RU2247404C1

RU2247404C1 - Устройство для определения параметров, характеризующих намагниченность подвижного объекта

Info

Publication number: RU2247404C1
Application number: RU2004101452/28A
Authority: RU
Inventors: Б.М. Смирнов (RU); Б.М. Смирнов
Original assignee: Смирнов Борис Михайлович
Priority date: 2004-01-19
Filing date: 2004-01-19
Publication date: 2005-02-27

Abstract

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. Сущность: устройство состоит из подвижного и немагнитного объектов. На подвижном объекте расположены три усилительно-преобразовательных блока, генератор переменных напряжений, регистрирующий блок, два углоизмерительных устройства, устройство обработки информации, регулировочное устройство, немагнитное основание и поворотное устройство. На немагнитном объекте расположены второй трехкомпонентный магнитометрический датчик, четвертый, пятый и шестой усилительно-преобразовательные блоки, второй генератор переменных напряжений, второй регистрирующий блок, третье и четвертое углоизмерительные устройства, второй блок обработки информации, второе регулирующее устройство, второе немагнитное основание и второе поворотное устройство. Технический результат: повышение точности определения параметров, характеризующих намагниченность подвижного объекта за счет учета вариаций геомагнитного поля. 1 ил.

Description

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 параметров Пуассона и проекций вектора магнитной индукции от жесткой намагниченности подвижного объекта, характеризующие намагниченность упомянутого объекта, содержащее размещенные на подвижном объекте модульный магнитометр, углоизмерительное устройство и устройство обработки информации [1]. При этом выход модульного магнитометра и три выхода углоизмерительного устройства подключены к устройству обработки информации. В известном техническом решении углоизмерительное устройство выполнено из трехкомпонентного феррозондового магнитометра. Известное устройство работает следующим образом.

Измеряют углоизмерительным устройством углы курса, крена, тангажа объекта синхронно с измерением модульным магнитометром значений модулей векторов магнитной индукции при различных угловых положениях объекта. По результатам измеренных углов, модулей векторов магнитной индукции и известному модулю вектора индукции геомагнитного поля определяют три коэффициента (параметра) Пуассона, три суммы параметров Пуассона и вектор магнитной индукции от жесткой намагниченности объекта по методу, изложенному в работе [2].

В известном техническом решении за время измерений углов курса, крена, тангажа и модулей векторов магнитной индукции при различных угловых положениях объекта принимают модуль вектора индукции геомагнитного поля неизменным, то есть не учитываются вариации геомагнитного поля. Отсутствие информации о вариациях геомагнитного поля при измерении модулей магнитной индукции для соответствующих угловых положений объекта приводит к погрешности определения параметров, характеризующих намагниченность объекта. Кроме того, известное техническое решение [1] создано для реализации алгоритма определения параметров, характеризующих намагниченность объекта, когда магнитная индукция объекта в месте размещения модульного датчика, обусловленная мягкой и жесткой намагниченностью объекта, существенно меньше индукции геомагнитного поля и составляет десятки нанотеслов [1, 3]. В том случае, когда магнитная индукция объекта в месте размещения модульного датчика составляет единицы тысяч нанотеслов, то погрешность определения параметров, характеризующих намагниченность объекта, известным устройством существенно возрастает.

Известно устройство для определения параметров, характеризующих намагниченность подвижного объекта [4], которое по совокупности существенных признаков наиболее близко предлагаемому и принято за прототип. Известное устройство состоит из размещенных на подвижном ферромагнитном объекте трехкомпонентного магнитометрического датчика, 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, 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 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 [5, 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 углового положения 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, по крайней мере, для десяти разных угловых положений объекта и передачу их на устройство обработки информации, при введении в которое значений проекций вектора индукции геомагнитного поля при отсутствии объекта, осуществляется определение всех девяти параметров Пуассона и проекций вектора магнитной индукции от жесткой намагниченности объекта.

В известном устройстве [4] за время измерений углов курса, крена, тангажа и проекций векторов магнитной индукции при различных угловых положениях объекта принимают проекции вектора магнитной индукции геомагнитного поля постоянными, то есть, как и в аналоге, не учитывают вариации геомагнитного поля. Отсутствие информации о вариациях геомагнитного поля при измерении проекций векторов магнитной индукции для соответствующих угловых положений объекта приводит к погрешности определения параметров Пуассона и проекций вектора магнитной индукции от жесткой намагниченности объекта, характеризующих намагниченность объекта.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка устройства для определения параметров, характеризующих намагниченность подвижного объекта, снижающего или исключающего влияние вариаций геомагнитного поля на определение параметров Пуассона и проекций вектора магнитной индукции от жесткой намагниченности объекта. Поставленная задача решается за счет применения второго трехкомпонентного магнитометрического датчика, размещенного на немагнитном объекте, и привязки осей датчиков, размещенных на ферромагнитном и немагнитном объектах к опорной, например, географической системе координат.

Предлагаемое устройство для определения параметров, характеризующих намагниченность подвижного объекта, включающее трехкомпонентный магнитометрический датчик, размещенные на объекте 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 соответственно к первым 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 вторым регистрирующим блоком, вторым углоизмерительным устройством, выходы которого подключены к входам второго регистрирующего блока, регулировочным устройством, на котором размещен трехкомпонентный датчик, немагнитным основанием, на котором размещены второе углоизмерительное устройство и регулировочное устройство, выполненное с возможностью изменения углов крена и тангажа трехкомпонентного датчика относительно немагнитного основания, поворотным устройством, размещенным на подвижном объекте, немагнитным объектом, вторым трехкомпонентным магнитометрическим датчиком, размещенными на немагнитном объекте четвертым, пятым и шестым усилительно-преобразовательными блоками, первые входы которых подключены к соответствующим выходам второго трехкомпонентного датчика, вторым генератором переменных напряжений, первые три выхода которого подключены соответственно к первому, второму и третьему входам второго трехкомпонентного датчика, а четвертый выход - к вторым входам четвертого, пятого и шестого усилительно-преобразовательных блоков, вторым регистрирующим блоком, первые три входа которого подключены соответственно к первым выходам четвертого, пятого и шестого усилительно-преобразовательных блоков, третьим углоизмерительным устройством, три выхода которого подключены соответственно к четвертому, пятому и шестому входам второго регистрирующего блока, связанного с первым регистрирующим блоком и выполненного с возможностью регистрации сигналов, пропорциональных значениям измеренных проекций векторов магнитной индукции вторым трехкомпонентным датчиком и углов курса, крена, тангажа немагнитного объекта третьим углоизмерительным устройством синхронно с измерением магнитной индукции первым трехкомпонентным датчиком и углов крена, тангажа, курса первым углоизмерительным устройством, вторым устройством обработки информации, подключенным к выходу второго регистрирующего блока, вторым поворотным устройством, вторым немагнитным основанием, размещенным на втором поворотном устройстве, вторым регулировочным и четвертым углоизмерительным устройствами, размещенными на втором немагнитном основании, при этом второй трехкомпонентный датчик размещен на втором регулировочном устройстве, выходы четвертого углоизмерительного устройства подключены к входам второго регистрирующего блока, второе регулировочное устройство выполнено с возможностью изменения углов крена и тангажа второго трехкомпонентного датчика относительно второго немагнитного основания, первое немагнитное основание установлено на первом поворотном устройстве, третий и четвертый выходы первого генератора переменных напряжений подключены соответственно к второму и третьему входам первого трехкомпонентного датчика, вторые выходы первого, второго и третьего усилительно-преобразовательных блоков подключены соответственно к четвертому, пятому и шестому входам первого трехкомпонентного датчика, а вторые выходы четвертого, пятого и шестого усилительно-преобразовательных блоков подключены соответственно к четвертому, пятому и шестому входам второго трехкомпонентного датчика.

Применение в предлагаемом техническом решении расположенных на подвижном объекте трехкомпонентного магнитометрического датчика, трех усилительно-преобразовательных блоков, генератора переменных напряжений, регистрирующего блока, углоизмерительного устройства, устройства обработки информации в совокупности с вторым углоизмерительным устройством, немагнитным основанием, поворотным устройством, на котором размещено немагнитное основание, с вторым углоизмерительным устройством и регулировочным устройством, выполненным с возможностью изменения углов крена и тангажа трехкомпонентного датчика относительно немагнитного основания, и наличии немагнитного объекта с размещенными на нем вторым трехкомпонентным магнитометрическим датчиком, четвертым, пятым и шестым усилительно-преобразовательными блоками, вторым генератором переменных напряжений, вторым регистрирующим блоком, третьим и четвертым углоизмерительными устройствами, вторым устройством обработки информации, вторым немагнитным основанием, вторым поворотным устройством и вторым регулировочным устройством, выполненным с возможностью изменения углов крена и тангажа второго трехкомпонентного датчика относительно второго немагнитного основания, размещенных и включенных между собой соответствующим образом, обеспечивает исключение погрешности определения параметров, характеризующих намагниченность подвижного объекта от вариаций геомагнитного поля.

Таким образом, технический результат предлагаемого устройства выражается в определении параметров, характеризующих намагниченность подвижного объекта, с учетом вариаций геомагнитного поля.

Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежом, на котором изображена структурная схема устройства для определения параметров, характеризующих намагниченность подвижного объекта.

Предлагаемое устройство состоит из трехкомпонентного магнитометрического датчика 1, усилительно-преобразовательных блоков 2-4, генератора переменных напряжений 5, регистрирующего блока 6, углоизмерительного устройства 7, устройства обработки информации 8, второго углоизмерительного устройства 9, регулирующего устройства 10, поворотного устройства 11, немагнитного основания 12, на котором размещены устройства 9 и 10, при этом датчик 1 размещен на устройстве 10, а блоки 2-4, регистрирующий блок 6, устройства 7, 8, 11 размещены на объекте 13. Кроме того, предлагаемое устройство состоит из второго трехкомпонентного магнитометрического датчика 14, усилительно-преобразовательных блоков 15-17, второго генератора переменных напряжений 18, второго регистрирующего блока 19, третьего и четвертого углоизмерительных устройств 20, 22, второго устройства обработки информации 21, второго регулировочного устройства 23, второго поворотного устройства 24, второго немагнитного основания 25, на котором размещены устройства 22 и 23, при этом датчик 14 размещен на устройстве 23, а блоки 15-17, регистрирующий блок 19, устройства 20, 21, 24 размещены на объекте 26.

Три выхода датчика 1 подключены к соответствующим первым входам блоков 2-4, а первые три входа датчика 1 подключены к соответствующим выходам генератора 5. Вторые входы блоков 2-4 подключены к соответствующему выходу генератора 5, а первые выходы подключены соответственно к первому, второму и третьему входам блока 6. Вторые выходы блоков 2-4 А₁, А₂, A₃ подключены соответственно к четвертому, пятому и шестому входам датчика 1. Три выхода устройства 7 подключены соответственно к четвертому, пятому и шестому входам блока 6, подключенного к устройствам 8 и 9. Устройство 10 выполнено с возможностью изменения углов крена и тангажа датчика 1 относительно основания 12, а значит, и относительно устройства 9, размещенного на устройстве 11. Три выхода датчика 14 подключены к соответствующим первым входам блоков 15-17, а первые три входа датчика 14 подключены к соответствующим выходам генератора 18. Вторые входы блоков 15-17 подключены к соответствующему выходу генератора 18, а первые выходы - соответственно к первому, второму и третьему входам блока 19. Вторые выходы блоков 15-17 Е₁, Е₂, Е₃ подключены соответственно к четвертому, пятому и шестому входам датчика 14. Три выхода устройства 20 подключены соответственно к четвертому, пятому и шестому входам блока 19, подключенного к устройствам 21 и 22. Устройство 23 выполнено с возможностью изменения углов крена и тангажа датчика 14 относительно основания 25, а значит, и относительно устройства 22, размещенного на устройстве 24.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. Конструирование и изготовление датчика 1, в частности, феррозондового датчика и углоизмерительного устройства 9, которое может быть выполнено на основе трех однокомпонентных акселерометров, не обеспечивают ортогональность магнитных осей датчика 1 и ортогональность осей чувствительности устройства 9 (однокомпонентных акселерометров) [5, 6]. Поэтому предварительно приводят магнитные оси датчика 1 и оси чувствительности устройства 9 к ортогональным базисам [5, 7]. С помощью регулировочного устройства 10 осуществляют привязку ортогонального базиса датчика 1 к ортогональному базису осей чувствительности устройства 9, а затем с помощью поворотного устройства 2 осуществляют привязку ортогонального базиса датчика 1 к осям ортогонального базиса устройства 7 (навигационной системы подвижного объекта 13) по методу, изложенному в [7]. Аналогично с помощью устройств 22-25 осуществляют привязку ортогонального базиса датчика 14 к осям ортогонального базиса устройства 20 (навигационной системы немагнитного объекта 26). Привязка ортогональных базисов датчиков 1 и 14 к соответствующим ортогональным базисам устройств 7 и 20, а следовательно, и к опорной географической системе координат исключает погрешность определения углового положения объекта 13, а значит, и датчика 1 относительно ортогонального базиса датчика 14, что повышает точность определения параметров Пуассона.

На первый, второй и третий входы датчика 1 и на первый, второй и третий входы датчика 14 подаются с соответствующих генераторов 5 и 18 переменные напряжения, обеспечивающие перемагничивание магниточувствительных элементов датчиков 1 и 14, например, феррозондовых датчиков. Перемагничивание магниточувствительных элементов по каждой компоненте датчиков 1 и 14 обеспечивает развязку цепей возбуждения датчиков, сопротивления которых по каждой компоненте изменяются нелинейно [5]. В результате перемагничивания магниточувствительных элементов датчиков 1 и 14 на трех выходах каждого из датчиков появляются три ЭДС второй гармоники, каждая из которых пропорциональна проекции вектора магнитной индукции внешнего поля на соответствующую магнитную ось датчиков 1 и 14. Выходные сигналы с датчиков 1 и 14 усиливаются и детектируются в соответствующих блоках 2-4, 15-17. Для детектирования сигналов на вторые входы блоков 2-4 подается переменное напряжение с генератора 5, а на вторые входы блоков 15-17 подается переменное напряжение с генератора 18. На четвертый, пятый и шестой входы датчика 1 подаются продетектированные сигналы с вторых выходов соответствующих блоков 2-4, а на четвертый, пятый и шестой входы датчика 14 подаются продетектированные сигналы с соответствующих блоков 15-17, обеспечивающие отрицательную обратную связь по измеряемым сигналам [5]. 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 13, и выходные сигналы с устройства 9, пропорциональные углам крена, тангажа датчика 1. При этом выходные сигналы с устройства 9 используются только для привязки осей датчика 1 к осям устройства 7, а следовательно, и к опорной географической системе координат. В дальнейшем для определения параметров, характеризующих намагниченность подвижного объекта 13, информация с устройства 9 не используется. Блок 6 обеспечивает синхронную регистрацию сигналов, пропорциональных значениям проекций векторов магнитной индукции с датчика 1, углов курса, крена, тангажа объекта 13 и только при осуществлении привязки осей датчика 1 к осям устройства 7 углов крена и тангажа, измеренных устройством 9. На входы блока 19 поступают сигналы с выходов блоков 15-17, пропорциональные проекциям векторов магнитной индукции, выходные сигналы с устройства 20, пропорциональные углам курса, крена, тангажа объекта 26, и выходные сигналы с устройства 22, пропорциональные углам крена, тангажа датчика 14. При этом выходные сигналы с устройства 22 используются только для привязки осей датчика 14 к осям устройства 20, а следовательно, и к опорной географической системе координат. В дальнейшем для определения параметров, характеризующих намагниченность подвижного объекта 13 (объект 26 немагнитный), информация с блока 22 не используется. Блоки 6 и 19 связаны между собой проводной или телеметрической связью для синхронного измерения проекций векторов магнитной индукции датчиками 1, 14 и угловых положений объектов 13 и 26.

Проекции вектора магнитной индукции В_х1, В_у1, В_Z1 для ортогонального базиса устройства 7 в опорной географической системе координат, измеренные с объекта 13 синхронно с углами курса, крена, тангажа объекта 13, можно представить в следующем виде:

B_x1=F₁₁(1+a)+F₂₁b+F₃₁C+В_xp;

B_у1=F₁₁d+F₂₁(1+e)+F₃₁f+В_уp;

B_Z1=F₁₁q+F₂₁h+F₃₁(1+k)+В_Zp;

где a, b, c, d, e, f, q, h, k - параметры Пуассона объекта в месте размещения датчика 1;

F₁₁=l₁₁B_xт1+m₁₁B_yт1+n₁₁в_Zт1;

F₂₁=l₂₁B_xт1+m₂₁B_yт1+n₂₁в_Zт1;

F₃₁=l₃₁B_xт1+m₃₁B_yт1+n₃₁в_Zт1,

где (l₁₁, m₁₁, n₁₁), (l₂₁, m₂₁, n₂₁), (l₃₁, m₃₁, n₃₁) - направляющие косинусы осей устройства 7 в опорной географической системе координат, являющиеся функциями углов курса φ₁, крена θ₁, тангажа ψ₁ объекта 13; В_xт1, В_yт1, В_Zт1 - проекции вектора индукции геомагнитного поля на оси опорной географической системы координат при наличии вариации геомагнитного поля; В_xp, В_yp, В_Zp - проекции вектора магнитной индукции от жесткой намагниченности объекта 13 в месте размещения датчика 1.

Проекции вектора магнитной индукции В'_x1 B'_y1, B'_Z1 для ортогонального базиса устройства 20 в опорной географической системе координат, измеренные с немагнитного объекта 26 синхронно с углами курса, крена, тангажа и В_x1, В_у1, В_Z1, можно представить в следующем виде:

где (

), (

) - направляющие косинусы осей устройства 19 в опорной географической системе координат, являющиеся функциями углов курса

, крена

, тангажа

объекта 26.

Изменяют (увеличивают) курс объекта 13 (фиг.1) на 90° и проводят синхронное измерение проекций вектора магнитной индукции B_x2, В_y2, В_Z2 датчиком 1, приведенных к ортогональному базису устройства 7, вектора магнитной индукции

датчиком 14, приведенных к ортогональному базису устройства 20, углов курса φ₂=φ₁+90°, крена θ₂=θ₁, тангажа ψ₂=ψ₁ объекта 13 и углов курса

, крена

, тангажа

объекта 26. Слагаемое φ₁, входящее в φ₂, значения θ₂ и ψ₂ могут отличаться соответственно от φ₁, θ₁, ψ₁ из-за рыскания и качки объекта 13.

Уравнения для В_x2, В_y2, В_Z2, измеренные с объекта 13, можно представить в следующем виде:

B_x2=(1+a)F₁₂+bF₂₂+CF₃₂+В_xp;

B_y2=dF₁₂+(1+e)F₂₂+fF₃₂+В_yp;

B_Z2=qF₁₂+nF₂₂+(1+k)F₃₂+В_Zp,

где F₁₂=l₁₂B_xт2+m₁₂B_yт2+n₁₂в_Zт2;

F₂₂=l₂₂B_xт2+m₂₂B_yт2+n₂₂в_Zт2;

F₃₂=l₃₂B_xт2+m₃₂B_yт2+n₃₂в_Zт2,

где (l₁₂, m₁₂, n₁₂), (l₂₂, m₂₂, n₂₂), (l₃₂, m₃₂, n₃₂) - направляющие косинусы осей устройства 7 в опорной географической системе координат, являющиеся функциями φ₂, θ₂, ψ₂ объекта 13; В_xт2, В_yт2, В_Zт2 - проекции вектора индукции геомагнитного поля на оси опорной географической системы координат при наличии вариации геомагнитного поля, которая за время установления курса φ₂ объекта 13 может измениться.

Уравнения для

, измеренные с немагнитного объекта 26, можно представить в следующем виде:

где

- направляющие косинусы осей устройства 20 в опорной географической системе координат, являющиеся функциями углов курса

, крена

, тангажа

объекта 26.

Увеличивают курс объекта 13 (фиг.1) относительно предыдущего на 90° и проводят синхронное измерение проекций вектора магнитной индукции В’_x3, В’_y3, В’_Z3, приведенных к ортогональному базису устройства 7, проекций векторов магнитной индукции B_’x3, B_’y3, В_’Z3, приведенных к ортогональному базису устройства 20, углов курса φ₃=φ₂+90°, крена θ₃=θ₂, тангажа ψ₃=ψ₂ объекта 13 и углов курса

, крена θ′₃, тангажа ψ′₃ объекта 26. Слагаемое φ₂, входящее в φ₃, значения θ₃ и ψ₃ могут отличаться соответственно от φ₂, θ₂, ψ₂ из-за рыскания и качки объекта 13.

Уравнения для В_x3, В_y3, В_Z3, измеренных с объекта 13, можно представить в следующем виде:

B_x3=(1+a)F₁₃+bF₂₃+CF₃₃+В_xp;

B_y3=dF₁₃+(1+e)F₂₃+fF₃₃+В_yp;

B_Z3=qF₁₃+hF₂₃+(1+k)F₃₃+В_Zp,

где F₁₃=l₁₃B_xт3+m₁₃B_yт3+n₁₃в_Zт3;

F₂₃=l₂₃B_xт3+m₂₃B_yт3+n₂₃в_Zт3;

F₃₃=l₃₃B_xт3+m₃₃B_yт3+n₃₃в_Zт3,

где(l₁₃, m₁₃, n₁₃), (l₂₃, m₂₃, n₂₃), (l₃₃, m₃₃, n₃₃) - направляющие косинусы осей устройства 7 в опорной географической системе координат, являющиеся функциями углов курса φ₃, крена θ₃, тангажа ψ₃ объекта 13; В_xт3, В_yт3, В_Zт3 - проекции вектора индукции геомагнитного поля на оси опорной географической системы координат при наличии вариации геомагнитного поля, которая за время установления курса φ₃ объекта 13 может измениться.

Уравнения для

измеренных с объекта 26, можно представить в следующем виде:

где

, крена

, тангажа

объекта 26.

Увеличивают курс объекта 13 (фиг.1) относительно предыдущего на 90° и проводят синхронное измерение проекций вектора магнитной индукции В_x4, В_y4, В_Z4 датчиком 1, приведенных к ортогональному базису устройства 7, проекций вектора магнитной индукции В’_x4, В’_y4, В’_Z4 датчиком 14, приведенных к ортогональному базису устройства 20, углов курса φ₄=φ₃+90°, крена θ₄=θ₃, тангажа ψ₄=ψ₃ объекта 13 и углов курса

, крена

, тангажа

объекта 26. Слагаемое φ₃, входящее в φ₄, значения θ₄ и φ₄ могут отличаться от φ₃, θ₃, ψ₃ из-за рыскания и качки объекта 13.

Уравнения проекций вектора магнитной индукции для В_x4, В_y4, В_Z4, измеренных с объекта 13, можно представить в следующем виде:

B_x4=(1+a)F₁₄+b·F₂₄+C·F₃₄+В_xp;

B_y4=dF₁₄+(1+e)F₂₄+fF₃₄+В_yp;

B_Z4=qF₁₄+hF₂₄+(1+k)F₃₄+В_Zp,

где F₁₄=l₁₄B_xт4+m₁₄B_yт4+n₁₄в_Zт4;

F₂₄=l₂₄B_xт4+m₂₄B_yт4+n₂₄в_Zт4;

F₃₄=l₃₄B_xт4+m₃₄B_yт4+n₃₄в_Zт4,

где (l₁₄, m₁₄, n₁₄), (l₂₄, m₂₄, n₂₄), (l₃₄, m₃₄, n₃₄) - направляющие косинусы осей устройства 7 в опорной географической системе координат, являющиеся функциями углов курса φ₄, крена θ₄, тангажа φ₄ объекта 13; В_xт4, В_yт4, В_Zт4 - проекции вектора индукции геомагнитного поля на оси опорной географической системы координат при наличии вариации геомагнитного поля, которая за время установления курса φ₄ объекта 13 может измениться.

Уравнения проекций вектора магнитной индукции для

где

, крена

, тангажа

объекта 26.

Изменяют крен объекта 13, например, на 15° и проводят синхронное измерение проекций вектора магнитной индукции В_x5, В_y5, В_Z5 датчиком 1, приведенных к ортогональному базису устройства 7, проекций вектора магнитной индукции

датчиком 14, приведенных к ортогональному базису устройства 20, углов курса φ₅=φ₄, крена θ₅=θ₄+15°, тангажа ψ₅=ψ₄ объекта 13 и углов курса

, крена

, тангажа

объекта 26. Слагаемое θ₄, входящее в θ₅, значения φ₅ и ψ₅ могут отличаться соответственно от φ₄, θ₄, ψ₄ из-за рыскания и качки объекта 13.

Уравнения проекций вектора магнитной индукции для B_x5, В_y5, В_Z5, измеренных с объекта 13, можно представить в следующем виде:

B_x5=(1+a)F₁₅+bF₂₅+cF₃₅+В_xp;

B_y5=dF₁₅+(1+e)F₂₅+fF₃₅+В_yp;

B_Z5=qF₁₅+hF₂₅+(1+k)F₃₅+В_Zp,

где F₁₅=l₁₅B_xт5+m₁₅B_yт5+n₁₅в_Zт5;

F₂₅=l₂₅B_xт5+m₂₅B_yт5+n₂₅в_Zт5;

F₃₅=l₃₅B_xт5+m₃₅B_yт5+n₃₅в_Zт5,

где (l₁₅, m₁₅, n₁₅), (l₂₅, m₂₅, n₂₅), (l₃₅, m₃₅, n₃₅) - направляющие косинусы осей устройства 7 в опорной географической системе координат, являющиеся функциями углов курса φ₅, крена θ₅, тангажа ψ₅ объекта 13; В_xт5, В_yт5, В_Zт5 - проекции вектора индукции геомагнитного поля на оси опорной географической системы координат при наличии вариации геомагнитного поля, которая за время установления курса φ₅ объекта 13 может измениться.

где

, крена

, тангажа

объекта 26.

Изменяют курс объекта 13 на 180° и проводят синхронное измерение проекций вектора магнитной индукции В_x6, В_y6, В_Z6 датчиком 1, приведенных к ортогональному базису устройства 7, проекций вектора магнитной индукции

датчиком 14, приведенных к ортогональному базису устройства 20, углов курса φ₆=φ₅+180°, крена θ₆=θ₅, тангажа ψ₆=ψ₅ объекта 13 и углов курса

, крена

, тангажа

объекта 26. Слагаемое φ₅, входящее в φ₆, значения θ₆ и ψ₆ могут отличаться соответственно от φ₅, θ₅, ψ₅ из-за рыскания и качки объекта 13.

Уравнения проекций вектора магнитной индукции для B_x6, В_y6, В_Z6, измеренных с объекта 13, можно представить в следующем виде:

B_x6=(1+a)F₁₆+bF₂₆+cF₃₆+В_xp;

B_y6=dF₁₆+(1+e)F₂₆+fF₃₆+В_yp;

B_Z6=qF₁₆+hF₂₆+(1+k)F₃₆+В_Zp,

где F₁₆=l₁₆B_xт6+m₁₆B_yт6+n₁₆в_Zт6;

F₂₆=l₂₆B_xт6+m₂₆B_yт6+n₂₆в_Zт6;

F₃₆=l₃₆B_xт6+m₃₆B_yт6+n₃₆в_Zт6,

где (l₁₆, m₁₆, n₁₆), (l₂₆, m₂₆, n₂₆), (l₃₆, m₃₆, n₃₆) - направляющие косинусы осей устройства 7 в опорной географической системе координат при наличии вариации геомагнитного поля, которая за время установления угла курса φ₆ объекта 13 может измениться.

, измеренных с объекта 26, можно представить в следующем виде:

где

крена

тангажа

объекта 26.

В устройстве 19 из системы уравнений для В_xi, В_yi, В_Zi осуществляется определение значений В_xтi, В_yтi, В_Zтi, где i=1, 2, 3,...,6 - номера измеренных значений проекций векторов магнитной индукции с объектов 13 и 26.

В устройстве 6 из системы уравнений для В_x1-В_x3, В_x2-В_x4, В_x5-В_x6 при подстановке в эти уравнения значений В_xтi, В_yтi, В_Zтi определяют параметры Пуассона a, b, c; из системы уравнений для В_y1-В_y3, В_y2-В_у4, В_y5-В_y6 при подстановке в эти уравнения значений В_xтi, В_yтi, В_Zтi определяют параметры Пуассона d, e, f; из системы уравнений для В_Z1-В_Z3, В_Z2-В_Z4, В_Z5-В_Z6 при подстановке в эти уравнения значений В_xтi, В_yтi, В_Zтi определяют параметры Пуассона g, h, k. Подставляя значения a, b, c в любое из уравнений для В_xi, определяют значение В_xp. Подставляя значения d, e, f в любое из уравнений для В_yi, определяют значение В_yp. Подставляя значения q, h, k в любое из уравнений для В_Zi, определяют значение В_Zp.

Таким образом, по сравнению с аналогом и прототипом предлагаемое техническое решение обеспечивает более высокую точность определения параметров Пуассона и проекций вектора магнитной индукции В_xp, В_yp, В_Zp от жесткой намагниченности подвижного объекта, характеризующих намагниченность упомянутого объекта, за счет учета вариации геомагнитного поля для каждого измерения магнитной индукции.

В предлагаемом техническом решении датчики 1 и 14, блоки 2-4, 15-17, генераторы 5 и 18 могут быть выполнены, как и в устройстве для измерения параметров магнитного поля [5]. Углоизмерительными устройствами 9 и 22 могут быть акселерометры типа ADXL202E. В качестве регистрирующего блока 6 и устройства обработки информации 8, а также регистрирующего блока 19 и устройства обработки информации 21 можно использовать преобразователи измерительные ПИМ-1 (сертификат №15660, Госстандарт России). В качестве углоизмерительного устройства 7, входящего в навигационную систему объекта 13, и углоизмерительного устройства 20, входящего в навигационную систему объекта 26, можно применить навигационную систему на основе лазерных гироскопов и гиростабилизированных платформ [8]. Каждое из регулировочных устройств 10 и 23 может быть выполнено аналогично, как и у теодолита, например Т2, в виде треножника и трех подъемных винтов, а каждым из поворотных устройств 11 и 24 может быть установка, аналогичная установке для поверки инклинометров УПИ-2 [9]. При определении параметров, характеризующих намагниченность подвижного объекта, в частности, судна немагнитным объектом может быть подвижной объект, аналогичный немагнитной шхуне "Заря" [5] или буксируемой платформе [10].

Литература

1. Резник Э.Е., Канторович В.Д. Некоторые вопросы компенсации магнитных полей самолета // Геофизическое приборостроение. Л.: Недра. 1964. Вып.10. С.26-38.

2. Лысенко А.П. Теория и методы компенсации магнитных помех // Геофизическое приборостроение. Л.: Изд-во Мингеологии и охраны недр СССР. ОКБ. 1960. Вып.7. С.44-58.

3. Вацуро А.Э., Цирель В.C. Измерения и компенсация магнитных помех самолета АН-2 // Геофизическая аппаратура. Л.: Недра. 1979. Вып.69. С.73-100.

4. Патент. РФ №2096818, G 05 D 1/08. 1997.

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

6. Миловзоров Г.В. // Измерительная техника. 1996. №10. С.22.

7. Смирнов Б.М. Привязка осей трехкомпонентного магнитометрического датчика к осям навигационной системы ферромагнитного подвижного объекта // Метрология. 2003. №12.

8. 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.

9. Алимбеков Р.И., Баймуратов Ю.Г., Зайко А.И., Сорокин А.А. Установка для поверки инклинометров УПИ-2 // Измерительная техника. 2002. №11. С.23.

10. Лейбов М.В., Углов Б.Д. и др. Практические вопросы морских магнитных систем. М.: МГУ им. М.В.Ломоносова. 1986. 142 с.

Claims

Устройство для определения параметров, характеризующих намагниченность подвижного объекта, включающее трехкомпонентный магнитометрический датчик, размещенные на объекте 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 соответственно к первым 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 вторым регистрирующим блоком, вторым углоизмерительным устройством, выходы которого подключены к входам второго регистрирующего блока, регулировочным устройством, на котором размещен трехкомпонентный датчик, немагнитным основанием, на котором размещены второе углоизмерительное устройство и регулировочное устройство, выполненное с возможностью изменения углов крена и тангажа трехкомпонентного датчика относительно немагнитного основания, поворотным устройством, размещенным на подвижном объекте, немагнитным объектом, вторым трехкомпонентным магнитометрическим датчиком, размещенными на немагнитном объекте, четвертым, пятым и шестым усилительно-преобразовательными блоками, первые входы которых подключены к соответствующим выходам второго трехкомпонентного датчика, вторым генератором переменных напряжений, первые три выхода которого подключены соответственно к первому, второму и третьему входам второго трехкомпонентного датчика, а четвертый выход - к вторым входам четвертого, пятого и шестого усилительно-преобразовательных блоков, вторым регистрирующим блоком, первые три входа которого подключены соответственно к первым выходам четвертого, пятого и шестого усилительно-преобразовательных блоков, третьим углоизмерительным устройством, три выхода которого подключены соответственно к четвертому, пятому и шестому входам второго регистрирующего блока, связанного с первым регистрирующим блоком и выполненного с возможностью регистрации сигналов, пропорциональных значениям измеренных проекций векторов магнитной индукции вторым трехкомпонентным датчиком и углов курса, крена, тангажа немагнитного объекта третьим углоизмерительным устройством синхронно с измерением магнитной индукции первым трехкомпонентным датчиком и углов крена, тангажа, курса первым углоизмерительным устройством, вторым устройством обработки информации, подключенным к выходу второго регистрирующего блока, вторым поворотным устройством, вторым немагнитным основанием, размещенным на втором поворотном устройстве, вторым регулировочным и четвертым углоизмерительным устройствами, размещенными на втором немагнитном основании, при этом второй трехкомпонентный датчик размещен на втором регулировочном устройстве, выходы четвертого углоизмерительного устройства подключены к входам второго регистрирующего блока, второе регулировочное устройство выполнено с возможностью изменения углов крена и тангажа второго трехкомпонентного датчика относительно второго немагнитного основания, первое немагнитное основание установлено на первом поворотном устройстве, третий и четвертый выходы первого генератора переменных напряжений подключены соответственно к второму и третьему входам первого трехкомпонентного датчика, вторые выходы первого, второго и третьего усилительно-преобразовательных блоков подключены соответственно к четвертому, пятому и шестому входам первого трехкомпонентного датчика, а вторые выходы четвертого, пятого и шестого усилительно-преобразовательных блоков подключены соответственно к четвертому, пятому и шестому входам второго трехкомпонентного датчика.