RU2352954C2 - Navigation magnetometer (versions) - Google Patents
Navigation magnetometer (versions) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2352954C2 RU2352954C2 RU2007106960/28A RU2007106960A RU2352954C2 RU 2352954 C2 RU2352954 C2 RU 2352954C2 RU 2007106960/28 A RU2007106960/28 A RU 2007106960/28A RU 2007106960 A RU2007106960 A RU 2007106960A RU 2352954 C2 RU2352954 C2 RU 2352954C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- scale
- compensation
- flux
- windings
- inputs
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области магнитоизмерительной техники, в частности к магнитной навигации и навигационному оборудованию, магниторазведке, магнитному картографированию и т.д., и может быть использовано для совместного построения прецизионных магнитометров с компенсаторами магнитных помех носителей или магнитных навигационных компасов с компенсаторами магнитной девиации.The invention relates to the field of magnetic measuring technology, in particular to magnetic navigation and navigation equipment, magnetic exploration, magnetic mapping, etc., and can be used for the joint construction of precision magnetometers with magnetic interference compensators for carriers or magnetic navigation compasses with magnetic deviation compensators.
При магнитных измерениях на подвижном объекте его собственные магнитные помехи определяются выражениями Пуассона [1, с.93], учитывающими влияние мягкого и твердого в магнитном отношении железа. Параметры Пуассона, характеризующие помехи, можно считать постоянными величинами для конкретного фиксированного распределения ферромагнитных масс объекта. Поэтому задачей компенсации помех является построение компенсатора помех, например, в составе магнитометра, реализующего формирование компенсационных поправок, определяемых зависимостью, согласно выражениям Пуассона.In magnetic measurements on a moving object, its own magnetic interference is determined by the Poisson expressions [1, p. 93], taking into account the influence of soft and hard iron in the magnetic ratio of iron. The Poisson parameters characterizing the noise can be considered constant values for a specific fixed distribution of the object's ferromagnetic masses. Therefore, the task of compensating for interference is the construction of an interference compensator, for example, as part of a magnetometer that implements the formation of compensation corrections determined by the dependence, according to Poisson's expressions.
Известны магнитометры с компенсаторами магнитных помех [1, с.119], построенными на применении сумматоров, а также магнитных и знакоформирующих преобразователей, реализованных на основе операционных усилителей, резистивных делителей и коммутаторов. В основу работы подобных компенсаторов положен принцип подачи компенсационных поправок в выходные цепи измерительных каналов магнитометра или принцип формирования компенсационных магнитных полей с помощью специальных электромагнитных катушек. Недостатком подобных компенсаторов является сложность их схемы и невозможность обеспечения миниатюризации магнитометра в целом.Known magnetometers with magnetic interference compensators [1, p.119], built on the use of adders, as well as magnetic and sign-forming converters, implemented on the basis of operational amplifiers, resistive dividers and switches. The operation of such compensators is based on the principle of compensating corrections to the output circuits of the measuring channels of the magnetometer or the principle of forming compensatory magnetic fields using special electromagnetic coils. The disadvantage of such compensators is the complexity of their circuit and the inability to ensure miniaturization of the magnetometer as a whole.
Ощутимым фактором влияния помех на измерения магнитометром составляющих вектора индукции магнитного поля Земли (МПЗ) является характер угловой дезориентации измеряемых компонент. Известными устройствами с компенсацией подобного рода погрешностей являются магнитометры с компенсаторами, содержащими перекрестные цепи формирования компенсационных поправок в виде токов, подаваемых в компенсационные обмотки датчиков магнитного поля. Достоинством подобных схем является отсутствие необходимости применения сложных узлов на операционных масштабных усилителях. Вариантом указанных схем является индукционный компас [2], содержащий два ортогональных феррозонда и усилительно-преобразовательных канала и корректор, выполненный в виде сдвоенного потенциометра, входы каждой секции которого соединены с выходами соответствующих им усилительно-преобразовательных каналов, а выходы подключены перекрестно к обмоткам, размещенным на феррозондах.A tangible factor in the influence of interference on the magnetometer measurements of the components of the Earth's magnetic field induction vector (MPS) is the nature of the angular disorientation of the measured components. Known devices with compensation of this kind of errors are magnetometers with compensators containing cross-circuits for the formation of compensation corrections in the form of currents supplied to the compensation windings of the magnetic field sensors. The advantage of such schemes is the lack of the need for complex nodes on large-scale operational amplifiers. A variant of these circuits is an induction compass [2], containing two orthogonal flux-gates and amplification-conversion channels and a corrector made in the form of a double potentiometer, the inputs of each section of which are connected to the outputs of their respective amplification-conversion channels, and the outputs are cross-connected to the windings placed on flux gates.
Перекрестное формирование с помощью масштабных потенциометров токов, пропорциональных выходным сигналам усилительно-преобразовательных каналов и подаваемых в компенсационные обмотки феррозондов, обеспечивает коррекцию курсового угла изменением его в данном случае на угол магнитного склонения.Cross-shaping with the help of large-scale potentiometers of currents proportional to the output signals of the amplification-conversion channels and supplied to the compensation windings of the flux gates, provides the course angle correction by changing it in this case by the angle of magnetic declination.
Недостатком измерителя МПЗ с подобным устройством компенсации является усложнение схемы, обусловленное необходимостью дополнительного введения специальных компенсационных обмоток в феррозонды, а также ограниченная возможность и сложность формирования знакопеременных компенсационных сигналов. Применение подобного способа построения схемы коррекции угловой погрешности в варианте трехкомпонентного магнитометра с компенсатором помех объекта заметно усложняет прибор в целом, при этом только частично решая задачу устранения влияния помех.The disadvantage of the MPZ meter with a similar compensation device is the complexity of the circuit, due to the need for additional introduction of special compensation windings in the flux gates, as well as the limited ability and complexity of the formation of alternating compensation signals. The use of a similar method of constructing a correction scheme for the angular error in the variant of a three-component magnetometer with an object noise compensator noticeably complicates the device as a whole, while only partially solving the problem of eliminating the influence of interference.
Известен также трехкомпонентный вариант схемы компенсации угловой погрешности в трехкомпонентном датчике магнитного поля [3], используемом для создания трех взаимно перпендикулярных магнитных полей заданной индукции. В данном случае угловая погрешность обусловлена не идеальной ортогональностью осей датчика относительно базовой плоскости. Трехкомпонентный датчик магнитного поля содержит три конструктивно совмещенных однокомпонентных контура с обмотками, оси которых взаимно перпендикулярны, и базовую плоскость, причем каждый контур дополнительно снабжен двумя вспомогательными обмотками, перекрестно соединенными через регулируемые резисторы с шунтами, включенными последовательно в цепь основных обмоток контуров.Also known is a three-component version of the compensation scheme for the angular error in a three-component magnetic field sensor [3], used to create three mutually perpendicular magnetic fields of a given induction. In this case, the angular error is due to the not ideal orthogonality of the sensor axes relative to the reference plane. A three-component magnetic field sensor contains three structurally aligned one-component circuits with windings, the axes of which are mutually perpendicular, and a base plane, and each circuit is additionally equipped with two auxiliary windings cross-connected through adjustable resistors with shunts connected in series to the circuit of the main windings of the circuits.
Благодаря этому осуществляется электрическая юстировка ортогональности полей, что упрощает конструкцию датчика и обеспечивает независимость регулировки каждой из компонент поля.Due to this, electrical adjustment of the orthogonality of the fields is carried out, which simplifies the design of the sensor and ensures the independence of adjustment of each of the field components.
Тем не менее, необходимость введения дополнительных вспомогательных обмоток в каждый контур, а также отсутствие возможности формирования знакопеременных компенсационных сигналов усложняют устройство в целом и ограничивают возможность применения указанной схемы для построения схемы компенсации в трехкомпонентном измерителе МПЗ, используемой для компенсации помех объекта.However, the need to introduce additional auxiliary windings in each circuit, as well as the inability to form alternating compensation signals complicate the device as a whole and limit the possibility of using this scheme to construct a compensation circuit in a three-component meter of the magnetic fault protection used to compensate for object interference.
Возможным вариантом построения навигационного магнитометра на подвижном объекте, используемого в составе навигационной системы для измерения магнитного курса объекта, является магнитометр с компенсатором магнитных помех объекта [4, фиг.2, фиг.4], наиболее близкий по технической сущности к предлагаемому и выбранный в качестве прототипа.A possible option for constructing a navigation magnetometer on a moving object, used as part of a navigation system for measuring the magnetic course of an object, is a magnetometer with a magnetic interference compensator for an object [4, figure 2, figure 4], which is closest in technical essence to the proposed one and selected as prototype.
Магнитометр содержит последовательно соединенные индукционный трехкомпонентный датчик с жестко закрепленными феррозондами, оси чувствительности которых ориентированны соответственно вдоль продольной, нормальной и поперечной связанных осей объекта, трехканальный блок усиления и компенсатор помех, содержащий в свою очередь последовательно соединенные стабилизированный источник питания, компенсационную цепь, первый, второй и третий выходы которой подключены соответственно к входам специально введенных компенсационных обмоток соответственно первого, второго и третьего феррозондов индукционного трехкомпонентного датчика.The magnetometer contains a three-component induction sensor connected in series with rigidly mounted flux-gates, the sensitivity axes of which are oriented respectively along the longitudinal, normal, and transverse connected axes of the object, a three-channel amplification unit and an interference compensator, which in turn contains a stabilized power source, a compensation circuit, and a first, second circuit and the third outputs of which are connected respectively to the inputs of specially introduced compensation windings accordingly, the first, second and third fluxgates of the three-component induction sensor.
Индукционным датчиком измеряются сигналы, соответствующие проекциям вектора индукции магнитного поля на связанные оси объекта. Сигналы с индукционного датчика в трехканальном блоке усиления усиливаются и преобразуются в напряжения постоянного тока, пропорциональные измеряемым проекциям. Затем сигналы с выходов трехканального блока усиления поступают на компенсатор помех (девиации), который в соответствии со значениями сигналов на своих входах обеспечивает компенсацию составляющих погрешности, обусловленной магнитным полем объекта. Компенсация осуществляется формированием на трех выходах компенсатора девиации сигналов, пропорциональных составляющим вектора погрешности измерения, поступающих на входы специальных компенсационных обмоток феррозондов индукционного датчика, за счет чего осуществляется дополнительное подмагничивание магнитных зондов токами, пропорциональными соответствующим составляющим вектора погрешности измерения, что позволяет компенсировать данную погрешность.An induction sensor measures signals corresponding to the projections of the magnetic field induction vector onto the connected axes of the object. The signals from the induction sensor in the three-channel amplification unit are amplified and converted into DC voltages proportional to the measured projections. Then, the signals from the outputs of the three-channel amplification unit are fed to a noise compensator (deviation), which, in accordance with the values of the signals at its inputs, provides compensation for the components of the error due to the magnetic field of the object. Compensation is carried out by generating at three outputs of the compensator deviation of signals proportional to the components of the measurement error vector arriving at the inputs of special compensation windings of the flux gates of the induction sensor, due to which additional magnetization of the magnetic probes by currents proportional to the corresponding components of the measurement error vector is carried out, which makes it possible to compensate for this error.
В данном устройстве последовательность соединения феррозонда и соответствующего усилителя блока усиления представляет собой канал преобразования. Возможным и целесообразным вариантом исполнения каждого канала преобразования является реализация его по автокомпенсационной схеме [5, с.30-35], то есть канала преобразования, охваченного резистивной отрицательной обратной связью с выхода усилителя на вход собственной обмотки компенсации феррозонда.In this device, the connection sequence of the flux gate and the corresponding amplifier of the amplification unit is a conversion channel. A possible and feasible embodiment of each conversion channel is its implementation according to the self-compensation scheme [5, p. 30-35], that is, the conversion channel covered by resistive negative feedback from the amplifier output to the input of the flux-gate compensation winding.
Достоинством представленного варианта схемы компенсации является высокая разрешающая способность и стабильность формирования знакопеременных компенсационных полей в автоматическом или полуавтоматическом режиме работы.The advantage of the presented variant of the compensation scheme is the high resolution and stability of the formation of alternating compensation fields in the automatic or semi-automatic mode of operation.
Структура компенсатора девиации (помех) определяется реализацией зависимостей составляющих погрешности согласно выражениям Пуассона. Принципиально возможными структурами построения схем компенсации помех в данном устройстве являются, например, комбинации схем представленных аналогов [1-3] с присущим им указанным недостатком, то есть сложность схемы, обусловленная необходимостью применения сумматоров и масштабных элементов, реализованных на основе применения операционных усилителей и дополнительных компенсационных обмоток в феррозондах или индуктивных катушек, усложняющих микроминиатюризацию навигационного магнитометра.The structure of the compensator for deviation (interference) is determined by the implementation of the dependencies of the components of the error according to Poisson's expressions. Fundamentally possible structures for constructing interference compensation circuits in this device are, for example, combinations of the circuits of the presented analogs [1-3] with their inherent drawback, that is, the complexity of the circuit due to the need to use adders and large-scale elements based on the use of operational amplifiers and additional compensation windings in flux gates or inductive coils complicating the microminiaturization of a navigation magnetometer.
Техническим результатом, достигаемым при использовании предлагаемого технического решения, является упрощение схемы и конструкции, а также уменьшение габаритов навигационного магнитометра.The technical result achieved by using the proposed technical solution is to simplify the circuit and design, as well as reduce the size of the navigation magnetometer.
Предлагаемое техническое решение представляет собой два варианта навигационного магнитометра, образующих единый общий изобретательский замысел.The proposed technical solution is two versions of the navigation magnetometer, forming a single common inventive concept.
Указанный результат достигается тем, что в предлагаемом навигационном магнитометре (по первому варианту), содержащем три ортогонально ориентированных феррозонда, оси чувствительности которых ориентированны соответственно вдоль продольной, нормальной и поперечной связанных осей объекта, компенсатор помех и три усилителя, вход каждого из которых подключен к выходу измерительной обмотки соответствующего феррозонда, а выход подключен к соответствующему входу компенсатора помех и через сопротивление обратной связи - ко входу компенсационной обмотки соответствующего феррозонда, в каждом феррозонде компенсационная и измерительная обмотки включены дифференциально по постоянному току, компенсатор помех содержит три масштабных блока, с первого по третий входы которых подключены соответственно к первому, второму и третьему входам компенсатора помех, а четвертый вход каждого масштабного блока подключен к выходу источника стабилизированного напряжения, каждый масштабный блок содержит с первой по четвертую масштабные цепи последовательного соединения переменного сопротивления и коммутатора, причем первые выходы коммутаторов с первого по третий масштабных блоков подключены к входам компенсационных обмоток соответственно первого, второго и третьего феррозондов, а вторые выходы - к выходам измерительных обмоток соответственно первого, второго и третьего феррозондов.The indicated result is achieved by the fact that in the proposed navigation magnetometer (according to the first embodiment), which contains three orthogonally oriented flux gates, the sensitivity axes of which are oriented respectively along the longitudinal, normal and transverse connected axes of the object, an interference canceller and three amplifiers, the input of each of which is connected to the output the measuring winding of the corresponding flux gate, and the output is connected to the corresponding input of the interference compensator and, through feedback resistance, to the compensation input the windings of the corresponding fluxgate, in each fluxgate, the compensation and measuring windings are connected differentially by direct current, the interference canceller contains three scale units, the first through third inputs of which are connected respectively to the first, second and third inputs of the interference compensator, and the fourth input of each scale unit is connected to the output of the stabilized voltage source, each scale block contains from the first to fourth scale chains of a series connection of alternating resistance ivleniya and the switch, wherein the first switch outputs the first through third scaling blocks connected to inputs of the compensation coils, respectively, first, second and third flux gate, and the second output - to the outputs of the measuring coils, respectively first, second and third flux gate.
В предлагаемом навигационном магнитометре (по второму варианту), содержащем три ортогонально ориентированных феррозонда, оси чувствительности которых ориентированны соответственно вдоль продольной, нормальной и поперечной связанных осей объекта, компенсатор помех и три усилителя, вход каждого из которых подключен к выходу измерительной обмотки соответствующего феррозонда, а выход подключен к соответствующему входу компенсатора помех и через сопротивление обратной связи - к входу компенсационной обмотки соответствующего феррозонда, в каждом феррозонде компенсационная и измерительная обмотки включены дифференциально по постоянному току, компенсатор помех содержит три масштабных блока, с первого по третий входы которых подключены соответственно к первому, второму и третьему входам компенсатора помех, а четвертый вход каждого масштабного блока подключен к источнику стабилизированного напряжения, каждый масштабный блок содержит с первой по четвертую масштабные цепи последовательного соединения сопротивления и потенциометра, причем первые выводы с первого по четвертый сопротивления каждого масштабного блока подключены соответственно к его первому по четвертый входам, а вторые выводы - к первому (среднему) выводу соответственно первого по четвертый потенциометров, вторые выводы потенциометров с первого по третий масштабных блоков подключены ко входам компенсационных обмоток соответственно первого, второго и третьего феррозондов, а третьи выводы - к выходам измерительных обмоток соответствующих феррозондов.In the proposed navigation magnetometer (according to the second embodiment), containing three orthogonally oriented fluxgates, the sensitivity axes of which are oriented respectively along the longitudinal, normal and transverse connected axes of the object, an interference compensator and three amplifiers, the input of each of which is connected to the output of the measuring winding of the corresponding fluxgate, and the output is connected to the corresponding input of the interference compensator and, through feedback resistance, to the input of the compensation winding of the corresponding flux probe , in each fluxgate, the compensation and measuring windings are connected differentially in direct current, the interference compensator contains three scale units, the first through third inputs of which are connected respectively to the first, second and third inputs of the interference compensator, and the fourth input of each scale unit is connected to a stabilized voltage source , each scale block contains from the first to the fourth scale chains of the series connection of the resistance and the potentiometer, and the first conclusions from the first to the fourth resistances of each scale block are connected respectively to its first through fourth inputs, and the second leads are connected to the first (middle) terminal of the first to fourth potentiometers, respectively, the second leads of potentiometers from the first to third scale blocks are connected to the inputs of the compensation windings of the first, second, and third, respectively flux gates, and the third conclusions - to the outputs of the measuring windings of the corresponding flux gates.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется графическими материалами. На фиг.1 изображена структурная схема навигационного магнитометра по первому варианту. На фиг.2 изображена структурная схема навигационного магнитометра по второму варианту.The essence of the invention is illustrated by graphic materials. Figure 1 shows a structural diagram of a navigation magnetometer according to the first embodiment. Figure 2 shows a structural diagram of a navigation magnetometer according to the second embodiment.
Предлагаемый навигационный магнитометр по первому (см. фиг.1) и второму (см. фиг.2) вариантам содержит три ортогонально ориентированных феррозонда 1, 2, 3, оси чувствительности которых ориентированы соответственно вдоль продольной, нормальной и поперечной связанных осей объекта, компенсатор помех 4 и три усилителя 5, 6, 7, вход каждого из которых подключен к выходу измерительной обмотки 8 соответствующего феррозонда, а выход подключен к соответствующему входу компенсатора помех 4 и через сопротивление обратной связи 10, 11, 12 - ко входу компенсационной обмотки 9 соответствующего феррозонда 1, 2, 3, в каждом феррозонде компенсационная 9 и измерительная 8 обмотки включены дифференциально по постоянному току, компенсатор помех 4 содержит три масштабных блока 13, 14, 15, с первого по третий входы которых подключены соответственно к первому, второму и третьему входам компенсатора помех, а четвертые входы каждого масштабного блока 13, 14, 15 подключены к выходу источника стабилизированного напряжения (U0), по первому варианту (фиг.1) каждый масштабный блок 13, 14, 15 содержит с первой по четвертую масштабные цепи последовательного соединения переменного сопротивления 16-19 и коммутатора 20-23, причем первые выходы коммутаторов 20-23 с первого 13 по третий 15 масштабных блоков подключены ко входам компенсационных обмоток 9 соответственно первого 1, второго 2 и третьего 3 феррозондов, а вторые выходы - к выходам измерительных обмоток 8 соответственно первого 1, второго 2 и третьего 3 феррозондов, по второму варианту (фиг.2) каждый масштабный блок 13-15 содержит с первой по четвертую масштабные цепи последовательного соединения сопротивления 16-19 и потенциометра 20-23, причем первые выводы с первого 16 по четвертый 19 сопротивления каждого масштабного блока 13-15 подключены соответственно к его первому по четвертый входам, а вторые выводы - к первому (среднему) выводу соответственно первого 20 по четвертый 23 потенциометров, вторые выводы потенциометров 20-23 с первого 13 по третий 15 масштабных блоков подключены ко входам компенсационных обмоток соответственно первого 1, второго 2 и третьего 3 феррозондов, а третьи выводы - к выходам измерительных обмоток соответствующих феррозондов.The proposed navigation magnetometer according to the first (see Fig. 1) and second (see Fig. 2) options contains three orthogonally
Работа устройства осуществляется следующим образом.The operation of the device is as follows.
Феррозондами 1, 2, 3 измеряются сигналы, соответствующие проекциям вектора индукции магнитного поля на связанные оси объекта. Выходные сигналы феррозондов с выходов измерительных обмоток 8 выделяются частотно-избирательным фильтром, усиливаются по переменному току и преобразуются в напряжения постоянного тока в соответствующих феррозондам 1, 2, 3 усилителях 5, 6, 7 и затем через соответствующие им сопротивления обратной связи 10, 11, 12, преобразуясь в ток, подаются на входы компенсационных обмоток 9 соответствующих феррозондов 1, 2, 3. То есть в объеме каждого феррозонда 1, 2, 3 осуществляется автоматическая компенсация (автокомпенсация) измеряемого поля током компенсационной обмотки 9. Таким образом, в данном устройстве измерение проекций вектора индукции магнитного поля осуществляется ферромодуляционными преобразователями автокомпенсационного типа [5].The
Компоненты вектора магнитной индукции по соответствующим осям объекта OX, OY, OZ определяются выражениямиThe components of the magnetic induction vector along the corresponding axes of the object OX, OY, OZ are determined by the expressions
где Bx, By, Вr - составляющие вектора суммарной индукции МПЗ и объекта, Вxи, Вyи, Bzи - измеряемые составляющие вектора индукции МПЗ, а ΔВх, ΔВу, ΔBz - составляющие вектора магнитной индукции помехи, определяемые выражениями Пуассона [1, с.93]where B x , B y , B r are the components of the vector of the total induction of the MPZ and the object, V xi , V yi , B z and are the measured components of the induction vector of the MPZ, and ΔB x , ΔB y , ΔB z are the components of the magnetic induction vector of the interference, determined Poisson's expressions [1, p.93]
где a, b, c, d, e, g, h, k - коэффициенты Пуассона, характеризующие влияние магнитомягкого, в магнитном отношении, железа, а Р, Q, R - составляющие магнитной индукции по осям объекта, вызванной постоянной намагниченностью, то есть компоненты вектора магнитной индукции от намагничивания твердого железа объекта. В предлагаемом магнитометре компенсация помех осуществляется формированием компенсационных сигналов ΔВхк, ΔВук, ΔВzк в объемах соответствующих им феррозондов 1, 2, 3 путем подачи на входы феррозондов токов, формируемых устройством компенсации 4. То есть результатом компенсации является минимизированная алгебраическая разность помехи и компенсационного сигнала, следовательно, условием компенсации помех выражений (1) является осуществление требованийwhere a, b, c, d, e, g, h, k are the Poisson ratios characterizing the influence of magnetically soft, magnetically iron, and P, Q, R are the components of magnetic induction along the axes of the object caused by constant magnetization, i.e. components of the magnetic induction vector from magnetization of solid iron of an object. In the present magnetometer interference compensation is performed formation compensation signal ΔV xk, yk ΔV, ΔV Zc in
Формирование компенсационных токов и подача их в обмотки 8, 9 феррозондов 1, 2, 3 осуществляются соответственно масштабными блоками 13, 14, 15. В дифференциально включенных обмотках 8, 9 магнитные поля, создаваемые выходными электрическими токами масштабных блоков 13, 14, 15, протекающими через обмотки 8, 9, направлены встречно. В каждом масштабном блоке осуществляется формирование и масштабное преобразование модулей и формирование знаков компенсационных токов. Процесс формирования компенсационных сигналов в объеме каждого феррозонда представим в виде следующих функций преобразования, реализуемых компенсатором помех 4 согласно выражениям (2), (3)The formation of compensation currents and their supply to the
где mа, mb, mс, mP - масштабные коэффициенты, формируемые масштабным блоком 13 и также определяемые коэффициентом преобразования соответствующей обмотки (постоянной обмотки) феррозонда 1, a md, me, mf, mQ и mg, mh, mk, mR - масштабные коэффициенты, формируемые соответственно масштабными блоками 14, 15 и задаваемые постоянной обмотки феррозондов 2, 3.where m a , m b , m s , m P are the scale factors generated by the
Предполагая равенство всех коэффициентов преобразования (К) автокомпенсационных преобразователей магнитометра (то есть основных всех трех каналов преобразования магнитометра), подставим в выражения (4) равенстваAssuming the equality of all conversion coefficients (K) of the self-compensating transducers of the magnetometer (that is, the main of all three channels of the magnetometer conversion), we substitute the equalities in expressions (4)
Ux=KBxи, Uy=KByи, Uz=KBzи.U x = KB x and U y = KB y and U z = KB z and
Далее, согласно (3) из условия равенства выражений (2) и (4) получимFurther, according to (3), from the condition of equality of expressions (2) and (4) we obtain
В предлагаемом устройстве по первому варианту модули масштабных коэффициентов устанавливаются при регулировке с помощью переменных сопротивлений 16-19 в каждом масштабном блоке 13, 14, 15. При этом знаки масштабных коэффициентов формируются подключением с помощью соответствующего коммутатора регулируемой масштабной цепи к соответствующему выводу дифференциально включенных обмоток, то есть к выходу измерительной обмотки 8 или ко входу компенсационной обмотки 9. Так, например, формирование первого слагаемого (ΔВхка) компенсационного сигнала ΔВхк выражения (4) можно представить в видеIn the proposed device according to the first embodiment, the scale factor modules are installed during adjustment using variable resistances 16-19 in each
В данном случае компенсационный ток задается регулируемым сопротивлением 16, то есть R16, в масштабном блоке 13 и коэффициентом преобразования (Собм) одной из обмоток 8, 9 в феррозонде 1. При подключении с помощью коммутатора 20 второго вывода сопротивления 16 к компенсационной обмотке 9 с коэффициентом преобразования Ск в объеме феррозонда 1 наводится индукция определенной полярности, например отрицательнойIn this case, the compensation current is set by the
при подключении вывода сопротивления 16 к выходу измерительной обмотки с коэффициентом преобразования Си в объеме феррозонда 1 наводится индукция противоположной полярностиwhen the
При обеспечении равенства коэффициентов преобразования обмоток 8, 9 Си=Cк=Собм с учетом выражений масштабного коэффициента mа в формулах (5), (6) получимWhile ensuring the equality of the conversion coefficients of the
Подставляя в полученную формулу выражение коэффициента преобразования автокомпенсационного магнитометрического преобразователя [6]Substituting the expression of the conversion coefficient of the self-compensating magnetometric transducer into the obtained formula [6]
имеемwe have
где R10 - сопротивление обратной связи 10.where R 10 -
Аналогичным образом можно получить выражения для остальныхSimilarly, you can get expressions for the rest
масштабных сопротивлений 17, 18, 19 масштабного блока 13, то есть
и соответственно для масштабных блоков 14 и 15 имеемand accordingly for scale blocks 14 and 15 we have
В предлагаемом устройстве предполагается равенство соответствующих параметров феррозондов 1, 2, 3 и равенство R10=R11=R12.In the proposed device, the equality of the corresponding parameters of the
В предлагаемом устройстве по второму варианту масштабные коэффициенты устанавливаются при регулировке в каждом масштабном блоке 13, 14, 15 с помощью потенциометров 20-23. При равенстве коэффициентов преобразования измерительной 8 и компенсационной 9 обмоток (Си=Ск) модуль и знак компенсационных токов в объеме феррозондов 1, 2, 3 задаются в соответствующих масштабных блоках 13, 14, 15 положением подвижных контактов потенциометров 20-23 относительно их среднего положения, то есть задаются соответственно абсолютной величиной и знаком разности выходных токов потенциометров, подаваемых на вход компенсационной 9 и выход измерительной 8 обмоток. Следовательно, в среднем положении подвижных контактов потенциометров формируются нулевые значения компенсационных полей. Сопротивлениями 16-19 задается диапазон регулировки токов, а следовательно, и диапазон регулировки масштабных коэффициентов. Особенностью данного варианта предлагаемого устройства является возможность одновременной выставки модуля и знака масштабных коэффициентов перемещением движка потенциометров 20-23.In the proposed device according to the second embodiment, scale factors are set during adjustment in each
Предлагаемые варианты технического решения обеспечивают возможность полуавтоматического и автоматического режимов компенсации помех, вызванных влиянием мягкого и твердого в магнитном отношении железа. В первом режиме осуществляется выставка вручную масштабных коэффициентов по известным значениям параметров Пуассона. Во втором случае, например, в варианте применения навигационного магнитометра в системе для измерения магнитного курса [5], обеспечивается возможность автоматического управления установкой масштабных коэффициентов реализацией переменных регулировочных резисторов в виде цифроуправляемых сопротивлений.The proposed technical solutions provide the possibility of semi-automatic and automatic modes of compensation for interference caused by the influence of soft and hard magnetically iron. In the first mode, a manual exhibition of scale factors is carried out according to the known values of the Poisson parameters. In the second case, for example, in the application of the navigation magnetometer in the system for measuring the magnetic course [5], it is possible to automatically control the installation of scale factors by the implementation of variable adjustment resistors in the form of digitally controlled resistances.
Простота схемного решения, обусловленная простотой схемы компенсатора помех 4, отсутствием необходимости использования для формирования компенсационных токов дополнительных компенсационных обмоток или индуктивных катушек и использованием однополярного источника стабилизированного напряжения для формирования знакопеременных компенсационных токов, позволяет осуществление миниатюризации предлагаемого устройства, а также, кроме основного назначения, обеспечивает возможность использования предложенной схемы компенсации помех в качестве компенсатора инструментальных погрешностей магнитометра, расширяя тем самым функциональные возможности технического решения.The simplicity of the circuit solution, due to the simplicity of the interference compensator circuit 4, the absence of the need to use additional compensation windings or inductive coils to form compensation currents and the use of a unipolar stabilized voltage source to form alternating compensation currents, allows miniaturization of the proposed device, and, in addition to the main purpose, provides the possibility of using the proposed interference compensation scheme in as a compensator of instrumental errors of the magnetometer, thereby expanding the functionality of the technical solution.
Таким образом, предлагаемое устройство, обладая новизной, полезностью и реализуемостью, обеспечивает возможность повышения точности измерения компонент вектора индукции МПЗ на подвижном объекте.Thus, the proposed device, having novelty, utility and feasibility, provides the opportunity to increase the accuracy of the measurement of the components of the induction vector MPZ on a moving object.
ЛитератураLiterature
1. Л.А.Кардашинский - Брауде. Современные судовые магнитные компасы. - СПб: ФГУП "ГНЦ - ЦНИИ «Электроприбор»", 1999. - 138 с.1. L.A. Kardashinsky - Braude. Modern marine magnetic compasses. - St. Petersburg: FSUE "SSC - Central Research Institute" Elektropribor ", 1999. - 138 p.
2. Авторское свидетельство СССР №287327 от 30.12.1968, МПК G01C 17/26, «Индукционный компас».2. USSR author's certificate No. 287327 of 12/30/1968,
3. Авторское свидетельство СССР №312216 от 06.04.1970, МПК G01R 33/02, «Трехкомпонентный датчик магнитного поля».3. USSR author's certificate No. 3112216 of 04/06/1970, IPC G01R 33/02, "Three-component magnetic field sensor."
4. Скородумов С.А., Обоишев Ю.П. Помехоустойчивая измерительная аппаратура. - Л.: Энергоиздат. Ленингр. отд-ние, 1981. - 176 с., ил.4. Skorodumov S.A., Oboishev Yu.P. Immunity measuring equipment. - L.: Power Publishing House. Leningra. Department, 1981. - 176 p., ill.
5. Семенов Н.М., Яковлев Н.И. Цифровые феррозондовые магнитометры. Л.: Энергия, 1978.5. Semenov N.M., Yakovlev N.I. Digital fluxgate magnetometers. L .: Energy, 1978.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007106960/28A RU2352954C2 (en) | 2007-02-27 | 2007-02-27 | Navigation magnetometer (versions) |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007106960/28A RU2352954C2 (en) | 2007-02-27 | 2007-02-27 | Navigation magnetometer (versions) |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2007106960A RU2007106960A (en) | 2008-09-10 |
| RU2352954C2 true RU2352954C2 (en) | 2009-04-20 |
Family
ID=39866291
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007106960/28A RU2352954C2 (en) | 2007-02-27 | 2007-02-27 | Navigation magnetometer (versions) |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2352954C2 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2469275C1 (en) * | 2011-04-14 | 2012-12-10 | Открытое акционерное общество Арзамасское научно-производственное предприятие "ТЕМП-АВИА" (ОАО АНПП "ТЕМП-АВИА") | Integrated system of backup devices and method of calibrating magnetic field sensor therein |
| RU2523099C2 (en) * | 2012-05-11 | 2014-07-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Волгоградский государственный университет" | Magnetometer |
| RU2747015C1 (en) * | 2020-03-24 | 2021-04-23 | Акционерное общество "Раменское приборостроительное конструкторское бюро" | Navigation magnetometer (versions) |
| RU2824864C1 (en) * | 2024-03-01 | 2024-08-14 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Magnetometric navigation system |
-
2007
- 2007-02-27 RU RU2007106960/28A patent/RU2352954C2/en active
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2469275C1 (en) * | 2011-04-14 | 2012-12-10 | Открытое акционерное общество Арзамасское научно-производственное предприятие "ТЕМП-АВИА" (ОАО АНПП "ТЕМП-АВИА") | Integrated system of backup devices and method of calibrating magnetic field sensor therein |
| RU2523099C2 (en) * | 2012-05-11 | 2014-07-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Волгоградский государственный университет" | Magnetometer |
| RU2747015C1 (en) * | 2020-03-24 | 2021-04-23 | Акционерное общество "Раменское приборостроительное конструкторское бюро" | Navigation magnetometer (versions) |
| RU2824864C1 (en) * | 2024-03-01 | 2024-08-14 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Magnetometric navigation system |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2007106960A (en) | 2008-09-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108507594A (en) | The method of position sensor and position sensing | |
| US10161969B2 (en) | Method and apparatus for the measurement of electrical current by means of a self-compensating configuration of magnetic field sensors | |
| KR20040008183A (en) | Azimuth meter | |
| CN114217114B (en) | Current sensor | |
| RU2352954C2 (en) | Navigation magnetometer (versions) | |
| CN103235189A (en) | High-precision micro resistor measurement method based on double-current voltage ratio method and measurement system for realizing method | |
| CN106291034B (en) | It can self-calibrating resistance divider | |
| US2834939A (en) | Compensation of induced magnetic fields | |
| Trinchera et al. | A digitally assisted current comparator bridge for impedance scaling at audio frequencies | |
| US2288310A (en) | Apparatus for geoelectric and seismic investigations | |
| JP4464517B2 (en) | Position detection device | |
| RU2730097C1 (en) | Navigation three-component ferroprobe magnetometer | |
| Merayo et al. | A portable single axis magnetic gradiometer | |
| Tang et al. | Design and simulation of a self-calibration based high precision angular displacement sensor | |
| RU2261456C1 (en) | Method and device for measuring parameters characterizing magnetization of object | |
| RU2747015C1 (en) | Navigation magnetometer (versions) | |
| RU2350906C1 (en) | Detector of magnetic course | |
| JPS59217106A (en) | Angle detector with hall element | |
| RU199110U1 (en) | Information signal generator of a fluxgate magnetometer | |
| CN214622810U (en) | Clamp-on ammeter without magnetism collecting iron core | |
| CN112964928B (en) | Clamp ammeter without integrated magnet core and automatic balance adjustment method | |
| RU21418U1 (en) | Azimuth converter for inclinometer | |
| RU2053521C1 (en) | Magnetic field meter | |
| Riveros et al. | High sensitivity GMI gradiometer with an active interference compensation system | |
| JP3030651B2 (en) | Linear position detector |