RU2549545C2 - Digital ferroprobe magnetometer - Google Patents
Digital ferroprobe magnetometer Download PDFInfo
- Publication number
- RU2549545C2 RU2549545C2 RU2013142035/28A RU2013142035A RU2549545C2 RU 2549545 C2 RU2549545 C2 RU 2549545C2 RU 2013142035/28 A RU2013142035/28 A RU 2013142035/28A RU 2013142035 A RU2013142035 A RU 2013142035A RU 2549545 C2 RU2549545 C2 RU 2549545C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- inputs
- output
- outputs
- digital
- sampling
- 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 for measuring magnetic field strength according to RU 2155968 C2 of 09/10/2000, MKI: G01R 33/02, comprising 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 the winding of 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 logical element And and the second reversible pulse counter, the output of the second logical element And is connected to the second inputs of the first logical 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 C1, 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 former, 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 низкая устойчивость избирательных усилителей и погрешность измерения компонент вектора индукции магнитного поля, обусловленная напряжением смещения схемы измерения.The disadvantage of this magnetometer is the low stability of selective amplifiers and 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 устойчивости схемы магнитометра и исключение ошибки измерения, вызванной паразитным напряжением смещения с помощью введения устройств выборки - хранения квадратурных напряжений и суммирующих усилителей.The objective of the present invention is to increase the stability of the magnetometer circuit and eliminate measurement errors caused by stray bias voltage by introducing sampling devices - storing quadrature voltages and summing amplifiers.
Для решения поставленной задачи в цифровой феррозондовый магнитометр, содержащий задающий генератор 15 (ЗГ), выход которого соединен с входом логического блока 14 управления (ЛБУ), первый выход которого соединен с входом формирователя синусоиды 1 (ФС), выход которого соединен с первыми входами трех феррозондов 2, 3, 4 (Ф3), выходы которых соединены с входами трех избирательных усилителей 5, 6, 7 (ИУ), первые выходы которых соединены с первыми входами трех устройств 8, 9, 10 выборки-хранения (УВХ), первые выходы которых соединены со вторыми входами трех феррозондов 2, 3, 4, а вторые входы соединены со вторым выходом логического блока 14 управления, третий выход которого соединен со вторыми входами аналого-цифровых преобразователей 11, 12, 13 (АЦП), введены три суммирующих усилителя 19, 20, 21 (СУ) и три устройства 16, 17, 18 выборки-хранения квадратурных напряжений (УВХКН), первые входы которых соединены с четвертым выходом логического блока 14 управления, вторые входы соединены со вторыми выходами избирательных усилителей 5, 6, 7, а выходы соединены со вторыми входами суммирующих усилителей 19, 20, 21, выходы которых соединены с первыми входами аналого-цифровых преобразователей 11, 12, 13, а первые входы соединены с вторыми выходами устройств 8, 9, 10 выборки хранения.To solve this problem, a digital fluxgate magnetometer containing a master oscillator 15 (ZG), the output of which is connected to the input of the logic control unit 14 (LB), the first output of which is connected to the input of the sine wave shaper 1 (FS), the output of which is connected to the first inputs of three
Суть изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена блок-схема цифрового феррозондового магнитометра, на фиг.2 - принципиальная схема одного канала цифрового феррозондового магнитометра, на фиг.3 - эпюры напряжений схемы одного канала цифрового феррозондового магнитометра.The essence of the invention is illustrated by drawings, in which Fig. 1 shows a block diagram of a digital flux-gate magnetometer, Fig. 2 is a schematic diagram of one channel of a digital flux-gate magnetometer, and Fig. 3 is a voltage diagram of a circuit of a single 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, устройств выборки-хранения квадратурных напряжений 16, 17, 18, суммирующих усилителей 19, 20, 21, аналого-цифровых преобразователей 11, 12, 13, логического блока 14 управления и задающего генератора 15. Формирователь 1 синусоиды, логический блок 14 и задающий генератор 15 являются общими для всех трех измерительных каналов.A digital flux-gate magnetometer consists of a sinusoid former 1, flux-
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 X.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 X.
Частота с задающего генератора 15 поступает на логический блок 14 управления, в котором формируются цифровые сигналы, поступающие на формирователь 1 синусоиды, на устройство 8 выборки хранения, на устройство 16 выборки хранения квадратурного напряжения и на аналого-цифровой преобразователь 11. В формирователе 1 синусоиды цифровым способом формируется синусоидальное напряжение Uв с частотой fв=10 кГц, которое подается на обмотку возбуждения феррозонда 2. Феррозонд 2 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 180º. В выходной эдс феррозонда 2 присутствует также помеха, имеющая в спектре нечетные гармоники.The frequency from the
На фиг.2 показана принципиальная схема избирательного усилителя 5, логического блока 14 управления, устройства выборки-хранения 8, устройства выборки-хранения 16 квадратурного напряжения, суммирующего усилителя 19 и аналого-цифрового преобразователя 11. 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=2500. Полоса пропускания - 2Δf=1800 Гц. Коэффициент передачи на частотах первой и третьей гармоник частоты возбуждения феррозонда не более 30 и 10 соответственно.Figure 2 shows a schematic diagram of a
Таким образом, избирательным усилителем 5 из выходной эдс феррозонда выделяется вторая гармоника 2fB=20 кГц, которая усиливается и затем подается на устройства 8 выборки-хранения и устройства 16 выборки хранения квадратурного напряжения в виде квадратурных напряжений Usin (выход U3, Фиг.2) и Ucos (выход U2, Фиг.2), равных по амплитуде.Thus, the second harmonic 2fB = 20 kHz is extracted from the output emf of the flux-gate by
С помощью логического блока 14 в устройстве 8 выборки-хранения и устройстве 16 выборки хранения квадратурного напряжения один раз за период в моменты времени Δt и Δt+T/4 происходит запоминание, в отличие от прототипа, не одного значения Usin, а двух значений Usin и Ucos. Постоянные напряжения Uувх и Uувхкн с выходов устройства 8 выборки-хранения и устройства 16 выборки-хранения квадратурного напряжения поступают на вход суммирующего усилителя 19, где суммируются и выходное напряжение суммирующего усилителя 19 подается на вход аналого-цифрового преобразователя 11, где преобразуется в цифровой код N=f(Bx), пропорциональный проекции вектора индукции магнитного поля (см. Фиг.3).Using the
В результате на выходе суммирующего усилителя 19 формируется удвоенное, по сравнению с прототипом, постоянное напряжение:As a result, the output of the
Это позволило, при одинаковом с прототипом выходном напряжении, в два раза снизить коэффициент усиления избирательного усилителя с 5000 до 2500. Одновременно с удвоением выходного напряжения, что следует из формулы (1), происходит компенсация паразитных напряжений смещения, которые присутствуют в квадратурных напряжениях Usin и Ucos и имеют разные знаки.This allowed, at the same output voltage as the prototype, to halve the gain of the selective amplifier from 5000 to 2500. Simultaneously with the doubling of the output voltage, which follows from formula (1), the parasitic bias voltages that are present in the quadrature voltages Usin and Ucos and have different signs.
Процессы формирования синусоиды, выборки-хранения и аналого-цифрового преобразования синхронизированы частотой генератора 15. Положение выборок (Δt и Δt+T/4) на синусоидах Usin и Ucos определяется логическим блоком 14 исходя из условия необходимой крутизны выходной характеристики магнитометра и равенства выборок квадратурных напряжений Usin и Ucos.The processes of forming a sinusoid, sample-storage and analog-to-digital conversion are synchronized by the frequency of the
Для стабилизации коэффициента передачи каждый канал охвачен цепью отрицательной обратной связи по полю. Сигнал отрицательной обратной связи берется с выходов устройств выборки-хранения 8, 9, 10 и подается на обмотки обратной связи феррозондов.To stabilize the transmission coefficient, each channel is covered by a negative field feedback circuit. The negative feedback signal is taken from the outputs of the sample-
Введение в схему магнитометра трех устройств 16, 17, 18 выборки-хранения квадратурных напряжений и трех суммирующих усилителей 19, 20, 21 позволило скомпенсировать паразитные напряжения смещения и в два раза снизить коэффициент усиления избирательного усилителя. Особенно важно, что при снижении коэффициента усиления избирательного усилителя возрастает устойчивость всей измерительной схемы магнитометра.The introduction into the magnetometer circuit of three
Исключение ошибки измерения, вызванной паразитным напряжением смещения, позволило существенно повысить точность измерения напряжений, пропорциональных компонентам вектора индукции магнитного поля.The elimination of the measurement error caused by the stray bias voltage, significantly improved the accuracy of measuring stresses 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.
Выполнено электронное моделирование схемы устройства в среде пакета OrCAD 16.3. Результаты моделирования свидетельствуют о достижении поставленной задачи. ОАО ИСС предполагает использовать это техническое решение на штатных изделиях.The electronic simulation of the device circuit in the environment of the OrCAD 16.3 package is performed. The simulation 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 |
---|---|---|---|
RU2013142035/28A RU2549545C2 (en) | 2013-09-13 | 2013-09-13 | Digital ferroprobe magnetometer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013142035/28A RU2549545C2 (en) | 2013-09-13 | 2013-09-13 | Digital ferroprobe magnetometer |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2013142035A RU2013142035A (en) | 2015-03-20 |
RU2549545C2 true RU2549545C2 (en) | 2015-04-27 |
Family
ID=53285530
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013142035/28A RU2549545C2 (en) | 2013-09-13 | 2013-09-13 | Digital ferroprobe magnetometer |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2549545C2 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU721783A1 (en) * | 1977-11-04 | 1980-03-15 | Пензенский Политехнический Институт | Digital ferroprobe magnetometer |
US5939881A (en) * | 1997-11-13 | 1999-08-17 | Raytheon Company | High dynamic range digital fluxgate magnetometer |
RU2316781C1 (en) * | 2006-06-07 | 2008-02-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение прикладной механики им. акад. М.Ф. Решетнева" | Digital ferro-probe magnetometer |
RU2441250C1 (en) * | 2010-05-17 | 2012-01-27 | Открытое акционерное общество "Информационные спуниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнева" | Digital ferroprobe magnetometer |
-
2013
- 2013-09-13 RU RU2013142035/28A patent/RU2549545C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU721783A1 (en) * | 1977-11-04 | 1980-03-15 | Пензенский Политехнический Институт | Digital ferroprobe magnetometer |
US5939881A (en) * | 1997-11-13 | 1999-08-17 | Raytheon Company | High dynamic range digital fluxgate magnetometer |
RU2316781C1 (en) * | 2006-06-07 | 2008-02-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение прикладной механики им. акад. М.Ф. Решетнева" | Digital ferro-probe magnetometer |
RU2441250C1 (en) * | 2010-05-17 | 2012-01-27 | Открытое акционерное общество "Информационные спуниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнева" | Digital ferroprobe magnetometer |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2013142035A (en) | 2015-03-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Wang et al. | Design and characterization of a low-cost self-oscillating fluxgate transducer for precision measurement of high-current | |
Yang et al. | A new compact fluxgate current sensor for AC and DC application | |
RU2316781C1 (en) | Digital ferro-probe magnetometer | |
RU2549545C2 (en) | Digital ferroprobe magnetometer | |
RU2441250C1 (en) | Digital ferroprobe magnetometer | |
Setiadi et al. | Sideband sensitivity of fluxgate sensors theory and experiment | |
RU2437113C2 (en) | Digital ferroprobe magnetometre | |
RU2455656C1 (en) | Digital ferroprobe magnetometer | |
Schuster | Thermal measurement of ac power in comparison with the electrodynamic method | |
Marszalek | Maxwell-Wien bridge with vector voltmeter system for measurement small and rapid changes in inductive-loop sensor impedance components | |
RU2382375C1 (en) | Digital ferroprobe magnetometre | |
RU2380718C1 (en) | Digital ferroprobe magnetometre | |
Grandi et al. | Magnetic-field transducer based on closed-loop operation of magnetic sensors | |
RU2413235C1 (en) | Digital ferroprobe magnetometre | |
RU2541720C1 (en) | Compensation-type accelerometer | |
RU2503025C2 (en) | Digital fluxgate magnetometer | |
RU2475769C1 (en) | Digital ferroprobe magnetometer | |
RU2386976C1 (en) | Digital ferroprobe magnetometre | |
Bierzychudek et al. | Application of robust control to a cryogenic current comparator | |
RU143663U1 (en) | DEVICE FOR MEASURING ELECTRIC CONDUCTIVITY OF A LIQUID | |
RU2582496C1 (en) | Device for measuring conductive liquids | |
RU2381516C1 (en) | Hysteresis loop recorder | |
RU2539726C1 (en) | Ferroprobe magnetometer and method to measure components of induction of magnetic field by means of vector compensation | |
RU2579868C1 (en) | Method of measuring weber-ampere characteristics of electrotechnical article and device therefor | |
RU106002U1 (en) | FERROSENDER MAGNETOMETER |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200914 |