RU2707586C1 - Магнитометр с термокомпенсацией сигнала датчика магнитного поля - Google Patents
Магнитометр с термокомпенсацией сигнала датчика магнитного поля Download PDFInfo
- Publication number
- RU2707586C1 RU2707586C1 RU2019103189A RU2019103189A RU2707586C1 RU 2707586 C1 RU2707586 C1 RU 2707586C1 RU 2019103189 A RU2019103189 A RU 2019103189A RU 2019103189 A RU2019103189 A RU 2019103189A RU 2707586 C1 RU2707586 C1 RU 2707586C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- temperature
- magnetometer
- signal
- stage
- output
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D3/00—Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups
- G01D3/028—Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups mitigating undesired influences, e.g. temperature, pressure
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
- G01R33/007—Environmental aspects, e.g. temperature variations, radiation, stray fields
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
- G01R33/007—Environmental aspects, e.g. temperature variations, radiation, stray fields
- G01R33/0082—Compensation, e.g. compensating for temperature changes
-
- G—PHYSICS
- G12—INSTRUMENT DETAILS
- G12B—CONSTRUCTIONAL DETAILS OF INSTRUMENTS, OR COMPARABLE DETAILS OF OTHER APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G12B7/00—Compensating for the effects of temperature
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области измерений индукции магнитного поля с помощью магнитометра, например, феррозондового типа. Сущность изобретения заключается в преобразовании индукции магнитного поля ВМП в цифровой или аналоговый сигнал S1(ВМП) с последующей компенсацией температурной погрешности первичного датчика. Предлагается двухэтапная компенсация результата измерений: S2(ВМП, ΔТ)=S1(ВМП, ΔT)+ΔS1(ВМП=0, ΔT) - результат компенсации первого этапа, S3(ВМП)=S2⋅Кумн(ΔT) - результат компенсации второго этапа (конечный), где ΔT - отклонение температуры от нормальной, Кумн - коэффициент умножения. За нормальную температуру принято значение 20°С. При этом рассматривается температурная погрешность магнитометра, которая определяется температурной зависимостью параметров первичного датчика, например, феррозонда. Первый этап - компенсация аддитивной составляющей температурной погрешности. Второй этап - компенсация мультипликативной составляющей температурной погрешности. Реализация первого этапа состоит в измерении отклонения температуры (феррозонда) от температуры нормальных климатических условий в единицах измерения сигнала S1 и суммировании результата этого измерения с определенным весовым коэффициентом, определяемым на этапе регулировки, с выходным сигналом S1(ВМП, ΔT) магнитометра. Реализация второго этапа состоит в умножении скорректированного сигнала первого этапа на коэффициент Кумн, знак которого не изменяется, а величина пропорциональна отклонению температуры ΔT от нормальной. Технический результат - повышение точности температурной коррекции погрешности первичного датчика магнитометра. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Область техники
Изобретение относится к области магнитных измерений. В частности, к области измерений индукции магнитного поля с помощью магнитометра, например, феррозондового типа.
Уровень техники
Известен цифровой феррозондовый магнитометр [1], включающий в себя формирователь синусоиды, выход которого соединен с входами феррозондов, выходы которых соединены с входами избирательных усилителей, выходы которых соединены с первыми входами устройств выборки-хранения, выходы которых соединены с первыми входами аналого-цифровых преобразователей, вторые входы которых соединены с третьим выходом логического блока управления, второй выход которого соединен с вторыми входами устройств выборки-хранения, первый выход соединен с входом формирователя синусоиды, а вход соединен с выходом задающего генератора.
Недостатком данного магнитометра является увеличение погрешности измерения магнитного поля вследствие изменения температуры феррозонда.
Известен цифровой феррозондовый магнитометр [2], который наиболее близок по технической сущности к предлагаемому устройству. В качестве прототипа выбран один канал устройства: магнитометр без коррекции температурной погрешности феррозонда с исключением аналого-цифрового преобразователя (АЦП) и измеритель отклонения температуры от нормальной. Кроме того, согласно теории технического эквивалента суммирование сигнала измерителя отклонения температуры с основным сигналом магнитометра, осуществляемое в прототипе по второму входу суммирования устройства выборки-хранения, заменено отдельным сумматором на выходе указанного выше магнитометра [2]. Измеритель отклонения температуры от нормальной в прототипе представляет последовательно соединенные датчик температуры и схему температурной компенсации, где в качестве датчика температуры используются последовательно соединенные входная обмотка феррозонда и измерительный резистор. В качестве датчика температуры могут быть использованы и иные средства, например, терморезистор, микросхема измерителя температуры и прочее. Таким образом, структура избранного прототипа представляет последовательно соединенные магнитометр без температурной коррекции погрешности феррозонда, сумматор и выходную шину. Второй вход сумматора соединен с выходом измерителя отклонения температуры от нормальной.
Недостатком данного устройства является низкая точность компенсации температурной погрешности феррозонда, что обусловлено одной цепью коррекции посредством сумматора. Одной цепью коррекции невозможно оптимально скомпенсировать имеющие место согласно работе [3] две основные составляющие температурной погрешности феррозонда - аддитивную и мультипликативную. Аналогичные погрешности имеют место и для датчиков магнитного поля (ДМП) иного типа.
Целью предполагаемого изобретения является повышение точности коррекции температурной погрешности датчика магнитного поля, например, феррозонда магнитометра.
Сущность изобретения
В предлагаемом устройстве для достижения поставленной цели введена коррекция мультипликативной составляющей температурной погрешности ДМП на втором этапе с помощью умножителя выходного сигнала. При этом изменены условия регулировки первой ступени коррекции, а именно - при индукции ВМП=0 измеряемого магнитного поля.
Устройство иллюстрируется блок-схемой магнитометра (фиг. 1), где магнитометр 1 без коррекции температурной погрешности ДМП последовательно соединен с сумматором 2, умножителем 3 и выходной шиной 4. Выход измерителя 5 отклонения температуры от нормальной соединен через первый регулятор 6 со вторым входом сумматора 2 и через формирователь 7 сигнала коррекции мультипликативной температурной погрешности ДМП с вторым входом умножителя 3. Измеритель 5 отклонения температуры от нормальной содержит последовательно соединенные датчик температуры 8 и формирователь 9 сигнала температурной компенсации. Выход формирователя 9 сигнала температурной компенсации является выходом измерителя 5 отклонения температуры от нормальной. Формирователь 7 сигнала коррекции мультипликативной температурной погрешности ДМП содержит последовательно соединенные источник опорного напряжения 10 и сумматор 11, второй вход которого соединен через регулятор 12 с выходом измерителя 5 отклонения температуры от нормальной. Выход сумматора 11 является выходом формирователя 7. Переключатель 13 включен между входом управления формирователя 7 сигнала коррекции мультипликативной температурной погрешности и общей шиной. Вход управления формирователя 7 сигнала коррекции мультипликативной температурной погрешности соединен с входом управления регулятора 12.
Работа устройства осуществляется следующим образом. Выходной сигнал S1 магнитометра 1 без коррекции температурной погрешности ДМП (соответственно сигналы S2 и S3 устройства) может быть представлен как постоянным напряжением, так и цифровым кодом. Для определенности далее рассмотрен вариант сигналов S1, S2 и S3 в виде постоянных напряжений. При этом сигнал S1 содержит аддитивную и мультипликативную составляющие температурной погрешности ДМП, входящего в состав магнитометра 1. Сигнал S2 содержит мультипликативную составляющую температурной погрешности ДМП. Сигнал S3 представляет скорректированный по температурной погрешности ДМП результат измерения индукции ВМП. Исходное положение переключателя 13 - разомкнутое. Замкнутое положение переключателя 13 рассмотрено отдельно - для случая интегрального исполнения сумматоров 2, 11 и умножителя 3 на одном кристалле микросхемы.
Измеритель 5 отклонения температуры от нормальной формирует сигнал:
UT=КТ⋅ΔТ,
где КТ - коэффициент преобразования измерителя 5;
ΔT=ТНКУ-ТР;
ТНКУ=20°С (температура нормальных климатических условий - НКУ);
ТР = температура окружающей среды (ТОС) ДМП.
ДМП, например, феррозонд и электронная часть магнитометра (ЭЧМ) 1 в общем случае могут иметь различную ТОС. При этом ДМП часто подвержен большему воздействию температуры, чем ЭЧМ. Например, измерения ВМП с расположением ДМП - феррозонда в открытом космическом пространстве, а ЭЧМ на термостабилизированной платформе. Поэтому в качестве Тp в соответствии с целью предполагаемого изобретения принята температура ТОС ДМП в непосредственной близости от которого расположен датчик температуры 8. Температурная погрешность ЭЧМ может быть устранена известными средствами компенсации электронных устройств. Поэтому в соответствии с целью предполагаемого изобретения температурная погрешность ЭЧМ принята равной нулю. Кроме того, полагается, что в ЭЧМ осуществлена коррекция конструктивных погрешностей ДМП в НКУ.
Измеритель 5 отклонения температуры в частном случае может быть реализован согласно его описанию в прототипе [2]. Регуляторы 6 и 12 имеют, например, линейные функции передачи:
Величины коэффициентов К6 и К12 устанавливают при регулировке устройства. При Тр=ТНКУ имеем UT=0 и на выходе сумматора 2 формируется сигнал US2(НКУ)=US1(НКУ) магнитометра 1. ЭЧМ магнитометра 1 настроен таким образом, что его выходное напряжение US1(ВМП=0, Тр=ТНКУ)=0, тем самым компенсируется конструктивное смещение нуля ДМП (феррозонда). При изменении температуры в ту или другую сторону от температуры НКУ на выходе формирователя 9 появляется положительное или отрицательное напряжение ±ΔUT.
Коэффициент К6 регулятора 6 устанавливают при индукции эталона магнитного поля ВМП=0 и максимальной по модулю температуре Тр ДМП, сравнивая значения и US2(Tp=НКУ). Величина К6 регулятора 6 подбирается таким образом, чтобы температурное изменение корректирующего и измеряемого ΔUS1(ΔT) напряжений имело одинаковую величину. В результате эти изменения, имеющие одинаковую величину и противоположные знаки, будут взаимно компенсироваться, и колебания температуры не будут оказывать влияния на напряжение US2 на выходе сумматора 2, уменьшая аддитивную составляющую температурной погрешности ДМП. Скомпенсированное по аддитивной составляющей температурной погрешности ДМП измеряемое напряжение US2(ВМП) с выхода сумматора 2 поступает на вход умножителя 3.
Умножитель 3 реализует функцию где - напряжение на выходе формирователя 7 (выход сумматора 11), U*=const - параметр конкретного изделия (например, умножитель аналоговых сигналов AD633). При температуре и коэффициент передачи умножителя 3 равен 1. Функциональная зависимость обеспечивает изменение величины коэффициента умножения умножителя 3 таким образом, что где - крутизна характеристики ДМП (феррозонда). В результате эти изменения будут взаимно компенсироваться, и колебания температуры не будут оказывать влияния на напряжение US3 на выходной шине 4 устройства, тем самым уменьшая мультипликативную составляющую температурной погрешности.
Обеспечение требуемой функциональной зависимости осуществляется, например, следующим образом. Величина сигнала источника опорного напряжения 10 равна U*. При температуре НКУ имеем UT=0 и на второй вход умножителя 3 поступает напряжение U*, что обеспечивает его коэффициент Кумн=1. При ±ΔUT≠0 коэффициент К12 устанавливают такой величины, чтобы выполнялось соотношение Регулировку необходимо проводить после предварительной калибровки регулятора 6, т.е. с сигналом, нормированным по аддитивной составляющей температурной погрешности ДМП.
Практическая реализация устройства по теории технического эквивалента в части сумматоров 2, 11 и умножителя 3 может быть осуществлена на одной микросхеме (ИМС) AD633. Данная ИМС - вычитающий умножитель, где входы X1 для US1 и Х2 для в ИМС выполняют функцию вычитания. При этом сигнал формирователя 9 должен иметь знак, противоположный описанному выше. Аналогично используются входы Y1 и Y2 ИМС по сигналам формирователя 12 и источника опорного напряжения 10. На этапе регулировки коэффициента К6 ввиду недоступности для измерения сигнала S2 необходимо исключить влияние сигнала регулятора 12. Для этого выходной сигнал регулятора 12 устанавливают в ноль переключателем 13 и регулировку К6 осуществляют путем сравнения напряжений После регулировки К6 возвращают переключатель 13 в исходное положение, обеспечивающее поступление сигнала UT через регулятор 12 и производят регулировку К12 регулятора 12 как описано выше.
Линейная зависимость температурной погрешности феррозонда установлена в работе [4]. При необходимости в измеритель 5 отклонения температуры от нормальной и формирователь 7 сигнала коррекции мультипликативной температурной погрешности могут быть введены дополнительно соответствующие функциональные преобразователи.
Предполагаемое изобретение, обеспечивающее термокомпенсацию сигнала датчика магнитного поля, обладая новизной, полезностью и реализуемостью, может найти широкое применение в технике магнитных измерений, в частности, при реализации устройства в виде изделия типа система на кристалле.
Литература
1. Цифровой феррозондовый магнитометр. Патент РФ №2316781, МПК G01R 33/02, 2008 г.
2. Цифровой феррозондовый магнитометр. Патент РФ №2380718, МПК G01R 33/02, 2008 г.
3. Афанасьев Ю. Феррозонды. - Л.: Энергоатомиздат, 1986.
4. Рыжков И. Улучшение технических характеристик феррозондовых датчиков для автоматизированных систем управления ориентацией объектов: диссертация на соискание степени кандидата технических наук / Приднепровская государственная академия строительства и архитектуры. Днепропетровск - 2005.
Claims (3)
1. Магнитометр с термокомпенсацией сигнала датчика магнитного поля (ДМП), содержащий последовательно соединенные магнитометр без коррекции температурной погрешности ДМП и сумматор, второй вход сумматора соединен через регулятор с выходом измерителя отклонения температуры от нормальной, а также выходную шину, отличающийся тем, что с целью повышения точности температурной коррекции погрешности ДМП в него введены последовательно соединенные умножитель и формирователь сигнала коррекции мультипликативной температурной погрешности ДМП, вход которого соединен с выходом измерителя отклонения температуры от нормальной, другой вход умножителя соединен с выходом сумматора, а выход - с выходной шиной.
2. Магнитометр с термокомпенсацией сигнала датчика магнитного поля по п. 1, отличающийся тем, что формирователь сигнала коррекции мультипликативной температурной погрешности ДМП содержит последовательно соединенные источник опорного напряжения и второй сумматор, второй вход которого соединен через второй регулятор с выходом измерителя отклонения температуры от нормальной, выход второго сумматора является выходом формирователя сигнала коррекции мультипликативной температурной погрешности ДМП.
3. Магнитометр с термокомпенсацией сигнала датчика магнитного поля по п. 1, отличающийся тем, что в него введен переключатель, который включен между входом управления формирователя сигнала коррекции мультипликативной температурной погрешности ДМП и общей шиной, вход управления формирователя сигнала коррекции мультипликативной температурной погрешности ДМП соединен с входом управления второго регулятора.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019103189A RU2707586C1 (ru) | 2019-02-05 | 2019-02-05 | Магнитометр с термокомпенсацией сигнала датчика магнитного поля |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019103189A RU2707586C1 (ru) | 2019-02-05 | 2019-02-05 | Магнитометр с термокомпенсацией сигнала датчика магнитного поля |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2707586C1 true RU2707586C1 (ru) | 2019-11-28 |
Family
ID=68836494
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019103189A RU2707586C1 (ru) | 2019-02-05 | 2019-02-05 | Магнитометр с термокомпенсацией сигнала датчика магнитного поля |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2707586C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU222118U1 (ru) * | 2023-07-12 | 2023-12-12 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр "Кольский научный центр Российской академии наук" (ФИЦ КНЦ РАН) | Магнитометр |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2316781C1 (ru) * | 2006-06-07 | 2008-02-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение прикладной механики им. акад. М.Ф. Решетнева" | Цифровой феррозондовый магнитометр |
RU2380718C1 (ru) * | 2008-06-04 | 2010-01-27 | Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнева" | Цифровой феррозондовый магнитометр |
RU2455656C1 (ru) * | 2010-12-15 | 2012-07-10 | Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнева" | Цифровой феррозондовый магнитометр |
US20130335065A1 (en) * | 2012-06-14 | 2013-12-19 | Freescale Semiconductor, Inc. | Sensing device and related operating methods |
US20160200245A1 (en) * | 2015-01-14 | 2016-07-14 | Allegro Microsystems, Llc | Integrated magnetic field sensor and method of powering on and off a load |
EP3109658A1 (en) * | 2015-06-23 | 2016-12-28 | Melexis Technologies SA | Stress and temperature compensated hall sensor, and method |
-
2019
- 2019-02-05 RU RU2019103189A patent/RU2707586C1/ru active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2316781C1 (ru) * | 2006-06-07 | 2008-02-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение прикладной механики им. акад. М.Ф. Решетнева" | Цифровой феррозондовый магнитометр |
RU2380718C1 (ru) * | 2008-06-04 | 2010-01-27 | Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнева" | Цифровой феррозондовый магнитометр |
RU2455656C1 (ru) * | 2010-12-15 | 2012-07-10 | Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнева" | Цифровой феррозондовый магнитометр |
US20130335065A1 (en) * | 2012-06-14 | 2013-12-19 | Freescale Semiconductor, Inc. | Sensing device and related operating methods |
US20160200245A1 (en) * | 2015-01-14 | 2016-07-14 | Allegro Microsystems, Llc | Integrated magnetic field sensor and method of powering on and off a load |
EP3109658A1 (en) * | 2015-06-23 | 2016-12-28 | Melexis Technologies SA | Stress and temperature compensated hall sensor, and method |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU222118U1 (ru) * | 2023-07-12 | 2023-12-12 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр "Кольский научный центр Российской академии наук" (ФИЦ КНЦ РАН) | Магнитометр |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9857782B2 (en) | Output value correction method for physical quantity sensor apparatus, output correction method for physical quantity sensor, physical quantity sensor apparatus and output value correction apparatus for physical quantity sensor | |
US10001530B2 (en) | Reading circuit with automatic offset compensation for a magnetic-field sensor, and related reading method with automatic offset compensation | |
KR101399047B1 (ko) | 온도 센서 바우 보상 | |
US20090115412A1 (en) | Magnetic sensing device and electronic compass using the same | |
US6532436B2 (en) | Sensor | |
US4099238A (en) | Apparatus for determining a magnetic field | |
JP2019509491A (ja) | マルチチャネルシステムのためのクロストーク較正 | |
US9331707B1 (en) | Programmable temperature compensated voltage generator | |
RU2707586C1 (ru) | Магнитометр с термокомпенсацией сигнала датчика магнитного поля | |
US5581488A (en) | Apparatus and method for compensating for noise in signals | |
Roj | Neural network based real-time correction of transducer dynamic errors | |
WO2020172245A1 (en) | Apparatus and method for magnetic sensor output compensation based upon ambient temperature | |
US11340272B2 (en) | Apparatus and method for determining a power value of a target | |
CN116661546A (zh) | 温度补偿电路及其校准方法 | |
KR101741531B1 (ko) | 빠르고 정밀한 위치 감지 기능 수행할 수 있고 유지 보수가 편리한 인덕티브 센서 | |
US11035902B2 (en) | Advanced fuel gauge | |
JPS62218813A (ja) | 圧力検出装置 | |
JP2009121934A (ja) | 温度補正装置及び温度補正方法 | |
CN111505543B (zh) | 一种基于循环神经网络对动态磁滞进行补偿的方法及系统 | |
JPH08122166A (ja) | 温度測定方法および装置 | |
KR101606232B1 (ko) | 전자식 전력량계 | |
JP2001183106A (ja) | 温度補償付きギャップ検出装置 | |
CN114487944B (zh) | 零增益温漂直流磁场测量方法 | |
CN112904261B (zh) | 谐波校准系统及方法、误差谐波分量系数计算系统及方法 | |
RU2772665C1 (ru) | Датчик температуры |