Патент на изобретение №2236029

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИНДУКЦИИ ГЕОМАГНИТНОГО ПОЛЯ С ПОДВИЖНОГО ОБЪЕКТА

(57) Реферат:

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в магниторазведке для поиска полезных ископаемых, в области космических исследований для измерения магнитного поля околоземного пространства и магнитного поля планет, в магнитной навигации для определения местоположения судна и т.д. Устройство содержит размещенные на подвижном объекте трехкомпонентный магнитометрический датчик, три усилительно-преобразовательных блока, генератор переменных напряжений, регистрирующий блок, два углоизмерительных устройства, устройство обработки информации, устройство согласования и поворотное устройство, соединенные между собой определенным образом. Технический результат: снижение погрешности определения индукции геомагнитного поля за счет уменьшения погрешности определения ориентации осей трехкомпонентного датчика относительно осей углоизмерительных устройств, отсутствие влияния погрешности измерения углов курса, крена, тангажа объекта и компенсация проекций вектора магнитной индукции от намагниченности объекта в месте размещения трехкомпонентного датчика. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Предлагаемое изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в магниторазведке для поиска полезных ископаемых, в области космических исследований для измерения магнитного поля околоземного пространства и магнитного поля планет, в магнитной навигации для определения местоположения судна и т.д.

Известно устройство для определения индукции геомагнитного поля с подвижного объекта [1], содержащее размещенные на подвижном объекте трехкомпонентный магнитометр, включающий три канала, систему следящего привода и гировертикаль, на которой расположен трехкомпонентный датчик магнитометра. Трехкомпонентный датчик выполнен в виде блока, состоящего из трех однокомпонентных феррозондов с взаимно ортогональными осями. Каждый канал магнитометра состоит из однокомпонентного феррозонда, усилителя несущей частоты, синхронного детектора, генератора возбуждения, согласующего усилителя, преобразователя напряжения – частота и катушки обратной связи. Известное устройство [1] работает следующим образом. Переменным напряжением с генератора возбуждения осуществляется перемагничивание магниточувствительных элементов феррозондов трехкомпонентного датчика. В результате этого на трех выходах трехкомпонентного датчика появляются три ЭДС второй гармоники, каждая из которых пропорциональна проекции вектора магнитной индукции на соответствующую магнитную ось феррозонда [1]. Выходные сигналы с феррозондов усиливаются усилителями несущей частоты, детектируются синхронными детекторами, а затем усиливаются усилителями постоянного тока и поступают на соответствующие согласующие усилители. Согласующие усилители преобразуют выходные напряжения с усилителей постоянного тока, выполняющих функции интеграторов, в токи обратной связи, с помощью которых создаются магнитные поля компенсации в направлении осей соответствующих феррозондов. Согласующие усилители обеспечивают также преобразование аналоговых сигналов в напряжения переменной частоты и передачу их на регистрирующий прибор. Датчик, состоящий из трех взаимно ортогональных однокомпонентных феррозондов, размещен на штоке гировертикали так, что магнитная ось одного из феррозондов параллельна продольной оси штока, то есть направлена по вертикали, а магнитные оси двух других феррозондов расположены в горизонтальной плоскости. Один из горизонтальных феррозондов (измерительный) и второй горизонтальный феррозонд включены в систему следящего привода, обеспечивающего постоянную ориентацию измерительного феррозонда в направлении магнитного меридиана. Следовательно, на выходе канала, включающего измерительный феррозонд, будет сигнал, пропорциональный горизонтальной составляющей вектора индукции геомагнитного поля, а на выходе канала, включающего феррозонд, ось которого направлена по вертикали, будет сигнал, пропорциональный вертикальной составляющей вектора индукции геомагнитного поля.

В известном техническом решении [1] оси вертикального и измерительного феррозондов коллинеарны осям (привязаны к осям) опорной геомагнитной системе координат, а каналы магнитометра, включающие вертикальный и измерительный феррозонды, измеряют вектор индукции геомагнитного поля при размещении магнитометра на немагнитном подвижном объекте. Однако при расположении известного устройства [1] на ферромагнитном подвижном объекте только вертикальная ось датчика магнитометра будет ориентирована по вертикальной составляющей геомагнитного поля. Ориентация оси измерительного феррозонда будет отклоняться от магнитного меридиана при наличии намагниченности объекта и изменении его углового положения, определяемого углами курса, крена, тангажа, что приводит к погрешности измерения индукции геомагнитного поля по всем трем каналам. Так, например, при магнитной индукции от индуктивной и жесткой намагниченности объекта порядка 1000 нТл и горизонтальной составляющей вектора индукции геомагнитного поля 14000 нТл погрешность определения магнитного курса известным устройством может составить единицы градусов, а погрешность измерения индукции геомагнитного поля – 1000 нТл, если вектор магнитной индукции от намагниченности объекта коллинеарен вектору индукции геомагнитного поля.

Известно устройство для определения индукции геомагнитного поля с подвижного объекта [2], которое по совокупности существенных признаков наиболее близко предлагаемому и принято за прототип. Известное устройство состоит из размещенных на подвижном объекте трехкомпонентного магнитометрического датчика с взаимно ортогональными осями, трех усилительно-преобразовательных блоков, первые входы которых подключены к выходам упомянутого датчика, генератора переменных напряжений, первый выход которого подключен к входу трехкомпонентного датчика, а второй выход – к вторым входам усилительно-преобразовательных блоков, регистрирующего блока, входы которого подключены к выходам усилительно-преобразовательных блоков, углоизмерительного устройства навигационной системы объекта, выходы которого подключены к трем дополнительным входам регистрирующего блока, выполненного с возможностью регистрации сигналов, пропорциональных значениям проекций векторов магнитной индукции и углов курса, крена, тангажа объекта, и устройства обработки информации, подключенного к выходу регистрирующего блока.

Известное устройство [2] работает следующим образом. На вход трехкомпонентного магнитометрического датчика, в частности, феррозонда подается с генератора переменное напряжение, возбуждающее этот датчик. В результате на выходах датчика появляются три ЭДС второй гармоники, каждая из которых пропорциональна проекции вектора магнитной индукции на соответствующую магнитную ось датчика [1, с.66]. Выходные сигналы с датчика усиливаются и детектируются в соответствующих усилительно-преобразовательных блоках. Для детектирования сигналов на вторые входы усилительно-преобразовательных блоков подается переменное напряжение с генератора переменных напряжений. На входы регистрирующего блока поступают сигналы с выходов усилительно-преобразовательных блоков, пропорциональные проекциям векторов магнитной индукции при изменении местоположения объекта, и выходные сигналы с углоизмерительного устройства, пропорциональные углам курса, крена, тангажа объекта. Регистрирующий блок обеспечивает синхронную регистрацию сигналов, пропорциональных значениям проекций векторов магнитной индукции и углов курса, крена, тангажа объекта, и передачу их на устройство обработки информации, при введении в которое всех девяти коэффициентов (параметров) Пуассона и проекций вектора магнитной индукции от жесткой намагниченности объекта на оси чувствительности датчика осуществляется определение проекций индукции геомагнитного поля на оси выбранной опорной системы координат.

В известном техническом решении [2] погрешность ориентации осей трехкомпонентного датчика относительно осей координат навигационной системы измерения углов курса, крена, тангажа объекта приводит к существенной погрешности определения параметров, характеризующих намагниченность объекта в месте размещения датчика, а следовательно, и к погрешности определения индукции геомагнитного поля. Действительно, в известном техническом решении установка двух ортогональных осей трехкомпонентного датчика в горизонтальной плоскости осуществляется, как и в известном устройстве [3, с.250], с помощью уровня, входящего в состав датчика и жестко связанного с ним. Ориентацию одной из горизонтальных осей датчика, направление которой обозначают на корпусе датчика в виде стрелки или определяют с помощью оптической многогранной призмы и автоколлиматора, параллельно оси строительной системы координат объекта осуществляют путем визирования указанного направления оси датчика по обозначенному направлению строительной оси объекта, например, в виде створа. Такой метод привязки осей датчика к опорной (строительной) системе координат приводит к значительной погрешности определения углового положения осей датчика углоизмерительным устройством навигационной системы объекта. При наличии качки объекта, в частности, корабля погрешность привязки осей датчика к углоизмерительной навигационной системе объекта упомянутым методом существенно возрастает или привязка становится невозможной, что приводит к значительной погрешности определения параметров, характеризующих намагниченность подвижного объекта, а значит, и к погрешности определения индукции геомагнитного поля. Кроме того, в известном техническом решении от намагниченности объекта существенно зависит динамический диапазон определения индукции геомагнитного поля.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка устройства для определения индукции геомагнитного поля с подвижного объекта, обеспечивающего привязку осей трехкомпонентного датчика к осям координат навигационной системы подвижного объекта как при отсутствии, так и при наличии качки объекта, существенно уменьшающей погрешность ориентации осей трехкомпонентного магнитометрического датчика относительно осей навигационной системы определения углов курса, крена, тангажа объекта на погрешность определения параметров, характеризующих намагниченность объекта в месте размещения датчика, а следовательно, и на погрешность определения индукции геомагнитного поля. Кроме того, задачей предлагаемого изобретения является уменьшение зависимости динамического диапазона определения индукции геомагнитного поля от намагниченности объекта. Поставленная задача решается за счет размещения на трехкомпонентном магнитометрическом датчике дополнительного углоизмерительного устройства и сравнения изменений определяемых углов курса, крена, тангажа датчика относительно осей навигационной системы координат объекта при вращении датчика вокруг его вертикальной оси, а также за счет возможности устройством обработки информации воспроизведения сигналов, пропорциональных проекциям вектора магнитной индукции от намагниченности объекта на оси датчика и применения устройства согласования, передающего эти сигналы на трехкомпонентный датчик, обеспечивающих компенсацию упомянутых проекций вектора магнитной индукции в месте размещения датчика.

Предлагаемое устройство для определения индукции геомагнитного поля с подвижного объекта, включающее размещенные на объекте трехкомпонентный магнитометрический датчик с взаимно ортогональными осями, три усилительно-преобразовательных блока, первые входы которых подключены к соответствующим выходам трехкомпонентного датчика, генератор переменных напряжений, первый выход которого подключен к первому входу трехкомпонентного датчика, а второй выход – к вторым входам усилительно-преобразовательных блоков, регистрирующий блок, первые три входа которого подключены к соответствующим выходам первого, второго и третьего усилительно-преобразовательных блоков, углоизмерительное устройство, три выхода которого подключены соответственно к четвертому, пятому и шестому входам регистрирующего блока, выполненного с возможностью синхронной регистрации сигналов, пропорциональных значениям проекций векторов магнитной индукции и углов курса, крена, тангажа объекта, и устройство обработки информации, подключенное к выходу регистрирующего блока, снабжено дополнительным углоизмерительным устройством, поворотным устройством и устройством согласования, первый, второй и третий выходы дополнительного углоизмерительного устройства подключены соответственно к седьмому, восьмому и девятому входам регистрирующего блока, первый, второй и третий входы устройства согласования подключены к соответствующим выходам первого, второго и третьего усилительно-преобразовательных блоков, а три выхода подключены соответственно к второму, третьему и четвертому входам трехкомпонентного датчика, при этом трехкомпонентный датчик и дополнительное углоизмерительное устройство размещены на поворотном устройстве, регистрирующий блок выполнен с возможностью синхронной регистрации сигналов, поступающих с обоих углоизмерительных устройств, а устройство обработки информации выполнено с возможностью определения параметров Пуассона, проекций вектора магнитной индукции от жесткой намагниченности объекта, индукции геомагнитного поля. Кроме того, четвертый, пятый и шестой входы устройства согласования могут быть подключены соответственно к первому, второму и третьему выходам устройства обработки информации, выполненного с возможностью формирования сигналов, пропорциональных проекциям вектора магнитной индукции от намагниченности объекта.

Применение в предлагаемом техническом решении размещенных на подвижном объекте трехкомпонентного магнитометрического датчика, трех усилительно-преобразовательных блоков, генератора переменных напряжений, углоизмерительного устройства, регистрирующего блока и устройства обработки информации в совокупности с дополнительным углоизмерительным устройством, устройством согласования и поворотным устройством, на котором размещены трехкомпонентный датчик и дополнительное углоизмерительное устройство, включенных между собой определенным образом, обеспечивает привязку осей трехкомпонентного датчика к осям координат навигационной системы подвижного объекта как при отсутствии, так и при наличии качки объекта, существенно уменьшающей погрешность ориентации осей датчика относительно осей навигационной системы на погрешность определения параметров, характеризующих намагниченность объекта, а следовательно, и на погрешность определения индукции геомагнитного поля. Кроме того, предлагаемое техническое решение обеспечивает компенсацию проекций вектора магнитной индукции от намагниченности объекта в месте размещения трехкомпонентного датчика, что значительно уменьшает зависимость динамического диапазона и погрешность определения индукции геомагнитного поля.

Таким образом, технический результат предлагаемого устройства для определения индукции геомагнитного поля с подвижного объекта выражается в обеспечении привязки осей трехкомпонентного датчика к осям координат навигационной системы подвижного объекта как при отсутствии, так и при наличии качки объекта, существенно уменьшающей погрешность ориентации осей трехкомпонентного магнитометрического датчика относительно осей навигационной системы определения курса, крена, тангажа объекта на погрешность определения параметров, характеризующих намагниченность объекта в месте размещения датчика, а следовательно, и на погрешность определения индукции геомагнитного поля. Кроме того, технический результат предлагаемого устройства выражается в значительном уменьшении зависимости динамического диапазона измерения индукции геомагнитного поля от намагниченности объекта, что повышает точность определения индукции геомагнитного поля.

Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежем, на котором изображена структурная схема устройства для определения индукции геомагнитного поля с подвижного объекта.

Предлагаемое устройство для определения индукции геомагнитного поля с подвижного объекта (фиг.1) состоит из трехкомпонентного магнитометрического датчика 1 с взаимно ортогональными осями ОХ, ОY, ОZ декартовой системы координат ОХYZ, трех усилительно-преобразовательных блоков 2-4, генератора переменных напряжений 5, регистрирующего блока 6, углоизмерительного устройства 7, устройства обработки информации 8, дополнительного углоизмерительного устройства 9, устройства согласования 10, подвижного объекта 11 и поворотного устройства 12, на котором размещены датчик 1 и устройство 9. Первые входы блоков 2-4 подключены к соответствующим выходам датчика 1, а выходы этих блоков – соответственно к первому, второму и третьему входам устройства 10. Первый выход генератора 5 подключен к первому входу датчика 1, а второй выход – к вторым входам блоков 2-4. Три выхода устройства 10 подключены соответственно к второму, третьему и четвертому входам датчика 1. Первый А₁, второй А₂ и третий А₃ выходы устройства 9 подключены соответственно к седьмому, восьмому и девятому входам блока 6, выход которого подключен к устройству 8. Кроме того, четвертый, пятый и шестой входы устройства 10 могут быть подключены соответственно к первому, второму и третьему выходам устройства 8. Устройство 12 с датчиком 1 и устройством 9, блоки 2-4, генератор 5, блок 6, устройства 7, 8, 10 размещены на объекте 11.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. На первый вход датчика 1 подается с генератора 5 переменное напряжение, перемагничивающее магниточувствительные элементы датчика 1, например, феррозондового датчика. В результате этого на выходах датчика 1 появляются три ЭДС второй гармоники, каждая из которых пропорциональна проекции вектора магнитной индукции внешнего поля на соответствующую магнитную ось датчика [I] Выходные сигналы с датчика 1 усиливаются и детектируются в соответствующих блоках 2-4. Для детектирования сигналов на вторые входы блоков 2-4 подается переменное напряжение с генератора 5. На второй, третий и четвертый входы датчика 1 подаются продетектированные сигналы с выходов соответствующих блоков 2-4 через согласующее устройство 10, обеспечивающие отрицательную обратную связь по измеряемым сигналам [1]. На входы блока 6 поступают сигналы с выходов блоков 2-4, пропорциональные проекциям векторов магнитной индукции, выходные сигналы с устройства 7, пропорциональные углам курса, крена, тангажа объекта 11, и выходные сигналы с устройства 9, пропорциональные углам курса, крена, тангажа датчика 1. Блок 6 обеспечивает синхронную регистрацию сигналов, пропорциональных значениям проекций векторов магнитной индукции, углов курса, крена, тангажа объекта 11, углов курса, крена и тангажа устройства 9, а значит углов курса, крена и тангажа датчика 1, и передачу их на устройство 8.

Определение ориентации осей (привязку осей) датчика 1 к осям устройства 9 осуществляют, например, установкой для поверки инклинометров УПИ-2 [4] до размещения устройства 12 с датчиком 1 и устройством 9 на подвижном объекте 11. При этом устройством 9 может быть трехкомпонентный акселерометр, в частности, состоящий из трех однокомпонентных акселерометров [4]. Затем устройство 12, с расположенными на нем датчиком 1 и устройством 9, размещают на подвижном объекте 11 с возможностью одновременного вращения датчика 1 и устройства 9, например, вокруг оси ОZ. Осуществляют изменение, по крайней мере, углов крена, тангажа объекта 11 и синхронное измерение этих углов устройством 7, входящим в навигационную систему объекта 11, с измерением проекций вектора ускорения силы тяжести акселерометрами устройства 9. Проекции вектора ускорения силы тяжести, измеренные устройством 9, для угловых положений объекта можно представить в виде следующих уравнений:

q_xj=q_xнjl’₁+q_yнjm’₁+q_zнjn’₁;

q_уj=q_xнjl’₂+q_yнjm’₂+q_zнjn’₂;

q_zj=q_xнjl’₃+q_yнjm’₃+q_zнjn’₃,

где j=1, 2,… – номер углового положения объекта 11; q_xj, q_yj, q_zj – проекции вектора ускорения силы тяжести q_z, измеренные устройством 9, для угловых положений объекта 11 при j=1 и j=2; q_хнj=-q_zsin_j, q_yнj=q_zcos_j sin_j, q_zнj=q_zcos_j cos_j – проекции вектора ускорения силы тяжести на оси устройства 7 для угловых положений объекта 11 при j=1 и j=2;_j и _j – углы крена и тангажа для угловых положений объекта 11 при j=1 и j=2; l’₁=cos_y cos_y; m’₁=sin_y cos_y; n’₁=sin_y; l’₂=cos_ysin_ysin_y–sin_ycos_y; m’₂=sin_ysin_ysin_y–cos_ycos_y; n’₂=cos_ysin_y; l’₃=cos_ysin_ysin_y+sin_ysin_y; m’₃=sin_ysin_ycos_y+cos_ysin_y; n’₃=cos_ycos_y; _у, _у, _у – соответствующие углы курса, крена, тангажа системы координат устройства 9 в системе координат устройства 7.

Первое приближение _у, которое обозначим через ⁽¹⁾_y, определяет устройство 8 из выражения ⁽¹⁾_y=-arcsin(q_x1/q_z)–₁ или из выражения ⁽¹⁾_y=-arc sin (q_x2/q_z)–₂.

Подставив значение ⁽¹⁾_y в уравнение

q_x2–q_x1=(q_xн2–q_xн1)l’₁+(q_yн2–q_yн1)m’₁+(q_zн2-q_zн1)n’₁,

устройством 8 определяется первое приближение _у, которое обозначим через ⁽¹⁾_y.

При |⁽¹⁾_y|>, где – заданная невязка, осуществляют устройством 12 одновременный поворот датчика 1 и устройства 9 вокруг оси ОZ на угол минус ⁽¹⁾_y. Вновь осуществляют изменение, по крайней мере, углов крена, тангажа объекта 11 и синхронное измерение этих углов устройством 7 с измерением проекций вектора ускорения силы тяжести устройством 9, пропорциональных углам _у, _у, _у. Аналогично, как и для первых двух угловых положений объекта, определяют второе приближение углов _у, _у, которые обозначим через ⁽²⁾_y, ⁽²⁾_y. При |⁽²⁾_y|> цикл итерации, включающий поворот устройством 12 датчика 1 и устройства 9 на угол минус ⁽²⁾_y, измерение углов крена, тангажа устройством 7 с измерением проекций вектора ускорения силы тяжести устройством 9 для двух угловых положений объекта 11 и определение приближений углов тангажа ⁽³⁾_y, курса ⁽³⁾_y, выполняется аналогично предыдущим циклам. Итерационный процесс заканчивается при выполнении условия |⁽ⁿ⁾_y|, где n – номер итерации. В таком случае углы курса устройства 7 и устройства 9 будут равны. Подставляя ⁽ⁿ⁾_y и ⁽ⁿ⁾_y, которые принимают соответственно за _у=0 и _у, например, в уравнение q_y(n+1)–q_yn=(q_xн(n+1)–q_xn)l’₂+(q_yн(n+1)–q_yнn)m’₂+(q_zн(n+1)–q_zнn)n’₂ определяют ⁽ⁿ⁾_y, которое принимают за _у. Значение _у можно определить также из выражения _у=arctg(q_y(n+1)/q_z(n+1))–_у(n+1) или из выражения _у=arctg(q_yn/q_zn)–_уn.

Таким образом, угловое положение системы координат устройства 9 в системе координат устройства 7 определено углами курса _у=0 крена _у и тангажа _у. Ориентация осей датчика 1 определена относительно осей системы координат устройства 9 до размещения датчика 1 и устройства 9 на объекте 11. Так как взаимное положение датчика 1 и устройства 9 определено при размещении их на устройстве 12, то и ориентация осей датчика 1 будет известна в системе координат устройства 7. При наличии качки объекта можно не изменять его угловое положение, так как оно изменяется естественным образом.

Определив взаимное угловое положение осей углоизмерительного устройства 7, входящего в навигационную систему объекта 11 с осями ОХ, ОУ, ОZ датчика 1, находят параметры, характеризующие намагниченность объекта 11 в месте размещения датчика 1 следующим образом. Изменяя угловое положение объекта 11, измеряют проекции вектора магнитной индукции В_xj, В_yj, В_zj на оси датчика 1 синхронно с измерением углов курса, крена, тангажа объекта 11 устройством 7, по крайней мере, для десяти угловых положений объекта 11, отличающихся друг от друга. По измеренным углам устройством 7 и известным их рассогласованиям с углами датчика 1 определяют угловое положение осей датчика 1 в опорной (базовой) системе координат устройства 7. Затем по измеренным проекциям векторов магнитной индукции, угловым положениям датчика 1 и известному модулю вектора индукции геомагнитного поля в месте размещения объекта 11 определяют по алгоритму [2, 5] проекции магнитной индукции от жесткой намагниченности объекта и параметры Пуассона, характеризующих мягкую намагниченность объекта 11. После этого по известным параметрам Пуассона, проекциям вектора магнитной индукции от жесткой намагниченности объекта 11 и измеренным проекциям вектора магнитной индукции на оси датчика 1 определяют индукцию геомагнитного поля для каждого j-го измерения при отсутствии сведений об углах курса, крена, тангажа объекта 11 следующим образом.

Измеряют одновременно три проекции вектора магнитной индукции В_xj, В_yj, В_zj на оси датчика 1, где=1, 2,… – номера измерений проекций векторов магнитной индукции. По измеренным В_xj, В_yj, В_zj, например, для j=1, которые являются функциями измеренных параметров Пуассона, проекций вектора магнитной индукции от жесткой намагниченности объекта 11 В_хр, В_ур, В_zp и неизвестных проекций вектора индукции геомагнитного поля В’_хт, В’_ут, В’_zт на оси датчика 1, в устройстве 8 осуществляется решение системы трех уравнений относительно неизвестных В’_хт, В’_ут, В’_zт. Эти уравнения можно представить в следующем виде:

В_хj–B_xp=(1+a)B’_xт+bВ’_ут+cВ’_zт;

В_уj–B_уp=dB’_xт+(1+e)В’_ут+fВ’_zт;

В_zj–B_zp=qB’_xт+hВ’_ут+(1+k)В’_zт,

где а, b, с, d, e, f, q, h, k – параметры Пуассона объекта в месте размещения датчика 1.

Определив В’_хт, В’_ут, В’_zт, находят модуль вектора индукции геомагнитного поля В_т и проекции вектора магнитной индукции В_хнj, В_унj, В_zнj на оси датчика 1 от индуктивной и жесткой намагниченности объекта 11 из следующих выражений:

В_т=[(B’_хт)²+(В’_ут)²+(В’_zт)²]^1/2;

В_хнj=аB’_хт+bВ’_ут+cВ’_zт+B_xp;

В_yнj=dB’_хт+eВ’_ут+fВ’_zт+B_yp;

В_zнj=qB’_хт+hВ’_ут+kВ’_zт+B_zp.

Устройство 8 создает напряжения, пропорциональные В_хнj, В_унj, В_zнj, с помощью которых в месте размещения датчика 1 воспроизводятся проекции вектора магнитной индукции на оси датчика 1, равные по величине и противоположные по направлению соответствующим проекциям вектора магнитной индукции В_хнj, В_унj, В_zнj, обеспечивая тем самым отрицательную обратную связь по магнитному полю от индуктивной и жесткой намагниченности объекта 11. Для этого напряжения, пропорциональные В_хнj, В_унj, В_zнj, с выходов устройства 8 подаются через устройство 10 на входы датчика 1. По каждому последующему измерению (j=2, 3,…) проекций вектора магнитной индукции, известным параметрам Пуассона и проекциям вектора магнитной индукции от жесткой намагниченности объекта 11 с учетом действия предшествующей отрицательной обратной связи по магнитному полю от намагниченности объекта 11 осуществляется корректировка отрицательной обратной связи по магнитному полю устройством 8 от изменившихся проекций вектора индукции геомагнитного поля, обусловленных, например, изменением углового положения объекта 11 и изменением вектора индукции геомагнитного поля. Отрицательная обратная связь по магнитной индукции от намагниченности объекта (от индуктивной и жесткой намагниченности объекта) обеспечивает расширение динамического диапазона измерения индукции геомагнитного поля, линейность, стабильность коэффициентов передачи блоков и устройств предлагаемого технического решения.

Таким образом, в предлагаемом техническом решении, по сравнению с аналогом и прототипом, существенно уменьшена погрешность определения индукции геомагнитного поля за счет снижения погрешности определения ориентации осей датчика магнитометра относительно осей углоизмерительного устройства навигационной системы объекта. Кроме того, в предлагаемом техническом решении для определения индукции геомагнитного поля не требуется информация об углах курса, крена, тангажа объекта, что по сравнению с известными техническими решениями исключает погрешность определения индукции геомагнитного поля, обусловленную погрешностью измерения углов курса, крена, тангажа объекта при наличии сведений о параметрах Пуассона и проекциях вектора магнитной индукции от жесткой намагниченности объекта.

В предлагаемом техническом решении датчик 1, блоки 2-4, генератор 5 могут быть выполнены, как и в устройстве для измерения параметров магнитного поля [1]. Углоизмерительным устройством 9 могут быть акселерометры типа АDХL202Е. В качестве регистрирующего блока 6 и устройства обработки информации 8 можно использовать преобразователь измерительный ПИМ-1 (сертификат №15660, Госстандарт России), разработанный АО “АТИС” (г.С.-Петербург), а в качестве углоизмерительного устройства 7, входящего в навигационную систему объекта – навигационную систему на основе лазерных гироскопов и гиростабилизированных платформ [6]. Устройство согласования 10 можно выполнить по схемам масштабных усилителей, а поворотным устройством 12 может быть установка для поверки инклинометров УПИ-2 [4].

Источники информации

1. Афанасьев Ю.В. Феррозондовые приборы. Л.: Энергоатомиздат. 1986. 188 с.

3. Афанасьев Ю.В., Студенцов Н.В., Щелкин А.П. Магнитометрические преобразователи, приборы, установки. Л.: Энергия. 1972. 272 с.

6. Лукьянов Д.П., Северов Л.А., Смирнов Е.Л., Тиль А.В. Тенденция совершенствования гироскопов и гиростабилизированных платформ. Изв. вузов СССР. Приборостроение. Л.: 1987. Т.30. №10. С.46.

Формула изобретения

1. Устройство для определения индукции геомагнитного поля с подвижного объекта, включающее размещенные на объекте трехкомпонентный магнитометрический датчик с взаимно ортогональными осями, три усилительно-преобразовательных блока, первые входы которых подключены к соответствующим выходам трехкомпонентного датчика, генератор переменных напряжений, первый выход которого подключен к первому входу трехкомпонентного датчика, а второй выход – к вторым входам усилительно-преобразовательных блоков, регистрирующий блок, первые три входа которого подключены к соответствующим выходам первого, второго и третьего усилительно-преобразовательных блоков, углоизмерительное устройство, три выхода которого подключены соответственно к четвертому, пятому и шестому входам регистрирующего блока, выполненного с возможностью синхронной регистрации сигналов, пропорциональных значениям проекций векторов магнитной индукции и углов курса, крена, тангажа объекта, и устройство обработки информации, подключенное к выходу регистрирующего блока, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительным углоизмерительным устройством, поворотным устройством и устройством согласования, первый, второй и третий выходы дополнительного углоизмерительного устройства подключены соответственно к седьмому, восьмому и девятому входам регистрирующего блока, первый, второй и третий входы устройства согласования подключены к соответствующим выходам первого, второго и третьего усилительно-преобразовательных блоков, а три выхода подключены соответственно к второму, третьему и четвертому входам трехкомпонентного датчика, при этом трехкомпонентный датчик и дополнительное углоизмерительное устройство размещены на поворотном устройстве, регистрирующий блок выполнен с возможностью синхронной регистрации сигналов, поступающих с обоих углоизмерительных устройств, а устройство обработки информации выполнено с возможностью определения параметров Пуассона, проекций вектора магнитной индукции от жесткой намагниченности объекта, индукции геомагнитного поля.

2. Устройство для определения индукции геомагнитного поля с подвижного объекта по п.1, отличающееся тем, что четвертый, пятый и шестой входы устройства согласования подключены соответственно к первому, второму и третьему выходам устройства обработки информации, выполненного с возможностью формирования сигналов, пропорциональных проекциям вектора магнитной индукции от намагниченности объекта.

РИСУНКИ

MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 03.06.2008

Извещение опубликовано: 20.06.2010 БИ: 17/2010