190.2190 .4027.4027 p=12p = 12 .0402.0402 .0310.0310 .0298.0298 .0313.0313 .0431.0431 .0752.0752 .1367.1367 .2774.2774 .5434.5434 1.1481.148

Как видно из таблицы 4, при некоторых R/L оценки δМ0.95 для p=4-12 обращаются в минимумы (отмечены полужирным шрифтом), для p=1-2 минимумы не поместились. Они представлены ниже в таблице 5.As can be seen from table 4, for some R / L estimates of δM 0.95 for p = 4-12 turn into minima (marked in bold), for p = 1-2 the minima did not fit. They are presented below in table 5.

Оптимальные удаления R/L, числа участков p и соответствующие минимумы оценок δМ0.95 и δМ0.997 по заявляемому способу в сравнении с аналогичными оценками при рекомендациях известного способа (R/L=0.1 и p=8-10).The optimal removal of R / L, the number of sections p and the corresponding minima of the estimates δM 0.95 and δM 0.997 by the present method in comparison with similar estimates with the recommendations of the known method (R / L = 0.1 and p = 8-10).

Таблица 5Table 5 R/LR / L 0.10.1 0.350.35 0.40.4 0.450.45 0.50.5 0.950.95 1.31.3 p-1p-1 .088.088 p-2p-2 .086.086 p=4p = 4 .032.032 p=6p = 6 .025.025 p=8p = 8 .025.025 p=10p = 10 .027.027 p=12p = 12 .030.030 по известному способу (δМ0.95)by a known method (δM 0.95 ) p=8p = 8 .44.44 p=10p = 10 .42.42 по заявляемому способу (δМ0.997)according to the claimed method (δM 0.997 ) p=4p = 4 .046.046 p=6p = 6 .042.042 p=8p = 8 .039.039 p=10p = 10 .041.041 p=12p = 12 .042.042 по известному способу (δМ0.997)by a known method (δM 0.997 ) p=8p = 8 .47.47 p=10p = 10 .47.47

Как видно из таблицы 5, при существующем уровне средств измерения приращений индукции и расстояний (σB=0.5 нТл, σR=1 м) заявляемый способ обеспечивает повышение точности измерения ММ не менее чем в 10 раз по сравнению с известным способом. Кроме того, заявляемый способ обеспечивает большую свободу выбора удалений и числа участков p за счет контроля за поведением оценки в районе минимума. Например, как показано в таблице 5, в рассматриваемом случае наилучший режим измерения R/L=0.4 и p=8. Допустим режим, например R/L=0.35 и p=10 или R/L=0.5 и p=6, так как соответствующие оценки 0.041 и 0.042 мало отличаются от минимума 0.039.As can be seen from table 5, at the existing level of measuring instruments for the increments of induction and distances (σ B = 0.5 nT, σ R = 1 m), the inventive method provides an increase in the accuracy of measuring MM not less than 10 times in comparison with the known method. In addition, the inventive method provides greater freedom of choice of removals and the number of sections p due to the control of the behavior of the estimates in the region of the minimum. For example, as shown in table 5, in this case, the best measurement mode is R / L = 0.4 and p = 8. Let us assume a regime, for example, R / L = 0.35 and p = 10 or R / L = 0.5 and p = 6, since the corresponding estimates of 0.041 and 0.042 differ little from the minimum of 0.039.

Как видно из таблиц 1-5, в заявляемом способе доля методической составляющей в общей оценке погрешности исключительно мала. В известном способе она преобладает. Это означает, что если повысить точность средств измерения параметров магнитного поля и расстояния, например, в 5 раз (σB=0.1 нТл, σR=0.2 м), то заявляемый способ даст почти пятикратное повышение точности измерения ММ, а в известном способе точность измерения ММ не изменится.As can be seen from tables 1-5, in the inventive method, the proportion of the methodological component in the overall error estimation is extremely small. In the known method, it prevails. This means that if you increase the accuracy of the means of measuring the parameters of the magnetic field and distance, for example, 5 times (σ B = 0.1 nT, σ R = 0.2 m), then the inventive method will provide almost five-fold increase in the accuracy of measuring MM, and in the known method, the accuracy MM measurements will not change.

Поскольку доля методической погрешности в заявляемом способе мала, то отклонения расчетной модели от натуры не приводят к существенной потере точности измерения ММ. Это еще одна важная особенность заявляемого способа.Since the fraction of the methodological error in the claimed method is small, deviations of the calculated model from nature do not lead to a significant loss in the accuracy of MM measurements. This is another important feature of the proposed method.

Claims (1)

Способ измерения магнитного момента (ММ) крупногабаритного тела удлиненной формы путем измерения параметров индукции магнитного поля тела во внешних точках и расстояний между точками и центром тела, включая удаление или минимальное расстояние между датчиком параметров поля и центром тела, путем разбиения тела на продольные участки, составления и решения системы линейных уравнений относительно ММ участков и определения результата как суммы ММ участков, отличающийся тем, что измерение ММ выполняют при удалении и числе участков, обеспечивающих повышенную точность измерения ММ, для определения которых составляют для тел одного класса расчетную магнитную модель с заданным ММ и моделируют измерение на компьютере для заданной конфигурации точек измерения параметров магнитного поля тела и заданных среднеквадратических отклонений погрешностей средств измерения параметров индукции магнитного поля и расстояний, затем вычисляют разность между моделированным и заданным значениями ММ, находят ряд статистических оценок разностей при разных удалениях и числах участков и выбирают удаление и число участков, соответствующие области наименьшей оценки.A method for measuring the magnetic moment (MM) of an elongated large-sized body by measuring the parameters of the magnetic field induction of the body at external points and the distances between the points and the center of the body, including removing or minimizing the distance between the field parameter sensor and the center of the body, by dividing the body into longitudinal sections and solving a system of linear equations with respect to the MM sites and determining the result as the sum of the MM sites, characterized in that the measurement of MM is performed when removing and the number of sites, ensuring which increase the measurement accuracy of MM, for the determination of which they compose for the bodies of one class a calculated magnetic model with a given MM and simulate the measurement on a computer for a given configuration of the measurement points of the magnetic field parameters of the body and the given standard deviations of the errors of the means of measuring the magnetic induction parameters and distances, then calculate the difference between the simulated and given values of MM, a number of statistical estimates of the differences are found for different distances and the number of sections and rayut removal and the number of portions corresponding to the lower field evaluation.
RU2005139435/28A 2005-12-12 2005-12-12 Method for measuring of the magnetic moment of a large-sized body of an extended form RU2303792C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005139435/28A RU2303792C1 (en) 2005-12-12 2005-12-12 Method for measuring of the magnetic moment of a large-sized body of an extended form

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005139435/28A RU2303792C1 (en) 2005-12-12 2005-12-12 Method for measuring of the magnetic moment of a large-sized body of an extended form

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2303792C1 true RU2303792C1 (en) 2007-07-27

Family

ID=38431780

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2005139435/28A RU2303792C1 (en) 2005-12-12 2005-12-12 Method for measuring of the magnetic moment of a large-sized body of an extended form

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2303792C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2677928C1 (en) * 2017-11-01 2019-01-22 Акционерное общество "МЕРА" Method of long body magnetic moment measurement
RU2755026C1 (en) * 2020-09-29 2021-09-10 Акционерное общество "МЕРА" Method for measuring magnetic moment of elongated body

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
БОЛЬШАКОВ В.И. и др. Оценка магнитного состояния судна по результатам измерений его магнитного поля. Труды второй международной конференции по судостроению. Физические поля судов и океана, 1998, т.2, с.12-16, СПб. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2677928C1 (en) * 2017-11-01 2019-01-22 Акционерное общество "МЕРА" Method of long body magnetic moment measurement
RU2755026C1 (en) * 2020-09-29 2021-09-10 Акционерное общество "МЕРА" Method for measuring magnetic moment of elongated body

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10845432B2 (en) Calibration and monitoring for 3-axis magnetometer arrays of arbitrary geometry
CA2431722C (en) Electronic compass and compensation of large magnetic errors
US6181137B1 (en) Unified shimming for magnetic resonance superconducting magnets
US20040176931A1 (en) Method and system for marker localization
RU2303792C1 (en) Method for measuring of the magnetic moment of a large-sized body of an extended form
CN113609749A (en) Current calculation method based on magnetic field signal and suitable for multiple scenes
EP1855085B1 (en) Correction method for a contour measuring instrument and contour measuring instrument
CN1238461A (en) Method and apparatus for reducing measurement error for inspection measurements
US5701259A (en) Method for stabilizing the directional display of magnetic compasses
Scholand et al. Quantitative MRI by nonlinear inversion of the Bloch equations
Hu et al. A holistic self-calibration algorithm for $ xy $ precision metrology systems
Olsen et al. Modeling of extremely low frequency magnetic field sources using multipole techniques
RU2628448C1 (en) Method for measuring object's magnetic moments
CN110906928A (en) Particle filter underwater track tracking method based on terrain gradient fitting
Bodammer et al. Monte Carlo-based diffusion tensor tractography with a geometrically corrected voxel-centre connecting method
RU2186966C2 (en) Method of determination and compensation of inclinometer magnetic deviation
Jensen et al. Comparison of some methods of calculation of corrosion parameters from discretely sampled polarisation curves
RU2307370C1 (en) Method of measuring magnetic moment of square current coil
CN114740475B (en) Target three-dimensional position inversion method and device for orbit high-resolution SAR data
Jenkinson et al. Perturbation calculation of B0 field for non-conducting materials
RU2730367C1 (en) Method of calibrating intelligent sensors
RU2775608C1 (en) Automated workstation for measuring the multidimensional distribution of the magnetic field
CN114325511B (en) Method and system for calculating co-point design of fluxgate magnetometer sensor
CN114371432A (en) Magnetic sensor array for identifying ferromagnetic objects and method for identifying ferromagnetic objects
De Vicente et al. Simplified statistical method for uncertainty estimation in coordinate metrology

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20181213