RU2455656C1 - Digital ferroprobe magnetometer - Google Patents
Digital ferroprobe magnetometer Download PDFInfo
- Publication number
- RU2455656C1 RU2455656C1 RU2010151541/28A RU2010151541A RU2455656C1 RU 2455656 C1 RU2455656 C1 RU 2455656C1 RU 2010151541/28 A RU2010151541/28 A RU 2010151541/28A RU 2010151541 A RU2010151541 A RU 2010151541A RU 2455656 C1 RU2455656 C1 RU 2455656C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- input
- flux
- digital
- gate
- 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, также в устройство введены 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 for measuring magnetic field strength according to RU 2155968 C2 of 09/10/2000, MKI G01R 33/02, comprising 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 winding 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 reverse pulse counter are also introduced into the device. 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 2316781 С1, 10.02.2008, МПК G01R 33/02, включающий в себя задающий генератор, выход которого соединен с входом логического блока, первый выход которого соединен с входом формирователя синусоиды, выход которого соединен с входами трех феррозондов, выходы которых соединены с входами трех устройств выборки-хранения, выходы которых соединены с входами трех аналого-цифровых преобразователей. Этот феррозондовый магнитометр выбран в качестве прототипа.The closest in technical essence to the proposed one is a flux-gate magnetometer according to RU 2316781 C1, 02/10/2008, IPC G01R 33/02, which includes a master oscillator, the output of which is connected to the input of the logic unit, the first output of which is connected to the input of the sine wave shaper, the output of which connected to the inputs of three flux gates, the outputs of which are connected to the inputs of three sampling-storage devices, the outputs of which are connected to the inputs of three analog-to-digital converters. This fluxgate magnetometer is selected as a prototype.
Недостатком данного магнитометра является погрешность измерения магнитного поля, обусловленная наличием трех раздельных измерительных каналов.The disadvantage of this magnetometer is the error in measuring the magnetic field due to the presence of three separate measuring channels.
Задачей настоящего изобретения являются повышение точности и стабильности измерения за счет введения мультиплексора, увеличение надежности и снижение стоимости устройства за счет замены трех измерительных каналов одним.The objective of the present invention is to increase the accuracy and stability of measurement by introducing a multiplexer, increasing reliability and reducing the cost of the device by replacing three measuring channels with one.
Для решения поставленной задачи в цифровой феррозондовый магнитометр, содержащий избирательный усилитель 6 (ИУ), выход которого соединен с первым входом устройства выборки-хранения 7 (УВХ), второй вход которого соединен с третьим выходом логического блока 12 управления (ЛБУ), а первый выход соединен с первым входом аналого-цифрового преобразователя 8 (АЦП), второй вход которого соединен с четвертым выходом логического блока 12 управления, вход которого соединен с выходом задающего генератора 13 (ЗГ), а первый выход соединен со входом формирователя 1 синусоиды (ФС), выход которого соединен с первыми входами феррозондов 2, 3, 4, введены три регистра 9, 10, 11 и мультиплексор 5 (М), первый вход которого соединен с выходом первого феррозонда 2 (ФЗ-Х), второй вход соединен с выходом второго феррозонда 3 (ФЗ-Y), третий вход соединен с выходом третьего феррозонда 4 (ФЗ-Z), четвертый вход соединен со вторым выходом устройства выборки-хранения 7, первый выход соединен со вторым входом первого феррозонда 2, второй выход соединен со вторым входом второго феррозонда 3, третий выход соединен со вторым входом третьего феррозонда 4, четвертый выход соединен с входом избирательного усилителя 6, пятый вход соединен со вторым выходом логического блока 12 управления, пятый выход которого соединен со вторым входом первого регистра 9 (Рх), шестой выход соединен со вторым входом второго регистра 10 (Рy), седьмой выход соединен со вторым входом третьего регистра 11 (Pz), первый вход которого соединен с первыми входами первого и второго регистров и с выходом аналого-цифрового преобразователя 8.To solve this problem, a digital flux-gate magnetometer containing a selective amplifier 6 (DUT), the output of which is connected to the first input of the sampling-storage device 7 (UVX), the second input of which is connected to the third output of the logical control unit 12 (LBU), and the first output connected to the first input of the analog-to-digital converter 8 (ADC), the second input of which is connected to the fourth output of the
Суть изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена блок-схема цифрового феррозондового магнитометра, на фиг.2 - принципиальная схема измерительного канала цифрового феррозондового магнитометра, на фиг.3 - эпюры напряжений схемы цифрового феррозондового магнитометра.The essence of the invention is illustrated by drawings, where Fig. 1 shows a block diagram of a digital flux-gate magnetometer, Fig. 2 is a schematic diagram of a measuring channel of a digital flux-gate magnetometer, and Fig. 3 is a voltage diagram of a circuit of a digital flux-gate magnetometer.
Цифровой феррозондовый магнитометр состоит из формирователя 1 синусоиды, феррозондов 2, 3, 4, избирательного усилителя 6, устройства выборки-хранения 7, аналого-цифрового преобразователя 8, регистров 9, 10, 11, логического блока 12 управления и задающего генератора 13.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 поочередно. Выходные обмотки феррозондов ФЗ-Х, ФЗ-У и ФЗ-Z подключаются к измерительному каналу с помощью мультиплексора 5. Частота с задающего генератора 13 поступает на логический блок 12 управления, в котором формируются сетки частот, поступающие на формирователь 1 синусоиды и на управление мультиплексором 5, устройством выборки хранения 7, аналого-цифровым преобразователем 8 и регистром 9. В формирователе 1 синусоиды цифровым способом формируется синусоидальное напряжение Uв с частотой fв=10 кГц, которое подается на обмотку возбуждения феррозонда 2. Феррозонд 2 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 вектора индукции магнитного поля, а фаза изменяется на π радиан при изменении направления вектора индукции магнитного поля на 180°. В выходной ЭДС феррозонда 2 присутствует также помеха, имеющая в спектре нечетные гармоники. Напряжение Uф с выходной обмотки феррозонда 2 подается на вход мультиплексора 5, а мультиплексор поочередно, в моменты времени tпep, подключает выходные обмотки феррозондов 2,3 и 4 ко входу избирательного усилителя 6.The measurement of the three components of the magnetic field induction vector is performed alternately. The output windings of the flux gates FZ-X, FZ-U and FZ-Z are connected to the measuring channel using a
На фиг.2 показана принципиальная схема аналоговых ключей мультиплексора 5, избирательного усилителя 6, логического блока 12 управления, устройства выборки-хранения 7 и аналого-цифрового преобразователя 8. Избирательный усилитель 6 предназначен для выделения из общего спектра сигнала, поступающего с измерительной обмотки феррозонда 2, 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 2 не более 30 и 10 соответственно.Figure 2 shows a schematic diagram of the analog keys of the
Таким образом, избирательным усилителем 6 из выходной ЭДС феррозонда 2 выделяется вторая гармоника 2fв=20 кГц, которая усиливается до необходимого значения и подается на устройство выборки-хранения 7.Thus, the second harmonic 2fv = 20 kHz, which is amplified to the required value and fed to the sample-storage device 7, is selected from the output EMF of the
С помощью логического блока 12 управления в устройстве выборки-хранения 7 один раз за три периода Ux происходит запоминание определенного значения Ux, пропорционального компоненте Х индукции магнитного поля. Постоянное напряжение Uyвx-X с выхода устройства выборки-хранения 7 поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 8, где преобразуется в цифровой код Nx, пропорциональный проекции вектора компоненты Х индукции магнитного поля. С выхода аналого-цифрового преобразователя 8 цифровой код Nx поступает на вход регистра Рх, где запоминается и подается на выход устройства.Using the
Каналы Y и Z работают по аналогичному алгоритму с поочередным подключением измерительного канала к соответствующим феррозондам ФЗ-Y и ФЗ-Z и записью выходного кода в соответствующие регистры Рy и Pz.Channels Y and Z operate according to a similar algorithm with alternately connecting the measuring channel to the corresponding flux gates ФЗ-Y and ФЗ-Z and writing the output code to the corresponding registers Рy and Pz.
Таким образом, в предложенном устройстве, содержащем мультиплексор, преобразование выходных напряжений феррозондов ФЗ-Х, ФЗ-У и ФЗ-Z в цифровые коды производится поочередно, с помощью одного измерительного канала, состоящего из измерительного усилителя 6, устройства выборки-хранения 7 и аналого-цифрового преобразователя 8, а не трех, как в прототипе.Thus, in the proposed device containing the multiplexer, the conversion of the output voltages of the FZ-X, FZ-U and FZ-Z flux gates into digital codes is performed alternately, using one measuring channel, consisting of a
Момент запуска преобразования Uyвх в цифровой код задерживается на время Δt для исключения влияния переходных процессов.The moment of starting the conversion of Uyin to a digital code is delayed by the time Δt to exclude the influence of transients.
Процессы формирования синусоиды, выборки-хранения и аналого-цифрового преобразования синхронизированы частотой генератора 13. Положение выборки на синусоиде Uф определяется логическим блоком 12 управления исходя из условия необходимой крутизны выходной характеристики магнитометра.The processes of forming a sinusoid, sample-storage and analog-to-digital conversion are synchronized by the frequency of the
Для стабилизации коэффициента передачи каждый канал охвачен цепью отрицательной обратной связи по полю. Сигнал отрицательной обратной связи берется с выхода устройств выборки-хранения 7 и поочередно подается через мультиплексор 5 на обмотки обратной связи феррозондов 2, 3 и 4.To stabilize the transmission coefficient, each channel is covered by a negative field feedback circuit. The negative feedback signal is taken from the output of the sampling-storage devices 7 and is alternately fed through the
Применение мультиплексора с одноканальной схемой измерения позволило существенно повысить точность измерения компонент вектора индукции магнитного поля, снизив ошибки преобразования, обусловленные наличием трех измерительных каналов, а так же снизить стоимость устройства, заменив три измерительных канала одним.The use of a multiplexer with a single-channel measurement scheme made it possible to significantly increase the accuracy of measuring the components of the magnetic field induction vector, reducing conversion errors due to the presence of three measuring channels, as well as reducing the cost of the device by replacing the three measuring channels with one.
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.
Выполнено электронное моделирование схемы устройства в среде пакета OrCAD 10.5. Результаты моделирования свидетельствуют о достижении поставленной задачи. ОАО «ИСС» предполагает использовать это техническое решение на штатных изделиях.An electronic simulation of the device circuit in the environment of the OrCAD 10.5 package is performed. The simulation results indicate the achievement of the task. ISS OJSC intends to use this technical solution on standard products.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010151541/28A RU2455656C1 (en) | 2010-12-15 | 2010-12-15 | Digital ferroprobe magnetometer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010151541/28A RU2455656C1 (en) | 2010-12-15 | 2010-12-15 | Digital ferroprobe magnetometer |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2455656C1 true RU2455656C1 (en) | 2012-07-10 |
Family
ID=46848697
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010151541/28A RU2455656C1 (en) | 2010-12-15 | 2010-12-15 | Digital ferroprobe magnetometer |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2455656C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2686519C1 (en) * | 2018-07-26 | 2019-04-29 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Digital ferro-probe magnetometer |
RU2707586C1 (en) * | 2019-02-05 | 2019-11-28 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт командных приборов" | Magnetometer with magnetic field sensor signal temperature compensation |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2276727A (en) * | 1993-04-01 | 1994-10-05 | Rolls Royce & Ass | Magnetoresistive magnetometer |
RU2153682C1 (en) * | 1998-11-25 | 2000-07-27 | Открытое акционерное общество "Раменское приборостроительное конструкторское бюро" | Ferroprobe magnetometer |
US6130534A (en) * | 1998-03-10 | 2000-10-10 | Chung Shan Institute Of Science And Technology | Method of calibrating a three-axis magnetometer |
RU2382375C1 (en) * | 2008-09-09 | 2010-02-20 | Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнева" | Digital ferroprobe magnetometre |
-
2010
- 2010-12-15 RU RU2010151541/28A patent/RU2455656C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2276727A (en) * | 1993-04-01 | 1994-10-05 | Rolls Royce & Ass | Magnetoresistive magnetometer |
US6130534A (en) * | 1998-03-10 | 2000-10-10 | Chung Shan Institute Of Science And Technology | Method of calibrating a three-axis magnetometer |
RU2153682C1 (en) * | 1998-11-25 | 2000-07-27 | Открытое акционерное общество "Раменское приборостроительное конструкторское бюро" | Ferroprobe magnetometer |
RU2382375C1 (en) * | 2008-09-09 | 2010-02-20 | Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнева" | Digital ferroprobe magnetometre |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2686519C1 (en) * | 2018-07-26 | 2019-04-29 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Digital ferro-probe 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 |
---|---|---|
US9417293B2 (en) | Magnetic field sensor linearization architecture and method | |
RU2504794C2 (en) | Digital amplifier with control using direct and feedback links | |
WO1989002082A1 (en) | Single-winding magnetometer | |
Yang et al. | A new compact fluxgate current sensor for AC and DC application | |
RU2455656C1 (en) | Digital ferroprobe magnetometer | |
JP4353465B2 (en) | Railway vehicle magnetic field measuring method and magnetic field measuring apparatus | |
RU2316781C1 (en) | Digital ferro-probe magnetometer | |
Rovati et al. | Zero-field readout electronics for planar fluxgate sensors without compensation coil | |
Yang et al. | A fluxgate current sensor with a U-shaped magnetic gathering shell | |
RU2441250C1 (en) | Digital ferroprobe magnetometer | |
JP2004138558A (en) | Magnetic direction measuring apparatus | |
RU2382375C1 (en) | Digital ferroprobe magnetometre | |
RU2437113C2 (en) | Digital ferroprobe magnetometre | |
RU2380718C1 (en) | Digital ferroprobe magnetometre | |
RU2413235C1 (en) | Digital ferroprobe magnetometre | |
RU2549545C2 (en) | Digital ferroprobe magnetometer | |
CN114740245A (en) | Excitation-magnetization-detection three-stage differential weak current measuring device | |
Cerman et al. | Towards fully digital magnetometer | |
EP2388608B1 (en) | Fluxgate sensor circuit for measuring the gradient of a magnetic field | |
Zhang et al. | A new approach for solving the false balance of a closed-loop fluxgate current transducer | |
RU2503025C2 (en) | Digital fluxgate magnetometer | |
RU2475769C1 (en) | Digital ferroprobe magnetometer | |
CN108572336B (en) | Detection device for satellite space magnetic field | |
RU2386976C1 (en) | Digital ferroprobe magnetometre | |
Xie et al. | Giant magnetoresistive based galvanically isolated voltage measurement |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20171216 |