RU2490659C1 - Method for nondestructive volume measurement of vector function of flux density of magnetic field nonuniformly distributed in space and periodically varying in time - Google Patents

Method for nondestructive volume measurement of vector function of flux density of magnetic field nonuniformly distributed in space and periodically varying in time Download PDF

Info

Publication number
RU2490659C1
RU2490659C1 RU2012115677/28A RU2012115677A RU2490659C1 RU 2490659 C1 RU2490659 C1 RU 2490659C1 RU 2012115677/28 A RU2012115677/28 A RU 2012115677/28A RU 2012115677 A RU2012115677 A RU 2012115677A RU 2490659 C1 RU2490659 C1 RU 2490659C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cos
sin
function
space
vector
Prior art date
Application number
RU2012115677/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Артем Александрович Жильников
Тимур Александрович Жильников
Владимир Иванович Жулев
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Рязанский государственный радиотехнический университет"
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 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Рязанский государственный радиотехнический университет"
Priority to RU2012115677/28A priority Critical patent/RU2490659C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2490659C1 publication Critical patent/RU2490659C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Measuring Magnetic Variables (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: in the method, measurement of instantaneous volume states of distribution of a magnetic field that is nonuniform in space is carried out at points that are not accessible by mechanical penetration. The working magnetic measuring tool is made in form of one loop oriented in space and tied to a spherical coordinate system. The working tool performs movement which involves alternating discrete parallel displacements in the direction of the axis of the vector of the normal of the tool and revolutions of the direction of said displacements, given by zenith and azimuthal angles of the spherical coordinate system, such that the discrete parallel displacements are repeated at different angles.
EFFECT: broader functional capabilities of magnetic measurement.
2 dwg

Description

Изобретение относится к информационно-измерительной технике, в частности к магнитометрии, и может быть использовано для неразрушающей регистрации в местах недоступных для механического проникновения мгновенных объемных состояний распределения магнитного поля, неоднородного в пространстве и периодически изменяющегося во времени. Результатом регистрации являются определенные в точках пространства и моменты времени значения векторной функции индукции, реконструированные посредством применения обратного преобразования Радона к измеренным проекциям магнитного потока, полученным путем управляемого пространственного перемещения рабочего органа, интегрирующего по плоскости векторную функцию поля.The invention relates to information-measuring equipment, in particular to magnetometry, and can be used for non-destructive registration in places inaccessible to mechanical penetration of instantaneous volumetric states of the distribution of a magnetic field that is inhomogeneous in space and periodically varies in time. The registration result is the values of the vector induction function determined at points in space and time points, reconstructed by applying the inverse Radon transform to the measured magnetic flux projections, obtained by controlled spatial movement of the working body, integrating the vector field function along the plane.

Известен способ топографии магнитного поля, реализованный в устройстве [1], который основан на измерении магнитного поля одновременно в большом количестве точек плоскости посредством матричной регулярной структуры из столбцов и строк взаимосвязанных магниточувствительных элементов, расположенных на полупроводниковой пластине, помещенной в поле. Однако известные способ и реализующее его устройство не позволяют выполнять измерения в местах недоступных для механического проникновения полупроводниковой пластины и позволяют получить только одну составляющую векторной функции магнитной индукции, одинаково направленную с нормалью к полупроводниковой пластине. Также отсутствует возможность выполнять измерения в произвольных точках, так как все точки измерения определены матричной структурой магниточувствительных элементов. Кроме того, способ имеет ограничения по количеству магниточувствительных элементов и, как следствие, по разрешающей способности.A known method of topography of a magnetic field, implemented in the device [1], which is based on measuring the magnetic field simultaneously in a large number of plane points by means of a regular matrix structure of columns and rows of interconnected magnetosensitive elements located on a semiconductor wafer placed in the field. However, the known method and the device realizing it do not allow measurements to be made in places inaccessible to mechanical penetration of the semiconductor wafer and allow one to obtain only one component of the vector function of magnetic induction, equally directed with the normal to the semiconductor wafer. Also, it is not possible to perform measurements at arbitrary points, since all measurement points are determined by the matrix structure of magnetically sensitive elements. In addition, the method has limitations on the number of magnetically sensitive elements and, as a consequence, on resolution.

Известен способ сканирования магнитного поля, реализованный в устройстве [2], который основан на измерении магнитного поля поочередно в точках плоскости посредством последовательно соединенной матрицы чувствительных элементов, включающей N феррозондов, с последующей обработкой измеряемых напряжений с помощью ЭВМ. Однако известные способ и реализующее его устройство не позволяют выполнять измерения в местах недоступных для механического проникновения матрицы чувствительных элементов и позволяют получить только одну составляющую векторной функции магнитной индукции. Также отсутствует возможность выполнять измерения в произвольных точках, так как все точки измерения определены матричной структурой магниточувствительных элементов. Кроме того, способ имеет ограничения по количеству магниточувствительных элементов и, как следствие, по разрешающей способности.A known method of scanning a magnetic field, implemented in the device [2], which is based on measuring the magnetic field alternately at the points of the plane by means of a series-connected matrix of sensitive elements, including N flux probes, followed by processing the measured voltage using a computer. However, the known method and the device that implements it do not allow measurements in places inaccessible to mechanical penetration of the matrix of sensitive elements and allow you to get only one component of the vector function of magnetic induction. Also, it is not possible to perform measurements at arbitrary points, since all measurement points are determined by the matrix structure of magnetically sensitive elements. In addition, the method has limitations on the number of magnetically sensitive elements and, as a consequence, on resolution.

Известен способ измерения и топографии магнитных полей рассеяния вблизи поверхности объекта, реализованный в устройстве [3], который основан на последовательном перемещении в соответствии с заданной траекторией с помощью измерительной штанги одного трехкомпонентного датчика Холла относительно объекта измерения посредством блока механических перемещений с поворотным столиком и подвижными каретками, приводимыми в движение шаговыми двигателями, с последующей статистической обработкой результатов измерения измерительно-вычислительным блоком. Однако известные способ и реализующее его устройство не позволяют выполнять измерения в местах недоступных для механического проникновения датчика Холла.A known method of measuring and topography of magnetic scattering fields near the surface of an object, implemented in a device [3], which is based on sequential movement in accordance with a predetermined path using a measuring rod of one three-component Hall sensor relative to the measurement object by means of a mechanical movement unit with a rotary table and movable carriages driven by stepper motors, followed by statistical processing of the measurement results th block. However, the known method and the device implementing it do not allow measurements to be made in places inaccessible to mechanical penetration of the Hall sensor.

Наиболее близким к заявляемому является способ получения распределения векторной функции магнитной индукции периодического магнитного поля [4], реализованный в устройстве [5], основанный на последовательных поступательных и угловых перемещениях магниточувствительного рабочего органа, при этом исследуемый объем представляют совокупностью параллельных сечений, распределения магнитной индукции в которых получают посредством применения процедуры реконструкции вычислительной томографии к напряжениям, индуцируемым в соответствии с законом Фарадея в контурах, перемещающихся в магнитном поле. Однако известные способ и реализующее его устройство не позволяют выполнять измерения в местах недоступных для механического проникновения магниточувствительного рабочего органа.Closest to the claimed is a method of obtaining the distribution of the vector function of the magnetic induction of a periodic magnetic field [4], implemented in the device [5], based on successive translational and angular movements of the magnetically sensitive working body, while the volume under investigation is represented by a combination of parallel sections, the distribution of magnetic induction in which are obtained by applying the procedure of reconstruction of computational tomography to the voltages induced in accordance with Faraday in the hold circuits, moving in a magnetic field. However, the known method and the device implementing it do not allow measurements to be made in places inaccessible to mechanical penetration of the magnetically sensitive working body.

Техническим результатом применения заявляемого способа является расширение функциональных возможностей магнитометрии, заключающееся в измерениях распределения векторной функции магнитной индукции периодически изменяющегося во времени поля в определенных точках исследуемого пространства для произвольно выбранных моментов времени на периоде. Заявленный способ основан на последовательно-поступательных перемещениях и поворотах на углы рабочего магнитоизмерительного органа и регистрации индуцируемых в нем напряжений, посредством применения обратного преобразования Радона к измеренным проекциям магнитного потока, полученным с помощью рабочего органа в ходе его управляемого пространственного перемещения в объеме измерения способом параллельного формирования исходных проекционных данных.The technical result of the application of the proposed method is to expand the functionality of magnetometry, which consists in measuring the distribution of the vector function of the magnetic induction of a periodically varying field at certain points in the space under study for arbitrarily selected time instants over a period. The claimed method is based on sequentially translational movements and rotations through the corners of the working magnetically measuring organ and registration of the stresses induced in it, by applying the inverse Radon transform to the measured projections of the magnetic flux obtained using the working organ during its controlled spatial movement in the measurement volume by the parallel formation method source projection data.

Технический результат, реализуемый в способе неразрушающего объемного измерения векторной функции магнитной индукции неоднородно распределенного в пространстве и периодически изменяющегося во времени магнитного поля, достигается тем, что измерения мгновенных объемных состояний распределения неоднородного в пространстве магнитного поля осуществляют в местах, недоступных для механического проникновения, а рабочий магнитоизмерительный орган выполняют в виде ориентируемого в пространстве одного контура, привязанного к сферической системе координат, причем в ходе его управляемого пространственного перемещения осуществляют способ параллельного формирования исходных проекционных данных функции индукции, для чего рабочим органом совершают движение, предполагающее чередование дискретных параллельных перемещений в направлении оси вектора нормали органа и поворотов направления этих перемещений, задаваемых зенитным и азимутальным углами сферической системы координат, таким образом, что дискретные параллельные перемещения многократно повторяют под разными углами, причем для зенитного в интервале от 0 до ½π, а для азимутального в интервале от 0 до π, а необходимые для алгоритма реконструкции исходные проекционные данные декартовых компонент распределения векторной функции магнитной индукции в объеме измерения в декартовой системе координат получают посредством тригонометрических преобразований:The technical result implemented in the method of non-destructive volumetric measurement of the vector function of magnetic induction non-uniformly distributed in space and periodically changing in time of the magnetic field is achieved by measuring instantaneous volumetric states of the distribution of a non-uniform in space magnetic field in places inaccessible to mechanical penetration, and the worker the magnetic measuring organ is performed in the form of a space-oriented one contour tied to a spherical a coordinate system, moreover, in the course of its controlled spatial displacement, a method of parallel formation of the initial projection data of the induction function is performed, for which a working body performs a movement that involves alternating discrete parallel displacements in the direction of the axis of the normal vector of the organ and rotations of the directions of these displacements specified by the zenith and azimuthal angles of spherical coordinate systems, so that discrete parallel movements are repeated many times at different angles and, moreover, for the zenith in the range from 0 to π, and for the azimuthal in the range from 0 to π, the initial projection data of the Cartesian components of the distribution of the vector function of magnetic induction in the measurement volume in the Cartesian coordinate system, necessary for the reconstruction algorithm, are obtained by trigonometric transformations:

{ p x ( s , n ¯ , t ) = [ s i n θ p ( s , n ¯ , t ) + c o s θ p ( s , n ¯ θ , t ) ] c o s α [ s i n θ p ( s , n ¯ α , t ) + c o s θ p ( s , n ¯ θ , α , t ) ] s i n α ; p y ( s , n ¯ , t ) = [ s i n θ p ( s , n ¯ , t ) + c o s θ p ( s , n ¯ θ , t ) ] s i n α + + [ s i n θ p ( s , n ¯ α , t ) + c o s θ p ( s , n ¯ θ , α , t ) ] c o s α ; p z ( s , n ¯ , t ) = c o s θ p ( s , n ¯ , t ) s i n θ p ( s , n ¯ θ , t ) ,

Figure 00000001
{ p x ( s , n ¯ , t ) = [ s i n θ p ( s , n ¯ , t ) + c o s θ p ( s , n ¯ θ , t ) ] c o s α - - [ s i n θ p ( s , n ¯ α , t ) + c o s θ p ( s , n ¯ θ , α , t ) ] s i n α ; p y ( s , n ¯ , t ) = [ s i n θ p ( s , n ¯ , t ) + c o s θ p ( s , n ¯ θ , t ) ] s i n α + + [ s i n θ p ( s , n ¯ α , t ) + c o s θ p ( s , n ¯ θ , α , t ) ] c o s α ; p z ( s , n ¯ , t ) = c o s θ p ( s , n ¯ , t ) - s i n θ p ( s , n ¯ θ , t ) ,
Figure 00000001

где p ( s , n ¯ , t )

Figure 00000002
- исходные проекционные данные функции индукции; s - координата оси направления управляемого пространственного перемещения рабочего органа; θ и α - зенитный и азимутальный углы отклонения рабочего органа, соответственно; n ¯ θ = ( n , θ + π / 2 , α )
Figure 00000003
, n ¯ α = ( n , θ , α + π / 2 )
Figure 00000004
и n ¯ θ , α = ( n , θ + π / 2 , α + π / 2 )
Figure 00000005
- векторы нормалей плоскостей, соответственно перпендикулярно повернутых по углам θ и α на величину равную π/2 относительно текущего вектора нормали рабочего органа n ¯
Figure 00000006
; t - время; px, py, pz - исходные проекционные данные x-, y-, z-компонент векторной функции магнитной индукции, которые записывают через магнитные потоки, численно равные интегралам по времени напряжений, индуцируемых в контуре:Where p ( s , n ¯ , t )
Figure 00000002
- initial projection data of the induction function; s is the coordinate of the direction axis of the controlled spatial movement of the working body; θ and α are the zenith and azimuthal angles of deviation of the working body, respectively; n ¯ θ = ( n , θ + π / 2 , α )
Figure 00000003
, n ¯ α = ( n , θ , α + π / 2 )
Figure 00000004
and n ¯ θ , α = ( n , θ + π / 2 , α + π / 2 )
Figure 00000005
are the normal vectors of the planes, respectively, perpendicularly rotated at angles θ and α by an amount equal to π / 2 relative to the current normal vector of the working body n ¯
Figure 00000006
; t is the time; p x , p y , p z are the initial projection data of the x-, y-, z-components of the vector function of magnetic induction, which are written through magnetic fluxes, numerically equal to the time integrals of the stresses induced in the circuit:

{ p x ( s , n ¯ , t ) = [ s i n θ n T n T + t u ( s , n ¯ , t ) d t + c o s θ n T n T + t u ( s , n ¯ θ , t ) d t ] c o s α + + [ s i n θ n T n T + t u ( s , n ¯ α , t ) d t + c o s θ n T n T + t u ( s , n ¯ θ , α , t ) d t ] s i n α ; p y ( s , n ¯ , t ) = [ s i n θ n T n T + t u ( s , n ¯ , t ) d t + c o s θ n T n T + t u ( s , n ¯ θ , t ) d t ] s i n α [ s i n θ n T n T + t u ( s , n ¯ α , t ) d t + c o s θ n T n T + t u ( s , n ¯ θ , α , t ) d t ] c o s α ; p z ( s , n ¯ , t ) = c o s θ n T n T + t u ( s , n ¯ , t ) d t + s i n θ n T n T + t u ( s , n ¯ θ , t ) d t ,

Figure 00000007
{ p x ( s , n ¯ , t ) = - [ s i n θ n T n T + t u ( s , n ¯ , t ) d t + c o s θ n T n T + t u ( s , n ¯ θ , t ) d t ] c o s α + + [ s i n θ n T n T + t u ( s , n ¯ α , t ) d t + c o s θ n T n T + t u ( s , n ¯ θ , α , t ) d t ] s i n α ; p y ( s , n ¯ , t ) = - [ s i n θ n T n T + t u ( s , n ¯ , t ) d t + c o s θ n T n T + t u ( s , n ¯ θ , t ) d t ] s i n α - - [ s i n θ n T n T + t u ( s , n ¯ α , t ) d t + c o s θ n T n T + t u ( s , n ¯ θ , α , t ) d t ] c o s α ; p z ( s , n ¯ , t ) = - c o s θ n T n T + t u ( s , n ¯ , t ) d t + s i n θ n T n T + t u ( s , n ¯ θ , t ) d t ,
Figure 00000007

где u(t) - напряжения, индуцируемые изменением потока в контуре в момент времени t; T - период, в течение которого происходит одно полное изменение функции магнитной индукции; n=1, 2, … - номер периода, причем к исходным проекционным данным применяют обратное преобразование Радона, основанное на их свертке, осуществляющей фильтрацию с использованием свертывающей функции, являющейся обратным Фурье-преобразованием квадрата частоты пространственного спектра по формуле:where u (t) are the stresses induced by a change in the flow in the circuit at time t; T is the period during which one complete change in the function of magnetic induction occurs; n = 1, 2, ... is the period number, and the inverse Radon transform based on their convolution filtering using the convolution function, which is the inverse Fourier transform of the square of the frequency of the spatial spectrum, is applied to the initial projection data:

{ B x ( x , y , z , t ) = ( p x ( s , n ¯ , t ) h ( s ) ) d n ¯ = 0 π / 2 [ 0 π ( p x ( s , n ¯ , t ) h ( s ) ) d α ] c o s θ d θ = = 0 π / 2 [ 0 π ( ( [ s i n θ n T n T + t u ( s , n ¯ , t ) d t + c o s θ n T n T + t u ( s , n ¯ θ , t ) d t ] c o s α + + [ s i n θ n T n T + t u ( s , n ¯ α , t ) d t + c o s θ n T n T + t u ( s , n ¯ θ , α , t ) d t ] s i n α ) h ( s ) ) d α ] c o s θ d θ ; B y ( x , y , z , t ) = ( p y ( s , n ¯ , t ) h ( s ) ) d n ¯ = 0 π / 2 [ 0 π ( p y ( s , n ¯ , t ) h ( s ) ) d α ] c o s θ d θ = = 0 π / 2 [ 0 π ( ( [ s i n θ n T n T + t u ( s , n ¯ , t ) d t + c o s θ n T n T + t u ( s , n ¯ θ , t ) d t ] s i n α + + [ s i n θ n T n T + t u ( s , n ¯ α , t ) d t + c o s θ n T n T + t u ( s , n ¯ θ , α , t ) d t ] c o s α ) h ( s ) ) d α ] c o s θ d θ ; B z ( x , y , z , t ) = ( p z ( s , n ¯ , t ) h ( s ) ) d n ¯ = 0 π / 2 [ 0 π ( p z ( s , n ¯ , t ) h ( s ) ) d α ] c o s θ d θ = = 0 π / 2 [ 0 π ( [ c o s θ n T n T + t u ( s , n ¯ , t ) d t s i n θ n T n T + t u ( s , n ¯ θ , t ) d t ] h ( s ) ) d α ] c o s θ d θ ,

Figure 00000008
{ B x ( x , y , z , t ) = ( p x ( s , n ¯ , t ) h ( s ) ) d n ¯ = 0 π / 2 [ 0 π ( p x ( s , n ¯ , t ) h ( s ) ) d α ] c o s θ d θ = = 0 π / 2 [ 0 π ( ( - [ s i n θ n T n T + t u ( s , n ¯ , t ) d t + c o s θ n T n T + t u ( s , n ¯ θ , t ) d t ] c o s α + + [ s i n θ n T n T + t u ( s , n ¯ α , t ) d t + c o s θ n T n T + t u ( s , n ¯ θ , α , t ) d t ] s i n α ) h ( s ) ) d α ] c o s θ d θ ; B y ( x , y , z , t ) = ( p y ( s , n ¯ , t ) h ( s ) ) d n ¯ = 0 π / 2 [ 0 π ( p y ( s , n ¯ , t ) h ( s ) ) d α ] c o s θ d θ = = 0 π / 2 [ 0 π ( ( - [ s i n θ n T n T + t u ( s , n ¯ , t ) d t + c o s θ n T n T + t u ( s , n ¯ θ , t ) d t ] s i n α + + [ s i n θ n T n T + t u ( s , n ¯ α , t ) d t + c o s θ n T n T + t u ( s , n ¯ θ , α , t ) d t ] c o s α ) h ( s ) ) d α ] c o s θ d θ ; B z ( x , y , z , t ) = ( p z ( s , n ¯ , t ) h ( s ) ) d n ¯ = 0 π / 2 [ 0 π ( p z ( s , n ¯ , t ) h ( s ) ) d α ] c o s θ d θ = = 0 π / 2 [ 0 π ( - [ c o s θ n T n T + t u ( s , n ¯ , t ) d t - s i n θ n T n T + t u ( s , n ¯ θ , t ) d t ] h ( s ) ) d α ] c o s θ d θ ,
Figure 00000008

где символ «*» есть оператор свертки; h(s) - свертывающая функция; d n ¯

Figure 00000009
- дифференциал вектора нормали; dθ и dα - дифференциалы зенитного и азимутального углов, соответственно; Bx(x,y,z,t0), By(x,y,z,t0), Bz(x,y,z,t0) - x-, y-, z-компоненты векторной функции магнитной индукции B ¯
Figure 00000010
, соответственно, благодаря чему реконструируют декартовы компоненты распределения векторной функции магнитной индукции в пространстве.where the symbol "*" is a convolution operator; h (s) is a convolution function; d n ¯
Figure 00000009
- the differential of the normal vector; dθ and dα are the differentials of the zenith and azimuthal angles, respectively; B x (x, y, z, t 0 ), B y (x, y, z, t 0 ), B z (x, y, z, t 0 ) - x-, y-, z-components of the vector function magnetic induction B ¯
Figure 00000010
, accordingly, due to which the Cartesian components of the distribution of the vector function of magnetic induction in space are reconstructed.

Суть способа неразрушающего объемного измерения векторной функции магнитной индукции неоднородно распределенного в пространстве и периодически изменяющегося во времени магнитного поля заключается в регистрации в местах, недоступных для механического проникновения, мгновенных объемных состояний распределения магнитного поля, благодаря чему определяются в конкретных точках пространства и моменты времени значения векторной функции индукции, получаемые реконструкцией посредством применения обратного преобразования Радона к измеренным проекциям магнитного потока, полученным с помощью магниточувствительного рабочего органа в ходе его управляемого пространственного перемещения в объеме измерения способом параллельного формирования исходных проекционных данных.The essence of the method of non-destructive volumetric measurement of the vector function of magnetic induction non-uniformly distributed in space and periodically changing in time of the magnetic field is to register in places inaccessible to mechanical penetration, instantaneous volumetric states of the magnetic field distribution, due to which the values of the vector induction functions obtained by reconstruction by applying the inverse Radon transform to the measurement nnym projections magnetic flux obtained using magneto-working body during its movement controlled spatial volume in the measurement method of forming a parallel projection data source.

Магниточувствительный рабочий орган представляет собой плоский контур, на основе катушки индуктивности. Причем его размеры задаются таким образом, чтобы независимо от его положения в объеме измерения исходная векторная функция поля достаточно быстро убывала на границах этого контура.The magnetically sensitive working element is a flat circuit based on an inductor. Moreover, its dimensions are set in such a way that, regardless of its position in the measurement volume, the initial vector field function decreases rather quickly at the boundaries of this contour.

Скалярное значение магнитного потока ФD исходной векторной функции магнитной индукции B(x,y,z,t) через поверхность D, образованную плоскостью контура, есть интеграл по плоскости, перпендикулярной вектору ее нормали n ¯

Figure 00000011
, и проходящей на расстоянии s от начала системы координат объема измерения:The scalar value of the magnetic flux Φ D of the initial vector function of magnetic induction B (x, y, z, t) through the surface D formed by the plane of the contour is an integral over the plane perpendicular to its normal vector n ¯
Figure 00000011
, and passing at a distance s from the origin of the coordinate system of the measurement volume:

Ф D = D ( s , n ¯ ) B ¯ d σ ¯ , ( 1 )

Figure 00000012
F D = D ( s , n ¯ ) B ¯ d σ ¯ , ( one )
Figure 00000012

где d σ ¯

Figure 00000013
- вектор нормали, выставленный к элементарной площадке плоскости интегрирования и численно равный ее площади. Переменные n ¯
Figure 00000014
и s задают положение контура в объеме измерения, причем в метрике сферической системы координат вектор нормали n ¯ = ( n , θ , α )
Figure 00000015
.Where d σ ¯
Figure 00000013
is the normal vector set to the elementary area of the integration plane and numerically equal to its area. Variables n ¯
Figure 00000014
and s determine the position of the contour in the measurement volume; moreover, in the metric of the spherical coordinate system, the normal vector n ¯ = ( n , θ , α )
Figure 00000015
.

Технически регистрация магнитного потока осуществляется благодаря закону Фарадея, согласно которому напряжение u(t), наводимое в контуре, определяется выражением:Technically, magnetic flux is recorded due to the Faraday law, according to which the voltage u (t) induced in the circuit is determined by the expression:

u ( t ) = d Ф D ( t ) d t , ( 2 )

Figure 00000016
u ( t ) = - d F D ( t ) d t , ( 2 )
Figure 00000016

где dФD(t) - дифференциал потока векторной функции индукции; dt - дифференциал времени.where dФ D (t) is the differential of the flux of the vector induction function; dt is the time differential.

Благодаря введенному условию периодичности во времени, согласно которому поле точно повторяет свои мгновенные состояния через одинаковые промежутки времени равные периоду, продолжительность регистрации одного мгновенного объемного состояния распределения магнитного поля уже не ограничена по времени длительностью интервала дискретизации, потому что регистрировать состояние можно, осуществляя измерения в пространстве через интервалы времени, кратные периоду. И несмотря на то, что измерения значительно разнесены по времени, все они будут производиться для какого-то одного мгновенного состояния на периоде.Due to the introduced condition of periodicity in time, according to which the field accurately repeats its instantaneous states at equal time intervals equal to the period, the duration of the registration of one instantaneous volumetric state of the distribution of the magnetic field is no longer limited in time to the duration of the sampling interval, because the state can be recorded by measuring in space at time intervals that are multiples of the period. And despite the fact that the measurements are significantly spaced in time, all of them will be made for any one instantaneous state on the period.

Интегрирование по времени t выраженного из равенства (2) дифференциала dФD(t) приводит к записи значения магнитного потока:Integration over time t of the differential dФ D (t) expressed from equality (2) leads to the recording of the magnetic flux value:

Ф D ( t ) = n T n T + t u ( t ) d t , ( 3 )

Figure 00000017
F D ( t ) = - n T n T + t u ( t ) d t , ( 3 )
Figure 00000017

где T - период, в течение которого происходит одно полное изменение магнитной индукции; n=1, 2, … - номер периода.where T is the period during which one complete change in magnetic induction occurs; n = 1, 2, ... is the number of the period.

Измерение начинается с процедуры управляемого пространственного перемещения рабочего органа в объеме измерения с получением проекций, которая соответствует прямому преобразованию Радона для трехмерного пространства (фиг.1). Управляемое пространственное перемещение реализует способ параллельного формирования исходных проекционных данных, для которого рабочий орган совершает поступательно-поворотное движение, предполагающее чередование дискретных параллельных перемещений в направлении вектора нормали органа n ¯

Figure 00000011
по оси OS и поворотов направления этих перемещений, задаваемых зенитным θ и азимутальным α углами сферической системы координат. Таким образом, дискретные параллельные перемещения многократно повторяются под разными углами, причем для зенитного в интервале от 0 до ½π, а для азимутального в интервале от 0 до π. В ходе управляемого пространственного перемещения рабочего органа после каждого его дискретного передвижения вдоль оси OS для текущего значения переменной положения s под углами, определенными вектором нормали n ¯
Figure 00000011
, регистрируется плоскостная проекция p - значение интеграла исходной функции индукции В по плоскости D, численно равное с учетом (1) значению пронизывающего магнитного потока ФD(t):The measurement begins with the procedure of controlled spatial movement of the working body in the measurement volume to obtain projections that correspond to the direct Radon transform for three-dimensional space (Fig. 1). Controlled spatial displacement implements a method of parallel formation of the initial projection data, for which the working body performs translational-rotational motion, which involves the alternation of discrete parallel displacements in the direction of the normal vector of the organ n ¯
Figure 00000011
along the OS axis and rotations of the directions of these movements, given by the zenith θ and azimuthal α angles of the spherical coordinate system. Thus, discrete parallel displacements are repeated many times at different angles, moreover, for the zenith in the interval from 0 to ½π, and for the azimuthal in the interval from 0 to π. During the controlled spatial movement of the working body after each discrete movement along the OS axis for the current value of the variable position s at angles determined by the normal vector n ¯
Figure 00000011
, a plane projection p is recorded - the value of the integral of the initial induction function B along the plane D, numerically equal, taking into account (1), the value of the penetrating magnetic flux Ф D (t):

p ( s , n ¯ , t ) = D ( s , n ¯ ) B ¯ d σ ¯ = Ф D ( t ) .                             ( 4 )

Figure 00000018
p ( s , n ¯ , t ) = D ( s , n ¯ ) B ¯ d σ ¯ = F D ( t ) . ( four )
Figure 00000018

Принимая во внимание выражение (3), на основании (4) проекция значений интеграла исходной функции индукции p ( s , n ¯ , t )

Figure 00000019
с учетом введенной зависимости от переменной времени записывается посредством интегралов по времени напряжений, индуцируемых изменением магнитного потока в соответствии с законом электромагнитной индукции Фарадея в контуре:Taking into account expression (3), based on (4), the projection of the values of the integral of the original induction function p ( s , n ¯ , t )
Figure 00000019
taking into account the introduced dependence on the time variable, it is written by the time integrals of the voltages induced by the change in the magnetic flux in accordance with the Faraday law of electromagnetic induction in the circuit:

p ( s , n ¯ , t ) = D ( s , n ¯ ) B d σ ¯ = n T n T + t u ( s , n ¯ , t ) d t .                          ( 5 )

Figure 00000020
p ( s , n ¯ , t ) = D ( s , n ¯ ) B d σ ¯ = - n T n T + t u ( s , n ¯ , t ) d t . ( 5 )
Figure 00000020

Уравнение (5) приведено для сферической системы координат, при этом в декартовой системе координат (X,Y,Z) выражение компонент данного равенства имеет вид:Equation (5) is given for a spherical coordinate system, while in the Cartesian coordinate system (X, Y, Z) the expression of the components of this equality has the form:

{ p x ( s , n ¯ , t ) = [ sin θ p ( s , n ¯ , t ) + cos θ p ( s , n ¯ θ , t ) ] cos α [ sin θ p ( s , n ¯ α , t ) + cos θ p ( s , n ¯ θ , α , t ) ] sin α ; p y ( s , n ¯ , t ) = [ sin θ p ( s , n ¯ , t ) + cos θ p ( s , n ¯ θ , t ) ] sin α + + [ sin θ p ( s , n ¯ α , t ) + cos θ p ( s , n ¯ θ , α , t ) ] cos α ; p z ( s , n ¯ , t ) = cos θ p ( s , n ¯ , t ) sin θ p ( s , n ¯ θ , t ) , ( 6 )

Figure 00000021
{ p x ( s , n ¯ , t ) = [ sin θ p ( s , n ¯ , t ) + cos θ p ( s , n ¯ θ , t ) ] cos α - - [ sin θ p ( s , n ¯ α , t ) + cos θ p ( s , n ¯ θ , α , t ) ] sin α ; p y ( s , n ¯ , t ) = [ sin θ p ( s , n ¯ , t ) + cos θ p ( s , n ¯ θ , t ) ] sin α + + [ sin θ p ( s , n ¯ α , t ) + cos θ p ( s , n ¯ θ , α , t ) ] cos α ; p z ( s , n ¯ , t ) = cos θ p ( s , n ¯ , t ) - sin θ p ( s , n ¯ θ , t ) , ( 6 )
Figure 00000021

где n ¯ θ = ( n , θ + π / 2 , α )

Figure 00000022
, n ¯ α = ( n , θ , α + π / 2 )
Figure 00000023
и n ¯ θ , α = ( n , θ + π / 2 , α + π / 2 )
Figure 00000024
- векторы нормалей плоскостей, соответственно перпендикулярно повернутых по углам θ и α на величину равную π/2 относительно текущего вектора нормали n ¯
Figure 00000011
.Where n ¯ θ = ( n , θ + π / 2 , α )
Figure 00000022
, n ¯ α = ( n , θ , α + π / 2 )
Figure 00000023
and n ¯ θ , α = ( n , θ + π / 2 , α + π / 2 )
Figure 00000024
are the normal vectors of the planes, respectively, perpendicularly rotated in the angles θ and α by an amount equal to π / 2 relative to the current normal vector n ¯
Figure 00000011
.

С учетом выражения (5), система уравнений (6) записывается в виде:Given the expression (5), the system of equations (6) is written in the form:

{ p x ( s , n ¯ , t ) = [ sin θ n T n T + t u ( s , n ¯ , t ) d t + cos θ n T n T + t u ( s , n ¯ θ , t ) d t ] cos α + + [ sin θ n T n T + t u ( s , n ¯ α , t ) d t + cos θ n T n T + t u ( s , n ¯ θ , α , t ) d t ] sin α ; p y ( s , n ¯ , t ) = [ sin θ n T n T + t u ( s , n ¯ , t ) d t + cos θ n T n T + t u ( s , n ¯ θ , t ) d t ] sin α [ sin θ n T n T + t u ( s , n ¯ α , t ) d t + cos θ n T n T + t u ( s , n ¯ θ , α , t ) d t ] cos α ; p z ( s , n ¯ , t ) = cos θ n T n T + t u ( s , n ¯ , t ) d t + sin θ n T n T + t u ( s , n ¯ θ , t ) d t . ( 7 )

Figure 00000025
{ p x ( s , n ¯ , t ) = - [ sin θ n T n T + t u ( s , n ¯ , t ) d t + cos θ n T n T + t u ( s , n ¯ θ , t ) d t ] cos α + + [ sin θ n T n T + t u ( s , n ¯ α , t ) d t + cos θ n T n T + t u ( s , n ¯ θ , α , t ) d t ] sin α ; p y ( s , n ¯ , t ) = - [ sin θ n T n T + t u ( s , n ¯ , t ) d t + cos θ n T n T + t u ( s , n ¯ θ , t ) d t ] sin α - - [ sin θ n T n T + t u ( s , n ¯ α , t ) d t + cos θ n T n T + t u ( s , n ¯ θ , α , t ) d t ] cos α ; p z ( s , n ¯ , t ) = - cos θ n T n T + t u ( s , n ¯ , t ) d t + sin θ n T n T + t u ( s , n ¯ θ , t ) d t . ( 7 )
Figure 00000025

Декартовы компоненты распределения векторной функции индукции в объеме измерения получают посредством применения алгоритма реконструкции к исходным проекционным данным (7), полученным в ходе управляемого пространственного перемещения рабочего органа (фиг.2).Cartesian components of the distribution of the vector induction function in the measurement volume are obtained by applying the reconstruction algorithm to the initial projection data (7) obtained during the controlled spatial displacement of the working body (Fig. 2).

Задача реконструкции декартовых компонент в способе неразрушающего объемного измерения сводится к решению основного интегрального уравнения (7) с нахождением распределения компонент Bx, By, Bz по измеренным значениям плоскостных проекций px, py, pz. Решение основного интегрального уравнения (7) предполагает использование алгоритма реконструкции, основанного на обратном преобразовании Радона, посредством обратной проекции с Фурье-фильтрацией. Фурье-фильтрация осуществляется путем свертки проекций компонент непосредственно в пространстве оригинала Фурье-преобразования с соответствующей реализующей фильтрацию пространстве оригинала Фурье-преобразования с соответствующей реализующей фильтрацию свертывающей функцией h(s), являющейся обратным Фурье-преобразованием F-1[] квадрата частоты K пространственного спектра [6]. Так из (7) получают:The task of reconstructing the Cartesian components in the non-destructive volumetric measurement method is reduced to solving the basic integral equation (7) with finding the distribution of the components B x , B y , B z according to the measured values of the planar projections p x , p y , p z . The solution of the main integral equation (7) involves the use of a reconstruction algorithm based on the inverse Radon transform by means of back projection with Fourier filtering. Fourier filtering is carried out by convolving the projections of the components directly in the space of the original Fourier transform with the corresponding filtering space of the original Fourier transform with the corresponding filtering convolution function h (s), which is the inverse Fourier transform F -1 [] of the square of the frequency K of the spatial spectrum [6]. So from (7) get:

{ B x ( x , y , z , t ) = ( p x ( s , n ¯ , t ) h ( s ) ) d n ¯ = 0 π / 2 [ 0 π ( p x ( s , n ¯ , t ) h ( s ) ) d α ] cos θ d θ = = 0 π / 2 [ 0 π ( ( [ sin θ n T n T + t u ( s , n ¯ , t ) d t + cos θ n T n T + t u ( s , n ¯ θ , t ) d t ] cos α + + [ sin θ n T n T + t u ( s , n ¯ α , t ) d t + cos θ n T n T + t u ( s , n ¯ θ , α , t ) d t ] sin α ) h ( s ) ) d α ] cos θ d θ ; B y ( x , y , z , t ) = ( p y ( s , n ¯ , t ) h ( s ) ) d n ¯ = 0 π / 2 [ 0 π ( p y ( s , n ¯ , t ) h ( s ) ) d α ] cos θ d θ = = 0 π / 2 [ 0 π ( ( [ sin θ n T n T + t u ( s , n ¯ , t ) d t + cos θ n T n T + t u ( s , n ¯ θ , t ) d t ] sin α + + [ sin θ n T n T + t u ( s , n ¯ α , t ) d t + cos θ n T n T + t u ( s , n ¯ θ , α , t ) d t ] cos α ) h ( s ) ) d α ] cos θ d θ ; B z ( x , y , z , t ) = ( p z ( s , n ¯ , t ) h ( s ) ) d n ¯ = 0 π / 2 [ 0 π ( p z ( s , n ¯ , t ) h ( s ) ) d α ] cos θ d θ = = 0 π / 2 [ 0 π ( [ cos θ n T n T + t u ( s , n ¯ , t ) d t sin θ n T n T + t u ( s , n ¯ θ , t ) d t ] h ( s ) ) d α ] cos θ d θ , ( 8 )

Figure 00000026
{ B x ( x , y , z , t ) = ( p x ( s , n ¯ , t ) h ( s ) ) d n ¯ = 0 π / 2 [ 0 π ( p x ( s , n ¯ , t ) h ( s ) ) d α ] cos θ d θ = = 0 π / 2 [ 0 π ( ( - [ sin θ n T n T + t u ( s , n ¯ , t ) d t + cos θ n T n T + t u ( s , n ¯ θ , t ) d t ] cos α + + [ sin θ n T n T + t u ( s , n ¯ α , t ) d t + cos θ n T n T + t u ( s , n ¯ θ , α , t ) d t ] sin α ) h ( s ) ) d α ] cos θ d θ ; B y ( x , y , z , t ) = ( p y ( s , n ¯ , t ) h ( s ) ) d n ¯ = 0 π / 2 [ 0 π ( p y ( s , n ¯ , t ) h ( s ) ) d α ] cos θ d θ = = 0 π / 2 [ 0 π ( ( - [ sin θ n T n T + t u ( s , n ¯ , t ) d t + cos θ n T n T + t u ( s , n ¯ θ , t ) d t ] sin α + + [ sin θ n T n T + t u ( s , n ¯ α , t ) d t + cos θ n T n T + t u ( s , n ¯ θ , α , t ) d t ] cos α ) h ( s ) ) d α ] cos θ d θ ; B z ( x , y , z , t ) = ( p z ( s , n ¯ , t ) h ( s ) ) d n ¯ = 0 π / 2 [ 0 π ( p z ( s , n ¯ , t ) h ( s ) ) d α ] cos θ d θ = = 0 π / 2 [ 0 π ( - [ cos θ n T n T + t u ( s , n ¯ , t ) d t - sin θ n T n T + t u ( s , n ¯ θ , t ) d t ] h ( s ) ) d α ] cos θ d θ , ( 8 )
Figure 00000026

где символ «*» есть оператор свертки; h ( s ) = F 1 K 2 = K 2 e 2 π K s d K

Figure 00000027
, d n ¯ = d α   c o s θ   d θ
Figure 00000028
- дифференциал вектора нормали; dθ и dα - дифференциал зенитного и азимутального углов, соответственно; Bx(x,y,z,t), By(x,y,z,t), Bz(x,y,z,t) - x-,y-, z-компоненты векторной функции магнитной индукции B ¯
Figure 00000029
, соответственно.where the symbol "*" is a convolution operator; h ( s ) = F - one K 2 = K 2 e 2 π K s d K
Figure 00000027
, d n ¯ = d α c o s θ d θ
Figure 00000028
- the differential of the normal vector; dθ and dα are the differential of the zenith and azimuthal angles, respectively; B x (x, y, z, t), B y (x, y, z, t), B z (x, y, z, t) - x-, y-, z-components of the vector function of magnetic induction B ¯
Figure 00000029
, respectively.

Таким образом, предложенный способ позволяет получить в местах, недоступных для механического проникновения, в объеме измерения распределения компонент векторной функции магнитной индукции неоднородно распределенного в пространстве и периодически изменяющегося во времени магнитного поля, реконструированные посредством применения принципа обратного преобразования Радона к измеренным проекциям магнитного потока, полученным путем управляемого пространственного перемещения рабочего органа, интегрирующего по плоскости векторную функцию поля.Thus, the proposed method allows to obtain, in places inaccessible to mechanical penetration, in the scope of measuring the distribution of the components of the vector function of the magnetic induction nonuniformly distributed in space and periodically changing in time of the magnetic field, reconstructed by applying the principle of the inverse Radon transform to the measured magnetic flux projections obtained by controlled spatial movement of the working body, integrating the vector nktsiyu field.

ЛитератураLiterature

1. Авторское свидетельство СССР №1652951, кл. G01R 33/02, опубл. 30.05.1991.1. USSR author's certificate No. 1652951, cl. G01R 33/02, publ. 05/30/1991.

2. Авторское свидетельство СССР №1762282, кл. G01R 33/02, опубл. 15.09.1992.2. USSR Copyright Certificate No. 1762282, cl. G01R 33/02, publ. 09/15/1992.

3. Авторское свидетельство СССР №1684761, кл. G01R 33/06, опубл. 15.10.1991.3. Copyright certificate of the USSR No. 1684761, cl. G01R 33/06, publ. 10/15/1991.

4. Патент РФ №2179323, кл. G01R 33/02, опубл. 10.02.2002.4. RF patent No. 2179323, cl. G01R 33/02, publ. 02/10/2002.

5. Патент РФ №2174235, кл. G01R 33/02, опубл. 27.09.2001.5. RF patent No. 2174235, cl. G01R 33/02, publ. 09/27/2001.

6. J. Radon. Uber die Bestimmung von Funktionen durch ihre Integralwerte langs gewisser Mannigfaltigkeiten // Berichte Sachsische Akademie der Wissenschaften, Bande 29, s.262-277, Leipzig, 1917.6. J. Radon. Uber die Bestimmung von Funktionen durch ihre Integralwerte langs gewisser Mannigfaltigkeiten // Berichte Sachsische Akademie der Wissenschaften, Bande 29, s.262-277, Leipzig, 1917.

Claims (1)

Способ неразрушающего объемного измерения векторной функции магнитной индукции неоднородно распределенного в пространстве и периодически изменяющегося во времени магнитного поля, заключающийся в измерениях распределения векторной функции магнитной индукции периодически изменяющегося во времени поля в определенных точках исследуемого пространства для произвольно выбранных моментов времени на периоде и основанный на последовательно-поступательных перемещениях и поворотах на углы рабочего магнитоизмерительного органа и регистрации индуцируемых в нем напряжений, отличающийся тем, что измерения мгновенных объемных состояний распределения неоднородного в пространстве магнитного поля осуществляют в местах, недоступных для механического проникновения, а рабочий магнитоизмерительный орган выполняют в виде ориентируемого в пространстве одного контура, привязанного к сферической системе координат, причем в ходе его управляемого пространственного перемещения осуществляют способ параллельного формирования исходных проекционных данных функции индукции, для чего рабочим органом совершают движение, предполагающее чередование дискретных параллельных перемещений в направлении оси вектора нормали органа и поворотов направления этих перемещений, задаваемых зенитным и азимутальным углами сферической системы координат, таким образом, что дискретные параллельные перемещения многократно повторяют под разными углами, причем для зенитного в интервале от 0 до 1 2 π
Figure 00000030
, а для азимутального в интервале от 0 до π, а необходимые для алгоритма реконструкции исходные проекционные данные декартовых компонент распределения векторной функции магнитной индукции в объеме измерения в декартовой системе координат получают посредством тригонометрических преобразований:
{ p x ( s , n ¯ , t ) = [ sin θ p ( s , n ¯ , t ) + cos θ p ( s , n ¯ θ , t ) ] cos α [ sin θ p ( s , n ¯ α , t ) + cos θ p ( s , n ¯ θ , α , t ) ] sin α ; p y ( s , n ¯ , t ) = [ sin θ p ( s , n ¯ , t ) + cos θ p ( s , n ¯ θ , t ) ] sin α + + [ sin θ p ( s , n ¯ α , t ) + cos θ p ( s , n ¯ θ , α , t ) ] cos α ; p z ( s , n ¯ , t ) = cos θ p ( s , n ¯ , t ) sin θ p ( s , n ¯ θ , t ) ,
Figure 00000031

где p ( s , n ¯ , t )
Figure 00000032
- исходные проекционные данные функции индукции;
s - координата оси направления управляемого пространственного перемещения рабочего органа;
θ и α - зенитный и азимутальный углы отклонения рабочего органа, соответственно;
n ¯ θ = ( n , θ + π / 2 , α )
Figure 00000033
, n ¯ α = ( n , θ , α + π / 2 )
Figure 00000034
и n ¯ θ , α = ( n , θ + π / 2 , α + π / 2 )
Figure 00000035
- векторы нормалей плоскостей, соответственно перпендикулярно повернутых по углам θ и α на величину, равную π/2 относительно текущего вектора нормали рабочего органа n ¯
Figure 00000036
;
t - время;
px, py, pz - исходные проекционные данные x-, y-, z-компонент векторной функции магнитной индукции, которые записывают через магнитные потоки, численно равные интегралам по времени напряжений, индуцируемых в контуре:
{ p x ( s , n ¯ , t ) = [ sin θ n T n T + t u ( s , n ¯ , t ) d t + cos θ n T n T + t u ( s , n ¯ θ , t ) d t ] cos α + + [ sin θ n T n T + t u ( s , n ¯ α , t ) d t + cos θ n T n T + t u ( s , n ¯ θ , α , t ) d t ] sin α ; p y ( s , n ¯ , t ) = [ sin θ n T n T + t u ( s , n ¯ , t ) d t + cos θ n T n T + t u ( s , n ¯ θ , t ) d t ] sin α [ sin θ n T n T + t u ( s , n ¯ α , t ) d t + cos θ n T n T + t u ( s , n ¯ θ , α , t ) d t ] cos α ; p z ( s , n ¯ , t ) = cos θ n T n T + t u ( s , n ¯ , t ) d t + sin θ n T n T + t u ( s , n ¯ θ , t ) d t ,
Figure 00000037

где u(t) - напряжения, индуцируемые изменением потока в контуре в момент времени t;
T - период, в течение которого происходит одно полное изменение функции магнитной индукции;
n=1, 2, … - номер периода, причем к исходным проекционным данным применяют обратное преобразование Радона, основанное на их свертке, осуществляющей фильтрацию с использованием свертывающей функции, являющейся обратным Фурье-преобразованием квадрата частоты пространственного спектра по формуле
{ B x ( x , y , z , t ) = ( p x ( s , n ¯ , t ) h ( s ) ) d n ¯ = 0 π / 2 [ 0 π ( p x ( s , n ¯ , t ) h ( s ) ) d α ] cos θ d θ = = 0 π / 2 [ 0 π ( ( [ sin θ n T n T + t u ( s , n ¯ , t ) d t + cos θ n T n T + t u ( s , n ¯ θ , t ) d t ] cos α + + [ sin θ n T n T + t u ( s , n ¯ α , t ) d t + cos θ n T n T + t u ( s , n ¯ θ , α , t ) d t ] sin α ) h ( s ) ) d α ] cos θ d θ ; B y ( x , y , z , t ) = ( p y ( s , n ¯ , t ) h ( s ) ) d n ¯ = 0 π / 2 [ 0 π ( p y ( s , n ¯ , t ) h ( s ) ) d α ] cos θ d θ = = 0 π / 2 [ 0 π ( ( [ sin θ n T n T + t u ( s , n ¯ , t ) d t + cos θ n T n T + t u ( s , n ¯ θ , t ) d t ] sin α + + [ sin θ n T n T + t u ( s , n ¯ α , t ) d t + cos θ n T n T + t u ( s , n ¯ θ , α , t ) d t ] cos α ) h ( s ) ) d α ] cos θ d θ ; B z ( x , y , z , t ) = ( p z ( s , n ¯ , t ) h ( s ) ) d n ¯ = 0 π / 2 [ 0 π ( p z ( s , n ¯ , t ) h ( s ) ) d α ] cos θ d θ = = 0 π / 2 [ 0 π ( [ cos θ n T n T + t u ( s , n ¯ , t ) d t sin θ n T n T + t u ( s , n ¯ θ , t ) d t ] h ( s ) ) d α ] cos θ d θ ,
Figure 00000038

где символ «*» есть оператор свертки;
h(s) - свертывающая функция;
d n ¯
Figure 00000039
- дифференциал вектора нормали;
dθ и dα - дифференциалы зенитного и азимутального углов соответственно;
Bx(x,y,z,t0), By(x,y,z,t0), Bz(x,y,z,t0), где x, y, z - компоненты векторной функции магнитной индукции В соответственно, благодаря чему реконструируют декартовы компоненты распределения векторной функции магнитной индукции в пространстве.
A method of non-destructive volumetric measurement of the vector function of magnetic induction non-uniformly distributed in space and periodically changing in time of a magnetic field, which consists in measuring the distribution of the vector function of magnetic induction of a periodically changing field at specific points in the space under study for arbitrarily selected time instants over a period and based on translational movements and rotations at the corners of the working magnetometer and the register induction of stresses induced in it, characterized in that the measurements of instantaneous volumetric states of the distribution of a nonuniform magnetic field in space are carried out in places inaccessible to mechanical penetration, and the working magneto-measuring organ is performed in the form of a space-orientated one contour connected to a spherical coordinate system, and during its controlled spatial displacement, a method for parallel formation of the initial projection data of the induction function, for which the working body makes a movement that involves alternating discrete parallel displacements in the direction of the axis of the normal vector of the organ and rotations of the directions of these displacements specified by the zenith and azimuthal angles of the spherical coordinate system, so that discrete parallel displacements are repeated many times at different angles, and for the zenith in the interval from 0 to one 2 π
Figure 00000030
, and for the azimuthal in the range from 0 to π, and the initial projection data of the Cartesian components of the distribution of the vector function of magnetic induction in the measurement volume in the Cartesian coordinate system necessary for the reconstruction algorithm are obtained by trigonometric transformations:
{ p x ( s , n ¯ , t ) = [ sin θ p ( s , n ¯ , t ) + cos θ p ( s , n ¯ θ , t ) ] cos α - - [ sin θ p ( s , n ¯ α , t ) + cos θ p ( s , n ¯ θ , α , t ) ] sin α ; p y ( s , n ¯ , t ) = [ sin θ p ( s , n ¯ , t ) + cos θ p ( s , n ¯ θ , t ) ] sin α + + [ sin θ p ( s , n ¯ α , t ) + cos θ p ( s , n ¯ θ , α , t ) ] cos α ; p z ( s , n ¯ , t ) = cos θ p ( s , n ¯ , t ) - sin θ p ( s , n ¯ θ , t ) ,
Figure 00000031

Where p ( s , n ¯ , t )
Figure 00000032
- initial projection data of the induction function;
s is the coordinate of the direction axis of the controlled spatial movement of the working body;
θ and α are the zenith and azimuthal angles of deviation of the working body, respectively;
n ¯ θ = ( n , θ + π / 2 , α )
Figure 00000033
, n ¯ α = ( n , θ , α + π / 2 )
Figure 00000034
and n ¯ θ , α = ( n , θ + π / 2 , α + π / 2 )
Figure 00000035
are the normal vectors of the planes, respectively, perpendicularly rotated at angles θ and α by an amount equal to π / 2 relative to the current normal vector of the working body n ¯
Figure 00000036
;
t is the time;
p x , p y , p z are the initial projection data of the x-, y-, z-components of the vector function of magnetic induction, which are written through magnetic fluxes, numerically equal to the time integrals of the stresses induced in the circuit:
{ p x ( s , n ¯ , t ) = - [ sin θ n T n T + t u ( s , n ¯ , t ) d t + cos θ n T n T + t u ( s , n ¯ θ , t ) d t ] cos α + + [ sin θ n T n T + t u ( s , n ¯ α , t ) d t + cos θ n T n T + t u ( s , n ¯ θ , α , t ) d t ] sin α ; p y ( s , n ¯ , t ) = - [ sin θ n T n T + t u ( s , n ¯ , t ) d t + cos θ n T n T + t u ( s , n ¯ θ , t ) d t ] sin α - - [ sin θ n T n T + t u ( s , n ¯ α , t ) d t + cos θ n T n T + t u ( s , n ¯ θ , α , t ) d t ] cos α ; p z ( s , n ¯ , t ) = - cos θ n T n T + t u ( s , n ¯ , t ) d t + sin θ n T n T + t u ( s , n ¯ θ , t ) d t ,
Figure 00000037

where u (t) are the stresses induced by a change in the flow in the circuit at time t;
T is the period during which one complete change in the function of magnetic induction occurs;
n = 1, 2, ... is the period number, and the inverse Radon transform based on their convolution filtering using the convolution function, which is the inverse Fourier transform of the square of the frequency of the spatial spectrum, is applied to the initial projection data
{ B x ( x , y , z , t ) = ( p x ( s , n ¯ , t ) h ( s ) ) d n ¯ = 0 π / 2 [ 0 π ( p x ( s , n ¯ , t ) h ( s ) ) d α ] cos θ d θ = = 0 π / 2 [ 0 π ( ( - [ sin θ n T n T + t u ( s , n ¯ , t ) d t + cos θ n T n T + t u ( s , n ¯ θ , t ) d t ] cos α + + [ sin θ n T n T + t u ( s , n ¯ α , t ) d t + cos θ n T n T + t u ( s , n ¯ θ , α , t ) d t ] sin α ) h ( s ) ) d α ] cos θ d θ ; B y ( x , y , z , t ) = ( p y ( s , n ¯ , t ) h ( s ) ) d n ¯ = 0 π / 2 [ 0 π ( p y ( s , n ¯ , t ) h ( s ) ) d α ] cos θ d θ = = 0 π / 2 [ 0 π ( ( - [ sin θ n T n T + t u ( s , n ¯ , t ) d t + cos θ n T n T + t u ( s , n ¯ θ , t ) d t ] sin α + + [ sin θ n T n T + t u ( s , n ¯ α , t ) d t + cos θ n T n T + t u ( s , n ¯ θ , α , t ) d t ] cos α ) h ( s ) ) d α ] cos θ d θ ; B z ( x , y , z , t ) = ( p z ( s , n ¯ , t ) h ( s ) ) d n ¯ = 0 π / 2 [ 0 π ( p z ( s , n ¯ , t ) h ( s ) ) d α ] cos θ d θ = = 0 π / 2 [ 0 π ( - [ cos θ n T n T + t u ( s , n ¯ , t ) d t - sin θ n T n T + t u ( s , n ¯ θ , t ) d t ] h ( s ) ) d α ] cos θ d θ ,
Figure 00000038

where the symbol "*" is a convolution operator;
h (s) is a convolution function;
d n ¯
Figure 00000039
- the differential of the normal vector;
dθ and dα are the differentials of the zenith and azimuthal angles, respectively;
B x (x, y, z, t 0 ), B y (x, y, z, t 0 ), B z (x, y, z, t 0 ), where x, y, z are the components of the magnetic vector function induction B, respectively, due to which the Cartesian components of the distribution of the vector function of magnetic induction in space are reconstructed.
RU2012115677/28A 2012-04-20 2012-04-20 Method for nondestructive volume measurement of vector function of flux density of magnetic field nonuniformly distributed in space and periodically varying in time RU2490659C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012115677/28A RU2490659C1 (en) 2012-04-20 2012-04-20 Method for nondestructive volume measurement of vector function of flux density of magnetic field nonuniformly distributed in space and periodically varying in time

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012115677/28A RU2490659C1 (en) 2012-04-20 2012-04-20 Method for nondestructive volume measurement of vector function of flux density of magnetic field nonuniformly distributed in space and periodically varying in time

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2490659C1 true RU2490659C1 (en) 2013-08-20

Family

ID=49162955

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012115677/28A RU2490659C1 (en) 2012-04-20 2012-04-20 Method for nondestructive volume measurement of vector function of flux density of magnetic field nonuniformly distributed in space and periodically varying in time

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2490659C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115908624A (en) * 2022-10-27 2023-04-04 东莘电磁科技(成都)有限公司 Antenna layout induction field characteristic image generation method

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1762282A1 (en) * 1989-12-11 1992-09-15 Курский Политехнический Институт Device for scanning magnetic fields
RU2174235C1 (en) * 2000-07-11 2001-09-27 Рязанская государственная радиотехническая академия Gear measuring periodic magnetic fields and securing their distribution in space and time
RU2179323C1 (en) * 2000-06-27 2002-02-10 Рязанская государственная радиотехническая академия Process of generation of distribution of vector function of magnetic induction of periodic magnetic field

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1762282A1 (en) * 1989-12-11 1992-09-15 Курский Политехнический Институт Device for scanning magnetic fields
RU2179323C1 (en) * 2000-06-27 2002-02-10 Рязанская государственная радиотехническая академия Process of generation of distribution of vector function of magnetic induction of periodic magnetic field
RU2174235C1 (en) * 2000-07-11 2001-09-27 Рязанская государственная радиотехническая академия Gear measuring periodic magnetic fields and securing their distribution in space and time

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115908624A (en) * 2022-10-27 2023-04-04 东莘电磁科技(成都)有限公司 Antenna layout induction field characteristic image generation method
CN115908624B (en) * 2022-10-27 2023-09-22 东莘电磁科技(成都)有限公司 Antenna layout induction field characteristic image generation method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Brown et al. Conditions for initial quasilinear T 2− 1 versus τ for Carr-Purcell-Meiboom-Gill NMR with diffusion and susceptibility differences in porous media and tissues
Persson et al. Reconstruction of equivalent currents using a near-field data transformation-with radome applications
US20160374587A1 (en) Single Coil Magnetic Induction Tomographic Imaging
US10292616B2 (en) Magnetic resonance imaging device
JP2017507698A (en) Method for quantifying isotropic and / or anisotropic diffusion in a sample
EP2960668B1 (en) Distribution analyzing device and distribution analyzing method
US20210148860A1 (en) Observation method and observation device
TW201300811A (en) Distribution analysis device
JP5626678B2 (en) Magnetic field distribution acquisition device
CN105473069A (en) Magnetic resonance imaging apparatus and magnetic resonance imaging method
Liu et al. Generalized diffusion tensor imaging (GDTI): a method for characterizing and imaging diffusion anisotropy caused by non‐Gaussian diffusion
US20190011519A1 (en) Method of extracting information about a sample by nuclear magnetic resonance measurements
Pipe et al. Method for measuring three-dimensional motion with tagged MR imaging.
RU2490659C1 (en) Method for nondestructive volume measurement of vector function of flux density of magnetic field nonuniformly distributed in space and periodically varying in time
US10866296B2 (en) Magnetic resonance imaging apparatus and calculation image generation method using pulse sequence
Değirmenci et al. Anisotropic conductivity imaging with MREIT using equipotential projection algorithm
Sjölund et al. Gaussian process regression can turn non-uniform and undersampled diffusion MRI data into diffusion spectrum imaging
RU2463620C1 (en) Method of measuring distribution of vector function of magnetic flux density of periodic magnetic field
JP7473114B2 (en) External field response distribution visualization device and external field response distribution visualization method
Krzyżak et al. Theoretical analysis of phantom rotations in BSD-DTI
JP6267684B2 (en) Magnetic resonance imaging system
RU2179323C1 (en) Process of generation of distribution of vector function of magnetic induction of periodic magnetic field
Krzywda et al. Localization of a magnetic moment using a two-qubit probe
Varela-Mattatall et al. Comparison of q-space reconstruction methods for undersampled diffusion spectrum imaging data
JP5688267B2 (en) Magnetic resonance imaging apparatus and chemical image acquisition method

Legal Events

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

Effective date: 20140421