Магнитоизмерительная система

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Гришин Сергей Александрович Недвецкий Николай Станиславович Варенов Юрий Иванович Гришин Сергей Сергеевич Мельников Виктор Павлович Соик Иван Николаевич Петюк Алексей Леонидович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси(57) Магнитоизмерительная система, содержащая первый магнитометр, включающий микроконтроллер, содержащий температурный датчик, модуль интерфейса 232, вычислительное ядро, энергонезависимую память, АЦП, ЦАП, отличающаяся тем, что введены аналогичный первому второй магнитометр, модуль коммутации, модуль питания, электрически соединенный с модулем коммутации процессорный модуль, электрически соединенный с модулем питания и модулем коммутации модуль токовых сигналов,электрически соединенный с модулем питания и процессорным модулем при этом как в первый, так и во второй магнитометры введены модули интерфейса 422, электрически соединенные с модулем коммутации и соответствующими модулями интерфейса 232 модули программного усиления, электрически соединенные с соответствующими АЦП первого и второго микроконтроллеров и -преобразователями магнитного поля по координатам ,и . 80342012.02.28 Полезная модель относится к аэрокосмической области и может применяться в решении научно-технических задач для точного измерения напряженности магнитного поля. Наиболее близким по технической сущности является устройство для мониторинга трех компонент и общего вектора магнитного поля 1. Данное устройство включает в себя три генератора Холла, подключенные к микроконтроллеру с помощью блока формирования сигнала, ЦАП и АЦП блок программного задания отдельного тока возбуждения для каждого генератора Холла, соединенный с микроконтроллером и ЦАП датчик температуры, энергонезависимую память, интерфейсный преобразователь 232, соединенные с микроконтроллером источник питания, соединенный с устройством регулирования напряжения. Данное устройство не позволяет определять значение напряженности магнитного поля с высокой точностью, что ограничивает его использование. Технической задачей является повышение точности определения напряженности магнитного поля с одновременным расширением области применения магнитоизмерительной системы. Техническим результатом является возможность точного измерения напряженности магнитного поля в широком диапазоне, возможность определения градиента магнитного поля, возможность управления токами трехкомпонентных колец Гельмгольца и катушек управления магнитной системы стабилизации и ориентации подвижных объектов для тестирования и калибровки датчиков магнитного поля и управления ориентацией подвижного объекта в магнитном поле. Магнитоизмерительная система позволяет работать в космическом пространстве. Имеется возможность соединения большого количества датчиков магнитного поля в измерительную сеть. Техническая задача решается тем, что в магнитоизмерительную систему, содержащую первый магнитометр, включающий микроконтроллер, содержащий температурный датчик, модуль интерфейса 232, вычислительное ядро, энергонезависимую память, АЦП,ЦАП, введены аналогичный первому второй магнитометр, модуль коммутации, модуль питания, электрически соединенный с модулем коммутации процессорный модуль, электрически соединенный с модулем питания и модулем коммутации модуль токовых сигналов, электрически соединенный с модулем питания и процессорным модулем при этом как в первый, так и во второй магнитометры введены модули интерфейса 422, электрически соединенные с модулем коммутации и соответствующими модулями интерфейса 232 модули программного усиления, электрически соединенные с соответствующими АЦП первого и второго микроконтроллеров и -преобразователями магнитного поля по координатам ,и . Сущность полезной модели поясняется фигурой, на которой изображена структурная схема системы, где 1 - первый магнитометр 2 - второй магнитометр 3 - -преобразователи магнитного поля по координатам ,и 4 - модуль программного усиления 5 - первый микроконтроллер 6 - второй микроконтроллер 7 - АЦП 8 - ЦАП 9 - вычислительное ядро 10 - энергонезависимая память 11 - температурный датчик 12 - модуль интерфейса 232 13 - модуль интерфейса 422 14 - модуль коммутации 2 80342012.02.28 15 - процессорный модуль 16 - модуль токовых сигналов 17 - модуль питания. Магнитоизмерительная система содержит первый 1 и второй 2 магнитометры, каждый из которых содержит модуль интерфейса 422 13, модуль программного усиления 4,электрически соединенный с соответствующими -преобразователями магнитного поля по координатам ,и 3, первый 5 и второй 6 микроконтроллеры, каждый из которых содержит температурный датчик 11, модуль интерфейса 232 12, вычислительное ядро 9, энергонезависимую память 10, АЦП 7, электрически соединенное с соответствующим модулем программного усиления 4, ЦАП 8 модуль питания 17, электрически соединенный с модулем коммутации 14 и процессорным модулем 15, электрически соединенным с модулем коммутации 14, и модуль токовых сигналов 16, электрически соединенный с модулем питания 17 модули интерфейса 422 13 первого 5 и второго 6 микроконтроллеров, электрически соединенные с модулем коммутации 14. Магнитоизмерительная система работает следующим образом. Производится калибровка первого 1 и второго 2 магнитометров, выполненных на базе интегральных преобразователей 1022 и 1021 и микроконтроллеров 8051310. Для этого могут использоваться кольца Гельмгольца. Модуль токовых сигналов 16, управляемый процессорным модулем 15, представляющим собой покупной модуль контроллера 306 в формате /104, позволяет управлять тремя независимыми токовыми сигналами. Разработанный модуль токовых сигналов 16 состоит из трех каналов регулятора тока на базе операционного усилителя 2904 и 12-битного ЦАП 5320, 12-битного АЦП 7888,микроконтроллера 8051340, модулей интерфейсов 232 и 422, реализованных на микросхемах 202 и 489 соответственно. Имеется соответствующий разъем для подключения к модулю токовых сигналов 16 трехкомпонентных колец Гельмгольца. При калибровке первый 1 и второй 2 магнитометры помещаются в кольца Гельмгольца для установки нуля напряженности поля и калибровочных коэффициентов, которые записываются в энергонезависимую память микроконтроллеров 5 и 6. При установке магнитоизмерительной системы на космический аппарат вместо колец Гельмгольца к модулю токовых сигналов 16 подключаются трехкомпонентные катушки управления магнитной системой стабилизации и ориентации. После калибровки магнитоизмерительная система в автономном режиме производит измерения напряженности магнитного поля и управление магнитной системой ориентации и стабилизации. Затем, при измерении напряженности магнитного поля, первый 1 и второй 2 магнитометры помещаются в исследуемую область. Первый 1 и второй 2 магнитометры электрически соединены с помощью кабелей с модулем коммутации 14, выполненным на базе электромагнитных реле РПС-45 и транзисторов КП 505, который, как и процессорный модуль 15, модуль питания 17, выполненный на базе преобразователей постоянного напряжения 15-2411 и 30-2412, и модуль токовых сигналов 16, располагается в отдельном корпусе. Магнитометры 1 и 2 могут быть расположены друг возле друга или располагаться на удалении. При расположении друг возле друга магнитометр 2 выполняет функцию резервирования магнитометра 1. Включение и выключение основного 1 и резервного 2 магнитометров осуществляется модулем коммутации 14 по команде процессорного модуля 15. При расположении магнитометров 1 и 2 на известном расстоянии друг от друга происходит измерение напряженности магнитного поля в двух точках и определение градиента магнитного поля. Чувствительными элементами магнитометров 1 и 2 являются -преобразователи по координатам ,и 3. На выходах -преобразователей по координатам ,и 3 возникают электрические сигналы, пропорциональные окружающему магнитному полю. Полученные сигналы усиливается модулями программного усиления 4, состоящими из 3 80342012.02.28 операционных усилителей 623 и цифровых потенциометров 8403, для дальнейшей обработки сигналов микроконтроллерами 5 и 6. Сигналы с модулей программного усиления 4 поступают на АЦП 7 микроконтроллеров 5 и 6, где происходит восстановление информации о векторах , ,и модуляхинапряженности магнитного поля программой микроконтроллеров 5 и 6, записанной в энергонезависимую память 10 микроконтроллеров 5 и 6. Для своей работы программа использует калибровочные коэффициенты, полученные при калибровке и записанные в энергонезависимую память 10. Учитывается температура окружающей среды, измеренная температурными датчиками 11, для внесения программных поправок при определении векторов , ,напряженности магнитного поля. Полученная информация записывается в энергонезависимую память 10 микроконтроллеров 5 и 6 и отправляется в виде электрических сигналов в модули интерфейса 232 12 микроконтроллеров 5 и 6, далее - в модули интерфейса 422 13,представляющие собой интегральные микросхемы 489. С модулей интерфейса 422, использующихся для возможности соединения нескольких магнитометров в измерительную цепь, информация о напряженности магнитного поля поступает на модуль коммутации 14 и далее - на процессорный модуль 15. Программа процессорного модуля 15 осуществляет анализ, обработку, хранение и передачу получаемой от магнитометров 1 и 2 информации. При изменении значений напряженности исследуемого магнитного поля процессорный модуль 15 подает управляющий сигнал на соответствующий модуль программного усиления 4 для изменения коэффициента усиления сигнала -преобразователей магнитного поля 3. Процессорный модуль 15 осуществляет также подачу управляющих сигналов на модуль коммутации 14 для включения и выключения первого 1 и второго 2 магнитометров. Питание процессорного модуля 15, модуля коммутации 14 и модуля токовых сигналов 16 осуществляется от модуля питания 17. Модуль коммутации 14 кроме функций включения и выключения магнитометров осуществляет передачу электроэнергии первому 1 и второму 2 магнитометрам от модуля питания 17. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4