устройство для определения положения объекта (варианты)

Формула изобретения

1. Устройство для определения положения объекта, включающее катушку индуктивности, расположенную на объекте, два трехкомпонентных магниточувствительных датчика, девять усилительно-преобразовательных блоков, генератор переменных напряжений, и вычислительный блок, первый вход первого усилительно-преобразовательного блока подключен к выходу первого датчика, первый вход второго усилительно-преобразовательного блока подключен к второму выходу первого датчика, первый вход третьего усилительно-преобразовательного блока подключен к третьему выходу первого датчика, первый вход четвертого усилительно-преобразовательного блока подключен к первому выходу второго датчика, первый вход пятого усилительно-преобразовательного блока подключен к второму выходу второго датчика, первый вход шестого усилительно-преобразовательного блока подключен к третьему выходу второго датчика, первый выход генератора переменных напряжений подключен к вторым входам первого, второго, третьего, четвертого, пятого и шестого усилительно-преобразовательных блоков, а второй и третий выходы - к выводам катушки индуктивности, выходы всех девяти усилительно-преобразовательных блоков подключены к вычислительному блоку, отличающееся тем, что оно снабжено третьим трехкомпонентным магниточувствительным датчиком, у которого первый выход подключен к первому входу седьмого усилительно-преобразовательного блока, второй выход - к первому входу восьмого усилительно-преобразовательного блока, третий выход - к первому входу девятого усилительно-преобразовательного блока, вторые входы седьмого, восьмого и девятого усилительно-преобразовательных блоков подключены к первому выходу генератора переменных напряжений, при этом трехкомпонентные магниточувствительные датчики размещены в вершинах треугольника.

2. Устройство для определения положения объекта, включающее две катушки индуктивности с взаимно ортогональными осями, расположенные на объекте, два трехкомпонентных магниточувствительных датчика, восемнадцать усилительно-преобразовательных блоков, генератор переменных напряжений и вычислительный блок, первые входы первого и десятого усилительно-преобразовательных блоков подключены к первому выходу первого датчика, первые входы второго и одиннадцатого усилительно-преобразовательных блоков подключены к второму выходу первого датчика, первые входы третьего и двенадцатого усилительно-преобразовательных блоков подключены к третьему выходу первого датчика, первые входы четвертого и тринадцатого усилительно-преобразовательных блоков подключены к первому выходу второго датчика, первые входы пятого и четырнадцатого усилительно-преобразовательных блоков подключены к второму выходу второго датчика, первые входы шестого и пятнадцатого усилительно-преобразовательных блоков подключены к третьему выходу второго датчика, первый выход генератора переменных напряжений подключен к вторым входам первого, второго, третьего, четвертого, пятого и шестого усилительно-преобразовательных блоков, второй выход - к вторым входам десятого, одиннадцатого, двенадцатого, тринадцатого, четырнадцатого и пятнадцатого усилительно-преобразовательных блоков, третий и четвертый выходы - к выводам первой катушки индуктивности, а пятый и шестой выходы - к выводам второй катушки индуктивности, выходы всех восемнадцати усилительно-преобразовательных блоков подключены к вычислительному блоку, отличающееся тем, что оно снабжено третьим трехкомпонентным магниточувствительным датчиком, у которого первый выход подключен к первым входам седьмого и шестнадцатого усилительно-преобразовательных блоков, второй выход - к первым входам восьмого и семнадцатого усилительно-преобразовательных блоков, третий выход - к первым входам девятого и восемнадцатого усилительно-преобразовательных блоков, вторые входы седьмого, восьмого и девятого усилительно-преобразовательных блоков подключены к первому выходу генератора переменных напряжений, а вторые входы шестнадцатого, семнадцатого и восемнадцатого усилительно-преобразовательных блоков подключены к второму выходу генератора переменных напряжений, при этом трехкомпонентные магниточувствительные датчики размещены в вершинах треугольника.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для создания средств измерения координат, скорости и угловых величин объекта в автоматических системах управления. Известное устройство, реализующее способ определения положения объекта [1].

Известное устройство состоит из двух катушек индуктивности с взаимно ортогональными осями, генератора напряжений разных частот, у которого первый и второй выходы подключены к выводам первой катушки индуктивности, а третий и четвертый выходы - к выводам второй катушки индуктивности, двух трехкомпонентных датчиков, шести усилителей переменных напряжений, вход каждого из которых подключен к соответствующему выходу одного из трехкомпонентных датчиков, и двенадцати преобразовательных блоков. Параллельно соединенные первые входы первого и седьмого, второго и восьмого, третьего и девятого, пятого и одиннадцатого, шестого и двенадцатого преобразовательных блоков подключены соответственно к выходам первого, второго, третьего, четвертого, пятого шестого усилителей переменных напряжений. Вторые входы первого, второго, третьего, четвертого, пятого и шестого преобразовательных блоков подключены к пятому, а вторые входы седьмого, восьмого, девятого, десятого, одиннадцатого и двенадцатого преобразовательных блоков подключены к шестому выходу генератора напряжений разных частот. При этом обе катушки индуктивности размещены на объекте.

Известное устройство работает следующим образом. Генератор напряжений разных частот создает переменные напряжения с частотами f₁, f₂, одно из которых подается на первую катушку индуктивности, а второе напряжение подается на вторую катушку индуктивности. Токи, протекающие в катушках индуктивности, создают магнитные поля с соответствующими частотами f₁ и f₂. Магнитные поля индуктируют три переменные ЭДС в каждом из трехкомпонентных датчиков, пропорциональные составляющим векторов магнитной индукции. Эти ЭДС усиливаются усилителями переменных напряжений, которые одновременно выполняют роль согласующих узлов между датчиками и преобразовательными блоками. Каждый преобразовательный блок состоит из полосового фильтра и синхронного детектора. Полосовые фильтры первого, второго, третьего, четвертого, пятого и шестого преобразовательных блоков настроены на переменные напряжения с частотой f₁, а на синхронные детекторы этих блоков подается переменное напряжение с частотой f₁ с пятого выхода генератора напряжений разных частот. Полосовые фильтры седьмого, восьмого, девятого, десятого, одиннадцатого и двенадцатого преобразовательных блоков настроены на переменное напряжение с частотой f₂, а на синхронные детекторы этих блоков подается переменное напряжение с частотой f₂ с шестого выхода генератора напряжений разных частот. В результате этого преобразовательные блоки выделяют сигналы, пропорциональные составляющим векторов магнитной индукции, созданной катушками индуктивности в местах размещения датчиков. Синхронное детектирование обеспечивает измерение сигналов пропорционально изменению их амплитуд и фаз. По измеренным в двух точках пространства значениям составляющих векторов магнитной индукции и взаимному расположению трехкомпонентных датчиков определяют координаты катушек индуктивности, а значит и координаты объекта, и векторы дипольных магнитных моментов этих катушек, например, по алгоритму изложенному в работе [2]. Определение углового положения объекта осуществляется по направляющим косинусам векторов дипольных магнитных моментов катушек индуктивности, каждая из которых связана с объектом. Направления векторов магнитных моментов катушек индуктивности жестко связаны с осями этих катушек [3] , поэтому направляющие косинусы векторов магнитных моментов определяют и угловое положение этих катушек, а значит и объекта.

Известное техническое решение обеспечивает определение положения объекта в течение значительного времени, которое не соответствует требованиям для решения частных задач. Это обусловлено тем, что при отсутствии каких-либо сведений о местоположении объекта определение его положения осуществляется численным методом путем задания массива случайных значений координат объекта, которые могут существенно отличаться от действительных.

Известно устройство для определения положения объекта [4], которое по совокупности существенных признаков наиболее близко предлагаемому и принято за прототип. Известное устройство состоит из трех катушек индуктивности, размещенных на объекте, двух трехкомпонентных магниточувствительных датчиков, восемнадцати усилительно-преобразовательных блоков, генератора переменных напряжений и вычислительного блока. Первые входы первого, седьмого и десятого усилительно-преобразовательных блоков подключены к первому выходу первого датчика, первые входы второго, восьмого и одиннадцатого усилительно-преобразовательных блоков подключены к второму выходу первого датчика, первые входы третьего, девятого и двенадцатого усилительно-преобразовательных блоков подключены к третьему выходу первого датчика, первые входы четвертого, тринадцатого и шестнадцатого усилительно-преобразовательных блоков подключены к первому выходу второго датчика, первые входы пятого, четырнадцатого и семнадцатого усилительно-преобразовательных блоков подключены к второму выходу второго датчика, первые входы шестого, пятнадцатого и восемнадцатого усилительно-преобразовательных блоков подключены к третьему выходу третьего датчика, первый выход генератора переменных напряжений подключен к вторым входам первого, второго, третьего, четвертого, пятого и шестого усилительно-преобразовательных блоков, второй выход - к вторым входам десятого, одиннадцатого, двенадцатого, тринадцатого, четырнадцатого и пятнадцатого усилительно-преобразовательных блоков, третий и четвертый - к выводам первой катушки индуктивности, пятый и шестой - к выводам второй катушки индуктивности, седьмой и восьмой - к выводам третьей катушки индуктивности, девятый - к вторым входам седьмого, восьмого, девятого, шестнадцатого, семнадцатого и восемнадцатого усилительно-преобразовательных блоков, а выходы всех восемнадцати усилительно-преобразовательных блоков подключены к входам вычислительного блока.

Известное техническое решение работает следующим образом. В трех катушках индуктивности, подключенных к генератору переменных напряжений протекают токи разных частот f₁, f₂, f₃. В результате этого катушки индуктивности воспроизводят переменные магнитные поля с частотами, f₁, f₂, f₃. В двух трехкомпонентных магниточувствительных датчиках (например, в пассивных индукционных датчиках) по каждой из трех магниточувствительных осей соответствующего датчика индуктируются переменные ЭДС, каждая из которых пропорциональна составляющей вектора магнитной индукции, созданной катушками индуктивности с соответствующими частотами f₁, f₂, f₃. Эти ЭДС усиливаются и детектируются соответствующими усилительно-преобразовательными блоками, каждый из которых состоит из избирательного усилителя и синхронного детектора. Для этого на вторые входы усилительно-преобразовательных блоков подаются опорные напряжения с соответствующими частотами f₁, f₂, f₃ с генератора переменных напряжений, а на первые входы этих блоков подаются с соответствующих выходов трехкомпонентных датчиков переменные ЭДС. В результате этого на выходах усилительно-преобразовательных блоков будут сигналы соответствующих полярностей, пропорциональные амплитудам проекций векторов магнитной индукции на оси чувствительности датчиков. По сигналам с выходов усилительно-преобразовательных блоков и взаимному местоположению трехкомпонентных датчиков осуществляется определение в вычислительном блоке координат каждой катушки индуктивности, например, по алгоритму, изложенному в работе 12]. Три катушки индуктивности, являющиеся дипольными источниками, переменных магнитных полей, размещены на объекте в вершинах прямоугольного треугольника, катеты которого совпадают с осями декартовой системы координат. Определив координаты катушек индуктивности и зная размещение этих катушек индуктивности в декартовой системе координат, жестко связанной с объектом, находят направляющие косинусы осей этой системы координат, а следовательно, и угловое положение объекта по известному алгоритму [5].

Известное техническое решение, содержащее два трехкомпонентных магниточувствительных датчика и разнесенные в пространстве катушки индуктивности, являющиеся источниками магнитного поля, обеспечивают определение положения объекта в течение длительного времени, которое может составлять единицы секунд при использовании современных ЭВМ типа "Pentium" с тактовой частотой (500-600) МГц, что не соответствует требованиям для решения частных задач. Это обусловлено тем, что при отсутствии каких-либо сведений о местоположении объекта определение его положения осуществляется численным методом путем задания массива случайных значений координат объекта, которые могут существенно отличаться от действительных.

Задачей предлагаемого изобретения является создание устройства для определения положения объекта, отличающегося от прототипа быстродействием определения положения объекта. Поставленная задача создания устройства для определения положения объекта решается за счет измерения составляющих векторов магнитной индукции тремя трехкомпонентными датчиками, размещенными в вершинах треугольника, созданной одной и двумя катушками индуктивностями, размещенными на объекте.

Предлагаемое изобретение представляет два устройства для определения положения объекта, связанные между собой настолько, что они образуют единый изобретательский замысел.

Предлагаемое устройство для определения положения объекта (по первому варианту), включающее катушку индуктивности, расположенную на объекте, два трехкомпонентных магниточувствительных датчика, девять усилительно-преобразовательных блоков, генератор переменных напряжений и вычислительный блок, первый вход первого усилительно-преобразовательного блока подключен к первому выходу первого датчика, первый вход второго усилительно-преобразовательного блока подключен к второму выходу первого датчика, первый вход третьего усилительно-преобразовательного блока подключен к третьему выходу первого датчика, первый вход четвертого усилительно-преобразовательного блока подключен к первому выходу второго датчика, первый вход пятого усилительно-преобразовательного блока подключен к второму выходу второго датчика, первый вход шестого усилительно-преобразовательного блока подключен к третьему выходу второго датчика, первый выход генератора переменных напряжений подключен к вторым входам первого, второго, третьего, четвертого, пятого и шестого усилительно-преобразовательных блоков, а второй и третий выходы - к выводам катушки индуктивности, выходы всех девяти усилительно-преобразовательных блоков подключены к вычислительному блоку, снабжено третьим трехкомпонентным магниточувствительным датчиком, у которого первый выход подключен к первому входу седьмого усилительно-преобразовательного блока, второй выход - к первому входу восьмого усилительно-преобразовательного блока, третий выход - к первому входу девятого усилительно-преобразовательного блока, вторые входы седьмого, восьмого и девятого усилительно-преобразовательных блоков подключены к первому выходу генератора переменных напряжений, при этом трехкомпонентные магниточувствительные датчики размещены в вершинах треугольника.

Предлагаемое устройство для определения положения объекта (по второму варианту), включающее две катушки индуктивности с взаимно ортогональными осями, расположенные на объекте, два трехкомпонентных магниточувствительных датчика, восемнадцать усилительно-преобразовательных блоков, генератор переменных напряжений и вычислительный блок, первые входы первого и десятого усилительно-преобразовательных блоков подключены к первому выходу первого датчика, первые входы второго и одиннадцатого усилительно-преобразовательных блоков подключены к второму выходу первого датчика, первые входы третьего и двенадцатого усилительно-преобразовательных блоков подключены к третьему выходу первого датчика, первые входы четвертого и тринадцатого усилительно-преобразовательных блоков подключены к первому выходу второго датчика, первые входы пятого и четырнадцатого усилительно-преобразовательных блоков подключены к второму выходу второго датчика, первые входы шестого и пятнадцатого усилительно-преобразовательных блоков подключены к третьему выходу второго датчика, первый выход генератора переменных напряжений подключен к вторым входам первого, второго, третьего, четвертого, пятого и шестого усилительно-преобразовательных блоков, второй выход - к вторым входам десятого, одиннадцатого, двенадцатого, тринадцатого, четырнадцатого и пятнадцатого усилительно-преобразовательных блоков, третий и четвертый выходы - к выводам первой катушки индуктивности, а пятый и шестой выходы - к выводам второй катушки индуктивности, выходы всех восемнадцати усилительно-преобразовательных блоков подключены к вычислительному блоку, снабжено третьим трехкомпонентным магниточувствительным датчиком, у которого первый выход подключен к первым входам седьмого и шестнадцатого усилительно-преобразовательных блоков, второй выход - к первым входам восьмого и семнадцатого усилительно-преобразовательных блоков, третий выход - к первым входам девятого и восемнадцатого усилительно-преобразовательных блоков, вторые входы седьмого, восьмого и девятого усилительно-преобразовательных блоков подключены к первому выходу генератора переменных напряжений, а вторые входы шестнадцатого, семнадцатого и восемнадцатого усилительно-преобразовательных блоков подключены к второму выходу генератора переменных напряжений, при этом трехкомпонентные магниточувствительные датчики размещены в вершинах треугольника.

Применение в предлагаемом техническом решении по первому варианту трех трехкомпонентных магниточувствительных датчиков, размещенных в вершинах треугольника, девяти усилительно-преобразовательных блоков, генератора переменных напряжений, вычислительного блока, катушки индуктивности, размещенной на объекте, которые включены между собой определенным образом, и измерение проекций трех векторов магнитной индукции, созданной катушкой индуктивности в местах размещения датчиков, обеспечивает определение координат катушек индуктивности и направляющих косинусов оси этой катушки, а следовательно, и определение положения объекта, на котором размещена упомянутая катушка, в течение времени, более чем на порядок меньшего по сравнению со временем определения положения объекта техническим решением, принятым за прототип, то есть быстродействие определения положения объекта предлагаемым техническим решением более чем на порядок превышает быстродействие определения положения объекта устройством, принятым за прототип.

Применение в предлагаемом техническом решении по второму варианту трех трехкомпонентных магниточувствительных датчиков, размещенных в вершинах треугольника, восемнадцати усилительно-преобразовательных блоков, генератора переменных напряжений, вычислительного блока, включенных между собой определенным образом, двух с взаимно ортогональными осями катушек индуктивности, размещенных на объекте, которые подключены к генератору переменных напряжений, и измерение проекций шести векторов магнитной индукции, созданной двумя катушками индуктивности, в местах размещения датчиков, обеспечивает определение координат обеих катушек индуктивности и направляющих косинусов осей этих катушек, а следовательно, и определение положения объекта, на котором размещены упомянутые катушки при вращении объекта вокруг любой выбранной оси, в течение времени, более чем на порядок меньшего по сравнению со временем определения положения объекта техническим решением, принятым за прототип, то есть быстродействие определения положения объекта предлагаемым техническим решением более чем на порядок превышает быстродействие определения положения объекта устройством, принятым за прототип.

Таким образом, технический результат предлагаемого технического решения выражается в повышении быстродействия определения положения объекта по сравнению с прототипом.

Сущность предлагаемого технического решения поясняется следующими графическими материалами.

На фиг. 1 изображена структурная схема устройства для определения положения объекта по первому и второму вариантам.

На фиг. 2 изображено пространственное расположение трехкомпонентных магниточувствительных датчиков в опорной декартовой системе координат OXYZ.

Предлагаемое устройство для определения положения объекта по первому варианту (фиг. 1) состоит из трехкомпонентных магниточувствительных датчиков 1-3, оси чувствительности которых коллинеарны осям опорной декартовой системы координат OXYZ, девяти усилительно-преобразовательных блоков 4-12, генератора переменных напряжений 13, вычислительного блока 14 и катушки индуктивности 15, размещенной на объекте 16, ось которой совпадает, например, с осью O"X" декартовой системы координат O"X"Y"Z", жестко связанной с объектом 16. Первый вход блока 4 подключен к первому выходу датчика 1, первый вход блока 5 подключен к второму выходу датчика 1, первый вход блока 6 подключен к третьему выходу датчика 1, первый вход блока 7 подключен к первому выходу датчика 2, первый вход блока 8 подключен к второму выходу датчика 2, первый вход блока 9 подключен к третьему выходу датчика 2, первый вход блока 10 подключен к первому выходу датчика 3, первый вход блока 11 подключен к второму выходу датчика 3, первый вход блока 12 подключен к третьему выходу датчика 3, первый выход генератора 13 подключен к вторым входам блоков 4-12, а второй и третий выходы генератора 13 подключен к выводам катушки 15. При этом выходы A₁-A₉ блоков 4-12 подключены к входам блока 14, а датчики 1-3 размещены в вершинах треугольника.

Предлагаемое устройство для определения положения объекта по второму варианту (фиг. 1) состоит из трехкомпонентных магниточувствительных датчиков 1-3, оси чувствительности которых коллинеарны осям опорной декартовой системы координат OXYZ, восемнадцати усилительно-преобразовательных блоков 4-12 и 17-25, генератора переменных напряжений 13, вычислительного блока 14, катушки индуктивности 15, ось которой совпадает с осью O"X" декартовой системы координат O"X"Y"Z", жестко связанной с объектом 16, и катушки индуктивности 26, ось которой совпадает с осью O"Y" системы координат O"X"Y"Z".

Первые входы блоков 4 и 17 подключены к первому выходу датчика 1, первые входы блоков 5 и 18 подключены к второму выходу датчика 1, первые входы блоков 6 и 19 подключены к третьему выходу датчика 1, первые входы блоков 7 и 20 подключены к первому выходу датчика 2, первые входы блоков 8 и 21 подключены к второму выходу датчика 2, первые входы блоков 9 и 22 подключены к третьему выходу датчика 2, первые входы блоков 10 и 23 подключены к первому выходу датчика 3, первые входы блоков 11 и 24 подключены к второму выходу датчика 3, первые входы блоков 12 и 25 подключены к третьему выходу датчика 3, первый выход генератора 13 подключен к вторым входам блоков 4-12, второй выход генератора 13 подключен к вторым входам блоков 17-25, третий и четвертый выходы генератора 13 подключены к выводам катушки 15, а пятый и шестой выходы генератора 13 подключены к выводам катушки 26. При этом выходы А₁-А₉ блоков 4-12 и выходы А₁₀-A₁₈ блоков 17-25 подключены к входам блока 14, а датчики 1-3 размещены в вершинах треугольника. Один датчик 27 (фиг. 2) размещен на оси OX, второй датчик 28 размещен в начале декартовой системы координат OXYZ в точке O и третий датчик 29 размещен по оси OZ.

Предлагаемое устройство для определения положения объекта по первому варианту работает следующим образом.

Катушка 15 (фиг. 1) подключенная к генератору 13, создает переменное магнитное поле частотой f₁. В трехкомпонентных датчиках 1-3 (например, в пассивных индукционных датчиках) по каждой компоненте индуктируются переменные ЭДС, каждая из которых пропорциональна составляющей вектора магнитной индукции, созданной катушкой 15. Эти ЭДС усиливаются и детектируются блоками 4-12, каждый из которых состоит из избирательного усилителя и синхронного детектора. Для этого на вторые входы блоков 4-12 подается опорное напряжение частотой f) с первого выхода генератора 13, а на первые входы этих блоков подаются с соответствующих выходов трехкомпонентных датчиков 1-3 переменные ЭДС. В результате этого на выходах блоков 4-12 будут сигналы соответствующих полярностей, пропорциональные амплитудам соответствующих векторов магнитной индукции; c выходов блоков 4-6; с выходов блоков 7-9; с выходов блоков 10-12.

По измеренным проекциям векторов магнитной индукции, по координатам датчиков 1-3 относительно друг друга, модулям векторов магнитной индукции B₁₁, B₁₂, B₁₃ и известному модулю вектора дипольного магнитного момента M₁ катушки 15 осуществляется в блоке 14 определение приближенных значений координат (x₀, y₀, z₀) катушки 15 с погрешностью в пределах +11,5% из следующих уравнений:

[(x₀+a₁)²+(y₀+b₁)²+(z₀+c₁)²]^1/2= r₀₁₁;

(x²₀+y²₀+z²₀)^1/2= r₀₁₂;

[(x₀+a₂)²+(y₀+b₂)²+(z₀+c₂)²]^1/2= r₀₁₃;



где













_o= 410^-7 Гн/м; a₁, b₁, c₁ и a₂, b₂,c₂ - координаты датчиков 27 (фиг. 2) и 29 в системе координат OXYZ; i = 1, 2, 3; радиус-вектор i-го датчика.

Принимая координаты (X₀, Y₀, Z₀) за начальное приближение местоположения катушки 15, определим действительные значения координат и вектор магнитного момента катушки 15 по алгоритму, изложенному в работе [2]. Угловое положение катушки 15, а следовательно, и объекта 16 определим по направляющим косинусам l₁=cos ; m₁=cos ; n₁=cos вектора из следующих выражений:



где



Предлагаемое устройство для определения положения объекта по первому варианту отличается от прототипа более простым конструктивным исполнением. Действительно, в состав предлагаемого устройства, в отличие от прототипа, входят не восемнадцать усилительно-преобразовательных блоков, а - девять, не три катушки индуктивности, а - одна. Предлагаемое техническое решение по сравнению с аналогом и прототипом обеспечивает определение координат и углового положения объекта в существенно ограниченном пространстве (в окрестностях точки, расстояние от которой до действительного местоположения объекта отличается на 11,5%), что повышает быстродействие определения положения объекта более чем на порядок.

Предлагаемое устройство для определения положения объекта по второму варианту работает следующим образом.

Катушки 15 (фиг. 1) и 26, подключенные к генератору 13, создают переменные магнитные поля с соответствующими частотами f₁ и f₂. В трехкомпонентных датчиках 1-3 (например, в пассивных индукционных датчиках) по каждой компоненте индуктируются переменные ЭДС, каждая из которых пропорциональна составляющей вектора магнитной индукции, которая создана катушками 15 и 26. Эти ЭДС усиливаются и детектируются блоками 4-12 и 17-25, каждый из которых состоит из избирательного усилителя и синхронного детектора. Для этого на вторые входы блоков 4-12 подается опорное напряжение частотой f₁ с первого выхода генератора 13, а на вторые входы блоков 17-25 подается опорное напряжение частотой f₂ со второго выхода генератора 13. При этом на первые входы блоков 4-12 и 17-25 подаются с соответствующих выходов датчиков 1- 3 переменные ЭДС. В результате этого на выходах блоков 4-12 и 17- 25 будут сигналы соответствующих полярностей, пропорциональные амплитудам соответствующих векторов магнитной индукции: с выходов блоков 4-6; выходов блоков 7-9; с выходов блоков 10-12; c выходов блоков 17-19; c выходов блоков 20-22; с выходов блоков 23-25, где векторы созданы катушкой 15, а векторы созданы катушкой 26. Далее в блоке 14 осуществляется определение вектора магнитного момента катушки 15 и вектора магнитного момента катушки 26 по измеренным проекциям векторов магнитной индукции, по координатам датчиков 1-3 относительно друг друга, модулям векторов магнитной индукции В₁₁, В₁₂, В₁₃, B₂₁, В₂₂, В₂₃ и известным модулям векторов дипольных магнитных моментов М₁ катушки 15 и М₂ катушки 26, как и для устройства по первому варианту.

По векторам совпадающих с соответствующими осями O"X" и O"Y" декартовой системы координат O"X"Y"Z" (фиг. 1) в блоке 14 осуществляется определение направляющих косинусов l₁, m₁, n₁ оси O"X", направляющих косинусов l₂, m₂, n₂ оси O"Y" и направляющих косинусов l₃, m₃, n₃ оси O"Z" из следующих выражений:





l₃=m₁n₂-m₂n₁; m₃=l₂n₁-l₁n₂; n₃=l₁m₂-l₁n₂.

Оси системы координат O"X"Y"Z" жестко связаны с объектом 16, поэтому их ориентация в системе координат OXYZ также определяет положение объекта 16 в системе координат OXYZ.

Предлагаемое устройство для определения положения объекта по второму варианту по сравнению с устройством, принятым за аналог и прототип, обеспечивает определение координат и углового положения объекта в существенно ограниченном пространстве (в окрестностях точки, расстояние от которой до действительного местоположения объекта отличается на 11,5%), что повышает быстродействие определения положения объекта более чем на порядок. Кроме того, предлагаемое техническое решение по второму варианту по сравнению с техническим решением по первому варианту обеспечивает определение направляющих косинусов осей O"X", O"Y", O"Z" декартовой системы координат O"X"Y"Z", жестко связанной с объектом, что дает возможность определить не только углы курса и тангажа объекта, но и угол крена объекта.

В предлагаемом устройстве катушки индуктивности могут быть выполнены в виде мер магнитного момента, а трехкомпонентные магниточувствительные датчики могут быть реализованы из пассивных однокомпонентных индукционных датчиков [3] . Усилительно-преобразовательные блоки, каждый из которых состоит из избирательного усилителя и синхронного детектора, могут быть выполнены аналогично, как и в магнитометре [6]. Генератор переменных напряжений может быть выполнен по схеме, приведенной в работе [7]. Вычислительным блоком может служить, преобразователь измерительный многоканальный (ПИМ- 1, сертификат N 15660-96, Госстандарт России).

Литература

1. Смирнов Б.М. Магнитометрический метод определения положения объекта. Измерительная техника, 1996, N 12, c. 34-37.

2. Смирнов Б. М. Метод определения координат и магнитного момента дипольного источника поля. Измерительная техника, 1988, N 9, c. 40-42.

3. Магнитные измерения /Е.Т. Чернышев, Е.Н. Чечурина, Н.Г. Чернышева, Н. В. Студенцов. М.: Изд-во Комитета стандартов и измерительных приборов, 1969.

4. Заявка N 9911440/09 (011724) РФ МКИ G 01 R 33/02, G 01 C 21/04. Устройство для определения положения объекта /Б.М. Смирнов//Положительное решение от 14.03.2000.

5. Лаптев Г.Ф. Элементы векторного исчисления. М.: Наука, 1975, 335 c.

6. Афанасьев Ю. В. Феррозондовые приборы. Л.: Энергоатомиздат,1986, c. 117,132,135,137.

7. Гуткин B.C. Применение операционных усилителей в измерительной технике. Л.: Энергия,1975, c.67.