Протонный магнитометр Советский патент 1983 года по МПК G01R33/08 

Изобретение относится к магнитным измерениям и предназначено для иссле дований слабомагнитных аномалий магнитного поля Земли, Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является магнитометр, состоящий из датчика, усилителя ограничителя, фазового детектора, фильтра низких частот,управ ляемого генератора, делителя частоты счетчика поля, блока поляризации, ко мандного блока, блока управления делителем. Причем первый выход командного блока соединен с входом счетчика поля, а выход управляемого генера ,торй соединен с входом делителя частоты 1 . У известного устройства ,нет фаэировки (синхронизации управляемого генератора умножителя.частоты), оскованной на системе фазовой автомати ческой подстройки, частоты, и запоми нания частоты управляемого генератора на время отсутствия сигнала прецессии Это приводит к увеличениювреглени вхождения умножителя в синхронизм, снижению быстродействия изме рения и помехоустойчивости магнитометра. . Цель изобретения - повышение точности измерений, быстродействия и по мехоустойчивости. Поставленная цель достигается тем, что в протонный магнитометр, со держащий Датчик, усилитель-ограничитель, блок поляризации, командный блок, один выход которого соединен с входом счетчика поля, и умножитель Частоты,, содержащий управляемый гене , выход которого соединен с вхо дом делителя частоты и со счетным входом счетчика поля, дополнительно введены последовательно соединенные цифровой фазовращатель, блок синхронизации и электронный коммутатор, а а умножитель частоты - одновибратор и последовательно соединенные импуль сный фазовый дискриминатор и аналоге вый запоминакндий блок с ручной регулировкой постоянной времени, Причем выход усилителя ограничителя соединен с первым входом одновйВратора и импульсного фазового дискриминатора, второй вход которого подключен к выходу делителя частоты, выход аналогового запоминсрощего блока подйлючен к первому входу управляемого генератора, второй вход которого соединен с вторым входом делителя частоты и с выходом одновибратора, второй вход которого связан с третьим входом аналогового запоминающего блока и с вторым выходом командного блока,третий выход которого связан с первым входом блока синхронизации, второй вход которого соединен с блоком поляризации, вход цифрового фазовращателя соединен с вторым выходом делители частоты, второй вход электрон- ного коммутатора соединен с датчиком, а выход - с входом усилителя-ограничителя. На чертеже представлена функционашьная схема, поясняющая работу устройства. Устройство содержит датчик 1, электронный коммутатор 2, усилительограничитель 3, умножитель 4 частоты, одновибратор 5, импульсный фазовый дискриминатор 6, аналоговый запоминающий блок 7, yпpaвляe Jй генератор 8, делитель 9 частоты, цифровой фазовращатель 10, блок 11 синхронизации, блок 12 поляризации, командный блок 13, счетчик 14 поля. Причем цифровой фазов1 ащатель, блок синхронизации и электронный коммутатор, импульсный фазовый дискриминатор и аналоговый запоминающий блок с ручной регулировкой постоянной времени также соединены последовательно, выход усилителя-ограничителя подключен, к первому блоку одновиб атора и имп льсного фазового дискриминатора, второй вход которого подключен к выходу делителя частоты. Устройство работает следующим образом. Командный блок 13 выдает управляющие сигналы в следующей последовательности: каждый цикл работы магнитог 1етра начинается с интервала поляризации. При этом соответствующий сигнал подается на блок 11 синхрониЗсщии, далее следует интервал ожидания, затем интервал разраиения, во время которого снимается блокировка с одновибратора 5 и аналогового запоминакадего блока 7. Во время этого интервала вырабатывается интервал сче- та, который короче интервала разрешения на интервал подстройки, причем задние фронты интервашов разрешения и счета совпадгиот. Затем цикл повторяется . Выбор этих интервалов определяется заданной точностью измерения и быстродействия магнитометра, зависящим от коэффициента умножения умножителя 4 частоты. Интервал ожидания определяется длительностью переходных процессов, происходягдих в цепи: датчик 1, электронный коммутатор 2, усилитель-ограничитель 3 при выключении поляризации. Интервал разрешения, длительность которого равна сумме интервалов подстройки и счета, определяется временем вхождения в синхронизм умножителя и коэффициентом умножения. Интервал поляризации определяется длительностью и амплитудой возбужденного сигнала прецессии, длительность которого должна быть равной сумме интервалов ожидания и разрешения, а амплитуда в конце интервала разрешеНИН должна быть достаточной для измерения с заданной точностью. В предлагаемом магнитометре сокра щение цикла работы достигается повышением точности работы умножителя, т.е. увеличением коэффициента умножения и уменьшением времени вхождения в синхронизм, при этом сокращается интервал разрешения. Кроме того,применение синхронного включения и выключения тока поляризации с запомнен ной частотой сигнала прецессии позво ляет использовать эффект синхронной поляризации и сократить время поляри зации при заданных параметрах сигнала прецессии. По истечении интервалов поляризации и ожидания снимается блокировка с одновибратора 5 и аналогового запоминающего блока 7. Передний фронт запускает одновибратор 5, который вы дает импульс синхронизации, длительность этого импульса должна быть IK , , где Т„ - период сигнала прецессии. Это условие необходимо .для точной синхронизации управляемог генератора с целью получения минималь ной ошибки синхронизации умножителя, равной MJ i -я ы . - -. Одновременно передний фронт сигна ла прецессии поступает на импульсный фазовый дискриминатор 6, где сравнивается с выходным сигналом делителя 9 частоты. Импульсный фазовый дискри 1/шнатор 6 выдает импульсный сигнал н выходе Плюс при совпадении передне го фронта сигнала прецессии с положи тельнЕЛМ уровнем сигнала делителя 9 частоты и импульсный сигнал tteHyc при совпадении с нулевым уровнем сиг нала делителя 9 частоты. При совпаде нии переднего фронта сигнала прецессии с задним фронтом сигнала делител частоты выходные иглпульсы импульсного фазового дискриминатора 7 отсутствуют , что соответствует точной настройке частоты умножителя. При этом сдвиг по фазе между сигналом прецес9 частоты сии и сигнсшом с делителя равен и Одновременно синхроимпульс одно-i вибратора 5 синхронизирует по фазе с точностью t ц и управляемый генератор 8 и сбрасывает в нуль делитель 9 частоты. Импульсные сигналы Плюс и Минус поступают на аналоговый запоминающий блок 7, где накапливаются . Сигнал Плюс соответствует увеличению частоты управляемого генератора 8 на квант подстройки. Сигнал Минус соответствует уменьшению частоты управляемого генератора 8 на квант подстройки. Квант подстройки характеризуется i реакцией изменения частоты управляемого генератора Af , на одиночный импульсный сигнал Плюс или Минус. Величина кванта определяется длительностью импульсного сигнгша Плюс или Минус, постоянной времени аналогового запоминающего блока 7 и крутизной характеристики управления частоты управляемого генератора 8. Предположим, что частота сигнеша прецессии меньше частоты сигнала,с делителя 9 частоты, тогда после синхронизации управляемого генератора 8 и установки в нуль делителя 9 частоты предыдущим передним фронтом сирнала прецессии начинается заполнение делителя 9 частоты, к моменту прихода следующего переднего фронта сигнала прецессии наступает переполнение делителя 9 частоты и на импульсный фазовый дискриминатор б поступает нулевой уровень для сравнения. Шлпульсный фазовый дискриминатор вырабатывает сигнал Минус, соответствующий уменьшению выходного напряжения ан логового запоминающего блока 7, и соответственно уменьшает частоту управляемого генератора на величину кванта подстройки. Так происходит каждый период сигнала прецессии до тех пор/ пока передний фронт сигнала прецессии не совпадет с задним фронтом сигнала делителя 9 частоты, тогда сигналы подстройки с импульсного фазового дискриминатора 6 поступать не будут что соответствует точной настройке, и будет работать только цепь синхронизации управляемого генератора 8 и делителя 9 частоты. Наличие этой син-; хронизации всегда дает однозначное решение об изменении частоты управляемого генератора 8, что делает процесс подстройки апериодическим, благодаря чему сокращается время под- i стройки (время вхождения в синхрониз умножителя 4 частоты. Кроме того, отсутствие перестройки управляемого генератора 8 в установившемся режиме увеличивает точ- ; ность умножения N Верхняя граница коэффициента N определяется стабильностью управляемого генератора 8 и точностью хранения аналоговой информации в аналоговом запоминающем блоке 7 за. вр.емя, равное величине периода сигнала прецессии и Тп, лежащем в пределах Т, 1000 fUS, при этом относительный уход частоты управляемого генератора за время Т, должен быть 8 Это условие позволяет получить большой коэффициент умножения N 10 - 10-. Кроме того, величина N ограничивается величиной задержки делителя 9 частоты и импульсного -фазового дискриминатора 6. Следует отметить, что установившийся режим работы умножителя 4 происходит за несколько рабочих циклов магнитометра, в течение которых осуществляется поиск и настройка умножи,теля. В установившемся режиме осущест вляется при необходимости только подстройка. Выходная частота делителя 9 часто ты соответствует частоте сигнаша пре дессии в установившемся режиме, эапо минается в умножителе 4 частоты на интервал поляризации и ожидания и ис пользуется для синхронного включения и выключения сигнала поляризации с целью возбуждения сигнала прецессии в одной фазе с запомненным сигналом прецессии. Это позволяет уменьшить время вхождения в синхронизм умножителя 4, Точная фазировка осуществляется настройкой цифрового фазовращателя 10 с целью компенсации фазовых сдвигов, имектих место в канале: дат чик 1| электронный коммутатор 2 и усилитель-ограничитель 3, Выходной сигнал управляемого гене ратора 8 поступает на счетный вход счетчика 14 поля, который по сигналу командного блока 13 поэзоляет получить отсчет в единицах измерения магнитного поля. Следует отметить, что длительность интервала подстройки определяется величиной кванта подстройки, а также уходом частоты управляемого генератора 8 и изменением частоты сигнала прецессии изменения магнитного поля) за суммарный интервал поляризации и ожидания. Следовательно, скорость отработки .фазовой автоподстройки частоты должWa быть такой, чтобы скоьтенсировать уход частоты управляемого генератора 8 и отследить изменение частоты сиг-, нала прецессии за интервал подстройки. Таким образом, применение предлагаемого устройства позволяет по сравнению с известным получить более высокую точность и бы cig)o деист вне измерений (0,25-2 с) магнитного поля Земли, большую помехоустойчивость при сравнительно простой схеме и сократить эксплуатационные затраты при проведении высокоточной съемки магнитного поля Земли,

ПРОТОННЫЙ МАГНИТО 4ЕТР, содержащий датчик, усилитель-ограничитель, блок поляризации, командный блок, один выход которого соединен с входом счетчика поля, и умножитель частоты, содержащий управляемый генератор, выход которого соединен с входом делителя частоты и со счетным входом счетчика поля, отличаювд .и и с я тем, что, с целью повьшеиия точности измерений, быстродействия и помехоустойчивости, в него дополнительно введены последовательно соединенные цифровой фазовращатель, I блок синхронизации и электронный комгнутатор, а в умножитель частоты одновибратор и последовательно соединенные импульсный фазовый дискриминатор н аналоговый запоминающий блок с ручной регулировкой постоянной времени, причем выход усилителя-ограничителя соединен с первым входом одног вибратора и импульсного фазового дискриминатора, второй вход которого подключен к выходу делителя частоты, выход аналогового запоминающего блока подключен к первому входу управляемого генератора, второй вход которого соединен с вторым входом делителя ч частоты и с выходом одновибратора, второй вход которого связан с третьимб входом ансшогового запомиигиощего в блока и с вторым выходом командного блока, третий вь2ход которого связан с первым входом блока синхронизации, второй вход которого соединен с блоком поляризсщии, вход цифрового фазовращателя соединен с вторым выходом делителя частоты, второй вход электронного коммутатора соединен с .датчиком, а выход - с входом усилителя-ограничителя. У1 Ji СО