RU2316781C1 - Digital ferro-probe magnetometer - Google Patents
Digital ferro-probe magnetometer Download PDFInfo
- Publication number
- RU2316781C1 RU2316781C1 RU2006120030/28A RU2006120030A RU2316781C1 RU 2316781 C1 RU2316781 C1 RU 2316781C1 RU 2006120030/28 A RU2006120030/28 A RU 2006120030/28A RU 2006120030 A RU2006120030 A RU 2006120030A RU 2316781 C1 RU2316781 C1 RU 2316781C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- inputs
- magnetometer
- ferro
- output
- digital
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к феррозондовым навигационным магнитометрам и может быть использовано для измерения трех ортогональных компонент вектора индукции магнитного поля Земли и выдачи сигналов, пропорциональных измеренным компонентам в виде цифрового кода.The invention relates to fluxgate navigation magnetometers and can be used to measure the three orthogonal components of the Earth's magnetic field induction vector and to provide signals proportional to the measured components in the form of a digital code.
Известно устройство для измерения напряженности магнитного поля по RU 2155968 C2 от 10.09.2000 г., МКИ: G01R 33/02, содержащее генератор прямоугольных импульсов, феррозонд с сердечником, выполненным из пермаллоя с петлей гистерезиса с коэффициентом прямоугольности, близким к единице, к выходной обмотке которого подключен интегратор. Выход интегратора соединен с входом усилителя, выход которого соединен с входом порогового блока. Первый логический элемент И последовательно соединен с первым реверсивным счетчиком импульсов, цифроаналоговым преобразователем, управляемым источником тока, ключом и обмоткой возбуждения феррозонда. Второй вход первого реверсивного счетчика импульсов и первый вход первого логического элемента И соединены с выходом порогового блока, второй логический элемент И и второй реверсивный счетчик импульсов. Выход генератора подключен к первым входам второго логического элемента И и второго реверсивного счетчика импульсов, выход второго логического элемента И подключен к вторым входам первого логического элемента И, второго реверсивного счетчика импульсов и ключа, третий вход второго реверсивного счетчика импульсов присоединен к выходу первого реверсивного счетчика импульсов, а выход - ко второму входу второго логического элемента.A device is known for measuring magnetic field strength in accordance with RU 2155968 C2 of 09/10/2000, MKI: G01R 33/02, containing a rectangular pulse generator, a flux gate with a core made of permalloy with a hysteresis loop with a square ratio close to unity, to the output the winding of which is connected to the integrator. The output of the integrator is connected to the input of the amplifier, the output of which is connected to the input of the threshold block. The first AND gate is connected in series with the first reversible pulse counter, a digital-to-analog converter controlled by a current source, a key, and an excitation coil of a flux gate. The second input of the first reversible pulse counter and the first input of the first logic element AND are connected to the output of the threshold block, the second logic element And and the second reversible pulse counter. The output of the generator is connected to the first inputs of the second logic element And and the second reversible pulse counter, the output of the second logic element And is connected to the second inputs of the first logic element And, the second reverse pulse counter and key, the third input of the second reverse pulse counter is connected to the output of the first reversible pulse counter , and the output is to the second input of the second logic element.
Недостатком данного устройства является, несмотря на дополнительные элемент И и реверсивный счетчик, сложная схема преобразования и отсутствие возможности настройки нуля для измерения абсолютного значения компонент вектора индукции магнитного поля.The disadvantage of this device is, despite the additional element And and a reversible counter, a complex conversion circuit and the inability to adjust zero to measure the absolute value of the components of the magnetic field induction vector.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является феррозондовый магнитометр по RU 2153682 от 27.07.2000 г., МКИ: G01R 33/02, включающий в себя три феррозонда с взаимно ортогональными магнитными осями и последовательно соединенными выходными обмотками и обмотками возбуждения, соединенными с соответствующими выходами коммутируемого блока возбуждения, последовательно соединенные усилительно-преобразовательный блок, подключенный к выходной обмотке первого феррозонда, первое пороговое устройство и элемент ИЛИ, последовательно соединенные интегратор, вход управления которого соединен с выходом элемента ИЛИ, а третий - с выходом инвертора, и второе пороговое устройство, регистрирующий блок, блок управления, генератор, первый, второй и третий выходы которого соединены соответственно с входом управления усилительно-преобразовательного блока, частотным входом коммутируемого блока возбуждения и входом управления (синхронизации) блока управления, с первого по четвертый выходы которого соединены соответственно с первым по четвертый входами управления коммутируемого блока возбуждения, интегрирующий блок с линейными и квадратичным выходами, частотный вход которого соединен с четвертым выходом генератора, первый линейный выход - с вторым входом первого порогового устройства и с входом интегратора, второй - с информационным входом регистрирующего блока, квадратичный выход соединен с вторым входом второго порогового устройства, а первый и второй входы управления - соответственно с пятым и четвертым выходами блока управления, первый и пятый - через инвертор, выходы которого соединены соответственно с входами элемента И, выход которого соединен с входом обнуления интегратора, блок задания режима и логическое устройство, первый вход которого соединен с выходом второго порогового устройства, одиннадцатый, восьмой, пятый и второй входы соединены соответственно с первым по четвертый выходами блока управления, двенадцатый, девятый, шестой и третий входы соединены соответственно с первым по четвертый выходами блока задания режима, четвертый, седьмой и десятый входы - с выходом первого порогового устройства, а выход - с входом управления регистрирующего блока. Этот феррозондовый магнитометр выбран в качестве прототипа.The closest in technical essence to the proposed one is a flux-gate magnetometer according to RU 2153682 from 07.27.2000, MKI: G01R 33/02, which includes three fluxgates with mutually orthogonal magnetic axes and series-connected output windings and field windings connected to the corresponding outputs switched excitation unit, series-connected amplifier-converter unit connected to the output winding of the first flux gate, the first threshold device and the OR element, connected in series data is an integrator, the control input of which is connected to the output of the OR element, and the third to the output of the inverter, and a second threshold device, a recording unit, a control unit, a generator, the first, second and third outputs of which are connected respectively to the control input of the amplifier-converter unit, frequency the input of the switched excitation unit and the control (synchronization) input of the control unit, the first to fourth outputs of which are connected respectively to the first to fourth inputs of the control of the switched block and excitations, an integrating unit with linear and quadratic outputs, the frequency input of which is connected to the fourth output of the generator, the first linear output is with the second input of the first threshold device and with the input of the integrator, the second is with the information input of the recording unit, the quadratic output is connected with the second input of the second threshold device, and the first and second control inputs respectively with the fifth and fourth outputs of the control unit, the first and fifth through an inverter, the outputs of which are connected respectively to the inputs and the And element, the output of which is connected to the integrator zeroing input, the mode setting unit and the logic device, the first input of which is connected to the output of the second threshold device, the eleventh, eighth, fifth and second inputs are connected respectively to the first to fourth outputs of the control unit, twelfth, ninth , the sixth and third inputs are connected respectively to the first to fourth outputs of the mode setting unit, the fourth, seventh and tenth inputs are connected to the output of the first threshold device, and the output to the control input of the register guide block. This fluxgate magnetometer is selected as a prototype.
Недостатком данного магнитометра является его низкие надежность, точность и стабильность измерения компонент вектора индукции магнитного поля. При обрыве цепи последовательно соединенных обмоток феррозондов теряется информация по всем трем компонентам.The disadvantage of this magnetometer is its low reliability, accuracy and stability of measurement of the components of the magnetic field induction vector. When the circuit of the series-connected windings of flux gates is broken, information on all three components is lost.
Целью изобретения являются повышение точности и стабильности измерения за счет введения глубокой отрицательной обратной связи по полю и увеличение надежности устройства за счет упрощения алгоритма преобразования и разделения обмоток феррозондов.The aim of the invention is to improve the accuracy and stability of the measurement by introducing deep negative feedback across the field and increasing the reliability of the device by simplifying the algorithm for the conversion and separation of the flux-gate windings.
Для достижения поставленной цели в цифровой феррозондовый магнитометр введены логический блок и устройства выборки-хранения 8, 9, 10, первые входы которых соединены с выходами избирательных усилителей 5, 6, 7 соответственно, первые выходы соединены с первыми входами аналого-цифровых преобразователей 11, 12, 13 соответственно, вторые выходы соединены со вторыми входами феррозондов 2, 3, 4 соответственно, логический блок 14 управления, первый выход которого соединен с входом источника 1 питания, второй выход соединен со вторыми входами устройств выборки-хранения 8, 9, 10, третий выход соединен со вторыми входами аналого-цифровых преобразователей 11, 12, 13, а вход логического блока 14 управления соединен с выходом задающего генератора 15.To achieve this goal, a logic unit and sampling-
Суть изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена блок-схема цифрового феррозондового магнитометра, на фиг.2 - принципиальная схема одного канала цифрового феррозондового магнитометра, на фиг.3 - эпюры напряжений схемы одного канала цифрового феррозондового магнитометра.The essence of the invention is illustrated by drawings, in which Fig. 1 shows a block diagram of a digital flux-gate magnetometer, Fig. 2 is a schematic diagram of one channel of a digital flux-gate magnetometer, and Fig. 3 is a voltage diagram of a circuit of a single channel of a digital flux-gate magnetometer.
Цифровой феррозондовый магнитометр состоит из формирователя 1 синусоиды, феррозондов 2, 3, 4, избирательных усилителей 5, 6, 7, устройств выборки-хранения 8, 9, 10, аналого-цифровых преобразователей 11, 12, 13, логического блока 14 и задающего генератора 15. Формирователь 1 синусоиды, логический блок 14 и задающий генератор 15 являются общими для всех трех измерительных каналов.A digital fluxgate magnetometer consists of a sinusoid former 1,
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
Измерение трех компонент вектора индукции магнитного поля производится тремя независимыми каналами X, Y и Z. Все каналы выполнены по идентичным схемам. Рассмотрим работу одного канала. Частота с задающего генератора 15 поступает на логический блок 14, в котором формируются сетки частот, поступающие на формирователь синусоиды 1 и на управление устройством выборки хранения 8. В логическом блоке 14 также формируется сигнал для управления аналого-цифрового преобразователя 11. В формирователе 1 цифровым способом формируется синусоидальное напряжение Uв с частотой fв=10 кГц, которое подается на обмотку возбуждения феррозонда 2. Феррозонд преобразовывает воздействующий на него внешний сигнал (проекцию вектора индукции магнитного поля на его продольную ось) в эдс переменного тока, содержащую четные гармоники частоты сигнала возбуждения. Амплитуда этой эдс пропорциональна значению индукции магнитного поля, а фаза изменяется на π радиан при изменении направления вектора индукции поля на 180°. В выходной эдс феррозонда присутствует также помеха, имеющая в спектре нечетные гармоники.The measurement of the three components of the magnetic field induction vector is carried out by three independent channels X, Y and Z. All channels are made according to identical schemes. Consider the operation of one channel. The frequency from the
На фиг.2 показана принципиальная схема избирательного усилителя, логического блока, устройства выборки-хранения и аналого-цифрового преобразователя. Избирательный усилитель предназначен для выделения из общего спектра сигнала, поступающего с измерительной обмотки феррозонда, напряжения второй гармоники и усиления его до требуемого значения. Коэффициент усиления на резонансной частоте (fp=20 кГц)-Кр=5000. Полоса пропускания - 2Δf=1800 Гц. Коэффициент передачи на частотах первой и третьей гармоник частоты возбуждения феррозонда не более 30 и 10 соответственно.Figure 2 shows a schematic diagram of a selective amplifier, a logic unit, a sampling-storage device and an analog-to-digital converter. The selective amplifier is designed to isolate from the general spectrum of the signal coming from the measuring winding of the flux gate, the voltage of the second harmonic and its amplification to the desired value. The gain at the resonant frequency (fp = 20 kHz) -Kr = 5000. The passband is 2Δf = 1800 Hz. The transmission coefficient at the frequencies of the first and third harmonics of the excitation frequency of the flux gate is not more than 30 and 10, respectively.
Таким образом, избирательным усилителем 5 из выходной эдс феррозонда выделяется вторая гармоника 2fв=20 кГц, которая усиливается до значения Uф и затем подается на устройство выборки-хранения 8.Thus, the second harmonic 2fv = 20 kHz, which is amplified to the value of Uf and then fed to the sampling-
На фиг.3 показаны четыре синусоиды:Figure 3 shows four sine waves:
+Umax - максимальное положительное значение Uф;+ Umax - the maximum positive value of Uf;
-Umax - максимальное отрицательное значение Uф;-Umax - maximum negative value of Uf;
+Ui - одно из промежуточных положительных значений Uф;+ Ui is one of the intermediate positive values of Uф;
-Ui - одно из промежуточных отрицательных значений Uф.-Ui is one of the intermediate negative values of Uf.
С помощью логического блока 14 в устройстве выборки-хранения 8 один раз за период происходит запоминание определенного значения Uф. Постоянное напряжение Uувх с выхода устройства выборки-хранения 8 поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 11, где преобразуется в цифровой код N=f(Bx), пропорциональный проекции вектора индукции магнитного поля. Момент запуска преобразования Uф в цифровой код задерживается на время Δt для исключения влияния переходных процессов. Процессы формирования синусоиды, выборки-хранения и аналого-цифрового преобразования синхронизированы частотой генератора 15. Положение выборки на синусоиде Uф определяется логическим блоком 14 исходя из условия необходимой крутизны выходной характеристики магнитометра. Для стабилизации коэффициента передачи каждый канал охвачен цепью отрицательной обратной связи по полю. Сигнал отрицательной обратной связи берется с выходов устройств выборки-хранения 8, 9, 10 и подается на обмотки обратной связи феррозондов.Using the
Разделение обмоток феррозонда и использование трех независимых каналов измерения позволило повысить надежность магнитометра.The separation of the flux-gate windings and the use of three independent measurement channels made it possible to increase the reliability of the magnetometer.
Введение устройства выборки-хранения, логического блока и цепи отрицательной обратной связи по полю позволило значительно повысить точность и стабильность измерений.The introduction of a sampling-storage device, a logical unit, and a negative feedback loop across the field significantly improved the accuracy and stability of measurements.
Из известных заявителю патентно-информационных материалов не обнаружены признаки, сходные с совокупностью признаков заявляемого объекта.Of the patent information materials known to the applicant, no signs were found that are similar to the totality of the features of the claimed object.
Данное устройство испытано на макетном образце. Результаты испытаний свидетельствуют о достижении поставленной задачи. ФГУП НПОПМ предполагает использовать это техническое решение на штатных изделиях.This device has been tested on a prototype. The test results indicate the achievement of the task. FSUE NPOPM proposes to use this technical solution on standard products.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006120030/28A RU2316781C1 (en) | 2006-06-07 | 2006-06-07 | Digital ferro-probe magnetometer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006120030/28A RU2316781C1 (en) | 2006-06-07 | 2006-06-07 | Digital ferro-probe magnetometer |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2316781C1 true RU2316781C1 (en) | 2008-02-10 |
Family
ID=39266346
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2006120030/28A RU2316781C1 (en) | 2006-06-07 | 2006-06-07 | Digital ferro-probe magnetometer |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2316781C1 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2475769C1 (en) * | 2011-06-16 | 2013-02-20 | Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнева" | Digital ferroprobe magnetometer |
RU2503025C2 (en) * | 2012-02-24 | 2013-12-27 | Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнева" | Digital fluxgate magnetometer |
RU2549545C2 (en) * | 2013-09-13 | 2015-04-27 | Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнева" | Digital ferroprobe magnetometer |
RU2707586C1 (en) * | 2019-02-05 | 2019-11-28 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт командных приборов" | Magnetometer with magnetic field sensor signal temperature compensation |
-
2006
- 2006-06-07 RU RU2006120030/28A patent/RU2316781C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2475769C1 (en) * | 2011-06-16 | 2013-02-20 | Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнева" | Digital ferroprobe magnetometer |
RU2503025C2 (en) * | 2012-02-24 | 2013-12-27 | Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнева" | Digital fluxgate magnetometer |
RU2549545C2 (en) * | 2013-09-13 | 2015-04-27 | Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнева" | Digital ferroprobe magnetometer |
RU2707586C1 (en) * | 2019-02-05 | 2019-11-28 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт командных приборов" | Magnetometer with magnetic field sensor signal temperature compensation |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2316781C1 (en) | Digital ferro-probe magnetometer | |
Yang et al. | A new compact fluxgate current sensor for AC and DC application | |
RU2437113C2 (en) | Digital ferroprobe magnetometre | |
RU2441250C1 (en) | Digital ferroprobe magnetometer | |
RU2380718C1 (en) | Digital ferroprobe magnetometre | |
RU2455656C1 (en) | Digital ferroprobe magnetometer | |
RU2382375C1 (en) | Digital ferroprobe magnetometre | |
RU2413235C1 (en) | Digital ferroprobe magnetometre | |
Grandi et al. | Magnetic-field transducer based on closed-loop operation of magnetic sensors | |
RU2549545C2 (en) | Digital ferroprobe magnetometer | |
RU2386976C1 (en) | Digital ferroprobe magnetometre | |
RU2503025C2 (en) | Digital fluxgate magnetometer | |
RU143663U1 (en) | DEVICE FOR MEASURING ELECTRIC CONDUCTIVITY OF A LIQUID | |
RU2582496C1 (en) | Device for measuring conductive liquids | |
RU2539726C1 (en) | Ferroprobe magnetometer and method to measure components of induction of magnetic field by means of vector compensation | |
CN115684701B (en) | High-resolution wide-range magnetic modulation type direct current sensor based on differential demodulation | |
RU2421748C2 (en) | Test method of products from magnetically soft materials | |
SU930138A1 (en) | Measuring dc converter | |
SU1157487A1 (en) | Method of measuring variable magnetic field | |
RU2475769C1 (en) | Digital ferroprobe magnetometer | |
SU742837A1 (en) | Ferroprobe magnetometer | |
RU2249790C2 (en) | Magnetic field converter for inclinometer | |
SU731368A1 (en) | Device for magnetic noise strusturoscopy | |
RU2382376C1 (en) | Monoblock ferroprobe magnetometre | |
RU1757307C (en) | Fluxgate magnetometer |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130608 |