RU2382375C1 - Digital ferroprobe magnetometre - Google Patents
Digital ferroprobe magnetometre Download PDFInfo
- Publication number
- RU2382375C1 RU2382375C1 RU2008136325/28A RU2008136325A RU2382375C1 RU 2382375 C1 RU2382375 C1 RU 2382375C1 RU 2008136325/28 A RU2008136325/28 A RU 2008136325/28A RU 2008136325 A RU2008136325 A RU 2008136325A RU 2382375 C1 RU2382375 C1 RU 2382375C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- input
- register
- inputs
- digital
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к феррозондовым навигационным магнитометрам и может быть использовано для измерения трех ортогональных компонент вектора индукции магнитного поля Земли и выдачи сигналов, пропорциональных измеренным компонентам в виде цифрового кода.The invention relates to fluxgate navigation magnetometers and can be used to measure the three orthogonal components of the Earth's magnetic field induction vector and to provide signals proportional to the measured components in the form of a digital code.
Известно устройство для измерения напряженности магнитного поля по RU 2155968 C2 от 10.09.2000 г., МКИ: G01R 33/02, содержащее генератор прямоугольных импульсов, феррозонд с сердечником, выполненным из пермаллоя с петлей гистерезиса с коэффициентом прямоугольности, близким к единице, к выходной обмотке которого подключен интегратор. Выход интегратора соединен с входом усилителя, выход которого соединен с входом порогового блока. Первый логический элемент И последовательно соединен с первым реверсивным счетчиком импульсов, цифроаналоговым преобразователем, управляемым источником тока, ключом и обмоткой возбуждения феррозонда. Второй вход первого реверсивного счетчика импульсов и первый вход первого логического элемента И соединены с выходом порогового блока, второй логический элемент И и второй реверсивный счетчик импульсов. Выход генератора подключен к первым входам второго логического элемента И и второго реверсивного счетчика импульсов, выход второго логического элемента И подключен к вторым входам первого логического элемента И, второго реверсивного счетчика импульсов и ключа, третий вход второго реверсивного счетчика импульсов присоединен к выходу первого реверсивного счетчика импульсов, а выход - ко второму входу второго логического элемента.A device is known for measuring magnetic field strength in accordance with RU 2155968 C2 of 09/10/2000, MKI: G01R 33/02, containing a rectangular pulse generator, a flux gate with a core made of permalloy with a hysteresis loop with a square ratio close to unity, to the output winding which is connected to the integrator. The output of the integrator is connected to the input of the amplifier, the output of which is connected to the input of the threshold block. The first AND gate is connected in series with the first reversible pulse counter, a digital-to-analog converter controlled by a current source, a key, and an excitation coil of a flux gate. The second input of the first reversible pulse counter and the first input of the first logic element AND are connected to the output of the threshold block, the second logic element And and the second reversible pulse counter. The output of the generator is connected to the first inputs of the second logic element And and the second reversible pulse counter, the output of the second logic element And is connected to the second inputs of the first logic element And, the second reverse pulse counter and key, the third input of the second reverse pulse counter is connected to the output of the first reversible pulse counter , and the output is to the second input of the second logic element.
Недостатком данного устройства является, несмотря на дополнительные элемент И и реверсивный счетчик, сложная схема преобразования и отсутствие возможности настройки нуля для измерения абсолютного значения компонент вектора индукции магнитного поля.The disadvantage of this device is, despite the additional element And and a reversible counter, a complex conversion circuit and the inability to adjust zero to measure the absolute value of the components of the magnetic field induction vector.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является феррозондовый магнитометр по RU 2316781 С1, 10.02.2008, МПК: G01R 33/02, включающий в себя задающий генератор, выход которого соединен с входом логического блока, первый выход которого соединен с входом формирователя синусоиды, выход которого соединен с входами трех феррозондов, выходы которых соединены с входами трех устройств выборки-хранения, выходы которых соединены с входами трех аналого-цифровых преобразователей. Этот феррозондовый магнитометр выбран в качестве прототипа.The closest in technical essence to the proposed one is a flux-gate magnetometer according to RU 2316781 C1, 02/10/2008, IPC: G01R 33/02, which includes a master oscillator, the output of which is connected to the input of the logic unit, the first output of which is connected to the input of the sine wave shaper, the output which is connected to the inputs of three flux gates, the outputs of which are connected to the inputs of three sampling-storage devices, the outputs of which are connected to the inputs of three analog-to-digital converters. This fluxgate magnetometer is selected as a prototype.
Недостатком данного магнитометра является погрешность измерения компонент вектора индукции магнитного поля, обусловленная напряжением смещения схемы измерения.The disadvantage of this magnetometer is the measurement error of the components of the magnetic field induction vector, due to the bias voltage of the measurement circuit.
Задачей настоящего изобретения является повышение точности преобразования цифрового феррозондового магнитометра с помощью схемы компенсации.An object of the present invention is to increase the conversion accuracy of a digital flux-gate magnetometer using a compensation circuit.
Для достижения поставленной задачи в цифровой феррозондовый магнитометр, содержащий задающий генератор, выход которого соединен с входом логического блока, первый выход которого соединен с входом формирователя синусоиды, выход которого соединен с первыми входами трех феррозондов, выходы которых соединены с входами трех избирательных усилителей, выходы которых соединены с первыми входами трех устройств выборки-хранения, первые выходы которых соединены со вторыми входами трех феррозондов, а вторые выходы соединены с первыми входами трех аналого-цифровых преобразователей, введены шесть регистров, три сумматора и три выходных регистра, первый вход первого регистра и первый вход второго регистра соединены с выходом первого аналого-цифрового преобразователя, первый вход третьего регистра и первый вход четвертого регистра соединены с выходом второго аналого-цифрового преобразователя, первый вход пятого регистра и первый вход шестого регистра соединены с выходом третьего аналого-цифрового преобразователя, а выход первого регистра соединен с первым входом первого сумматора, выход второго регистра соединен со вторым входом первого сумматора, выход третьего регистра соединен с первым входом второго сумматора, выход четвертого регистра соединен со вторым входом второго сумматора, выход пятого регистра соединен с первым входом третьего сумматора, выход шестого регистра соединен со вторым входом третьего сумматора, а выходы сумматоров соединены соответственно с первыми входами трех выходных регистров, вторые входы которых соединены с третьим выходом блока управления, второй выход которого соединен со вторыми входами устройств выборки-хранения, четвертый выход соединен с третьими входами сумматоров, пятый выход соединен со вторыми входами первого, третьего и пятого регистров, шестой выход соединен со вторыми входами второго, четвертого и шестого регистров.To achieve this goal, a digital fluxgate magnetometer containing a master oscillator, the output of which is connected to the input of the logic unit, the first output of which is connected to the input of the sine wave shaper, the output of which is connected to the first inputs of three flux gates, the outputs of which are connected to the inputs of three selective amplifiers, the outputs of which connected to the first inputs of three sampling-storage devices, the first outputs of which are connected to the second inputs of three flux gates, and the second outputs are connected to the first inputs of ex analog-to-digital converters, six registers are introduced, three adders and three output registers, the first input of the first register and the first input of the second register are connected to the output of the first analog-to-digital converter, the first input of the third register and the first input of the fourth register are connected to the output of the second analog a digital converter, the first input of the fifth register and the first input of the sixth register are connected to the output of the third analog-to-digital converter, and the output of the first register is connected to the first input of the first sum torus, the output of the second register is connected to the second input of the first adder, the output of the third register is connected to the first input of the second adder, the output of the fourth register is connected to the second input of the second adder, the output of the fifth register is connected to the first input of the third adder, the output of the sixth register is connected to the second input of the third the adder, and the outputs of the adders are connected respectively to the first inputs of the three output registers, the second inputs of which are connected to the third output of the control unit, the second output of which is connected to orymi inputs of sample and hold device, the fourth output coupled to the third inputs of the adders, a fifth output is connected to second inputs of the first, third and fifth registers, a sixth output is connected to second inputs of the second, fourth and sixth registers.
Суть изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена блок-схема цифрового феррозондового магнитометра, на фиг.2 - эпюры напряжений схемы одного канала цифрового феррозондового магнитометра.The essence of the invention is illustrated by drawings, where Fig. 1 shows a block diagram of a digital flux-gate magnetometer, Fig. 2 - voltage diagrams of a circuit of one channel of a digital flux-gate magnetometer.
Цифровой феррозондовый магнитометр состоит из формирователя 1 синусоиды, феррозондов 2, 3, 4, избирательных усилителей 5, 6, 7, устройств выборки-хранения 8, 9, 10, аналого-цифровых преобразователей 11, 12, 13, регистров 16, 17, 18, 19, 20, 21, сумматоров 22, 23, 24, выходных регистров 25, 26, 27, логического блока 14 и задающего генератора 15. Формирователь 1 синусоиды, логический блок 14 и задающий генератор 15 являются общими для всех трех измерительных каналов.A digital fluxgate magnetometer consists of a sinusoid driver 1,
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
Измерение трех компонент вектора индукции магнитного поля производится тремя независимыми каналами X, Y и Z. Все каналы выполнены по идентичным схемам. Рассмотрим работу одного канала. Частота с задающего генератора 15 поступает на логический блок 14, в котором формируются сетки частот, поступающие на формирователь синусоиды 1 и на управление устройством выборки хранения 8. В логическом блоке 14 также формируется сигнал для управления аналого-цифрового преобразователя 11, регистров 16, 17, выходного регистра 25 и сумматора 22. В формирователе 1 цифровым способом формируется синусоидальное напряжение Uв с частотой fв=10 кГц, которое подается на обмотку возбуждения феррозонда 2. Феррозонд преобразовывает воздействующий на него внешний сигнал (проекцию вектора индукции магнитного поля на его продольную ось) в эдс переменного тока, содержащую четные гармоники частоты сигнала возбуждения. Амплитуда этой эдс пропорциональна значению индукции магнитного поля, а фаза изменяется на π радиан при изменении направления вектора индукции поля на 180°. В выходной эдс феррозонда присутствует также помеха, имеющая в спектре нечетные гармоники.The measurement of the three components of the magnetic field induction vector is carried out by three independent channels X, Y and Z. All channels are made according to identical schemes. Consider the operation of one channel. The frequency from the master oscillator 15 is fed to a logical unit 14, in which frequency grids are formed, which are supplied to the sinusoid shaper 1 and to control the storage sampling device 8. A signal for controlling the analog-to-digital converter 11, registers 16, 17, is also generated in the logical block 14 output register 25 and adder 22. In the driver 1, a sinusoidal voltage Uv is generated digitally with a frequency fv = 10 kHz, which is applied to the excitation winding of the
Избирательный усилитель 5 предназначен для выделения из общего спектра сигнала, поступающего с измерительной обмотки феррозонда 2, напряжения второй гармоники и усиления его до требуемого значения. Коэффициент усиления на резонансной частоте (fp=20 кГц) - Кр=5000. Полоса пропускания - 2Δf=1800 Гц. Коэффициент передачи на частотах первой и третьей гармоник частоты возбуждения феррозонда 2 не более 30 и 10 соответственно.The selective amplifier 5 is designed to isolate from the general spectrum of the signal coming from the measuring winding of the
Таким образом, избирательным усилителем 5 из выходной эдс феррозонда выделяется вторая гармоника 2 2fв=20 кГц, которая усиливается до значения Uф и затем подается на устройство выборки-хранения 8.Thus, the second harmonic 2 2fv = 20 kHz, which is amplified to the value of Uf and then fed to the sampling-storage device 8, is extracted by selective amplifier 5 from the output emf of the flux-gate.
С помощью логического блока 14 в устройстве выборки-хранения 8 два раза за период происходит запоминание определенного значения Uф, пропорционального соответствующей проекции вектора индукции магнитного поля. На фиг.2 показано, что измерение происходит первый раз на отрицательной полуволне измеряемого напряжения - Uоп в момент Δt и второй раз на положительной - Uпп в момент Δt+Т/2, где Т - период измеряемого напряжения. Напряжение смещения Uсм входит в измеренные значения напряжений Uоп и Uпп с разными знаками. Измеренные напряжения Uувхпп=Uном-Uсм и Uувхоп=Uном+Uсм в моменты времени Δt и Δt+Т/2 поступают на вход аналого-цифрового преобразователя 11, где преобразуются в цифровые коды Nпп=Nном-Nсм и Nоп=Nном+Nсм, пропорциональные соответствующей компоненте вектора индукции магнитного поля. Число Nпп записывается в регистр 16, а число Nоп записываются в регистр 17. Затем эти числа поступают на вход сумматора 22. В сумматоре 22 они складываются и полученная сумма, поделенная на 2 путем отбрасывания младшего разряда, записывается в выходной регистр 25. На выходе регистра 25 появляется число Nx, пропорциональное соответствующей компоненте вектора индукции магнитного поля. Затем регистры 16, 17 и 25 обнуляются и в следующем цикле измерения вычисляется следующее числовое значение Nx. В результате этих вычислений происходит исключение числа Nсм, т.е. ошибки измерения, вызванной напряжением смещения Uсм, т.к. числа Nсм входят в формулу с разными знаками и взаимно уничтожаются:Using the logical unit 14 in the sampling-storage device 8 two times during the period, a certain value of Uf is stored in proportion to the corresponding projection of the magnetic field induction vector. Figure 2 shows that the measurement occurs for the first time on the negative half-wave of the measured voltage - U op at the time Δt and the second time on the positive - U pp at the time Δt + T / 2, where T is the period of the measured voltage. The bias voltage Ucm is included in the measured voltage values U op and U pp with different signs. The measured voltages Uvh pp = Unom-Ucm and Uavh op = Unom + Ucm at the times Δt and Δt + T / 2 are input to the analog-to-digital converter 11, where they are converted into digital codes Npp = Nnom-Ncm and Nop = Nnom + Ncm proportional to the corresponding component of the magnetic field induction vector. The Npp number is recorded in register 16, and the Nop number is written in register 17. Then these numbers are fed to the input of adder 22. In adder 22 they are added up and the resulting amount divided by 2 by discarding the least significant bit is written into output register 25. At the output of the register 25, the number N x appears, which is proportional to the corresponding component of the magnetic field induction vector. Then the registers 16, 17 and 25 are reset to zero and the next numerical value N x is calculated in the next measurement cycle. As a result of these calculations, the number Ncm is excluded, i.e. measurement errors caused by bias voltage Ucm, because Ncm numbers are included in the formula with different signs and mutually destroyed:
, ,
где N - число на выходе устройства, пропорционльное соответствующей компоненте вектора индукции магнитного поля;where N is the number at the output of the device, proportional to the corresponding component of the magnetic field induction vector;
Nпп - число, соответствующее измеряемому напряжению на положительной полуволне;Npp is the number corresponding to the measured voltage at the positive half-wave;
Nоп - число, соответствующее измеряемому напряжению на отрицательной полуволне;Nop is the number corresponding to the measured voltage at the negative half-wave;
Nном - число, соответствующее измеряемому напряжению без ошибки, вызванной смещением напряжения;Nnom is the number corresponding to the measured voltage without error caused by the voltage offset;
Nсм - число, соответствующее напряжению смещения.Ncm is the number corresponding to the bias voltage.
Процессы формирования напряжения питания, выборки-хранения, аналого-цифрового преобразования, записи в регистры и суммирования синхронизированы частотой задающего генератора 15.The processes of forming the supply voltage, sample-storage, analog-to-digital conversion, writing to registers and summing are synchronized by the frequency of the master oscillator 15.
Исключение ошибки измерения с помощью схемы компенсации позволило существенно повысить точность измерения напряжений, пропорциональных компонентам вектора индукции магнитного поля.The elimination of the measurement error using the compensation scheme made it possible to significantly increase the accuracy of measuring voltages proportional to the components of the magnetic field induction vector.
Из известных заявителю патентно-информационных материалов не обнаружены признаки, сходные с совокупностью признаков заявляемого объекта.Of the patent information materials known to the applicant, no signs were found that are similar to the totality of the features of the claimed object.
Данное устройство испытано на макетном образце. Результаты испытаний свидетельствуют о достижении поставленной задачи. ОАО ИСС предполагает использовать это техническое решение на штатных изделиях.This device has been tested on a prototype. The test results indicate the achievement of the task. ISS OJSC intends to use this technical solution on standard products.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008136325/28A RU2382375C1 (en) | 2008-09-09 | 2008-09-09 | Digital ferroprobe magnetometre |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008136325/28A RU2382375C1 (en) | 2008-09-09 | 2008-09-09 | Digital ferroprobe magnetometre |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2382375C1 true RU2382375C1 (en) | 2010-02-20 |
Family
ID=42127178
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008136325/28A RU2382375C1 (en) | 2008-09-09 | 2008-09-09 | Digital ferroprobe magnetometre |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2382375C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2455656C1 (en) * | 2010-12-15 | 2012-07-10 | Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнева" | Digital ferroprobe magnetometer |
RU2475769C1 (en) * | 2011-06-16 | 2013-02-20 | Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнева" | Digital ferroprobe magnetometer |
-
2008
- 2008-09-09 RU RU2008136325/28A patent/RU2382375C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2455656C1 (en) * | 2010-12-15 | 2012-07-10 | Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнева" | Digital ferroprobe magnetometer |
RU2475769C1 (en) * | 2011-06-16 | 2013-02-20 | Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнева" | Digital ferroprobe magnetometer |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9417293B2 (en) | Magnetic field sensor linearization architecture and method | |
RU2382375C1 (en) | Digital ferroprobe magnetometre | |
RU2316781C1 (en) | Digital ferro-probe magnetometer | |
RU2455656C1 (en) | Digital ferroprobe magnetometer | |
RU2413235C1 (en) | Digital ferroprobe magnetometre | |
RU2437113C2 (en) | Digital ferroprobe magnetometre | |
RU2441250C1 (en) | Digital ferroprobe magnetometer | |
RU2380718C1 (en) | Digital ferroprobe magnetometre | |
RU2549545C2 (en) | Digital ferroprobe magnetometer | |
RU2475769C1 (en) | Digital ferroprobe magnetometer | |
RU2386976C1 (en) | Digital ferroprobe magnetometre | |
RU2503025C2 (en) | Digital fluxgate magnetometer | |
RU2657339C1 (en) | Magnetometric device with a ferromagnetic modulator | |
HU216204B (en) | Method and device for measuring small magnetic fields and small changes in magnetic fields, as well as magnetometer probe | |
SU832502A1 (en) | Method of device measuring magnetic field | |
RU2153682C1 (en) | Ferroprobe magnetometer | |
RU2382376C1 (en) | Monoblock ferroprobe magnetometre | |
SU1721549A1 (en) | Device for measuring quality factor of electric energy in three- phase networks | |
SU930138A1 (en) | Measuring dc converter | |
CN113359202B (en) | Fluxgate excitation signal generation method and fluxgate excitation circuit based on single chip microcomputer | |
SU1128209A1 (en) | Device for determination of ferrocore magnetic characteristics | |
SU530293A1 (en) | Device for studying the magnetic properties of ferromagnetic materials | |
RU2065665C1 (en) | Analog-to-code converter with induction detector | |
RU2381516C1 (en) | Hysteresis loop recorder | |
RU2149418C1 (en) | Digital device for measuring intensity of magnetic field |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150910 |