RU2138019C1 - Device for remote fixing of position of object ( variants ) - Google Patents
Device for remote fixing of position of object ( variants ) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2138019C1 RU2138019C1 RU98110170/28A RU98110170A RU2138019C1 RU 2138019 C1 RU2138019 C1 RU 2138019C1 RU 98110170/28 A RU98110170/28 A RU 98110170/28A RU 98110170 A RU98110170 A RU 98110170A RU 2138019 C1 RU2138019 C1 RU 2138019C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- axes
- output
- outputs
- sensor
- amplifier
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для создания средств измерения координат, скорости и угловых величин объекта в автоматических схемах управления в прецизионном машиностроении и приборостроении. The invention relates to the field of measuring technology and can be used to create means for measuring the coordinates, speed and angular values of an object in automatic control circuits in precision engineering and instrumentation.
Известно устройство, реализующее способ дистанционного определения положения объекта (Смирнов Б.М. Магнитометрический метод определения углового положения объекта / М. : Измерительная техника. 1996. N12. С.34-37). Известное устройство состоит из двух катушек индуктивности с взаимно ортогональными осями, генератора переменных напряжений, у которого первый и второй выходы подключены к выводам первой катушки индуктивности, а третий и четвертый выходы - к выводам второй катушки индуктивности, двух трехкомпонентных датчиков, шести усилителей переменных напряжений, вход каждого из которых подключен к соответствующему выходу одного из трехкомпонентных датчиков, и двенадцати преобразовательных блоков. Параллельно соединенные первые входы первого и седьмого, второго и восьмого, третьего и девятого, четвертого и десятого, пятого и одиннадцатого, шестого и двенадцатого преобразовательных блоков подключены соответственно к выходам первого, второго, третьего, четвертого, пятого и шестого усилителей переменных напряжений. Вторые входы первого, второго, третьего, четвертого, пятого и шестого преобразовательных блоков подключены к пятому, а вторые входы седьмого, восьмого, девятого, десятого, одиннадцатого и двенадцатого преобразовательных блоков подключены к шестому выходу генератора переменных напряжений. При этом оба трехкомпонентных датчика размещены на объекте. A device is known that implements a method for remotely determining the position of an object (BM Smirnov. Magnetometric method for determining the angular position of an object / M.: Measuring technique. 1996. N12. S.34-37). The known device consists of two inductors with mutually orthogonal axes, an alternating voltage generator, in which the first and second outputs are connected to the terminals of the first inductor, and the third and fourth outputs are connected to the terminals of the second inductor, two three-component sensors, six alternating voltage amplifiers, the input of each of which is connected to the corresponding output of one of the three-component sensors, and twelve converter blocks. Parallel connected first inputs of the first and seventh, second and eighth, third and ninth, fourth and tenth, fifth and eleventh, sixth and twelfth converter blocks are connected respectively to the outputs of the first, second, third, fourth, fifth and sixth amplifiers of alternating voltage. The second inputs of the first, second, third, fourth, fifth and sixth converter blocks are connected to the fifth, and the second inputs of the seventh, eighth, ninth, tenth, eleventh and twelfth converter blocks are connected to the sixth output of the alternating voltage generator. In this case, both three-component sensors are located on the object.
Известное устройство работает следующим образом. Генератор переменных напряжений создает переменные напряжения с частотами f1 и f2, одно из которых подводится на первую катушку индуктивности, а второе напряжение подается на вторую катушку индуктивности. Токи, протекающие в катушках индуктивности, создают переменные магнитные поля с соответствующими частотами f1 и f2. Магнитные поля индуктируют три переменные ЭДС в каждом из трехкомпонентных датчиков, пропорциональные составляющим векторов магнитной индукции. Эти ЭДС усиливаются усилителями переменных напряжений, которые одновременно выполняют роль согласующих узлов между датчиками и преобразовательными блоками. Каждый преобразовательный блок состоит из полосового фильтра и синхронного детектора. Полосовые фильтры первого, второго, третьего, четвертого, пятого и шестого преобразовательных блоков настроены на переменные напряжения с частотой f1, а на синхронные детекторы этих блоков подается переменное напряжение с частотой f1 с пятого выхода генератора переменных напряжений. Полосовые фильтры седьмого, восьмого, девятого, десятого, одиннадцатого и двенадцатого преобразовательных блоков настроены на переменные напряжения с частотой f2, а на синхронные детекторы этих блоков подается переменное напряжение с частотой f2 с генератора переменных напряжений. В результате этого преобразовательные блоки выделяют сигналы, пропорциональные составляющим векторов магнитной индукции, созданной катушками индуктивности в местах размещения датчиков. По измеренным в двух точках пространства значениям составляющих векторов магнитной индукции и взаимному расположению трехкомпонентных датчиков определяют координаты датчиков относительно катушек индуктивности, а, значит, и координаты объекта и векторы дипольных магнитных моментов катушек индуктивности, например, по алгоритму, изложенному в работе (Смирнов Б. М. Метод определения координат и магнитного момента дипольного источника поля. /М.: Измерительная техника. 1988. N9. С.40-42). Угловое положение катушек индуктивности, а, значит, и объекта определяют по направляющим косинусам векторов магнитных моментов упомянутых катушек индуктивности.The known device operates as follows. The alternating voltage generator creates alternating voltages with frequencies f 1 and f 2 , one of which is supplied to the first inductor, and the second voltage is supplied to the second inductor. The currents flowing in the inductors create alternating magnetic fields with the corresponding frequencies f 1 and f 2 . Magnetic fields induce three EMF variables in each of the three-component sensors, proportional to the components of the magnetic induction vectors. These EMFs are amplified by amplifiers of alternating voltages, which simultaneously serve as matching nodes between the sensors and the converter units. Each converter unit consists of a bandpass filter and a synchronous detector. The band-pass filters of the first, second, third, fourth, fifth and sixth conversion blocks are configured for alternating voltages with a frequency of f 1 , and synchronous detectors of these blocks are supplied with alternating voltage with a frequency of f 1 from the fifth output of the alternating voltage generator. The band-pass filters of the seventh, eighth, ninth, tenth, eleventh and twelfth converter blocks are configured for alternating voltages with a frequency f 2 , and synchronous detectors of these blocks are supplied with alternating voltage with a frequency f 2 from an alternating voltage generator. As a result of this, the converter blocks emit signals proportional to the components of the magnetic induction vectors created by the inductors in the locations of the sensors. The values of the components of the magnetic induction vectors measured at two points in space and the relative position of the three-component sensors determine the coordinates of the sensors relative to the inductors, and, therefore, the coordinates of the object and the vectors of the dipole magnetic moments of the inductors, for example, according to the algorithm described in (Smirnov B. M. Method for determining the coordinates and magnetic moment of a dipole field source. / M.: Measuring equipment. 1988. N9. S.40-42). The angular position of the inductors, and, therefore, the object is determined by the direction cosines of the vectors of magnetic moments of the said inductors.
В известном устройстве при наличии электропроводящих поверхностей вблизи катушек индуктивности и датчиков переменное магнитное поле, созданное катушками индуктивности, отражается от электропроводящих поверхностей (магнитное поле вихревых токов) и индуктирует в трехкомпонентных датчиках переменные ЭДС ложного сигнала, что снижает точность определения положения объекта. Кроме того, в известном устройстве определение положения объекта осуществляется численным методом с большими затратами времени на обработку информации, требующим от вычислительного устройства значительного объема памяти. In the known device, in the presence of electrically conductive surfaces near the inductors and sensors, the alternating magnetic field created by the inductors is reflected from the electrically conductive surfaces (eddy currents magnetic field) and induces in the three-component sensors the emf of the false signal, which reduces the accuracy of determining the position of the object. In addition, in the known device the determination of the position of the object is carried out numerically with a large investment of time for processing information, requiring a significant amount of memory from the computing device.
Известно устройство для дистанционного определения положения объекта (Смирнов Б.М. Определение координат и углового положения объекта при наличии и отсутствии контакта с ним. /М.: Измерительная техника. 1998. N2. С. 30-34), которое по совокупности существенных признаков наиболее близко предлагаемому и принято за прототип. Известное устройство состоит из трехкомпонентного источника магнитного поля (три катушки индуктивности с взаимно ортогональными осями), трехкомпонентного магниточувствительного датчика с взаимно ортогональными осями чувствительности, размещенного на объекте, генератора переменных напряжений и девяти усилительно-преобразовательных блоков, из которых первые входы первого, второго и третьего усилительно-преобразовательных блоков подключены к первому выходу магниточувствительного датчика, первые входы четвертого, пятого и шестого усилительно-преобразовательных блоков подключены к второму выходу магниточувствительного датчика, первые входы седьмого, восьмого и девятого усилительно-преобразовательных блоков подключены к третьему выходу магниточувствительного датчика, а выходы всех усилительно-преобразовательных блоков являются выходами устройства. Первый и второй выходы генератора переменных напряжений подключены к выводам первой катушки индуктивности, третий и четвертый выходы генератора переменных напряжений подключены к выводам второй катушки индуктивности, пятый и шестой выходы этого генератора подключены к выводам третей катушки индуктивности. При этом вторые входы первого, четвертого и седьмого усилительно-преобразовательных блоков подключены к седьмому выходу генератора переменных напряжений, вторые входы второго, пятого и восьмого усилительно-преобразовательных блоков подключены к восьмому выходу генератора переменных напряжений, а вторые входы третьего, шестого и девятого усилительно-преобразовательных блоков подключены к девятому выходу этого генератора. A device for remotely determining the position of an object (BM Smirnov. Determining the coordinates and angular position of an object in the presence and absence of contact with it. / M.: Measuring equipment. 1998. N2. P. 30-34), which is a set of essential features the closest to the proposed and taken as a prototype. The known device consists of a three-component magnetic field source (three inductors with mutually orthogonal axes), a three-component magnetosensitive sensor with mutually orthogonal sensitivity axes located on the object, an alternating voltage generator and nine amplifier-converter blocks, of which the first inputs of the first, second and third amplifier-conversion blocks are connected to the first output of the magnetosensitive sensor, the first inputs of the fourth, fifth and sixth of the silicon-transforming blocks are connected to the second output of the magnetically sensitive sensor, the first inputs of the seventh, eighth and ninth amplifying-conversion blocks are connected to the third output of the magnetically sensitive sensor, and the outputs of all the amplifying-conversion blocks are the outputs of the device. The first and second outputs of the alternating voltage generator are connected to the terminals of the first inductor, the third and fourth outputs of the alternating voltage generator are connected to the terminals of the second inductor, the fifth and sixth outputs of this generator are connected to the terminals of the third inductor. In this case, the second inputs of the first, fourth and seventh amplification-conversion blocks are connected to the seventh output of the alternating voltage generator, the second inputs of the second, fifth and eighth amplifying-conversion blocks are connected to the eighth output of the alternating voltage, and the second inputs of the third, sixth and ninth amplifying converter blocks are connected to the ninth output of this generator.
Известное устройство работает следующим образом. В катушках индуктивности, подключенных к генератору переменных напряжений, протекают переменные токи разных частот f1, f2, f3. В результате этого катушки индуктивности воспроизводят переменные магнитные поля с частотами f1, f2 и f3. В трехкомпонентном магниточувствительном датчике индуктируются переменные ЭДС, каждая из которых пропорциональна составляющей вектора магнитной индукции, созданной катушками индуктивности с соответствующими частотами f1, f2, f3. Эти ЭДС усиливаются и детектируются девятью усилительно-преобразовательными блоками, каждый из которых состоит из избирательного усилителя и синхронного детектора. Для этого на вторые входы первого, четвертого и седьмого усилительно-преобразовательных блоков подается опорное напряжение с частотой f1 с генератора переменных напряжений, на вторые входы второго, пятого и восьмого усилительно-преобразовательных блоков подается опорное напряжение с частотой f2 с генератора переменных напряжений, на вторые входы третьего, шестого и девятого усилительно-преобразовательных блоков подается опорное напряжение с частотой f3 с генератора переменных напряжений, при этом на первые входы первого, второго и третьего усилительно-преобразовательных блоков подается сигнал с первого выхода датчика, на первые входы четвертого, пятого и шестого усилительно-преобразовательных блоков подается сигнал с второго выхода датчика, а на первые входы седьмого, восьмого и девятого усилительно-преобразовательных блоков подается сигнал с третьего выхода датчика. В результате этого на выходах первого, четвертого и седьмого усилительно-преобразовательных блоков будет сигнал, пропорциональный составляющим вектора магнитной индукции, созданной первой катушкой индуктивности, на выходах второго, пятого и восьмого усилительно-преобразовательных блоков будет сигнал, пропорциональный составляющим вектора магнитной индукции, созданной второй катушкой индуктивности, и на выходах третьего, шестого и девятого усилительно-преобразовательных блоков будет сигнал, пропорциональный составляющим вектора магнитной индукции, созданной третьей катушкой индуктивности. По известным магнитным моментам катушек индуктивности и измеренным составляющим векторов магнитной индукции определяют координаты и угловое положение датчика в системе координат, образованной взаимно ортогональными осями катушек индуктивности.The known device operates as follows. In the inductors connected to the alternating voltage generator, alternating currents of different frequencies f 1 , f 2 , f 3 flow. As a result of this, the inductors reproduce alternating magnetic fields with frequencies f 1 , f 2 and f 3 . In a three-component magnetosensitive sensor, EMF variables are induced, each of which is proportional to the component of the magnetic induction vector created by the inductors with the corresponding frequencies f 1 , f 2 , f 3 . These EMFs are amplified and detected by nine amplifier-converter blocks, each of which consists of a selective amplifier and a synchronous detector. To do this, the second inputs of the first, fourth and seventh amplification converting blocks are supplied with a reference voltage with a frequency f 1 from the alternating voltage generator, the second inputs of the second, fifth and eighth amplifying converting blocks are supplied with a reference voltage with a frequency f 2 from an alternating voltage generator, the second inputs of the third, sixth and ninth amplification-conversion blocks are supplied with a reference voltage with a frequency f 3 from an alternating voltage generator, while the first inputs of the first, second and three the signal from the first output of the sensor, the first inputs of the fourth, fifth and sixth amplification-conversion blocks receive the signal from the second output of the sensor, and the first inputs of the seventh, eighth and ninth amplification-converter blocks the signal from the third output of the sensor . As a result of this, at the outputs of the first, fourth and seventh amplification-conversion blocks there will be a signal proportional to the components of the magnetic induction vector created by the first inductor, at the outputs of the second, fifth and eighth amplification-conversion blocks there will be a signal proportional to the components of the magnetic induction vector created by the second an inductor, and at the outputs of the third, sixth and ninth amplification-conversion blocks there will be a signal proportional to the components of the vector m agitation induction created by a third inductor. The known magnetic moments of the inductors and the measured components of the magnetic induction vectors determine the coordinates and the angular position of the sensor in the coordinate system formed by mutually orthogonal axes of the inductors.
В известном устройстве при наличии электропроводящих поверхностей вблизи катушек индуктивности (трехкомпонентного источника магнитного поля) и датчика переменное магнитное поле, созданное катушками индуктивности, отражается от электропроводящих поверхностей (магнитное поле вихревых токов) и индуктирует в датчике переменные ЭДС ложного сигнала, что снижает точность определения положения объекта. Кроме того, известное устройство не обеспечивает определение углового положения объекта, когда плоскость, проходящая через трехкомпонентный датчик и трехкомпонентный источник магнитного поля, перпендикулярна любой оси катушки индуктивности источника магнитного поля. Это ограничивает область пространства возможного определения положения объекта. In the known device, in the presence of electrically conductive surfaces near the inductance coils (a three-component source of a magnetic field) and a sensor, an alternating magnetic field created by inductors is reflected from the electrically conductive surfaces (eddy current magnetic field) and induces a false signal EMF in the sensor, which reduces the accuracy of determining the position object. In addition, the known device does not provide a determination of the angular position of the object when the plane passing through the three-component sensor and the three-component magnetic field source is perpendicular to any axis of the inductance coil of the magnetic field source. This limits the area of space of the possible determination of the position of the object.
Задачей предлагаемого изобретения является создание устройства для дистанционного определения положения объекта, отличающегося от прототипа существенным уменьшением зависимости определения положения объекта от магнитного поля вихревых токов электропроводящих поверхностей и более широкой областью пространства возможного определения положения объекта. The objective of the invention is to provide a device for remote positioning of an object that differs from the prototype by significantly reducing the dependence of determining the position of the object on the magnetic field of the eddy currents of electrically conductive surfaces and a wider area of the space for the possible determination of the position of the object.
Поставленная задача дистанционного определения положения объекта решается за счет измерения трехкомпонентным магниточувствительным датчиком, размещенным на объекте, составляющих векторов магнитной индукции, воспроизводимой источником магнитного поля, в частности, тремя катушками индуктивности, а также измерении углов места и крена объекта с помощью трех акселерометрических датчиков и углов места и крена источника магнитного поля с помощью трех дополнительных акселерометрических датчиков. Кроме того, поставленная задача дистанционного определения положения объекта решается за счет измерения составляющих вектора магнитной индукции геомагнитного поля двумя трехкомпонентными магниточувствительными датчиками, углов места и крена первого трехкомпонентного датчика с помощью трех акселерометрических датчиков, размещенных с первым трехкомпонентным датчиком на объекте, и измерении углов места и крена второго трехкомпонентного датчика с помощью трех дополнительных акселерометрических датчиков. The problem of remote location of the object is solved by measuring the three-component magnetosensitive sensor placed on the object, the components of the magnetic induction vectors reproduced by the magnetic field source, in particular, three inductors, as well as measuring elevation and roll of the object using three accelerometric sensors and angles location and roll of the source of the magnetic field using three additional accelerometric sensors. In addition, the task of remotely determining the position of the object is solved by measuring the components of the geomagnetic field magnetic induction vector with two three-component magnetosensitive sensors, elevation and roll angles of the first three-component sensor using three accelerometric sensors placed with the first three-component sensor on the object, and measuring the elevation angles and roll of the second three-component sensor using three additional accelerometric sensors.
Предлагаемое изобретение представляет собой два устройства для дистанционного определения положения объекта, связанных между собой настолько, что они образуют единый общий изобретательский замысел. The present invention is two devices for remotely determining the position of an object, interconnected so much that they form a single common inventive concept.
Предлагаемое устройство для дистанционного определения положения объекта (по первому варианту), включающее трехкомпонентный источник магнитного поля, состоящий из трех катушек индуктивности с взаимно ортогональными осями, трехкомпонентный магниточувствительный датчик с взаимно ортогональными осями чувствительности, размещенный на объекте, девять усилительно-преобразовательных блоков, из которых первые входы первого, второго и третьего усилительно-преобразовательных блоков подключены к первому выходу магниточувствительного датчика, первые входы четвертого, пятого и шестого усилительно-преобразовательных блоков подключены к второму выходу магниточувствительного датчика, первые входы седьмого, восьмого и девятого усилительно-преобразовательных блоков подключены к третьему выходу магниточувствительного датчика, а выходы всех усилительно-преобразовательных блоков являются выходами устройства, и генератор переменных напряжений, у которого первый и второй выходы подключены к выводам первой катушки индуктивности, третий и четвертый выходы подключены к выводам второй катушки индуктивности, пятый и шестой выходы подключены к выводам третьей катушки индуктивности, седьмой выход подключен к вторым входам первого, четвертого и седьмого усилительно-преобразовательных блоков, восьмой выход подключен к вторым входам второго, пятого и восьмого усилительно-преобразовательных блоков и девятый выход - к вторым входам третьего, шестого и девятого усилительно-преобразовательных блоков, снабжено тремя основными акселерометрическими датчиками с взаимно ортогональными осями чувствительности, размещенными на объекте, тремя дополнительными акселерометрическими датчиками с взаимно ортогональными осями чувствительности и блоком усиления разностных сигналов, входы которого подключены к выходам основных и дополнительных акселерометрических датчиков, а три выхода этого блока являются выходами устройства, при этом оси чувствительности основных акселерометрических датчиков коллинеарны соответствующим осям чувствительности магниточувствительного датчика, а оси чувствительности дополнительных акселерометрических датчиков коллинеарны соответствующим осям трех катушек индуктивности. The proposed device for remotely determining the position of an object (according to the first embodiment), comprising a three-component magnetic field source consisting of three inductors with mutually orthogonal axes, a three-component magnetosensitive sensor with mutually orthogonal sensitivity axes, located on the object, nine amplification-conversion blocks, of which the first inputs of the first, second and third amplification-conversion blocks are connected to the first output of the magnetically sensitive sensor Ika, the first inputs of the fourth, fifth and sixth amplification-conversion blocks are connected to the second output of the magnetically sensitive sensor, the first inputs of the seventh, eighth and ninth amplification-conversion blocks are connected to the third output of the magnetically sensitive sensor, and the outputs of all amplification-conversion blocks are the outputs of the device, and an alternating voltage generator, in which the first and second outputs are connected to the terminals of the first inductor, the third and fourth outputs are connected to the terminals the second inductor, the fifth and sixth outputs are connected to the terminals of the third inductor, the seventh output is connected to the second inputs of the first, fourth and seventh amplifier-converter blocks, the eighth output is connected to the second inputs of the second, fifth and eighth amplifier-converter blocks and the ninth output to the second inputs of the third, sixth and ninth amplification-conversion blocks, equipped with three main accelerometric sensors with mutually orthogonal sensitivity axes, placed on the object, three additional accelerometric sensors with mutually orthogonal sensitivity axes and a differential signal amplification unit, the inputs of which are connected to the outputs of the main and additional accelerometer sensors, and the three outputs of this block are the device outputs, while the sensitivity axes of the main accelerometer sensors are collinear to the corresponding sensitivity axes of a magnetosensitive sensor, and the axis of sensitivity of additional accelerometric sensors is collinear s to the respective axes of the three inductors.
Предлагаемое устройство для дистанционного определения положения объекта (по второму варианту), включающее трехкомпонентный магниточувствительный датчик с взаимно ортогональными осями чувствительности, размещенный на объекте, генератор переменных напряжений и шесть усилительно-преобразовательных блоков, у которых первый вход первого усилительно-преобразовательного блока подключен к первому выходу магниточувствительного датчика, первый вход второго усилительно-преобразовательного блока подключен к второму выходу магниточувствительного датчика, первый вход третьего усилительно-преобразовательного блока подключен к третьему выходу магниточувствительного датчика, вторые входы всех усилительно-преобразовательных блоков подключены к первому выходу генератора переменных напряжений, а выходы упомянутых усилительно- преобразовательных блоков являются выходами устройства, снабжено тремя основными акселерометрическими датчиками с взаимно ортогональными осями чувствительности, размещенными на объекте, тремя дополнительными акселерометрическими датчиками с взаимно ортогональными осями чувствительности, блоком усиления разностных сигналов, входы которого подключены к выходам основных и дополнительных акселерометрических датчиков, а три выхода этого блока являются выходами устройства, и дополнительным трехкомпонентным магниточувствительным датчиком, у которого первый выход подключен к первому входу четвертого усилительно- преобразовательного блока, второй выход подключен к первому входу пятого усилительно-преобразовательного блока, третий выход подключен к первому входу шестого усилительно-преобразовательного блока, при этом оси чувствительности основных акселерометрических датчиков коллинеарны соответствующим осям чувствительности основного магниточувствительного датчика, оси чувствительности дополнительных акселерометрических датчиков коллинеарны соответствующим осям чувствительности дополнительного магниточувствительного датчика, а входы основного и дополнительного магниточувствительных датчиков подключены к второму выходу генератора переменных напряжений. The proposed device for remote positioning of an object (according to the second embodiment), including a three-component magnetosensitive sensor with mutually orthogonal sensitivity axes, located on the object, an alternating voltage generator and six amplifier-converter blocks, in which the first input of the first amplifier-converter block is connected to the first output magnetosensitive sensor, the first input of the second amplifier-conversion unit is connected to the second output of the magnetosensitivity sensor, the first input of the third amplifier-converter block is connected to the third output of the magnetosensitive sensor, the second inputs of all amplifier-converter blocks are connected to the first output of the alternating voltage generator, and the outputs of the mentioned amplifier-converter blocks are device outputs, equipped with three main accelerometer sensors with mutually orthogonal sensitivity axes located on the object, three additional accelerometric sensors with by the orthogonal sensitivity axes, a differential signal amplification unit, the inputs of which are connected to the outputs of the main and additional accelerometric sensors, and the three outputs of this block are the device outputs, and an additional three-component magnetosensitive sensor, in which the first output is connected to the first input of the fourth amplifier-converter unit, the second output is connected to the first input of the fifth amplification-conversion unit, the third output is connected to the first input of the sixth effort sensor, the sensitivity axes of the main accelerometer sensors are collinear to the corresponding sensitivity axes of the main magnetosensitive sensor, the sensitivity axes of the additional accelerometer sensors are collinear to the corresponding sensitivity axes of the additional magnetosensitive sensor, and the inputs of the main and additional magnetosensitive sensors are connected to the second output of the alternating voltage generator.
Применение в предлагаемом техническом решении по первому варианту трехкомпонентного источника магнитного поля, состоящего из трех катушек индуктивности с взаимно ортогональными осями, трехкомпонентного магниточувствительного датчика с взаимно ортогональными осями чувствительности, размещенного на объекте, девяти усилительно-преобразовательных блоков и генератора переменных напряжений, включенных между собой определенным образом, в совокупности с тремя основными и тремя дополнительными акселерометрическими датчиками и блоком усиления разностных сигналов, подключенного к основным и дополнительным акселерометрическим датчикам, обеспечивает определение координат и углового положения объекта при существенном уменьшении зависимости определения углового положения объекта от магнитного поля, созданного вихревыми токами электропроводящих поверхностей, размещенных вблизи трехкомпонентного источника магнитного поля и трехкомпонентного магниточувствительного датчика, и при уменьшении ограничений по взаимному расположению относительно друг друга источника магнитного поля и датчика, что увеличивает область пространства возможного определения положения объекта. The use in the proposed technical solution according to the first embodiment of a three-component magnetic field source consisting of three inductors with mutually orthogonal axes, a three-component magnetosensitive sensor with mutually orthogonal sensitivity axes located on the object, nine amplifier-converter blocks and an alternating voltage generator connected to each other by a certain Thus, in conjunction with three main and three additional accelerometric sensors and a unit of the difference signals connected to the main and additional accelerometric sensors, provides the determination of the coordinates and the angular position of the object with a significant decrease in the dependence of the determination of the angular position of the object on the magnetic field created by the eddy currents of the electrically conductive surfaces located near the three-component source of the magnetic field and three-component magnetosensitive sensor, and when reducing restrictions on the relative position relative to each other magnetic field and sensor, which increases the area of space of the possible determination of the position of the object.
Применение в предлагаемом техническом решении по второму варианту трехкомпонентного магниточувствительного датчика, размещенного на объекте, генератора переменных напряжений и шести усилительно-преобразовательных блоков в совокупности с тремя основными акселерометрическими датчиками, размещенными на объекте, у которых оси чувствительности коллинеарны соответствующим осям чувствительности основного магниточувствительного датчика, тремя дополнительными акселерометрическими датчиками, дополнительным трехкомпонентным магниточувствительным датчиком с взаимно ортогональными осями чувствительности, коллинеарными соответствующим осям чувствительности дополнительных акселерометрических датчиков, и блоком усиления разностных сигналов, включенных между собой определенным образом, обеспечивает определение положения объекта при существенном уменьшении зависимости определения углового положения объекта от магнитного поля вихревых токов электропроводящих поверхностей и при любом местоположении основного магниточувствительного датчика, а, значит, и объекта относительно дополнительного магниточувствительного датчика, за исключением только случая, когда устройство находится на магнитном полюсе, что увеличивает область пространства возможного определения положения объекта. The use in the proposed technical solution for the second embodiment of a three-component magnetosensitive sensor located on the object, an alternating voltage generator and six amplification-conversion units in combination with three main accelerometer sensors located on the object, in which the sensitivity axes are collinear to the corresponding sensitivity axes of the main magnetosensitive sensor, three additional accelerometric sensors, an additional three-component magneto an authentic sensor with mutually orthogonal sensitivity axes collinear to the corresponding sensitivity axes of additional accelerometric sensors, and a gain block for differential signals connected in a certain way, provides an object position determination with a significant reduction in the dependence of the object's angular position on the magnetic field of eddy currents of electrically conductive surfaces and for any the location of the main magnetosensitive sensor, and, therefore, the object regarding an additional magnetosensitive sensor, except for the case when the device is located on the magnetic pole, which increases the area of the space of the possible determination of the position of the object.
Таким образом, технический результат предлагаемого устройства для дистанционного определения положения объекта выражается в существенном уменьшении зависимости определения положения объекта от магнитного поля вихревых токов электропроводящих поверхностей, что повышает точность определения положения объекта. Кроме того, технический результат предлагаемого устройства выражается в увеличении области пространства возможного определения положения объекта. Thus, the technical result of the proposed device for remote positioning of an object is expressed in a significant reduction in the dependence of determining the position of the object on the magnetic field of eddy currents of electrically conductive surfaces, which increases the accuracy of determining the position of the object. In addition, the technical result of the proposed device is expressed in increasing the area of the space of the possible determination of the position of the object.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется следующими графическими материалами. The essence of the invention is illustrated by the following graphic materials.
На фиг.1 изображена структурная схема устройства для дистанционного определения положения объекта по первому варианту. Figure 1 shows a structural diagram of a device for remote sensing of the position of an object according to the first embodiment.
На фиг.2 изображена структурная схема устройства для дистанционного определения положения объекта по второму варианту. Figure 2 shows a structural diagram of a device for remotely determining the position of an object according to the second embodiment.
Предлагаемое устройство для дистанционного определения положения объекта по первому варианту состоит (фиг. 1) из трехкомпонентного магниточувствительного датчика 1 с взаимно ортогональными осями чувствительности, являющимися осями декартовой системы координат О'X'Y'Z', девяти усилительно-преобразовательных блоков 2-10, выходы которых являются выходами устройства, генератора переменных напряжений 11, источника магнитного поля, выполненного в виде трех катушек индуктивности 12-14 с взаимно ортогональными осями, совпадающими с осями декартовой системы координат OXYZ, трех основных акселерометрических датчиков 15-17, оси чувствительности которых коллинеарны соответствующим осям O'X', O'Y' и O'Z' датчика 1, трех дополнительных акселерометрических датчиков 18-20, оси чувствительности которых коллинеарны соответствующим осям OX, OY, OZ катушек индуктивности 13, 12, 14, блока усиления разностных сигналов 21, входы которого подключены к выходам акселерометрических датчиков 15-20, а выходы являются выходами устройства, и подвижного объекта 22, на котором размещены датчики 1, 15-17. При этом первые входы блоков 2-4 подключены к первому выходу датчика 1, первые входы блоков 5-7 подключены к второму выходу датчика 1, первые входы блоков 8-10 подключены к третьему выходу датчика 1, первый и второй выходы генератора 11 подключены к выводам катушки 13, третий и четвертый выходы генератора 11 подключены к выводам катушки 12, пятый и шестой выходы генератора 11 подключены к выводам катушки 14, седьмой выход генератора 11 подключен к вторым входам блоков 2, 5 и 8, восьмой выход генератора 11 подключен к вторым входам блоков 3, 6 и 9, а девятый выход генератора 11 подключен к вторым входам блоков 4, 7 и 10. The proposed device for remote location of the object according to the first embodiment consists (Fig. 1) of a three-component magnetosensitive sensor 1 with mutually orthogonal sensitivity axes, which are the axes of the Cartesian coordinate system O'X'Y'Z ', nine amplification-conversion blocks 2-10, the outputs of which are the outputs of a device, an alternating voltage generator 11, a magnetic field source made in the form of three inductors 12-14 with mutually orthogonal axes that coincide with the Cartesian axes coordinate system OXYZ, the three main accelerometric sensors 15-17, the sensitivity axes of which are collinear to the corresponding axes O'X ', O'Y' and O'Z 'of the sensor 1, three additional accelerometric sensors 18-20, the sensitivity axes of which are collinear to the corresponding axes OX, OY, OZ of inductors 13, 12, 14, differential signal amplification unit 21, the inputs of which are connected to the outputs of the accelerometer sensors 15-20, and the outputs are the outputs of the device, and the moving object 22, on which the sensors 1, 15-17 are located . In this case, the first inputs of blocks 2-4 are connected to the first output of sensor 1, the first inputs of blocks 5-7 are connected to the second output of sensor 1, the first inputs of blocks 8-10 are connected to the third output of sensor 1, the first and second outputs of generator 11 are connected to the terminals coils 13, the third and fourth outputs of the generator 11 are connected to the terminals of the coil 12, the fifth and sixth outputs of the generator 11 are connected to the terminals of the coil 14, the seventh output of the generator 11 is connected to the second inputs of the blocks 2, 5 and 8, the eighth output of the generator 11 is connected to the second inputs blocks 3, 6 and 9, and the ninth exit generator 11 is connected to the second inputs of blocks 4, 7 and 10.
Предлагаемое устройство для дистанционного определения положения объекта по второму варианту состоит (фиг.2) из трехкомпонентного магниточувствительного датчика 23 с взаимно ортогональными осями чувствительности, являющимися осями декартовой системы координат O'X'Y'Z', шести усилительно-преобразовательных блоков 24-29, выходы которых являются выходами устройства, генератора переменных напряжений 30, трех основных акселерометрических датчиков 31-33, оси чувствительности которых коллинеарны соответствующим осям O'X', O'Y', O'Z' датчика 23, трехкомпонентного магниточувствительного датчика 34 с взаимно ортогональными осями чувствительности, являющимися осями декартовой системы координат OXYZ, трех дополнительных акселерометрических датчиков 35-37, оси чувствительности которых коллинеарны соответствующим осям OX, OY, OZ датчика 34, блока усиления разностных сигналов 38, входы которого подключены к выходам акселерометрических датчиков 31-33 и 35-37, а выходы являются выходами устройства, и подвижного объекта 39, на котором размещены датчики 23, 31-33. При этом первый вход блока 24 подключен к первому выходу датчика 23, первый вход блока 25 подключен к второму выходу датчика 23, первый вход блока 26 подключен к третьему выходу датчика 23, первый вход блока 27 подключен к первому выходу датчика 34, первый вход блока 28 подключен к второму выходу датчика 34, первый вход блока 29 подключен к третьему выходу датчика 34, первый выход генератора 30 подключен к вторым входам блоков 24-29, а второй выход - к входам датчиков 23 и 34. The proposed device for remotely determining the position of an object according to the second embodiment consists (Fig. 2) of a three-component
Предлагаемое устройство для дистанционного определения положения объекта по первому варианту работает следующим образом. В катушках 12-14 (фиг. 1), подключенных к генератору 11, протекают переменные токи разных частот. В результате этого катушки 12-14 воспроизводят переменные магнитные поля с частотами f1, f2, f3. В трехкомпонентном датчике 1 (например, в пассивном индукционном датчике) индуктируются переменные ЭДС, каждая из которых пропорциональна составляющей вектора магнитной индукции, созданной катушками 12-14 с соответствующими частотами f1, f2, f3. Эти ЭДС усиливаются и детектируются блоками 2-10, каждый из которых состоит из избирательного усилителя и синхронного детектора. Для этого на вторые входы блоков 2-10 подаются опорные напряжения с соответствующими частотами f1, f2, f3 с генератора 11, а на первые входы этих блоков 2-10 подаются с соответствующих выходов датчика 1 переменные ЭДС. В результате этого на выходах блоков 2-10 будут сигналы соответствующих полярностей, пропорциональные амплитудам составляющих векторов магнитной индукции, созданной катушками 12-14: проекциям векторов магнитной индукции B'x1, B'x2, B'x3 на ось O'X' с выходов блоков 2-4, подключенных к первому выходу датчика 1; проекциям векторов магнитной индукции B'y1, B'y2, B'y3 на ось O'Y' с выходов блоков 5-7, подключенных к второму выходу датчика 1; проекциям векторов магнитной индукции B'z1, B'z2, B'z3 на ось O'Z' с выходов блоков 8-10, подключенных к третьему выходу датчика 1, где O'X', O'Y', O'Z' - оси системы координат O'X'Y'Z', жестко связанные с осями датчика 1, а, значит, и с объектом 22.The proposed device for remote location of the object according to the first embodiment works as follows. In the coils 12-14 (Fig. 1) connected to the generator 11, alternating currents of different frequencies flow. As a result of this, the coils 12-14 reproduce alternating magnetic fields with frequencies f 1 , f 2 , f 3 . In a three-component sensor 1 (for example, in a passive induction sensor), EMF variables are induced, each of which is proportional to the component of the magnetic induction vector created by coils 12-14 with the corresponding frequencies f 1 , f 2 , f 3 . These EMFs are amplified and detected by blocks 2-10, each of which consists of a selective amplifier and a synchronous detector. To this end, reference voltages with corresponding frequencies f 1 , f 2 , f 3 from generator 11 are supplied to the second inputs of blocks 2-10, and EMF variables are applied to the first inputs of these blocks 2-10 from the corresponding outputs of sensor 1. As a result of this, at the outputs of blocks 2-10 there will be signals of corresponding polarities proportional to the amplitudes of the components of the magnetic induction vectors created by the coils 12-14: projections of the magnetic induction vectors B ' x1 , B' x2 , B ' x3 onto the O'X' axis from the outputs blocks 2-4 connected to the first output of the sensor 1; projections of the magnetic induction vectors B ' y1 , B' y2 , B ' y3 on the axis O'Y' from the outputs of blocks 5-7 connected to the second output of the sensor 1; the projections of the magnetic induction vectors B ' z1 , B' z2 , B ' z3 on the axis O'Z' from the outputs of blocks 8-10 connected to the third output of the sensor 1, where O'X ', O'Y', O'Z ' - the axis of the coordinate system O'X'Y'Z ', rigidly connected with the axes of the sensor 1, and, therefore, with the object 22.
Измеряемое датчиком 1 (фиг.1) магнитное поле, созданное катушками 12-14, можно аппроксимировать магнитным полем диполя, если максимальные линейные размеры катушек 12-14 существенно меньше расстояния между катушками и датчиком 1 или при условии, что для каждой катушки 12- 14 отношение ее длины к диаметру равно 
x = [2(a•B1)2•R-1/3]•r;
y = [2(b•B2)2•R-1/3]•r;
z = (2•B3 2•R-1/3)•r;
где μo= 4π•10-7 Гн/м; a = Mz/Mx; b = Mz/My; B1 = (B'x1)2+(B'y1)2+ (B'z1)2;
B2 = (B'x2)2+(B'y2)2+ (B'z2)2;
B3 = (B'x3)2+(B'y3)2+ (B'z3)2;
R = [(a•B1)2+(b•B2)2+ (N3)2]-1;
Mx, My, Mz - магнитные моменты, созданные соответствующими катушками 13, 12, 14 (фиг. 1); x, y, z - координаты датчика 1 в системе координат OXYZ источника магнитного поля.The magnetic field measured by the sensor 1 (Fig. 1) created by the coils 12-14 can be approximated by the dipole magnetic field if the maximum linear dimensions of the coils 12-14 are significantly less than the distance between the coils and the sensor 1 or provided that for each coil 12-14 the ratio of its length to diameter is
x = [2 (a • B 1 ) 2 • R-1/3] • r;
y = [2 (b • B 2 ) 2 • R-1/3] • r;
z = (2 • B 3 2 • R-1/3) • r;
where μ o = 4π • 10 -7 GN / m; a = M z / M x ; b = M z / M y ; B 1 = (B ' x1 ) 2 + (B' y1 ) 2 + (B ' z1 ) 2 ;
B 2 = (B ' x2 ) 2 + (B' y2 ) 2 + (B ' z2 ) 2 ;
B 3 = (B ' x3 ) 2 + (B' y3 ) 2 + (B ' z3 ) 2 ;
R = [(a • B 1 ) 2 + (b • B 2 ) 2 + (N 3 ) 2 ] -1 ;
M x , M y , M z - magnetic moments created by the corresponding coils 13, 12, 14 (Fig. 1); x, y, z are the coordinates of the sensor 1 in the coordinate system OXYZ of the magnetic field source.
Знаки координат датчика 1 определяются, как и в прототипе, октантом расположения этого датчика в системе координат OXYZ. The coordinate signs of the sensor 1 are determined, as in the prototype, by the octant of the location of this sensor in the OXYZ coordinate system.
Выходные сигналы с акселерометрических датчиков 15-20 (фиг.1) пропорциональны проекциям вектора ускорения силы тяжести на оси чувствительности этих датчиков (Миловзоров Г.В. Моделирование и исследование инструментальных погрешностей трехкомпонентного акселерометрического преобразователя наклона. /M. : Измерительная техника. 1996. N10. С.22-26; Шваб И.А., Селезнев А.В. Измерение угловых ускорений. M.: "Машиностроение" 1983. 160 С.). Вектор ускорения силы тяжести перпендикулярен плоскости горизонта, поэтому выходные сигналы с датчиков 15-17, размещенных на объекте 22, пропорциональны направляющим косинусам n11, n21, n31, Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике. M. : "Наука" 1967. С.218, 219) вектора ускорения силы тяжести в системе координат, образованной осями чувствительности O'X', O'Y', O'Z' датчика 1 или осями чувствительности датчиков 15-17. Выходные же сигналы с датчиков 18-20, оси чувствительности которых коллинеарны осям соответствующих катушек 13, 12, 14, пропорциональны направляющим косинусам n12, n22, n32 вектора ускорения силы тяжести в системе координат OXYZ. По измеренным направляющим косинусам определяют углы крена θ1 и места ψ1 объекта 22 и углы крена θ2 и места ψ2 источника магнитного поля из следующих выражений:
θ1= arctg(n21/n31);
ψ1= arctg(-n11sinθ1/n21)
или
ψ1= arctg(-n11cosθ1/n31);
θ2= arctg(n22/n32);
ψ2= arctg(-n12sinθ2/n22)
или
ψ2= arctg(-n12cosθ2/n32).
Углы крена θ и места ψ датчика 1 (фиг. 1) или объекта 22 в системе координат OXYZ определим из следующих выражений:
θ = θ1-θ2;
ψ = ψ1-ψ2.
Сигналы, пропорциональные углам θ и ψ, снимаются с выходов блока 21.The output signals from the accelerometer sensors 15-20 (Fig. 1) are proportional to the projections of the gravity acceleration vector on the sensitivity axis of these sensors (G. Milovzorov. Modeling and investigation of instrumental errors of a three-component accelerometer tilt transducer. / M.: Measuring technique. 1996. N10 P.22-26; Shvab I.A., Seleznev A.V. Measurement of angular accelerations.M.: "Mechanical Engineering" 1983. 160 S.). The gravity acceleration vector is perpendicular to the horizon plane; therefore, the output signals from sensors 15-17 located on object 22 are proportional to the direction cosines n 11 , n 21 , n 31 , Bronstein I.N., Semendyaev K.A. Math reference. M.: "Science" 1967. P.218, 219) of the gravity acceleration vector in the coordinate system formed by the sensitivity axes O'X ', O'Y', O'Z 'of sensor 1 or the sensitivity axes of sensors 15-17. The output signals from sensors 18-20, the sensitivity axes of which are collinear to the axes of the corresponding coils 13, 12, 14, are proportional to the direction cosines n 12 , n 22 , n 32 of the gravity acceleration vector in the OXYZ coordinate system. From the measured guide cosines, the angles of roll θ 1 and the location ψ 1 of the object 22 and the angles of roll θ 2 and the location ψ 2 of the magnetic field source are determined from the following expressions:
θ 1 = arctan (n 21 / n 31 );
ψ 1 = arctan (-n 11 sinθ 1 / n 21 )
or
ψ 1 = arctan (-n 11 cosθ 1 / n 31 );
θ 2 = arctan (n 22 / n 32 );
ψ 2 = arctan (-n 12 sinθ 2 / n 22 )
or
ψ 2 = arctan (-n 12 cosθ 2 / n 32 ).
The angles of roll θ and the place ψ of the sensor 1 (Fig. 1) or object 22 in the OXYZ coordinate system are determined from the following expressions:
θ = θ 1 -θ 2 ;
ψ = ψ 1 -ψ 2 .
Signals proportional to the angles θ and ψ are removed from the outputs of block 21.
Угол курса φ датчика 1 в системе координат OXYZ определяют из системы двух выбранных уравнений из трех следующих уравнений с неизвестными cosφ и sinφ, взяв ту пару уравнений, у которых определитель имеет максимальное значение по модулю:
d11cosφ+d12sinφ = c1;
d21cosφ+d22sinφ = c2;
d31cosφ+d32sinφ = c3,
где 
По расчетным значениям cosφ и sinφ определяют
В предлагаемом техническом решении по первому варианту углы ψ и θ определяют с помощью акселерометрических датчиков, принцип действия которых основан на измерении проекций вектора ускорения силы тяжести, а, значит, результаты измерений этих углов не зависят от переменных магнитных полей катушек 12-14 (фиг.1) и магнитного поля вихревых токов электропроводящих поверхностей, находящихся вблизи датчика 1 и катушек индуктивности 12-14. Значение угла φ имеет существенно меньшую зависимость от магнитного поля вихревых токов электропроводящих поверхностей по сравнению с прототипом, так как определяется как функция измеренных проекций векторов магнитной индукции, созданной катушками индуктивности 12-14, магнитного поля вихревых токов (источника ложной информации) и углов ψ и θ, являющихся функциями проекций вектора ускорения силы тяжести на оси чувствительности датчиков 15-20 и не зависящих от вихревых токов электропроводящих поверхностей и магнитного поля катушек 12-14. Кроме того, предлагаемое техническое решение обеспечивает определение углового положения объекта во всем пространстве наблюдения за исключением, когда датчик 1 и трехкомпонентный источник магнитного поля размещены в плоскости OXY или на оси OZ. Все это существенно увеличивает область пространства возможного определения положения объекта по сравнению с прототипом.The angle ϕ of the sensor 1 in the OXYZ coordinate system is determined from the system of two selected equations from the following three equations with unknown cosφ and sinφ, taking the pair of equations for which the determinant has a maximum value modulo:
d 11 cosφ + d 12 sinφ = c 1 ;
d 21 cosφ + d 22 sinφ = c 2 ;
d 31 cosφ + d 32 sinφ = c 3 ,
Where
From the calculated values of cosφ and sinφ determine
In the proposed technical solution according to the first embodiment, the angles ψ and θ are determined using accelerometric sensors, the principle of which is based on measuring projections of the acceleration vector of gravity, and, therefore, the results of measurements of these angles do not depend on variable magnetic fields of coils 12-14 (Fig. 1) and the magnetic field of eddy currents of electrically conductive surfaces located near the sensor 1 and inductors 12-14. The value of the angle φ has a significantly smaller dependence on the magnetic field of the eddy currents of electrically conductive surfaces compared to the prototype, since it is defined as a function of the measured projections of the magnetic induction vectors created by the inductors 12-14, the magnetic field of the eddy currents (source of false information), and the angles ψ and θ, which are the projection functions of the acceleration vector of gravity on the sensitivity axis of the sensors 15-20 and are not dependent on the eddy currents of the electrically conductive surfaces and the magnetic field of the coils 12-14. In addition, the proposed technical solution provides the determination of the angular position of the object in the entire observation space except when the sensor 1 and the three-component source of the magnetic field are placed in the OXY plane or on the OZ axis. All this significantly increases the area of space of the possible determination of the position of the object in comparison with the prototype.
Предлагаемое устройство для дистанционного определения положения объекта по второму варианту работает следующим образом. На входы трехкомпонентных датчиков 23 и 34 (фиг.2), например феррозондовых датчиков, подается переменное напряжение с генератора 30, перемагничивающее магниточувствительные элементы этих датчиков. В результате этого на трех выходах каждого из датчиков 23 и 34 появляются ЭДС с удвоенной частотой перемагничивания, которые пропорциональны проекциям вектора магнитной индукции геомагнитного поля на оси чувствительности датчиков 23 и 34 (Афанасьев Ю.В. Феррозондовые приборы. Л. : "Энергоатомиздат" 1986. 188 С.). Выходные сигналы с датчиков 23 и 34 усиливаются и детектируются соответствующими блоками 24-29. Для этого на вторые входы блоков 24-29 подается переменное напряжение с генератора 30. Поэтому выходные сигналы с блоков 24-29 будут пропорциональны следующим значениям проекций вектора магнитной индукции геомагнитного поля: проекции вектора магнитной индукции Bx1 на ось O'X' с выхода блока 24; проекции вектора магнитной индукции By1 на ось O'Y' с выхода блока 25; проекции вектора магнитной индукции Bz1 на ось O'Z' с выхода блока 26; проекции вектора магнитной индукции Bx2 на ось OX с выхода блока 27; проекции вектора магнитной индукции By2 на ось OY с выхода блока 28; проекции вектора магнитной индукции Bz2 на ось OZ с выхода блока 29.The proposed device for remote location of the object according to the second embodiment works as follows. The inputs of the three-
Выходные сигналы с акселерометрических датчиков 31-33, 35-37 (фиг.2) пропорциональны проекциям вектора ускорения силы тяжести на оси чувствительности этих датчиков (Миловзоров Г.В. Моделирование и исследование инструментальных погрешностей трехкомпонентного акселерометрического преобразователя наклона. /М.: Измерительная техника. 1996. N10. С.22-26; Шваб И.А., Селезнев А.В. Измерение угловых ускорений. М.: "Машиностроение" 1983. 160 С. ). Вектор ускорения силы тяжести перпендикулярен плоскости горизонта, поэтому выходные сигналы с датчиков 31-33, размещенных на объекте 39, пропорциональны направляющим косинусам
n11, n21, n31, вектора ускорения силы тяжести в системе координат, образованной осями чувствительности O'X', O'Y', O'X' датчика 23 или осями чувствительности датчиков 31-33. Выходные же сигналы с датчиков 35-37, оси чувствительности которых коллинеарны соответствующим осям чувствительности датчика 34, пропорциональны направляющим косинусам n12, n22, n32 вектора ускорения силы тяжести в системе координат OXYZ. По измеренным направляющим косинусам определяют углы крена θ1 и места ψ1 объекта 39 и углы крена θ2 и места ψ2 датчика 34 аналогично, как и для технического решения по первому варианту.The output signals from the accelerometer sensors 31-33, 35-37 (Fig. 2) are proportional to the projections of the acceleration vector of gravity on the sensitivity axis of these sensors (Milovzorov G.V. Modeling and study of instrumental errors of a three-component accelerometer tilt transducer. / M.: Measuring equipment . 1996. N10. S.22-26; Shvab I.A., Seleznev A.V. Measurement of angular accelerations.M.: "Mechanical Engineering" 1983. 160 S.). The gravity acceleration vector is perpendicular to the horizon plane, therefore, the output signals from sensors 31-33 located on
n 11 , n 21 , n 31 , the gravity acceleration vector in the coordinate system formed by the sensitivity axes O'X ', O'Y', O'X 'of the
Углы крена θ и места ψ датчика 23 (фиг. 2) или объекта 39 в системе координат OXYZ определяют из следующих выражений:
θ = θ1-θ2;
ψ = ψ1-ψ2.
Сигналы, пропорциональные углам θ и ψ, снимаются с выходов блока 38.The angles of roll θ and the location ψ of the sensor 23 (Fig. 2) or
θ = θ 1 -θ 2 ;
ψ = ψ 1 -ψ 2 .
Signals proportional to the angles θ and ψ are removed from the outputs of
Значения тангенсов углов курса датчиков 23 и 34 представлены в виде следующих выражений:
tgφ1= F1/S1;
tgφ2= F2/S2;
где φ1 и φ2 - углы курсов датчиков 23 и 34 в геомагнитной системе координат (Яновский Б.М. Земной магнетизм. Л.: ЛГУ. 1978. 592 С.), в которой одна ось является касательной к магнитному меридиану, направлена в сторону севера и принята за ось отсчета курсового угла, вторая ось направлена по вертикали вниз и совпадает с вектором ускорения силы тяжести, а третья ось перпендикулярна плоскости магнитного меридиана и направлена в сторону востока;
F1= Bz1sinθ1-By1cosθ1;
S1= Bx1cosψ1+(By1sinθ1+Bz1cosθ1)•sinψ1;
F2= Bz2sinθ2-By2cosθ2;
S2= Bx2cosψ2+(By2sinθ2+Bz2cosθ2)•sinψ2,
при этом θ1 и ψ1, θ2 и ψ2 - углы крена и места соответствующих датчиков 23 и 34 в геомагнитной системе координат.The tangent values of the course angles of the
tgφ 1 = F 1 / S 1 ;
tgφ 2 = F 2 / S 2 ;
where φ 1 and φ 2 are the angles of the
F 1 = B z1 sinθ 1 -B y1 cosθ 1 ;
S 1 = B x1 cosψ 1 + (B y1 sinθ 1 + B z1 cosθ 1 ) • sinψ 1 ;
F 2 = B z2 sinθ 2 -B y2 cosθ 2 ;
S 2 = B x2 cosψ 2 + (B y2 sinθ 2 + B z2 cosθ 2 ) • sinψ 2 ,
wherein θ 1 and ψ 1 , θ 2 and ψ 2 are the heeling angles and the locations of the
Значения φ1 и φ2 определяют из выражений:
Угол курса φ датчика 23 в системе координат OXYZ будет иметь значение
φ = φ1-φ2.
В предлагаемом техническом решении по второму варианту углы крена θ и места ψ определяют, как и в устройстве по первому варианту, с помощью акселерометрических датчиков, принцип действия которых основан на измерении проекций вектора ускорения силы тяжести, а значение угла курса φ определяют по измеренным проекциям вектора магнитной индукции постоянного геомагнитного поля и измеренным углам крена θ и места ψ, при этом в предлагаемом техническом решении отсутствуют источники переменных магнитных полей, а, значит, результаты измерений θ, ψ, φ, которые определяют угловое положение объекта, не зависят от переменных магнитных полей вихревых токов электропроводящих поверхностей. Кроме того, предлагаемое устройство обеспечивает определение углового положения датчика 23 (фиг.2), а, значит, и объекта 39, при любом его местоположении относительно датчика 34, за исключением тех случаев, когда предлагаемое устройство находится на магнитном полюсе, где вектор магнитной индукции геомагнитного поля коллинеарен вектору ускорения силы тяжести. Следовательно, предлагаемое устройство обеспечивает существенное увеличение области пространства возможного определения положения объекта.The values of φ 1 and φ 2 are determined from the expressions:
The angle φ of the
φ = φ 1 -φ 2 .
In the proposed technical solution according to the second embodiment, the roll angles θ and elevation ψ are determined, as in the device according to the first embodiment, using accelerometric sensors, the principle of which is based on measuring projections of the gravity acceleration vector, and the value of the heading angle φ is determined from the measured projections of the vector magnetic induction of a constant geomagnetic field and the measured angles of roll θ and the place ψ, while in the proposed technical solution there are no sources of variable magnetic fields, and, therefore, the measurement results θ, ψ , φ, which determine the angular position of the object, do not depend on variable magnetic fields of eddy currents of electrically conductive surfaces. In addition, the proposed device provides a determination of the angular position of the sensor 23 (figure 2), and, therefore, the
Таким образом, технический результат предлагаемого устройства для дистанционного определения положения объекта (его варианты) выражается в существенном уменьшении зависимости определения положения объекта от магнитного поля вихревых токов электропроводящих поверхностей и увеличении области пространства возможного определения положения объекта. Thus, the technical result of the proposed device for remote determination of the position of the object (its variants) is expressed in a significant reduction in the dependence of determining the position of the object on the magnetic field of the eddy currents of electrically conductive surfaces and an increase in the space region of the possible determination of the position of the object.
Следует также отметить, что в предлагаемом техническом решении по первому варианту значительно ослаблено влияние магнитного поля вихревых токов электропроводящих поверхностей, а это обеспечивает возможность определения положения объекта на расстоянии между объектом и источником магнитного поля существенно большем чем в прототипе. В предлагаемом техническом решении по второму варианту расстояние между основным и дополнительным трехкомпонентными датчиками, на котором определяют положение объекта (основного трехкомпонентного датчика), не зависит от магнитного поля вихревых токов электропроводящих поверхностей, что обеспечивает возможность определения положения объекта на расстоянии между основным и дополнительным датчиками значительно большем чем расстояние между датчиком и источником магнитного поля в устройстве, принятом за прототип. It should also be noted that in the proposed technical solution according to the first embodiment, the influence of the magnetic field of the eddy currents of the electrically conductive surfaces is significantly weakened, and this makes it possible to determine the position of the object at a distance between the object and the source of the magnetic field much larger than in the prototype. In the proposed technical solution according to the second embodiment, the distance between the main and additional three-component sensors, which determine the position of the object (the main three-component sensor), does not depend on the magnetic field of the eddy currents of the electrically conductive surfaces, which makes it possible to determine the position of the object at a distance between the main and additional sensors greater than the distance between the sensor and the source of the magnetic field in the device adopted as a prototype.
Использование в заявляемом техническом решении (по первому и второму вариантам) вычислительного блока позволит автоматизировать процесс определения положения объекта. Для этого выходы усилительно-преобразовательных блоков и блока усиления разностных сигналов предлагаемого устройства (его вариантов) следует подключить, например, к преобразователю измерительному многоканальному (ПИМ-1, сертификат N 15660-96, Госстандарт России), разработанному АО "АТИС" (г. С.-Петербург). The use of the computing unit in the claimed technical solution (according to the first and second options) will automate the process of determining the position of the object. For this, the outputs of the amplifier-converter blocks and the gain block of the differential signals of the proposed device (its variants) should be connected, for example, to a multi-channel measuring converter (PIM-1, certificate N 15660-96, Gosstandart of Russia) developed by ATIS JSC (g. St. Petersburg).
В предлагаемом устройстве (его вариантах) катушки индуктивности могут быть выполнены в виде мер магнитного момента, трехкомпонентные пассивные магниточувствительные датчики могут быть реализованы из пассивных однокомпонентных индукционных датчиков (Чернышев Е.Т., Чечурина Е.Н., Чернышева Н.Г., Студенцов Н. В. Магнитные измерения. М.: Изд-во Комитета стандартов и измерительных приборов. 1969. С.41-42, 59-62), а трехкомпонентные активные магниточувствительные датчики и усилительно- преобразовательные блоки могут быть выполнены аналогично как и в известном устройстве (Афанасьев Ю.В. Феррозондовые приборы. Л. : "Энергоатомиздат". 1986. С.108-110, 117, 127-139, 162-168). Акселерометрические датчики могут быть выполнены аналогично известным датчикам (Шваб И. А. , Селезнев А. В. Измерение угловых ускорений. М.: "Машиностроение" 1983. С.20-28, 160 С.; Миловзоров Г.В. Моделирование и исследование инструментальных погрешностей трехкомпонентного акселерометрического преобразователя наклона. /М.: Измерительная техника. 1996. N 10. С. 22-26), а блоки разностных сигналов могут быть выполнены по схеме, приведенной в работе (Шило B.Л. Линейные интегральные схемы. М.: "Советское радио" 1979. 368 С.). In the proposed device (its variants), the inductors can be made in the form of measures of magnetic moment, three-component passive magnetosensitive sensors can be implemented from passive one-component induction sensors (Chernyshev E.T., Chechurina E.N., Chernysheva N.G., Studentsov N.V. Magnetic Measurements, Moscow: Publishing House of the Committee of Standards and Measuring Instruments, 1969. P.41-42, 59-62), and three-component active magnetosensitive sensors and amplifier-conversion units can be performed in the same way as in a known device (Afanasyev Yu.V. Fluxgate devices. L.: "Energoatomizdat." 1986. P.108-110, 117, 127-139, 162-168). Accelerometric sensors can be performed similarly to known sensors (Shvab I.A., Seleznev A.V. Measurement of angular accelerations. M.: "Mechanical Engineering" 1983. S.20-28, 160 S .; Milovzorov G.V. Modeling and research instrumental errors of a three-component accelerometer tilt converter. / M.: Measuring equipment. 1996. N 10. P. 22-26), and blocks of difference signals can be performed according to the circuit shown in the work (Shilo B.L. Linear integrated circuits. M .: "Soviet Radio" 1979. 368 S.).
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU98110170/28A RU2138019C1 (en) | 1998-05-29 | 1998-05-29 | Device for remote fixing of position of object ( variants ) |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU98110170/28A RU2138019C1 (en) | 1998-05-29 | 1998-05-29 | Device for remote fixing of position of object ( variants ) |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2138019C1 true RU2138019C1 (en) | 1999-09-20 |
Family
ID=20206544
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU98110170/28A RU2138019C1 (en) | 1998-05-29 | 1998-05-29 | Device for remote fixing of position of object ( variants ) |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2138019C1 (en) |
-
1998
- 1998-05-29 RU RU98110170/28A patent/RU2138019C1/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6789043B1 (en) | Magnetic sensor system for fast-response, high resolution, high accuracy, three-dimensional position measurements | |
| JP2012528304A (en) | Method and apparatus for determining position by magnetism | |
| RU2302006C1 (en) | Arrangement for definition of an angular position of a mobile object | |
| RU2138019C1 (en) | Device for remote fixing of position of object ( variants ) | |
| RU2278356C1 (en) | Arrangement for definition of angular position of a movable object | |
| RU2152002C1 (en) | Device for remote determination of position of object ( versions ) | |
| RU2166735C1 (en) | Device for remote determination of coordinates and attitude of object (versions) | |
| RU2206109C1 (en) | Facility determining induction of geomagnetic field from mobile object | |
| RU2285931C1 (en) | Device for determining angular position of moveable object | |
| RU2130619C1 (en) | Magnetometric device determining angular position of body (versions) | |
| RU2151405C1 (en) | Device determining position of object | |
| WO2000017603A1 (en) | Magnetic sensor system for fast-response, high resolution, high accuracy, three-dimensional position measurements | |
| RU2257546C1 (en) | Arrangement for determination of an angular position of a moving object(variants) | |
| RU2319157C1 (en) | Device for determination of angular position of vehicle | |
| RU2103664C1 (en) | Device for remote determination of position of object ( versions ) | |
| JPH07198407A (en) | Magnetism measuring instrument | |
| JP2550955B2 (en) | Magnetic measuring instrument | |
| JP2003004409A (en) | Position-measuring method and position-measuring apparatus | |
| JPH0246913B2 (en) | ||
| RU2236029C1 (en) | Device for measuring flux density of geomagnetic field from mobile object | |
| SU789949A1 (en) | Gradientometer | |
| RU2257594C1 (en) | Device for measuring parameters characterizing magnetization of moving object | |
| RU2261456C1 (en) | Method and device for measuring parameters characterizing magnetization of object | |
| RU2168188C1 (en) | Process determining projections of magnetic induction vector of geomagnetic field from mobile object ( versions ) | |
| RU2306529C2 (en) | Device for determining angular position of movable object |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20030530 |