УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ИНДУКЦИИ ГЕОМАГНИТНОГО ПОЛЯ

Полезная модель относится к области приборостроения, в частности к приборам, предназначенным для измерений компонент и полного вектора индукции магнитного поля Земли.
Известно устройство для определения индукции геомагнитного поля с подвижного объекта по RU 2204851 С1 от 20.05.2003, МПК G01V 3/40, F01R 33/02, включающее размещенные на объекте трехкомпонентный магнитометрический датчик с взаимно-ортогональными осями, три усилительно-преобразовательных блока, первые входы которых подключены к соответствующим выходам трехкомпонентного магнитометрического датчика, генератор переменных напряжений, первый выход которого подключен к первому входу трехкомпонентного магнитометрического датчика, а второй выход - к вторым входам усилительно-преобразовательных блоков, регистрирующий блок, первые три входа которого подключены к соответствующим выходам первого, второго и третьего усилительно-преобразовательных блоков, углоизмерительное устройство, три выхода которого подключены соответственно к четвертому, пятому и шестому входам регистрирующего блока, выполненного с возможностью синхронной регистрации сигналов, пропорциональных значениям проекций векторов магнитной индукции и углов курса, крена, тангажа объекта, и устройство обработки информации, подключенное к выходу регистрирующего блока, также устройство снабжено сумматором, у которого первый, второй и третий входы подключены к соответствующим выходам первого, второго и третьего усилительно-преобразовательных блоков, четвертый, пятый и шестой входы подключены соответственно к первому, второму и третьему выходам устройства обработки информации, а три выхода подключены соответственно к второму, третьему и четвертому входам трехкомпонентного датчика, при этом устройство обработки информации выполнено с возможностью определения параметров Пуассона, проекций вектора магнитной индукции от жесткой намагниченности объекта, индукции геомагнитного поля и формирования сигналов, пропорциональных проекциям вектора магнитной индукции от намагниченности объекта.
Известно устройство индикации геомагнитных возмущений по RU 135818 U1 от 11.06.2013, МПК G01V 3/40, F01R 33/02, содержащее трехкомпонентный магнитометрический датчик с взаимно ортогональными осями, регистрирующий блок, три усилительно-преобразовательных блока, входы которых подключены к соответствующим выходам трехкомпонентного магнитометрического датчика с взаимно ортогональными осями, первый сумматор, отличающееся тем, что дополнительно содержит квадраторы сигналов, устройство извлечения квадратного корня, вычитающее устройство, блок уставок, семь компараторов, блок ввода, четыре генератора синусоидального напряжения, второй и третий сумматоры, источник опорного напряжения и усилитель постоянного напряжения, причем выходы усилительно-преобразовательных блоков подключены соответственно к входам первого, второго и третьего квадраторов сигнала, выходы каждого из которых подключены к первому, второму и третьему соответственно входам первого сумматора, выход которого подключен к входу устройства вычисления квадратного корня, выход которого подключен к первому входу регистрирующего блока и к первому входу вычитающего устройства, выход которого подключен к первым входам семи компараторов, ко вторым входам компараторов подключены с первого по седьмой выходы соответственно блока уставок, к третьим входам семи компараторов подключены с восьмого по четырнадцатый соответственно выходы блока уставок, каждый из выходов компараторов подключен соответственно к семи входам регистрирующего блока, начиная со второго, блок ввода, первый выход которого подключен к входам первого, второго и третьего генераторов синусоидального напряжения и к первому входу усилителя постоянного напряжения, выходы генераторов синусоидального напряжения соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами второго сумматора, выход которого соединен с первым входом усилителя напряжения, выход которого соединен с первым входом третьего сумматора, второй вход усилителя напряжения подключен к выходу четвертого генератора синусоидального напряжения, второй выход блока ввода соединен с вторым входом усилителя постоянного напряжения и с третьим входом усилителя напряжения, к третьему входу усилителя постоянного напряжения подключен выход источника образцового напряжения, выход усилителя постоянного напряжения соединен с вторым входом третьего сумматора, выход которого подключен к второму входу вычитающего устройства.
Общим недостатком известных указанных устройств является сложность изготовления и отсутствие возможности автономного контроля.
Задачей полезной модели является упрощение устройства, снижение аппаратных затрат на его реализацию и обеспечение автономного контроля.
Это достигается тем, что устройство для измерения индукции геомагнитного поля содержит цифровой трехкомпонентный магнеторезестивный датчик с взаимно ортогональными осями, перепрограммируемое ПЗУ, флэш-память, часы реального времени, микроконтроллер, аккумулятор, устройство заряда аккумулятора, стабилизатор напряжения, беспроводной интерфейс передачи информации, проводной интерфейс передачи информации, разъем для подключения блока отображения информации, два выхода микроконтроллера соединены с цифровым трехкомпонентным датчиком с взаимно ортогональными осями, перепрограммируемом ПЗУ, флеш-памятью и часами реального времени, три выхода микроконтроллера соединены с беспроводным интерфейсом передачи информации, три выхода микроконтроллера соединены с проводным интерфейсом передачи информации, выход которого соединен с устройством заряда аккумулятора, два выхода микроконтроллера соединены с разъемом для подключения блока отображения информации, выход которого соединен с устройством заряда аккумулятора, один выход которого соединен со стабилизатором напряжения, а второй выход соединен с аккумулятором, выход которого соединен со стабилизатором напряжения, выход которого соединен с микроконтроллером.
Сущность устройства поясняется на фиг. 1, на котором представлена функциональная схема устройства для измерения индукции геомагнитных полей, где 1 - цифровой трехкомпонентный магнеторезистивный датчик с взаимно ортогональными осями, 2 - перепрограммируемое постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), 3 - флеш-память, 4 - часы реального времени (ЧРВ), 5 - микроконтроллер, 6 - беспроводной интерфейс ввода-вывода, 7 - проводной интерфейс ввода-вывода, 8 - разъем для подключения внешнего блока индикации и управления, 9 - устройство заряда аккумулятора, 10 - аккумулятор, 11 - стабилизатор напряжения.
Устройство работает следующим образом.
х
y
z
При воздействии внешнего геомагнитного поля (ГМП) на цифровой трехкомпонентный магнеторезистивный датчик с взаимно ортогональными осями 1, встроенный в него собственный сигнальный процессор осуществляет непрерывное измерение компонент индукции поля В, B и B. После завершения предыдущего периода измерения, автоматически запускается новый период, а полученные данные передаются в микроконтроллер 5.
Используя рассчитанные калибровочные коэффициенты, полученные в результате автоматической калибровки устройства и хранящиеся в перепрограммируемом ПЗУ 2, микроконтроллер 5 производит дополнительную обработку, фильтрацию и усреднение результатов измерения, а также вычисляет модуль вектора индукции геомагнитного поля, по формуле . Устройство имеет два режима работы: стандартный режим и режим автономной работы.
При работе устройства в стандартном режиме, микроконтроллер 5 осуществляет вывод результатов измерений посредством одного из возможных интерфейсов, выбор которого зависит от предпочтений пользователя. Всего доступны три различных интерфейса вывода. Так, в случае использования беспроводного интерфейса 6, устройством отображения будет служить мобильное устройство на одной из популярных мобильных операционных систем (ОС), посредством специального программного обеспечения (ПО). В случае использования проводного интерфейса 7, вывод данных будет осуществляться на персональный компьютер (ПК), при помощи вспомогательного ПО. Также можно воспользоваться специализированным блоком отображения информации (БОИ), при условии совместимости протоколов передачи данных БОИ и устройства, и подключаемым при помощи разъема 8.
В автономном режиме работы для осуществления измерений устройством используется встроенный аккумулятор 10. В таком режиме запись данных будет осуществляться во встроенную флеш-память 3, предназначенную для сбора и длительного хранения информации. Для идентификации данных, в память также сохраняется и время проведения измерения, определяемое при помощи часов реального времени 4. В дальнейшем, при работе в стандартном режиме, сохраненные таким образом результаты могут быть выгружены посредством одного из интерфейсов.
Питание устройства осуществляется стабилизатором напряжения 11, который обеспечивает постоянное напряжение питания, необходимое для работы всех систем, что обеспечивает стабильную работу устройства и стабильные показания, независимо от выбранного режима работы и используемого источника. Источником может служить ПК, БОИ, либо, при отсутствии внешнего подключения, встроенный аккумулятор 10. Подзарядка аккумулятора осуществляется при помощи зарядного устройства 9 и запускается автоматически при наличии внешнего источника питания.
Функционирование устройства обеспечивается встроенной микропрограммой микроконтроллера 5, управление осуществляется посредством использования одного из интерфейсов и специального ПО.
Вся обработка результатов ведется в цифровом виде при помощи алгоритмов в микропрограмме микроконтроллера 5, без использования вспомогательных электронных компонентов.
При калибровке устройства вычисляются коэффициенты для каждой компоненты X, Y и Z вектора индукции ГМП, которые сохраняются в программируемой ПЗУ 2. При запуске устройства коэффициенты будут загружены микроконтроллером 5 и использоваться для вычислений.