RU2751577C1 - Трехкоординатный индукционный магнитометр с самокалибровкой - Google Patents
Трехкоординатный индукционный магнитометр с самокалибровкой Download PDFInfo
- Publication number
- RU2751577C1 RU2751577C1 RU2020133852A RU2020133852A RU2751577C1 RU 2751577 C1 RU2751577 C1 RU 2751577C1 RU 2020133852 A RU2020133852 A RU 2020133852A RU 2020133852 A RU2020133852 A RU 2020133852A RU 2751577 C1 RU2751577 C1 RU 2751577C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- induction
- magnetometer
- center
- magnetic
- cube
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
- G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к устройствам для измерения переменных магнитных полей, в частности к устройствам для высокоточного измерения пространственных компонент вектора индукции магнитного поля с помощью индукционных датчиков. Трехкоординатный индукционный магнитометр с самокалибровкой состоит из шести идентичных индукционных датчиков со стержневыми ферритовыми сердечниками, причем датчики попарно соединены последовательно и расположены вдоль трех взаимно перпендикулярных осей с центральной геометрической симметрией, центр которой совпадает с магнитным центром магнитометра. Дополнительно введена внутренняя трехкомпонентная мера магнитной индукции, состоящая из диэлектрического куба, центр которого совмещен с центром магнитометра, а ребра куба параллельны его осям, с нанесенными на каждую грань куба вокруг оси индукционного датчика катушками индуктивности, по меньшей мере, с одним витком. Технический результат: повышение точности, стабильности и надежности работы трехкоординатного индукционного магнитометра. 1 ил.
Description
Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к устройствам для измерения переменных магнитных полей, в частности к устройствам для высокоточного измерения пространственных компонент вектора индукции магнитного поля с помощью индукционных датчиков.
Известен трехкоординатный магнитометр, в задачи которых входят юстировка взаимной перпендикулярности осей датчика и определения дрейфа нуль-пункта (патент RU №2229727, от 27.11.2002). Известны патенты, когда в трехкоординатном магнитометре задачи устранения помех решаются в процессе его калибровки (RU 2497139, от 18.05.2012). Так, например, в патенте RU №2290657 от 09.08.2005 г., калибровка осуществляется с помощью эталонной меры магнитного момента (магнитного диполя).
Наиболее близким по технической сущности является трехкоординатный магнитометр, калибровка которого осуществляется с помощью трехкомпонентной меры магнитной индукции (патент RU №2229727, от 27. 11.2002 г.).
Недостатком известных трехкоординатных магнитометров является постепенное снижение точности, стабильности и надежности работы, так как калибровка осуществляется перед началом эксплуатации датчика или проводится с некоторой периодичностью в процессе эксплуатации. В этом случае непосредственно во время эксплуатации возможно воздействия различных внешних факторов на сам датчик, которые могут существенно изменить его характеристики. Наиболее подверженным внешним влияниям является магнитная проницаемость ферромагнитного сердечника катушки индуктивности, которая существенным образом зависит от воздействия внешнего постоянного магнитного поля, наличия вблизи датчика ферромагнитных предметов, от температуры внешней среды.
Техническим результатом предлагаемого устройства является повышение точности, стабильности и надежности работы трехкоординатного индукционного магнитометра за счет постоянной самокалибровки индукционных датчиков магнитометра непосредственно в процессе его эксплуатации.
Технический результат достигается тем, что в отличие от известного устройства, содержащего трехкоординатный индукционный магнитометр, состоящий из шести идентичных индукционных датчиков со стержневыми ферритовыми сердечниками, причем датчики попарно соединены последовательно и расположены вдоль трех взаимно перпендикулярных осей с центральной геометрической симметрией, центр которой совпадает с магнитным центром магнитометра, дополнительно введена внутренняя трехкомпонентная мера магнитной индукции, состоящая из диэлектрического куба, центр которого совмещен с центром магнитометра, а ребра куба параллельны его осям, с нанесенными на каждую грань куба вокруг оси индукционного датчика катушки индуктивности, по меньшей мере, с одним витком.
Сущность изобретения заключается в том, что для самокалибровки магнитометра дополнительно в центре него установлен диэлектрик, выполненный в виде куба, а ребра куба параллельны осям магнитометра, на каждой грани куба вокруг оси индукционного датчика нанесена катушка индуктивности, по меньшей мере, с одним витком. Куб служит для фиксации катушки индуктивности, а материал из диэлектрика выбран для исключения влияния на магнитное поле. Катушки индуктивности служат для формирования собственного калибровочного магнитного поля.
Диэлектрический куб с нанесенными катушками индуктивности образуют меру магнитной индукции с известными параметрами и может использоваться для калибровки трехкоординатного магнитометра.
Поясним возможность калибровки. Диаметр однослойной катушки и ее расположение на диэлектрическом материале относительно ферромагнитного сердечника индукционного датчика таковы, что влиянием параметров сердечника на индуктивность меры магнитной индукции можно пренебречь. В этом случае магнитное поле, создаваемое каждой одновитковой катушкой индуктивности в центре витка, будет равно
где R - радиус витка, μ0=4π⋅-7 Гн/м - магнитная постоянная, Im - амплитуда переменного калибровочного тока [Иродов И.Е. Основные законы электромагнетизма. М.: Высш. шк., 1991, стр. 139]. Например, при радиусе витка R=5⋅10-3 м и силе тока Im=10-4 А с частотой 103 Гц амплитуда индукции Bm калибровочного магнитного поля будет равна 125,7⋅10-9 Тл, что уверенно может быть измерено индукционным датчиком. Например, при чувствительности датчика 10-11 Тл [Голев КМ. Трехкоординатный индукционный датчик переменного магнитного поля для магнитометрических систем навигации // И.М. Голев, Т.Н. Заенцева, Е.А. Никитина и др. Воздушно-космические силы. Теория и практика. №12, 2019, С. 91-100], точность оценки коэффициента преобразования индукционным датчиком может быть не менее 0,1%.
Структура предлагаемого устройства приведена на фигуре, где введены обозначения: 1 - индукционный датчик; 2 - стержневой ферритовый сердечник; XYZ - трехкоординатная система; 3 - диэлектрический куб; 4 -плоская катушка индуктивности.
Индукционные датчики 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 1.6 каждой оси намотаны на соответствующие ферритовые сердечники 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, соединены последовательно и жестко зафиксированы с центральным диэлектрическим кубом 3. На все грани куба 3 нанесены плоские катушки индуктивности 4 (на фигуре представлены катушки 4.1, 4.2 и 3.3. Катушки 4.4, 4.5 и 4.6 не представлены, так как не видны). Куб 3 с плоскими катушками 4 представляет собой внутреннюю трехкомпонентную меру магнитной индукции.
Работа магнитометра аналогична работе прототипа с некоторым отличием, связанным с калибровкой индукционных датчиков магнитометра непосредственно в процессе его эксплуатации.
Перед применением устройства проводится его калибровка с помощью внешней меры магнитной индукции или с помощью магнитного диполя.
После этой калибровки проводится калибровка с помощью внутренней трехкомпонентной меры магнитной индукции. Для этого последовательно все шесть катушек индуктивности 4 создают внутреннее эталонное переменное магнитное поле с помощью калибровочного тока, протекающего через соответствующие катушки 4. При этом производится измерение величины амплитуды этих магнитных полей трехкоординатным индукционным магнитометром. Например, поле плоской катушки 4.1 измеряется датчиком 1.1, катушки 4.2 - датчиком 1.3 и так далее. Эти измеренные значения запоминаются и считаются исходными, имея в виду, что на данный момент трехкоординатный индукционный магнитометр был уже откалиброван с помощью внешней трехкомпонентной меры магнитной индукции.
В процессе эксплуатации трехкоординатного индукционного магнитометра периодически проводится его самокалибровка. Для этого результаты периодических измерений калибровочного магнитного поля, создаваемого внутренней мерой индукции, сравниваются с исходными и при необходимости производится корректировка коэффициента преобразования каждого из шести индукционных датчиков, например, путем учета при дальнейших математических вычислениях.
Этим достигается указанный в изобретении технический результат.
Если обнаруживается существенное изменение параметров индукционного датчика, то тогда делается вывод о невозможности его эксплуатации.
Куб должен быть выполнен из диэлектрического немагнитного материала с низким температурным коэффициентом линейного расширения и с высокими механическими свойствами, например из ситалла. В настоящее время технологически достижимы точность линейных размеров ±0,03 мм, точность углов ±3 угловых секунды [https://oltech.ru/catalog/prizmy-i-kubiki/]. Индукционный датчик трехкоординатного индукционного магнитометра выполнен в виде катушки индуктивности.
Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает повышение точности, стабильности и надежности работы трехкоординатного индукционного магнитометра за счет постоянной самокалибровки индукционных датчиков магнитометра непосредственно в процессе его эксплуатации.
Claims (1)
- Трехкоординатный индукционный магнитометр с самокалибровкой, состоящий из шести идентичных индукционных датчиков со стержневыми ферритовыми сердечниками, причем датчики попарно соединены последовательно и расположены вдоль трех взаимно перпендикулярных осей с центральной геометрической симметрией, центр которой совпадает с магнитным центром магнитометра, отличающийся тем, что дополнительно введена внутренняя трехкомпонентная мера магнитной индукции, состоящая из диэлектрического куба, центр которого совмещен с центром магнитометра, а ребра куба параллельны его осям, с нанесенными на каждую грань куба вокруг оси индукционного датчика катушками индуктивности, по меньшей мере, с одним витком.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020133852A RU2751577C1 (ru) | 2020-10-13 | 2020-10-13 | Трехкоординатный индукционный магнитометр с самокалибровкой |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020133852A RU2751577C1 (ru) | 2020-10-13 | 2020-10-13 | Трехкоординатный индукционный магнитометр с самокалибровкой |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2751577C1 true RU2751577C1 (ru) | 2021-07-15 |
Family
ID=77020054
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020133852A RU2751577C1 (ru) | 2020-10-13 | 2020-10-13 | Трехкоординатный индукционный магнитометр с самокалибровкой |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2751577C1 (ru) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2262711C2 (ru) * | 2003-11-14 | 2005-10-20 | Закрытое акционерное общество "МЕРА" | Способ определения калибровочной матрицы трехкомпонентного магнитометра (варианты) |
RU2285931C1 (ru) * | 2005-04-22 | 2006-10-20 | Борис Михайлович Смирнов | Устройство для определения углового положения подвижного объекта |
JP2014085176A (ja) * | 2012-10-22 | 2014-05-12 | Nippon Soken Inc | ポインティングベクトル計測装置 |
RU2620326C1 (ru) * | 2016-06-09 | 2017-05-24 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Феникс" | Устройство для бесконтактной диагностики технического состояния подземных трубопроводов с возможностью калибровки в полевых условиях |
-
2020
- 2020-10-13 RU RU2020133852A patent/RU2751577C1/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2262711C2 (ru) * | 2003-11-14 | 2005-10-20 | Закрытое акционерное общество "МЕРА" | Способ определения калибровочной матрицы трехкомпонентного магнитометра (варианты) |
RU2285931C1 (ru) * | 2005-04-22 | 2006-10-20 | Борис Михайлович Смирнов | Устройство для определения углового положения подвижного объекта |
JP2014085176A (ja) * | 2012-10-22 | 2014-05-12 | Nippon Soken Inc | ポインティングベクトル計測装置 |
RU2620326C1 (ru) * | 2016-06-09 | 2017-05-24 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Феникс" | Устройство для бесконтактной диагностики технического состояния подземных трубопроводов с возможностью калибровки в полевых условиях |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US3617865A (en) | Method and apparatus for locating a buried metallic line employing magnetic field gradient measurements | |
Ripka | Review of fluxgate sensors | |
US4995165A (en) | Roll-independent magneto meter system | |
Ripka | Sensors based on bulk soft magnetic materials: Advances and challenges | |
EP1810046B1 (en) | Sensor for measuring magnetic flux | |
JP2698805B2 (ja) | 磁界の強度及び方向を決定するための装置、並びに該装置の使用法 | |
CN102565728B (zh) | 一种圆柱形软磁材料磁导率测量方法 | |
DE3854189D1 (de) | Elektromagnetische Einrichtung für Lagemessungen. | |
US3800213A (en) | Three axis toroidal fluxgate type magnetic sensor | |
US2861242A (en) | Magnetometer | |
RU2586392C1 (ru) | Магнитный способ измерения термодинамической температуры в энергетических единицах | |
US5329269A (en) | Single core triaxial flux-gate magnetometer | |
RU2751577C1 (ru) | Трехкоординатный индукционный магнитометр с самокалибровкой | |
Abdallh et al. | A Rogowski–Chattock coil for local magnetic field measurements: sources of error | |
Ishii et al. | Improvement of formula and uncertainty of the reference magnetic field for AC magnetometer calibration | |
US3487459A (en) | Induced magnetic compensation for misalignment of magnetic gradiometer sensors | |
US5270648A (en) | Single core triaxial flux-gate magnetometer | |
US20140055131A1 (en) | Magnetic field sensor | |
Khosravi et al. | Comparison of a designed scalar proton precession magnetometer with a scalar calibrated 3-axis fluxgate magnetometer | |
RU2620326C1 (ru) | Устройство для бесконтактной диагностики технического состояния подземных трубопроводов с возможностью калибровки в полевых условиях | |
JP3183187U (ja) | 磁気探査器性能検査装置 | |
EP2388608A1 (en) | Fluxgate sensor circuit for measuring the gradient of a magnetic field | |
US3430132A (en) | Magnetic thickness measuring apparatus utilizing one fixed and one movable measuring coil | |
GB2044460A (en) | Fluxgate magnetometers | |
RU2235200C2 (ru) | Магнитометрический датчик |