Устройство для сближения объекта с намагниченным телом

Устройство для сближения объекта с намагниченным телом

Реферат

 

Изобретение относится к магнитным измерениям и предназначено для поиска объектом немагниченных тел. Целью изобретения является сокращение времени сближения объекта с намагниченным телом. Устройство для сближения объекта с намагниченным телом выполнено в виде векторного 2 и модульного 3 магнитометров, блока 4 определения направления и точки траверза, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами векторного 2 и модульного 3 магнитометров, блока 5 навигационных датчиков, блока 6 управления объектом, первый и второй входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами блока 4 определения направления и точки траверза, третий и четвертый входы - соответственно с первым и вторым выходами блока 5 навигационных датчиков, а первый выход - с третьим входом блока 4 определения направления и точки траверза, а также блока управления 7, первый и второй входы которого соединены соответственно с вторым и третьим выходами блока 6 управления объектов. 6 ил.

Изобретение относится к магнитным измерениям и предназначено для поиска объектом намагниченных тел. Целью изобретения является сокращение времени сближения объекта с намагниченным телом. На фиг. 1 приведена траектория движения объекта в процессе сближения с намагниченным телом; на фиг. 2 функциональная схема устройства; на фиг.3 пример технической реализации блока определения направления и точки траверза; на фиг.4 временные диаграммы работы блока определения направления и точки траверза; на фиг.5 пример технической реализации блока управления объектом; на фиг.6 временные диаграммы работы блока управления объектом. Устройство для сближения объекта 1 с намагниченным телом выполнено в виде векторного 2 и модульного 3 магнитометров, выходы которых соединены с первым и вторым входами соответственно блока 4 определения направления поворота и точки траверза, а также блока 5 навигационных датчиков, выходами связанного с третьим и четвертым входами соответственно блока управления объектом, первый и второй входы которого соединены с выходами блока 4, а первый выход блока 6 связан с третьим входом блока 4. Второй и третий выходы блока 6 подключены к первому и второму входам блока управления движением 7, осуществляющего регулирование скоростью и направлением движения объекта. Устройство работает следующим образом. При прямолинейном движении объекта в магнитном поле намагниченного тела на выходах векторного 2 и модульного 3 магнитометров формируются апериодические сигналы. В интервале между точками I и II (см. фиг.1) в блоке 4 посредством сравнения знаков приращений продольной и поперечной составляющих определяется направление оси квадранта местоположения намагниченного тела по горизонтали. Это направление в блоке 4 запоминается и сигнал "Направление" передается в блок 6. В момент смены знака производной модуля поля тела (точка III на фиг.1) на втором выходе блока 4 формируется короткий импульс, по которому в блоке 6 вырабатывается управляющий сигнал поступающий в блок 7 и вызывающий такие воздействия F_х и М_y на движители объекта, которые осуществляют его поворот по курсу на угол 90^о. Причем направление поворота от первоначального курса _т сигнал о котором поступает в блок 6 из блока 5, соответствует зафиксированному в блоке 4 направлению оси квадранта. При этом в точке III траверза (см. фиг.1) по сигналу "Траверз" объект на время поворота останавливается с целью уменьшения погрешности сближения с телом за счет радиуса циркуляции при повороте на ходу. Сигнал о значении текущей скорости V_т поступает в блок 6 из блока 5. При этом во время поворота в точке траверза блок 6 вырабатывает такой сигнал V заданной скорости, что объект в точке траверза останавливается. Кроме того, выходным сигналом блока 6 "Поворот" стробируются узлы блока 4 с той целью, чтобы при повороте осей векторного магнитометра относительно вектора магнитного поля Земли на выходах блока 4 отсутствовали сбои, способные нарушить нормальную работу устройства. После выполнения поворота объект вновь начинает прямолинейное движение по новому курсу до точки IV (см. фиг.1), в которой на втором выходе блока 4 вновь вырабатывается сигнал "Траверз", по которому объект прекращает движение. При этом на выходе V блока 6 вырабатывается сигнал, останавливающий движение объекта. В точке 4 объект находится над намагниченным телом. Блок определения направления и точки IV траверза может быть выполнен (см. фиг.3) в виде соединенных с выходом продольного канала векторного магнитометра 2, первого дифференциатора 9, первого запоминающего блока 11 и прямого входа вычитающего блока 15, а также соединенных с выходом поперечного канала магнитометра 2, второго дифференциатора 10, второго запоминающего блока 16. При этом выход дифференциатора 9 соединен с входами управления записью запоминающих блоков 11 и 12, а также с входами блока задержки 14 и S-входом RS-триггера 13, а выход дифференциатора 10 соединен с R-входом RS-триггера 13, выход которого соединен с первым входом схемы совпадения 17, второй вход которой соединен с выходом блока задержки 14, а третий вход схемы совпадения 17 связан с первым выходом блока управления объектом 6. Выходы запоминающих блоков 11 и 12 соединены с вычитающими входами первого 15 и второго 16 вычитающих блоков, выходы которых соединены с входами схемы сравнения знаков 18, выходом связанной с D-входом DC-триггера 19, С-вход которого соединен с выходом схемы совпадения 17, при этом к выходу модульного магнитометра 3 подключен вход третьего дифференциатора 8. Блок 4 определения направления и точки траверза работает следующим образом (см. фиг.3 и 4). При движении объекта в магнитном поле намагниченного тела на выходах продольного Х и поперечного Y каналов векторного магнитометра 2, а также на выходе модульного магнитометра 3 формируются апериодические сигналы (диаграммы 2Х, 2Y и 3 на фиг.4 соответственно). В момент смены знака приращения продольной составляющей Х вектора поля намагниченного тела (точка I на диаграмме 2Х, соответствующая точке I на фиг.1) на выходе дифференциатора 9 формируется короткий положительный импульс (диаграмма 9) и блок определения направления начинает выполнять свои функции. Этим импульсом RS-триггер 13 переводится в единичное состояние, а также осуществляется запись текущих значений продольной Х и поперечной Y составляющих вектора поля тела в запоминающие блоки 11 и 12 соответственно (см. диаграммы 11, 12, 13). Текущие значения составляющих Х и Y с выходом магнитометра 2 поступают также на прямые входы вычитающих блоков 15 и 16, на входы вычитания которых поступают записанные в точке I значения тех же составляющих из блоков 11 и 12 соответственно. Блоки 15 и 16 представляют собой аналоговые компараторы с цифровым выходом, поэтому на их выходах присутствуют уровни "лог.0" или "лог.1" в зависимости от знака разностей между текущими и записанными значениями составляющих Х и Y. Поскольку в исходном состоянии в блоках 11 и 12 записанные сигналы соответствуют нулевому уровню, то на выходах блоков 15 и 16 и, следовательно, блока 18 при движении объекта в поле намагниченного тела наблюдаются перепады выходных сигналов, которые, однако, не мешают нормальной работе устройства. Заметим, что состояния элементов блока 4 до момента времени I не интересуют, поскольку логический элемент 17 стробирован по первому входу уровнем "лог.0" с выхода триггера 13, поэтому триггер 19 находится в исходном состоянии, так как сигнал на его синхронизирующем входе отсутствует. Сравнение знаков разностей составляющих Х и Y, т.е. сравнение логических уровней выходных сигналов блоков 15 и 16 осуществляется в блоке 18, представляющем собой логический элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и вырабатывающем на выходе уровень "лог. 1" при совпадении логических уровней на его входе (т.е. когда оба входных сигнала имеют уровни "лог.0" или "лог.1") или уровень "лог.0" при несовпадении (т. е. когда один из сигналов имеет уровень "лог.1", а другой уровень "лог. 0"). Таким образом, на выходе блока 18 присутствует цифровой сигнал в соответствии с следующими соотношениями: если знаки приращений составляющих Х и Y вектора поля тела совпадают, то тело справа и на выходе блока 18 присутствует "лог.1", если эти знаки противоположны, то тело слева и на выходе блока 18 присутствует "лог.0". Выходной сигнал блока 18 подается на D-вход DC-триггера 19, запись информации в который осуществляется по С-входу выходным импульсом схемы совпадения 17, представляющей собой логический элемент 3И-НЕ. На первый вход схемы совпадения 17 подается выходной сигнал RS-триггера 13, разрешающий прохождение через блок 17 импульса с выхода блока задержки 14. При этом на третий вход блока 17 подается стробирующий сигнал "Поворот" из блока управления 6 (см.фиг.2), запрещающий прохождение импульсов помех, наблюдающихся на выходах блоков 9, 10, 13, 14 при повороте объекта и, следовательно, осей векторного магнитометра 2 относительно вектора магнитного поля Земли. После выработки импульса на выходе дифференциатора 9 через некоторое время на выходе блока задержки 14 вырабатывается короткий положительный импульс, который, пройдя через блок 17, осуществляет запись по С-входу DC-триггера 19 информации, присутствующей на D-входе этого триггера, т.е. этим импульсом осуществляется запись (запоминание) в DC-триггере 19 направления оси квадранта местоположения намагниченного тела по горизонтали. Время задержки импульса в блоке 17 должно быть достаточным для определения квадранта в блоках 11, 12, 15, 16, 18 и при реальной скорости движения объекта порядка 1 м/с может составлять 5-10 с. При достижении объектом точки II (см. фиг.1), т.е. той точки, где приращение поперечной составляющей вектора поля тела меняет свой знак (диаграмма 2Y на фиг.4, точка II), на выходе дифференциатора 10 формируется короткий импульс, переводящий RS-триггер 13 в нулевое положение, чем запрещается прохождение сигналов через блок 17. Заметим, что триггеры 13 и 19 устанавливаются в исходное нулевое состояние импульсом 4 "Уст.0" в такой точке траектории движения объекта, где поле намагниченного тела отсутствует и не регистрируется магнитометрами 2 и 3. Таким образом, до достижения точки II и тем более точки III (см. фиг.1) на выходе DC-триггера 19 фиксируется такой логический сигнал, который соответствует направлению оси квадранта местоположения тела по горизонтали (диаграмма 19) и задает направление поворота на 90^о в блоке управления 6. После достижения точки II (см. фиг.1) объект продолжает движение до точки III, в которой изменяется знак производной модуля поля намагниченного тела (см. диаграмму 3). В этой точке на выходе третьего дифференциатора 8 (см. диаграмму 8) вырабатывается короткий положительный импульс (блок 8 представляет собой дифференциатор, аналогичный дифференциаторам 9 и 10 на фиг.3 и вырабатывает короткий положительный импульс всякий раз при изменении знака производной входного сигнала). Выходной импульс "Траверз" дифференциатора 8 поступает в блок 6 управления объектом 6 (см. фиг.2) и задает начало поворота на 90^о объекта в точке III (см. фиг.1). Таким образом, в момент достижения точки III (см. фиг.1) на выходах блока 4 (см. фиг.2) формируются сигналы "Направление" и "Траверз", которые задают соответственно направление и начало поворота на 90^о в точке III (см. фиг.1). Структурная схема и временные диаграммы работы блока управления 6 (см. фиг. 2) приведены соответственно на фиг.5 и 6 (обозначения диаграмм на фиг.6 соответствует обозначениям точек, блоком и их выходных сигналов на фиг.1-5). Блок управления объектом (см. фиг.5) может быть выполнен в виде последовательно соединенных третьего 20 и четвертого 21 Т-триггеров, на входы установки в исходное состояние которых подается импульс "Сброс", а выходы Т-триггеров 20 и 21 соединены с входами двухвходового логического элемента ИЛИ 22. При этом выход триггера 21 соединен с управляющим входом первого ключа 23, на вход которого подается сигнал заданной скорости движения V_o, а выход соединен с входом второго ключа 24, нагруженного на первый вход первого сумматора 25, на второй вход которого из блока 5 (см. фиг.2) подается сигнал текущей скорости V_т движения объекта, а выходной сигнал V сумматора 25 подается на второй вход блока управления движением 7 (см. фиг.22). Пpи этом сигнал, задающий амплитуду поворота на 90^о, поступает одновременно на вход инвертора 26 и второй вход третьего ключа 27, первый вход которого соединен с выходом инвертора 26, а на управляющий вход ключа 27 подается сигнал "Направление" из блока 4 (см. фиг.2). Выход третьего ключа 27 соединен с входом четвертого ключа 28, управляющий вход которого связан с выходом логического элемента ИЛИ 22, а выход ключа 28 подключен к первому входу второго сумматора 29, на второй вход которого из блока 5 (см. фиг.2) подается сигнал текущего курса _т движения объекта, а выходной сигнал второго сумматора 29 подается на первый вход блока управления движением 7. Причем выход сумматора 29 связан также с входом двухпорогового компаратора 30, на второй и третий входы которого подаются пороговые напряжения + и - а выход компаратора 30 (сигнал "Поворот") соединен с управляющим входом второго ключа 24, а также с третьим входом блока 4 определения направления и точки траверза (см. фиг.2). Работу блока управления 6 (см. фиг.2) рассматривают с момента поступления импульса "Траверз" из блока 4, поскольку до этого момента объект движется прямолинейно до точки III (см.фиг.1) без изменений курса и скорости движения. Следует учитывать, что к моменту получения импульса "Траверз" (см. фиг.4, диаграмма 8) сигнал "Направление" (см. фиг.4, диаграмма 19) уже зафиксирован в блоке 4 (см. выше) и ключ 27 ( см. фиг.5), задающий направление поворота на 90^о от первоначального курса уже сработал и принял положение, соответствующее сигналу "Направление", Ключ 27 в зависимости от сигнала "Направление" коммутирует к входу ключа 28 либо выход инвертора 26 с единичным коэффициентом передачи, либо прямой сигнал "90" (например, постоянное напряжение), амплитуда которого задает угол поворота объекта на 90^о. Таким образом, в зависимости от положения ключа 27 на вход ключа 28 поступает либо положительное, либо отрицательное напряжение "90^о". Ключ 28 в исходном состоянии разомкнут, поэтому переключения сигнала "Направление" (см.выше) не вызывают изменений напряжения на первом входе сумматора 29, следовательно, сигнал равен нулю и объект движется прямолинейно первоначальным курсом, не изменяя ориентации. Также следует учитывать, что Т-триггеры 20, 21 установлены в нулевое состояние импульсом "Сброс", подаваемым в дальней зоне, где поле намагниченного тела мало и не регистрируется магнитометрами 2 и 3. При поступлении импульса "Траверз" (см. фиг.6, диаграмма 8) триггер 20 переключается в единичное состояние (см. фиг.6, диаграмма 20) и на выходе логического элемента ИЛИ 22 появляется уровень "Лог.1" (см. фиг.6, диаграмма 22), переводящий ключ 28 в замкнутое состояние. При замыкании ключа 28 на первый вход сумматора 29 с выхода ключа 27 подается сигнал "90^о" (см. фиг.6, диаграмма 28) и на выходе сумматора 29 появляется сигнал рассогласования (см. фиг.6, диаграмма 29) между текущим курсом _т и заданным _т + Объект начинает поворот на 90^о, т.е. до тех пор, пока рассогласование не будет отработано и сигнал не станет равным нулю. При появлении сигнала ( на выходе сумматора 29 срабатывает двухпороговый компаратор 30 (см. фиг.6, диаграмма 30), положительный + и отрицательный пороги срабатывания которого устанавливаются из условия превышения этих порогов над амплитудой возможных помех на выходе сумматора 29 при рысканиях объекта по курсу. Выходной сигнал компаратора 30 "Поворот" поступает в блок 4 и стробирует логический элемент 17 (см.фиг.4), а также, поступая на управляющий вход ключа 24, переводит его в разомкнутое состояние (в исходном состоянии ключ 24 замкнут). Размыкание ключа 24 (см. фиг.6, диаграмма 24) снимает с первого входа сумматора 25 напряжение заданной скорости V_o, сигнал V становится равным нулю и объект на время поворота в точке III (см. фиг.1) останавливается. По окончании поворота напряжение становится равным нулю, компаратор 30 возвращается в исходное положение, ключ 24 замыкается, на первый вход сумматора 25 поступает напряжение V_o и объект начинает движение по новому курсу до точки IV (см. фиг. 6, диаграмма 3), где вновь вырабатывается импульс "Траверз", поскольку объект достигает второй точки смены знака производной модуля поля намагниченного тела. При поступлении второго импульса "Траверз" Т-триггер 20 переключается в исходное состояние, отрицательный перепад напряжения на его выходе переводит Т-триггер 21 в единичное состояние (см. фиг. 6, диаграмма 21), при этом на втором входе логического элемента 22 появляется "лог. 1", поэтому ключ 28 остается в замкнутом состоянии, что удерживает объект на новом курсе. Выходной сигнал Т-триггера 21 поступает также на управляющий вход ключа 23 и размыкает его (ключ 23 в исходном состоянии замкнут). Размыкание ключа 23 снимает с входа ключа 24 и далее с входа сумматора 25 напряжение заданной скорости V_o и объект останавливается в точке IV (см. фиг.1) над намагниченным телом.

Формула изобретения

Устройство для сближения объекта с намагниченным телом, содержащее модульный магнитометр, блок навигационных датчиков, блок управления объектом и блок управления движением, отличающееся тем, что, с целью сокращения времени сближения, в него введены векторный магнитометр и блок определения направления и точки траверза, первый и второй входы которого соединены с выходом векторного магнитометра и выходом модульного магнитометра соответственно, первый и второй выходы соединены соответственно с первым и вторым входами блока управления объектом, а третий вход с первым выходом блока управления объектом, второй и третий выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами блока управления движением, а третий и четвертый входы - соответственно с первым и вторым выходами блока навигационных датчиков.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 2-2002

Извещение опубликовано: 20.01.2002