RU2274870C2 - Device for stabilization of geomagnetic field in working volume - Google Patents

Abstract

FIELD: technology for protecting biological and physical objects from magnetic influences.

SUBSTANCE: axes of three-component ferro-probe rod magnetic meter are combined with axes of Helmholtz, while semi-elements of differential rod ferro-probes are distances along axes from working volume center, that is why working volume is unified for positioning of effect subject and magnetic meter.

EFFECT: improved precision of detection of magnetic disturbances, due to combination of measurement volume with compensating volume, the latter may be increased.

2 dwg

Description

Изобретение относится к магнитометрическим системам управления и предназначено для защиты биологических и физических объектов от магнитных воздействий.The invention relates to magnetometric control systems and is intended to protect biological and physical objects from magnetic influences.

Известно устройство для магнитотерапии, содержащее магнитометр и три пары взаимно ортогональных контуров, в устройство дополнительно введены три образцовых резистора, три аналого-цифровых преобразователя, сумматор, три управляемых источника тока, три цифроаналоговых преобразователя, устройство сравнения кодов, коммутатор, генератор случайных чисел и устройство управления, причем рабочий объем выполнен в виде колец Гельмгольца, входы катушек колец Гельмгольца соединены через управляемые источники тока и цифроаналоговые преобразователи с выходами устройства сравнения кода, выходы образцовых резисторов через аналого-цифровые преобразователи с входами устройства сравнения кодов, вход устройства сравнения подключен через коммутатор к генератору случайных чисел, по входам связанному с выходом устройства управления, вход которого соединен с цифровым магнитометром, причем магнитометр вынесен за пределы рабочего объема (патент РФ №2135228, МКИ 6 А 61 N 2/02, 1997 г.).A device for magnetotherapy containing a magnetometer and three pairs of mutually orthogonal circuits is known, three model resistors, three analog-to-digital converters, an adder, three controlled current sources, three digital-to-analog converters, a code comparison device, a switch, a random number generator and a device are additionally introduced into the device control, and the working volume is made in the form of Helmholtz rings, the inputs of the coils of Helmholtz rings are connected through controlled current sources and digital-to-analog conversions ate with the outputs of the code comparison device, the outputs of the model resistors through analog-to-digital converters with the inputs of the code comparison device, the input of the comparison device is connected via a switch to a random number generator, the inputs connected to the output of the control device, the input of which is connected to a digital magnetometer, and the magnetometer is remote beyond the limits of the working volume (RF patent No. 2135228, MKI 6 A 61 N 2/02, 1997).

Недостатком устройства является то, что магнитометр вынесен за пределы рабочего объема, это создает недостоверность информационного сигнала и ограничивает возможность полного компенсирования магнитных возмущений.The disadvantage of this device is that the magnetometer is outside the working volume, this creates an unreliability of the information signal and limits the ability to fully compensate for magnetic disturbances.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является устройство для стабилизации геомагнитного поля в рабочем объеме, содержащее основные и дополнительные катушки Гельмгольца, образующие основной и дополнительный рабочие объемы, и магнитометр, размещенный в дополнительном рабочем объеме, причем каждая катушка основного рабочего объема соединена с соответствующей катушкой дополнительного рабочего объема, образуя пару, с целью повышения точности стабилизации в него введены фильтры и усилители с зоной нечувствительности, причем каждый выход магнитометра, выполненного трехкомпонентным, присоединен через последовательно соединенные между собой фильтр и усилитель к соответствующей паре катушек Гельмгольца, а постоянные времени основных и дополнительных катушек Гельмгольца выбраны одинаковыми (А.С. СССР №913290, МКИ G 01 R 33/02, 1980 г.).The closest in technical essence and the achieved result to the claimed is a device for stabilizing the geomagnetic field in the working volume, containing the main and additional Helmholtz coils forming the main and additional working volumes, and a magnetometer located in the additional working volume, each coil of the main working volume is connected with a corresponding coil of an additional working volume, forming a pair, in order to increase the stabilization accuracy, filters and amplifiers with such insensitivity, and each output of a magnetometer made in three-component is connected through a filter and amplifier connected in series to a corresponding pair of Helmholtz coils, and the time constants of the main and additional Helmholtz coils are chosen the same (AS USSR No. 913290, MKI G 01 R 33 / 02, 1980).

Недостатком устройства является то, что магнитометр размещен в дополнительном рабочем объеме, это создает недостоверность информационного сигнала и ограничивает возможность полного компенсирования магнитных возмущений, кроме того, объем нормализованного магнитного поля Земли не может быть большим, так как при увеличении размеров колец Гельмгольца дополнительный объем удаляется от центра объема нормализованного магнитного поля Земли, что увеличивает разность воздействий аномалии в дополнительном объеме и в центре объема нормализованного магнитного поля Земли, а также наибольшая однородность в объеме нормализованного магнитного поля Земли достигается при максимальном соотношении R к а, где R - радиус колец Гельмгольца, а - осевое удаление кольца от центра объема нормализованного магнитного поля Земли (Афанасьев Ю.В., Студенцов Н.В., Щепкин А.П.Магнитометрические преобразователи, приборы и установки. - Л.: Энергия, 1972. - 273 с.). Кроме того, дополнительный объем должен быть равноудален от центра объема нормализованного магнитного поля Земли по всем трем осям, следовательно, должен находиться в зоне наибольшей неоднородности магнитного поля, создаваемого кольцами Гельмгольца.The disadvantage of this device is that the magnetometer is placed in an additional working volume, this creates an unreliability of the information signal and limits the ability to completely compensate for magnetic disturbances, in addition, the volume of the normalized magnetic field of the Earth cannot be large, since with an increase in the size of the Helmholtz rings the additional volume moves away from the center of the volume of the normalized magnetic field of the Earth, which increases the difference in the effects of the anomaly in the additional volume and in the center of the volume of the normalized of the Earth’s magnetic field, as well as the greatest uniformity in the volume of the normalized Earth’s magnetic field, is achieved at the maximum ratio R to a, where R is the radius of the Helmholtz rings, and is the axial distance of the ring from the center of the volume of the Earth’s normalized magnetic field (Afanasyev Yu.V., Studentsov N.V., Schepkin, A.P. Magnetometric Transducers, Devices, and Installations .-- L .: Energia, 1972.- 273 p.). In addition, the additional volume should be equidistant from the center of the volume of the normalized magnetic field of the Earth along all three axes, therefore, it should be in the zone of greatest inhomogeneity of the magnetic field created by Helmholtz rings.

Задачей изобретения является повышение точности выявления магнитных возмущений с последующей их компенсацией для поддержания в рабочем объеме нормализованного магнитного поля Земли.The objective of the invention is to increase the accuracy of detecting magnetic disturbances with their subsequent compensation to maintain in the working volume of the normalized magnetic field of the Earth.

Решение указанной задачи достигается тем, что устройство для стабилизации геомагнитного поля в рабочем объеме, содержащее первую, вторую, третью пары катушек Гельмгольца и трехкомпонентный феррозондовый магнитометр, отличается тем, что трехкомпонентный феррозондовый магнитометр выполнен стержневым, а оси первой, второй, третьей пары катушек Гельмгольца образуют трехосную ортогональную систему, в которой центр рабочего объема находится в точке пересечения осей и рабочий объем является единым для объекта магнитного воздействия катушек и стержневого трехкомпонентного феррозондового магнитометра, так как оси полуэлементов каждого стержневого дифференциального феррозонда совпадают с соответствующими осями первой, второй, третьей пар катушек, а объем нормализованного магнитного поля Земли находится между разнесенными от точки пересечения осей полуэлементами стержневых дифференциальных феррозондов, при этом выход каждого стержневого дифференциального феррозонда подключен ко входу своего преобразователя информационного сигнала, содержащего последовательно соединенные фазовый детектор, фильтр низкой частоты и усилитель, подключенного к соответствующей паре катушек Гельмгольца для компенсации в рабочем объеме магнитных аномалий.The solution to this problem is achieved by the fact that the device for stabilizing the geomagnetic field in the working volume, containing the first, second, third pairs of Helmholtz coils and a three-component flux-gate magnetometer, differs in that the three-component flux-probe magnetometer is rod-shaped, and the axes of the first, second, third pair of Helmholtz coils form a triaxial orthogonal system in which the center of the working volume is at the point of intersection of the axes and the working volume is the same for the object of the magnetic action of the coil to and a three-component rod flux-gate magnetometer, since the axis of the semi-elements of each rod differential flux-gate coincide with the corresponding axes of the first, second, third pairs of coils, and the volume of the normalized Earth’s magnetic field is between the half-elements of the rod differential flux probes spaced from the intersection point of the axes, and the output of each rod differential fluxgate is connected to the input of its information signal transducer, containing a serial connection an internal phase detector, a low-pass filter and an amplifier connected to an appropriate pair of Helmholtz coils to compensate for magnetic anomalies in the working volume.

Объектом защиты от воздействия магнитной аномалии является, как правило, организм человека, поэтому для комфортного его расположения объем нормализованного магнитного поля Земли должен быть соизмерим с антропологическими характеристиками, таким образом размеры катушек могут быть 2,5-3 м по сторонам прямоугольников, то есть в размер стен, пола и потолка реабилитационной палаты, при этом наличие фазового детектора позволяет компенсировать магнитные аномалии как постоянного уровня, так и знакопеременные.The object of protection from the effects of magnetic anomalies is, as a rule, the human body, therefore, for a comfortable location, the volume of the normalized magnetic field of the Earth should be commensurate with the anthropological characteristics, so the size of the coils can be 2.5-3 m on the sides of the rectangles, i.e. the size of the walls, floor and ceiling of the rehabilitation chamber, while the presence of a phase detector allows you to compensate for magnetic anomalies of both a constant level and alternating ones.

Существо изобретения поясняется чертежами. На Фиг.1 изображена блок-схема устройства стабилизации геомагнитного поля в рабочем объеме. На Фиг.2 изображено расположение элементов устройства стабилизации геомагнитного поля в рабочем объеме.The invention is illustrated by drawings. Figure 1 shows a block diagram of a device for stabilizing a geomagnetic field in a working volume. Figure 2 shows the location of the elements of the stabilization device of the geomagnetic field in the working volume.

Устройство содержит стержневые феррозонды 1, 2, 3, образующие трехкомпонентный магнитометр, выходы которых соединены с входами соответствующих фазовых детекторов 4, 5, 6, которые управляются схемой 7. Выходы фазовых детекторов соединены с последовательно включенными фильтрами низких частот 8, 9, 10, усилителями 11, 12, 13 и парами катушек Гельмгольца 14, 15, 16. Пары катушек Гельмгольца формируют объем нормализованного магнитного поля Земли 17, на который воздействуют магнитная аномалия 18 и магнитное поле Земли 19. Полуэлемент 1.1 последовательно соединен с полуэлементом 1.2 и образуют дифференциальный стержневой феррозонд. Полуэлемент 2.1 последовательно соединен с полуэлементом 2.2 и образуют дифференциальный стержневой феррозонд. Полуэлемент 3.1 последовательно соединен с полуэлементом 3.2 и образуют дифференциальный стержневой феррозонд. Катушка 14.1 последовательно соединена с катушкой 14.2 и образуют пару катушек Гельмгольца. Катушка 15.1 последовательно соединена с катушкой 15.2 и образуют пару катушек Гельмгольца. Катушка 16.1 последовательно соединена с катушкой 16.2 и образуют пару катушек Гельмгольца. Объект воздействия 20 находится в объеме нормализованного магнитного поля Земли 17.The device contains rod flux gates 1, 2, 3, forming a three-component magnetometer, the outputs of which are connected to the inputs of the corresponding phase detectors 4, 5, 6, which are controlled by the circuit 7. The outputs of the phase detectors are connected to the low-pass filters 8, 9, 10, amplifiers 11, 12, 13 and pairs of Helmholtz coils 14, 15, 16. The pairs of Helmholtz coils form the volume of the normalized magnetic field of the Earth 17, which is affected by the magnetic anomaly 18 and the magnetic field of the Earth 19. Half cell 1.1 is connected in series 1.2 with the half cell and stem form a differential flux gate. Half element 2.1 is connected in series with half element 2.2 and form a differential rod flux-gate. Half element 3.1 is connected in series with half element 3.2 and form a differential rod flux-gate. Coil 14.1 is connected in series with coil 14.2 and form a pair of Helmholtz coils. Coil 15.1 is connected in series with coil 15.2 and form a pair of Helmholtz coils. Coil 16.1 is connected in series with coil 16.2 and form a pair of Helmholtz coils. The object of influence 20 is in the volume of the normalized magnetic field of the Earth 17.

Устройство работает следующим образом: по фиг.1 и 2 феррозондовый магнитометр выполнен трехкомпонентным и его полуэлементы 1.1, 1.2, 2.1, 2.2, 3.1, 3.2 разнесены по осям ортогональной системы относительно центра объема нормализованного магнитного поля Земли. Феррозондовый магнитометр, схема 7, фазовые детекторы 4, 5, 6 осуществляют преобразование магнитной аномалии 18 в электрические сигналы, пропорциональные величине ее составляющих по каждой из трех осей. Далее сигналы поступают на последовательно соединенные фильтры низких частот 8, 9, 10 и усилители 11, 12, 13, на выходе которых сигналы усиливаются до уровня, необходимого для создания компенсирующего магнитного поля. Усиленные электрические сигналы подводятся на пары катушек Гельмгольца 14, 15, 16 для создания компенсирующего воздействия. Результирующее магнитное поле, образуемое трехосевой системой колец Гельмгольца, равно по величине модулю вектора магнитной аномалии и противоположно этому вектору по направлению. Вокруг объекта воздействия 20, в качестве которого могут выступать биологические и физические объекты, а следовательно, между полуэлементами феррозондового магнитометра формируется объем нормализованного магнитного поля Земли 17. Таким образом, объект воздействия находится в центре объема нормализованного магнитного поля Земли, то есть в зоне наибольшей однородности поля, кроме того, разнесение полуэлементов стержневых феррозондов и максимальное сближение сторон соседних прямоугольных катушек Гельмгольца обеспечивает наибольший объем нормализованного магнитного поля.The device operates as follows: in FIGS. 1 and 2, a flux-gate magnetometer is made of three components and its semi-elements 1.1, 1.2, 2.1, 2.2, 3.1, 3.2 are spaced along the axes of the orthogonal system relative to the center of volume of the normalized Earth’s magnetic field. A flux gate magnetometer, circuit 7, phase detectors 4, 5, 6 convert magnetic anomalies 18 into electrical signals proportional to the magnitude of its components along each of the three axes. Next, the signals are fed to series-connected low-pass filters 8, 9, 10 and amplifiers 11, 12, 13, at the output of which the signals are amplified to the level necessary to create a compensating magnetic field. Amplified electrical signals are fed to pairs of Helmholtz coils 14, 15, 16 to create a compensating effect. The resulting magnetic field formed by the triaxial system of Helmholtz rings is equal in magnitude to the magnitude of the magnetic anomaly vector and is opposite in direction to this vector. Around the object of influence 20, which can be biological and physical objects, and therefore, between the semi-elements of the flux-gate magnetometer, the volume of the normalized magnetic field of the Earth is formed 17. Thus, the object of influence is in the center of the volume of the normalized magnetic field of the Earth, that is, in the zone of greatest uniformity fields, in addition, the separation of the semi-elements of the rod flux-gates and the maximum approximation of the sides of adjacent rectangular Helmholtz coils provides the greatest it normalized magnetic field.

Claims (1)

Устройство для стабилизации геомагнитного поля в рабочем объеме, содержащее первую, вторую, третью пары катушек Гельмгольца и трехкомпонентный феррозондовый магнитометр, отличающееся тем, что трехкомпонентный феррозондовый магнитометр выполнен стержневым, а оси первой, второй, третьей пары катушек Гельмгольца образуют трехосную ортогональную систему, в которой центр рабочего объема находится в точке пересечения осей и рабочий объем является единым для объекта магнитного воздействия катушек и стержневого трехкомпонентного феррозондового магнитометра, так как оси полуэлементов каждого стержневого дифференциального феррозонда совпадают с соответствующими осями первой, второй, третьей пар катушек, а объем нормализованного магнитного поля Земли находится между разнесенными от точки пересечения осей полуэлементами стержневых дифференциальных феррозондов, при этом выход каждого стержневого дифференциального феррозонда подключен ко входу своего преобразователя информационного сигнала, содержащего последовательно соединенные фазовый детектор, фильтр низкой частоты и усилитель, подключенного к соответствующей паре катушек Гельмгольца для компенсации в рабочем объеме магнитных аномалий.A device for stabilizing the geomagnetic field in the working volume, containing the first, second, third pair of Helmholtz coils and a three-component flux-gate magnetometer, characterized in that the three-component flux-gate magnetometer is rod-shaped, and the axes of the first, second, third pair of Helmholtz coils form a three-axis orthogonal system, in which the center of the working volume is located at the intersection of the axes and the working volume is the same for the object of the magnetic action of the coils and the rod three-component ferrozones magnetometer, since the axis of the semi-elements of each rod differential flux gate coincide with the corresponding axes of the first, second, third pairs of coils, and the volume of the normalized magnetic field of the Earth is between spaced from the axis of intersection of the semi-elements of the rod differential flux gates, while the output of each rod differential flux probe is connected to the input of its information signal converter containing a series-connected phase detector, a low-hour filter The notes and the amplifier connected to the corresponding pair of Helmholtz coils to compensate for the working volume of the magnetic anomalies.

Images