RU190429U1 - DEVICE FOR MEASURING AZIMUTA - Google Patents
DEVICE FOR MEASURING AZIMUTA Download PDFInfo
- Publication number
- RU190429U1 RU190429U1 RU2018136915U RU2018136915U RU190429U1 RU 190429 U1 RU190429 U1 RU 190429U1 RU 2018136915 U RU2018136915 U RU 2018136915U RU 2018136915 U RU2018136915 U RU 2018136915U RU 190429 U1 RU190429 U1 RU 190429U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sensors
- axis
- angles
- accelerometers
- housing
- Prior art date
Links
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 16
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 claims description 27
- 239000013598 vector Substances 0.000 claims description 27
- 230000005358 geomagnetic field Effects 0.000 claims description 10
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 9
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B47/00—Survey of boreholes or wells
- E21B47/02—Determining slope or direction
- E21B47/022—Determining slope or direction of the borehole, e.g. using geomagnetism
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C9/00—Measuring inclination, e.g. by clinometers, by levels
- G01C9/02—Details
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Geology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Geophysics (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
Abstract
Использование: измерение магнитного азимута подвижных объектов. Цель: расширение функциональных возможностей, повышение точности измерений и технологичности конструкции устройства. Сущность полезной модели: устройство содержит три акселерометра 1, 2, 3 и три магнитометрических датчика 4, 5, 6, все датчики установлены в цилиндрическом корпусе 7 и размещены таким образом, что каждый акселерометр и каждый магнитометрический датчик могут быть совмещены с соседними однотипными датчиками путем перемещения вдоль оси корпуса и поворота вокруг этой оси на ±120° или только путем поворота вокруг оси корпуса на ±120°, при этом для уменьшения влияния акселерометров на работу магнитометрических датчиков акселерометры и магнитометрические датчики могут быть развернуты относительно оси корпуса на различные углы. 4 ил.Use: measurement of magnetic azimuth of moving objects. Purpose: expansion of functionality, improvement of measurement accuracy and manufacturability of the device design. The essence of the utility model: the device contains three accelerometers 1, 2, 3 and three magnetometric sensors 4, 5, 6, all sensors are installed in a cylindrical housing 7 and placed in such a way that each accelerometer and each magnetometric sensor can be combined with adjacent sensors of the same type displacement along the axis of the housing and rotation around this axis by ± 120 ° or only by rotation around the axis of the housing by ± 120 °, while reducing accelerometers and magnetometric measurements to reduce the effect of accelerometers on the operation of magnetometric sensors Sky sensors can be deployed relative to the axis of the housing at different angles. 4 il.
Description
Полезная модель относится к области контроля ориентации подвижных объектов и может быть использована при построении инклинометров, компасов и магнитометров различного назначения.The utility model relates to the field of controlling the orientation of moving objects and can be used in the construction of inclinometers, compasses and magnetometers for various purposes.
Известен датчик для измерения азимута в скважине, содержащий три феррозонда, расположенные в кольцеобразном корпусе таким образом, что их оси чувствительности образуют между собой углы 120° и лежат в параллельных плоскостях, перпендикулярных оси корпуса, а центры феррозондов находятся на оси корпуса [Авторское свидетельство №605950, Е21В 47/022, БИ №17, 1978].A well-known sensor for measuring the azimuth in a well, containing three ferrosonde, located in an annular body in such a way that their sensitivity axes form 120 ° angles between themselves and lie in parallel planes perpendicular to the axis of the body, and the centers of the fluxglobes are on the axis of the body. 605950, E21B 47/022, BI No. 17, 1978].
Недостаток датчика состоит в том, что расположение осей чувствительности феррозондов в параллельных плоскостях позволяет измерять только проекцию вектора геомагнитного поля на плоскость, параллельную плоскостям расположения осей чувствительности феррозондов, а не полный вектор. Кроме этого, недостатком датчика является сложность конструкции, обусловленная применением трех феррозондов, в то время как для измерения азимута в данном случае достаточно использовать только два феррозонда, упростив тем самым конструкцию датчика и схемы преобразования сигналов феррозондов.The disadvantage of the sensor is that the location of the axes of sensitivity of the flux-probes in parallel planes allows you to measure only the projection of the geomagnetic field vector on a plane parallel to the planes of the axes of sensitivity of the flux-probes, and not the full vector. In addition, the disadvantage of the sensor is the complexity of the design, due to the use of three flux-probes, while for measuring the azimuth in this case it is sufficient to use only two flux-probes, thereby simplifying the design of the sensor and the flux-signal conversion circuit.
Известен датчик магнитного азимута, включающий в себя три закрепленных в цилиндрическом корпусе стержневых феррозонда, оси чувствительности которых образуют с продольной осью корпуса одинаковые углы, значения которых меньше 57,36°, а углы между проекциями осей чувствительности феррозондов на плоскость поперечного сечения корпуса составляют 120° [Патент РФ №2018646, Е21В 47/02, БИ №16, 1994].A magnetic azimuth sensor is known that includes three core ferrosonde mounted in a cylindrical body, the sensitivity axes of which form equal angles with the longitudinal axis of the body, the values of which are less than 57.36 °, and the angles between the projections of the sensitivity axes of the magnetic fluxes on the plane of the cross section of the body are 120 ° [The patent of the Russian Federation No. 201464, Е21В 47/02, BI No. 16, 1994].
По сравнению с предыдущим аналогом этот датчик обеспечивает измерение полного вектора геомагнитного поля, но имеет большие габаритные размеры, т.к. для исключения взаимного влияния феррозонды располагаются на некотором расстоянии друг от друга, что увеличивает длину корпуса датчика. Кроме этого, недостатком датчика является то, что сам по себе он не может измерять магнитный азимут, т.к. для этого нужны данные об его ориентации относительно вертикали местности, которые могут быть получены только от дополнительного датчика.Compared with the previous analogue, this sensor provides a measurement of the full vector of the geomagnetic field, but has large overall dimensions, since to exclude mutual influence, the flux-probes are arranged at a certain distance from each other, which increases the length of the sensor body. In addition, the disadvantage of the sensor is that by itself it cannot measure the magnetic azimuth, since this requires data on its orientation relative to the vertical of the terrain, which can only be obtained from an additional sensor.
Известен также магнитометрический датчик, содержащий три закрепленных в цилиндрическом корпусе одинаковых феррозонда, оси чувствительности которых образуют с продольной осью корпуса одинаковые углы, а углы между проекциями осей чувствительности феррозондов на плоскость поперечного сечения корпуса составляют 120°. При этом каждый из феррозондов может быть совмещен с соседними феррозондами путем поворота вокруг продольной оси корпуса на угол ±120° [Патент РФ №2235200, Е21В 47/02, БИ №24, 2004].Also known is a magnetometric sensor containing three identical fluxgates fixed in a cylindrical housing, the sensitivity axes of which form the same angles with the longitudinal axis of the housing, and the angles between the projections of the sensitivity axes of the fluxing probes on the plane of the cross section of the housing are 120 °. In addition, each of the flux-probes can be combined with the neighboring flux-probes by turning around the longitudinal axis of the body through an angle of ± 120 ° [RF Patent №2235200, EV 47/02, BI No. 24, 2004].
По сравнению с известными устройствами, выполненными на основе магнитных первичных преобразователей и измеряющими полный вектор геомагнитного поля, этот датчик имеет наименьшие габаритные размеры, что позволяет создавать на его основе миниатюрные магнитометрические устройства.Compared with the known devices made on the basis of magnetic primary transducers and measuring the full vector of the geomagnetic field, this sensor has the smallest overall dimensions, which allows you to create on its basis miniature magnetometric devices.
Недостаток датчика состоит в том, что он может быть использован для определения магнитного азимута только в комплекте с дополнительными датчиками, определяющими положение подвижного объекта относительно вертикали местности. Сам по себе магнитометрический датчик может измерять только координаты вектора геомагнитного поля в системе координат, связанной с корпусом датчика, и длину вектора геомагнитного поля, т.е. обладает ограниченными функциональными возможностями.The disadvantage of the sensor is that it can be used to determine the magnetic azimuth only complete with additional sensors that determine the position of the moving object relative to the vertical of the terrain. By itself, a magnetometer sensor can measure only the coordinates of the geomagnetic field vector in the coordinate system associated with the sensor body, and the length of the geomagnetic field vector has limited functionality.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству для измерения азимута является гравиметрический датчик, принятый в качестве прототипа и содержащий три закрепленных в цилиндрическом корпусе одинаковых акселерометра, оси чувствительности которых образуют с продольной осью корпуса одинаковые углы, и каждый из акселерометров может быть совмещен с соседними акселерометрами путем перемещения вдоль оси корпуса и поворота вокруг этой оси на ±120° [Патент на полезную модель №37523, Е21В 47/02, БИ №12, 2004].The closest in technical essence to the claimed device for measuring azimuth is a gravimetric sensor, adopted as a prototype and containing three identical accelerometers fixed in a cylindrical case, the sensitivity axes of which form the same angles with the longitudinal axis of the case, and each of the accelerometers can be combined with adjacent accelerometers by moving along the axis of the body and turning around this axis by ± 120 ° [Utility Model Patent No. 37523, Е21В 47/02, BI No. 12, 2004].
В связи с тем, что азимута подвижного объекта, он отсчитывается от магнитного или географического меридианов при повороте его вокруг вертикальной оси, представляющей собой гравитационную вертикаль местности, устройства для измерения азимута всегда включают в себя гравиметрические датчики, отслеживающие положение подвижного объекта относительно вертикали. Поэтому, именно гравиметрический датчик, как базовый датчик любого устройства для измерения азимута, был выбран в качестве прототипа предлагаемого технического решения.Due to the azimuth of a moving object, it is measured from the magnetic or geographical meridians when it rotates around a vertical axis, which represents the gravitational vertical of the area, devices for measuring azimuth always include gravimetric sensors that track the position of the moving object relative to the vertical. Therefore, it is the gravimetric sensor, as the base sensor of any device for measuring azimuth, was chosen as the prototype of the proposed technical solution.
Недостаток данного гравиметрического датчика состоит в том, что, как и известные датчики магнитного поля, он позволяет определять ориентацию подвижного объекта только относительно одного вектора геофизического поля, в данном случае вектора гравитационного поля, в то время как для определения пространственной ориентации объекта требуется измерение двух векторов.The disadvantage of this gravimetric sensor is that, like the known magnetic field sensors, it allows you to determine the orientation of a moving object only with respect to one vector of the geophysical field, in this case the vector of the gravitational field, while measuring two vectors is required to determine the spatial orientation of the object .
При размещении акселерометров этом датчике использован тот же подход, что и при размещении магнитометрических датчиков в известных устройствах. Однако он существенно отличается от них своей физической сущностью и функциональным назначением, которые состоят в измерении вектора гравитационного, а не геомагнитного поля.When placing accelerometers, this sensor uses the same approach as when placing magnetometric sensors in known devices. However, it differs significantly from them in its physical essence and functional purpose, which consist in measuring the gravitational vector, not the geomagnetic field.
Полезная модель решает задачи расширения функциональных возможностей гравиметрического датчика и повышения при этом точности измерений и технологичности его конструкции.The utility model solves the problem of expanding the functionality of a gravimetric sensor and at the same time increasing the measurement accuracy and the manufacturability of its design.
Технический результат от применения заявляемого устройства для измерения азимута по сравнению с аналогичными устройствами, содержащими трехкомпонентные гравиметрические и магнитометрические датчики, состоит в относительном уменьшении размеров устройства за счет применения датчиков с наименьшими габаритными размерами и увеличении точности измерений за счет относительного разворота датчиков вокруг оси корпуса, позволяющего уменьшить влияние гравиметрических датчиков на работу магнитометрических датчиков.The technical result from the use of the claimed device for measuring azimuth compared to similar devices containing three-component gravimetric and magnetometric sensors consists in a relative decrease in the size of the device due to the use of sensors with the smallest dimensions and an increase in the measurement accuracy due to the relative rotation of the sensors around the axis of the body, allowing reduce the influence of gravimetric sensors on the operation of magnetometric sensors.
Решение указанных задач достигается тем, что в устройство для измерения азимута, содержащее три одинаковых акселерометра, у которых оси чувствительности образуют с продольной осью цилиндрического корпуса одинаковые углы, значения которых находятся в пределах [Δ1, 90° - δ1] и [90° + δ1, 180° - Δ1], где Δ1, δ1 - углы, обуславливающие допустимую погрешность измерения вектора гравитационного поля, а углы между проекциями осей чувствительности на плоскость поперечного сечения корпуса составляют 120°, введены три одинаковых магнитометрических датчика (феррозонда), у которых оси чувствительности образуют с осью корпуса также одинаковые углы, значения которых лежат в пределах [Δ2, 90°-δ2] и [90°+δ2, 180°-Δ2], где Δ2, δ2 - углы, определяющие допустимую погрешность измерения вектора геомагнитного поля, углы между проекциями осей чувствительности на плоскость поперечного сечения корпуса составляют 120° и каждый из магнитометрических датчиков может быть совмещен с соседними магнитометрическими датчиками путем поворота вокруг оси корпуса на ±120°, при этом каждый из акселерометров также может быть совмещен с соседними акселерометрами путем поворота вокруг оси корпуса на ±120°, а акселерометры и магнитометрические датчики могут иметь различные углы разворотов относительно оси корпуса.The solution of these problems is achieved by the fact that the device for measuring azimuth, containing three identical accelerometers, in which the sensitivity axes form the same angles with the longitudinal axis of the cylindrical body, the values of which are within [Δ 1 , 90 ° - δ 1 ] and [90 ° + δ 1 , 180 ° - Δ 1 ], where Δ 1 , δ 1 are the angles causing the permissible error of measurement of the gravitational field vector, and the angles between the projections of the sensitivity axes onto the cross section plane of the body are 120 °, three identical magnetometric sensors are introduced ka (ferrozond), in which the axes of sensitivity form the same angles with the axis of the body, the values of which lie within [Δ 2 , 90 ° -δ 2 ] and [90 ° + δ 2 , 180 ° -Δ 2 ], where Δ 2 , δ 2 - angles that determine the permissible error of measurement of the geomagnetic field vector, the angles between the projections of the sensitivity axes on the plane of the cross section of the body are 120 ° and each of the magnetometric sensors can be combined with adjacent magnetometric sensors by turning around the axis of the body by ± 120 °, with In this case, each accelerometer can also It is combined with adjacent accelerometers by rotating around the axis of the body by ± 120 °, while accelerometers and magnetometric sensors can have different angles of rotation relative to the axis of the body.
Предлагаемое устройство совмещает в себе трехкомпонентные гравиметрические и магнитометрические датчики. В качестве гравиметрических датчиков в нем используются акселерометры, а в качестве магнитометрических датчиков могут быть использованы феррозонды или магниторезистивные датчики. Благодаря своему расположению в корпусе как гравиметрические, так и магнитометрические датчики обладают минимально возможными габаритными размерами, в связи с чем данное устройство имеет наименьшие размеры среди аналогичных устройств с таким же набором датчиков.The proposed device combines a three-component gravimetric and magnetometric sensors. Accelerometers are used as gravimetric sensors, and flux-probes or magnetoresistive sensors can be used as magnetometric sensors. Due to its location in the housing, both gravimetric and magnetometric sensors have the smallest possible overall dimensions, in connection with which this device has the smallest dimensions among similar devices with the same set of sensors.
За счет объединения в себе функций входящих в него датчиков устройство приобретает отсутствующие у ближайших аналогов необходимые функции и обеспечивает полный контроль ориентации подвижных объектов относительно поверхности Земли.By combining the functions of the sensors included in it, the device acquires the necessary functions missing from the nearest analogues and provides full control over the orientation of moving objects relative to the surface of the Earth.
Существенное отличие предлагаемого устройства состоит в относительном развороте групп гравиметрических и магнитометрических датчиков вокруг продольной оси корпуса. Благодаря этому без увеличения длины корпуса обеспечивается снижение магнитного влияния конструкций гравиметрических датчиков на работу магнитометрических датчиков и соответственно увеличивается точность измерений вектора геомагнитного поля. В известных устройствах такая задача решается только путем разнесения гравиметрических и магнитометрических датчиков вдоль оси корпуса на необходимое расстояние и приводит к увеличению габаритных размеров устройств. Кроме этого, относительный разворот датчиков в некоторых случаях способствует оптимизации конструкции устройства.The essential difference of the proposed device consists in the relative reversal of the groups of gravimetric and magnetometric sensors around the longitudinal axis of the housing. Due to this, without increasing the length of the body, the magnetic influence of the structures of gravimetric sensors on the operation of the magnetometric sensors is reduced and the accuracy of measurements of the geomagnetic field vector accordingly increases. In known devices, this problem is solved only by separating the gravimetric and magnetometric sensors along the axis of the housing for the required distance and leads to an increase in the overall dimensions of the devices. In addition, the relative rotation of the sensors in some cases helps to optimize the design of the device.
В предлагаемом устройстве пары датчиков, включающих в себя один акселерометр и один магнитометрический датчик, могут быть расположены на отдельных плоскостях, параллельных оси корпуса. При этом возрастает технологичность устройства за счет одинаковой обработки при изготовлении трех одинаковых поверхностей, повернутых друг относительно друга на 120°, а относительный разворот гравиметрических и магнитометрических датчиков вокруг оси корпуса достигается простым смещением каждой пары датчиков в указанных плоскостях в направлениях, перпендикулярных оси корпуса. Последний прием является новым и неочевидным решением задачи повышения точности за счет относительного разворота датчиков.In the proposed device, a pair of sensors, including one accelerometer and one magnetometric sensor, can be located on separate planes parallel to the axis of the housing. This increases the manufacturability of the device due to the same processing in the manufacture of three identical surfaces rotated relative to each other by 120 °, and the relative rotation of gravimetric and magnetometric sensors around the axis of the housing is achieved by simply displacing each pair of sensors in these planes in directions perpendicular to the axis of the housing. The latter technique is a new and not obvious solution to the problem of increasing accuracy due to the relative rotation of the sensors.
Кроме того, датчики в предлагаемом устройстве могут быть расположены таким образом, что геометрические центры их корпусов будут находиться в одной плоскости и каждый из акселерометров будет расположен между соседними магнитометрическими датчиками. В этом случае предлагаемое устройство в сравнении со всеми известными аналогичными устройствами будет иметь наименьший габаритный размер вдоль оси корпуса.In addition, the sensors in the proposed device can be located so that the geometric centers of their buildings will be in the same plane and each of the accelerometers will be located between adjacent magnetometric sensors. In this case, the proposed device in comparison with all known similar devices will have the smallest overall dimension along the axis of the housing.
На фиг. 1-3 представлены конструкции устройства для измерения азимута с различными вариантами расположения датчиков, а на фиг. 4 - график зависимости коэффициента, характеризующего погрешность измерения векторов геофизических полей, от углов наклона осей чувствительности датчиков к оси корпуса.FIG. 1-3 shows the construction of the device for measuring azimuth with various types of sensor arrangements, and in FIG. 4 is a graph of the dependence of the coefficient characterizing the measurement error of the vectors of geophysical fields on the angles of inclination of the sensitivity axes of the sensors to the axis of the hull.
Устройство для измерения азимута содержит трехкомпонентный гравиметрический датчик, включающий в себя три акселерометра 1, 2, 3, и трехкомпонентный магнитометрический датчик, состоящий из трех однокомпонентных магнитометрических датчиков 4, 5, 6, в качестве которых используются феррозонды или магниторезистивные датчики. Все датчики размещаются в цилиндрическом корпусе 7 (фиг. 1).The device for measuring azimuth contains a three-component gravimetric sensor, which includes three
В данном устройстве уменьшение влияния акселерометров на работу магнитометрических датчиков достигается не только удалением последних от акселерометров на расстояние L, но и относительным их разворотом вокруг оси корпуса, т.к. относительный разворот датчиков при неизменном значении L позволяет дополнительно увеличить расстояния между акселерометрами и соответствующими магнитометрическими датчиками тем самым дополнительно снизить влияние акселерометров и увеличить точность измерений.In this device, reducing the effect of accelerometers on the operation of magnetometric sensors is achieved not only by removing the latter from the accelerometers at a distance L, but also by their relative rotation around the axis of the body, since The relative rotation of the sensors at a constant value of L makes it possible to further increase the distances between the accelerometers and the corresponding magnetometric sensors, thereby further reducing the effect of the accelerometers and increasing the measurement accuracy.
Оси чувствительности акселерометров образуют с продольной осью корпуса одинаковые углы γ1, а оси чувствительности магнитометрических датчиков - также одинаковые углы γ2. При этом каждый датчик может быть совмещен с соответствующими однотипными соседними датчиками путем поворота вокруг оси корпуса 7 на ±120°.The axes of sensitivity of accelerometers form the same angles γ 1 with the longitudinal axis of the case, and the axes of sensitivity of the magnetometer sensors also form the same angles γ 2 . In addition, each sensor can be combined with the corresponding neighboring sensors of the same type by turning around the axis of the
Значения углов γ1 и γ2 выбираются в пределах [Δi, 90°-δi] и [90°+δi, 180°-Δi], где для акселерометров соответственно i=1, для магнитометрических датчиков i=2, a Δi, δi - углы, обуславливающие допустимые погрешности измерения векторов соответствующих физических полей.The values of the angles γ 1 and γ 2 are selected within [Δ i , 90 ° –δ i ] and [90 ° + δ i , 180 ° –Δ i ], where i = 1 for accelerometers, respectively, i = 2 for magnetometric sensors, a Δ i , δ i - angles that determine the permissible errors of measurement of the vectors of the corresponding physical fields.
Ориентация осей чувствительности однотипных датчиков в устройстве описывается общим операторомThe orientation of the sensitivity axes of the same type sensors in the device is described by a common operator.
где βi - угол относительного поворота датчиков вокруг оси корпуса в системе координат, связанной с корпусом устройства (фиг. 1). В связи с этим ориентация осей чувствительности акселерометров 
При этом векторы сигналов акселерометров и магнитометрических датчиков определяются уравнениямиIn this case, the vectors of the signals of accelerometers and magnetometric sensors are determined by the equations
uG=Ng, uM=Mh, (3) где 
В процессе работы устройства измеряются текущие значения сигналов датчиков, которые посредством преобразования с помощью операторов N-1, М-1, имеющих матрицы, обратные матрицам (2), позволяют определить единичные векторы измеряемых физических полейDuring operation of the device, the current values of the sensor signals are measured, which, by means of transformation using the operators N -1 , M -1 having matrices inverse to the matrices (2), allow to determine the unit vectors of the measured physical fields
Координаты этих векторов используются в дальнейшем для вычисления азимута подвижного объекта.The coordinates of these vectors are used further to calculate the azimuth of the moving object.
Если направление движения объекта, на котором установлено устройство для измерения азимута, совпадает с осью Z принятой системы координат (фиг. 1), то магнитный азимут объекта вычисляется по формуле 
С целью повышения технологичности и упрощения конструкции устройства каждая пара датчиков, включающая один акселерометр и один магнитометрический датчик, может быть размещена на отдельной плоскости, например, на отдельной печатной плате. При этом устройство будет включать в себя три одинаковых платы, каждая из которых может быть совмещена с соседними платами путем поворотов вокруг оси корпуса 7 на ±120°, а относительный разворот датчиков вокруг оси корпуса будет обеспечиваться их смещениями на платах в направлениях L1 и L2, перпендикулярных оси корпуса (фиг. 2).In order to improve manufacturability and simplify the design of the device, each pair of sensors, including one accelerometer and one magnetometric sensor, can be placed on a separate plane, for example, on a separate printed circuit board. In this case, the device will include three identical boards, each of which can be combined with adjacent boards by turning around the axis of the
Акселерометры и магнитометрические датчики могут быть расположены в одной плоскости поперечного сечения корпуса 7 устройства (фиг. 3). В этом случае влияние акселерометров на работу магнитометрических датчиков устраняется как относительным разворотом их вокруг оси корпуса, так и увеличением диаметра корпуса. Очевидно, что угол поворота, обеспечивающий наибольшее удаление каждого из магнитометрических датчиков от ближайших акселерометров, составляет примерно 60°.Accelerometers and magnetometric sensors can be located in the same cross-sectional plane of the device body 7 (Fig. 3). In this case, the effect of accelerometers on the operation of magnetometric sensors is eliminated both by their relative rotation around the axis of the housing and by increasing the diameter of the housing. It is obvious that the angle of rotation, which ensures the greatest distance of each of the magnetometric sensors from the nearest accelerometers, is approximately 60 °.
Если значения углов наклона осей чувствительности датчиков γi приближаются к 0°, 90° и 180°, то погрешности измерения направлений векторов геофизических полей значительно возрастают. Соответственно возрастает и погрешность измерения азимута. Максимальные значения углов между истинными и измеренными значениями векторов геофизических полей Δϕi в зависимости от максимальных погрешностей установки углов наклона осей чувствительности датчиков Δγi могут быть оценены с помощью формулыIf the values of the tilt angles of the sensitivity axes of the sensors γ i approach 0 °, 90 ° and 180 °, then the errors in measuring the directions of the vectors of geophysical fields increase significantly. Accordingly, the error in measuring the azimuth increases. The maximum values of the angles between the true and measured values of the vectors of geophysical fields Δϕ i depending on the maximum errors of setting the tilt angles of the sensitivity axes of the sensors Δγ i can be estimated using the formula
где 
График зависимости коэффициента К от величины углов наклона осей чувствительности датчиков по отношению к продольной оси корпуса устройства представлен на Фиг. 4. Он позволяет быстро найти значения коэффициента для заданных значений углов Δi и δi и определить, обеспечат ли выбранные значения углов γi при заданной погрешности их установки Δγi необходимую погрешность измерения векторов Δϕi.A graph of the dependence of the coefficient K on the magnitude of the angles of inclination of the axes of sensitivity of the sensors with respect to the longitudinal axis of the device housing is shown in FIG. 4. It can quickly find the values of the coefficient for given values of angles Δ i and δ i and to determine whether the selected values provide angles γ i at a given their installation error Δγ i vectors necessary measurement error Δφ i.
Например, если углы наклона осей чувствительности магнитометрического датчика к оси корпуса составляют γ2=30° и выставляются с точностью Δγ2=±1,0°, то К(γ2)=2,72 и погрешность измерения направления вектора магнитного поля составляет Δϕ2=±2,7°.For example, if the angles of inclination of the sensitivity axes of the magnetometer sensor to the axis of the body are γ 2 = 30 ° and are set with an accuracy of Δγ 2 = ± 1.0 °, then K (γ 2 ) = 2.72 and the measurement error of the direction of the magnetic field vector is Δϕ 2 = ± 2.7 °.
С другой стороны, если оси чувствительности датчиков устанавливаются с погрешностью Δγi=±0,2° и точность измерения направлений векторов ограничивается величиной Δϕi=±1,0°, то К=5 и γi должны иметь значения, соответствующие К≤5 и условиям Δi≥16° и δi≥22° (Фиг. 4). Следовательно, углы наклона этих осей могут находиться в пределах γi=[16°;68°] или γi=[112°; 164°].On the other hand, if the sensitivity axes of the sensors are set with an error of Δγ i = ± 0.2 ° and the accuracy of measuring the directions of vectors is limited to Δϕ i = ± 1.0 °, then K = 5 and γ i should have values corresponding to K≤5 conditions and δ i ≥16 ° and δ i ≥22 ° (Fig. 4). Therefore, the angles of inclination of these axes can be in the range of γ i = [16 °; 68 °] or γ i = [112 °; 164 °].
Минимальное значение коэффициента К, равное примерно 1,95, достигается при ортогональном расположении осей чувствительности датчиков, когда углы наклона их осей к оси корпуса составляют 54,73° или 125,27°.The minimum value of the coefficient K, equal to about 1.95, is achieved with the orthogonal arrangement of the sensitivity axes of the sensors, when the angles of inclination of their axes to the axis of the body are 54.73 ° or 125.27 °.
Предлагаемый датчик азимута реализован на основе МЭМС акселерометров и магниторезистивных датчиков в СКБ Катав-Ивановского приборостроительного завода с целью использования его в системах подводной навигации.The proposed azimuth sensor is implemented on the basis of MEMS accelerometers and magnetoresistive sensors in the SKB Katav-Ivanovo instrument-making plant with the aim of using it in underwater navigation systems.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018136915U RU190429U1 (en) | 2018-10-19 | 2018-10-19 | DEVICE FOR MEASURING AZIMUTA |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018136915U RU190429U1 (en) | 2018-10-19 | 2018-10-19 | DEVICE FOR MEASURING AZIMUTA |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU190429U1 true RU190429U1 (en) | 2019-07-01 |
Family
ID=67216212
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018136915U RU190429U1 (en) | 2018-10-19 | 2018-10-19 | DEVICE FOR MEASURING AZIMUTA |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU190429U1 (en) |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU605950A1 (en) * | 1975-02-21 | 1978-05-05 | Уфимский авиационный институт им. Орджоникидзе | Well azimuth measuring sensor |
| RU2018646C1 (en) * | 1990-12-25 | 1994-08-30 | Научно-производственное предприятие "Пилот" | Magnetic azimuth sensor |
| US5953683A (en) * | 1997-10-09 | 1999-09-14 | Ascension Technology Corporation | Sourceless orientation sensor |
| RU2204712C2 (en) * | 2001-06-28 | 2003-05-20 | Саратовский государственный технический университет | System for determination of face hole parameters |
| RU37523U1 (en) * | 2003-05-29 | 2004-04-27 | ООО Научно-исследовательский институт технических систем "Пилот" | GRAVIMETRIC SENSOR |
| RU2235200C2 (en) * | 2002-10-14 | 2004-08-27 | ООО Научно-исследовательский институт технических систем "Пилот" | Magnetometric sensor |
| RU2253838C2 (en) * | 2003-07-18 | 2005-06-10 | Открытое акционерное общество Арзамасское научно-производственное предприятие "ТЕМП-АВИА" (ОАО АНПП "ТЕМП-АВИА") | Method for determining angles of well direction and inclinometer |
| US20160145997A1 (en) * | 2014-11-19 | 2016-05-26 | Scientific Drilling International, Inc. | Tumble gyro surveyor |
-
2018
- 2018-10-19 RU RU2018136915U patent/RU190429U1/en active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU605950A1 (en) * | 1975-02-21 | 1978-05-05 | Уфимский авиационный институт им. Орджоникидзе | Well azimuth measuring sensor |
| RU2018646C1 (en) * | 1990-12-25 | 1994-08-30 | Научно-производственное предприятие "Пилот" | Magnetic azimuth sensor |
| US5953683A (en) * | 1997-10-09 | 1999-09-14 | Ascension Technology Corporation | Sourceless orientation sensor |
| RU2204712C2 (en) * | 2001-06-28 | 2003-05-20 | Саратовский государственный технический университет | System for determination of face hole parameters |
| RU2235200C2 (en) * | 2002-10-14 | 2004-08-27 | ООО Научно-исследовательский институт технических систем "Пилот" | Magnetometric sensor |
| RU37523U1 (en) * | 2003-05-29 | 2004-04-27 | ООО Научно-исследовательский институт технических систем "Пилот" | GRAVIMETRIC SENSOR |
| RU2253838C2 (en) * | 2003-07-18 | 2005-06-10 | Открытое акционерное общество Арзамасское научно-производственное предприятие "ТЕМП-АВИА" (ОАО АНПП "ТЕМП-АВИА") | Method for determining angles of well direction and inclinometer |
| US20160145997A1 (en) * | 2014-11-19 | 2016-05-26 | Scientific Drilling International, Inc. | Tumble gyro surveyor |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107314718B (en) | High speed rotation bullet Attitude estimation method based on magnetic survey rolling angular rate information | |
| Li et al. | Magnetic sensors for navigation applications: an overview | |
| Goldenberg | Geomagnetic navigation beyond the magnetic compass | |
| US10550686B2 (en) | Tumble gyro surveyor | |
| US20150012234A1 (en) | Digital magnetic compass compensation | |
| JPH06323865A (en) | Fixing device of submarine using magnetism marker | |
| US5287628A (en) | Omni range inclino-compass | |
| KR101210394B1 (en) | geomagnetism detection device | |
| CN109059960A (en) | A kind of calibration method of three-dimensional electronic compass | |
| CN109633541B (en) | A magnetic source positioning device and a magnetic source positioning method | |
| RU2302006C1 (en) | Arrangement for definition of an angular position of a mobile object | |
| CN109633540B (en) | A real-time positioning system and real-time positioning method of a magnetic source | |
| Langley | The magnetic compass and GPS | |
| RU190429U1 (en) | DEVICE FOR MEASURING AZIMUTA | |
| Klingbeil et al. | Magnetic field sensor calibration for attitude determination | |
| RU2365877C1 (en) | Method for definition of magnet deviation on movable object | |
| US2888752A (en) | Navigation system | |
| RU2653967C1 (en) | Method of mobile objects autonomous orientation | |
| CN112393745A (en) | Course error on-line compensation method of magnetic buoy | |
| JP7621587B2 (en) | Magnetic exploration method and system | |
| RU2796372C1 (en) | Method for determining magnetic deviation on a moving object | |
| Schonstedt et al. | Airborne magnetometer for determining all magnetic components | |
| RU2257546C1 (en) | Arrangement for determination of an angular position of a moving object(variants) | |
| RU2285931C1 (en) | Device for determining angular position of moveable object | |
| RU2343418C1 (en) | Mobile angular position detector relative to gravity vector and method of application thereof |