Устройство для измерения градиента магнитного поля на море Советский патент 1984 года по МПК G01V3/175 

Изобретение относится к гес)физическому приборостроению и может 6biTj7i использовано в устройствах при морской геомагнитной съемке

Известно устройство ;щя измерения градиента мзгнитиого поля на море, содерлсащее две гондолы, внутри которых размеп1,ены маг иточувствит8льные датчики (МЧД I с блоками формирования сигнала. При этом 1ондолы закреплехлы в двух разнесенных; точках пространства с применением жесткой базы, т.е. буксируемые немагнитные гондолы установлен на фиксированно - расстоянии одно от д,ругой Г,,

Недостатки известного устройства заключаются в том что база измерения огранкчена, система довольно громоздка, сложна методкка спускоподъемных работ„

Наиболее близким техни геским ре- пением к изоб етени;о Я1;ляется устройство для намерения градиента магнитного поля на море;, содерлсащее д.вгг яденти ных МЧД г. блоками фop иpoвaния сигна,г1а, размещенных в раздельных буксируе 1Ь х нема1ЧП1гных гонх;олах два час отомеоа, пo ;;кл lчeнньix л:::р вымн зходал-« к выходам соответствуюцдах МЧД;. последовЕт-ельно соедиь еннь е блоки .вь числет ия 1ра;п-е1гта и вьпзода информации,, iK),i:i.Kj;T34eHHb e первыми и чторыхПл входами к вь ходам соответствующих частотомеров, кварцевые часы, подкл1оченн ле выходами к третьим входам блоков вычисления градиента и вьшода информации., блок син;;ронизации подключген - ый вxoдo к выходу кварцевых часов и ныхо/дами - к вторыт- входам часпотомер л-,, а также ре 1нстрятор. подключенный к выводу блока вывода информаи,,

Такое уст1)ойство псзволугет измерять вертика.а.ьный или горизеьталькый 1радиент магь итно1 о поля в двух разj-;€C-ei:Hb x точках простратгства с применением нежеЬткой базы, когда ке гагнитпые Голдо;;ы буксиру отся за : оpa6jieM на гибких кабелях Г2,

Даиное устройство характеризуется г:едостато7-;ной точность а измерений, Сбусдговленно тем, что нри переме - кых условиях буксировки, зависящих, каггрилер, от величины и наирэвления но.чненяя, скоростиЪуксировки и рыс-кания гондол, база измерения 1- зме1:е ия погре яность, Bej- i-i4HHa кот.орой прямо пропсрдионально завис -гг от ве-, :)ичины В 1:бранной 1тзм1;ре1;ия.

Дель изобретения повьпиение точности измерения в море.

Поставленная цель достигается тем что в устройство для измерен11я градиента магнитного поля на море, содержащее ддза идентичнь Х МЧД с блоками формирования сигнала, разме ценных в раздельных буксируемых немагнитных гондолах, два частотомера, подключенных первььми входами к вьгходам соотзетствута 1;их МЧД, последовательно соединенн з1е блоки Вычисления градиента и вывода информации, подключенные нервы.ми и вторыми входами к вь ходам соответствугаш.их частотомеров, кварцевые часы, нодкл оченнь е выходами к чретьиг- входам блоков вычисления гралц- €н:та и вывода И ф-opмaции5 блок си хронизации, 1 ОД -слюченнь Й входом к ,у квар.;.евых часов и выходамик вторь; : входам частотомеров 5 а также ре;-истратор, подключенньгй к выходу блока вьвода информации, допол.интел,но введены генератор зоьщирующих импульсов с управляемым импульсным 1и;евмоизлучателем,. три пьезопркемиика давления, дд5а из которь х установлены в буксируемых гондолах, а 1ретий жестко у ;рспле1 на штанге иод кормой корабля, усилитель и блоки измерения вертикальной и горизонтальной базы, причем вход генератора зонл1,ирую1дих импуопзсов соединен с выходом блока синхронизации, а Шзйход подкл очен ко входу управляемого импульсного пневмоизлучателя, выход г1 пьезонриемникоБ давления, соедине ы со вторыми входами блоков формирования сигнала, вторые выходы которь:х подключены соответственно к и вторым вход,ам блоков измерения вертикальной и горизонтальной базь, третьи блоков измерения вертикальней и горизонтальной базь соедипень через усилитель с выходом третьего пьезоприемника давления, четвертые входы этих блоков нодключень к одному из выходов кпа,рцевьп: часов, выходы же. этих блог коз соединены с четвертьа-ш входами блоков вывода информации и вычисления градиента.

На фиг,I приведена блок-схема лредлагаемого устройства; на фиг,2измерение горизонтального градиента, когда гондолы буксируются на одном горизонтальном уровне; на фиГоЗ - то л-се,. когда гондолы буксируются на разных горизонтальных 3 yiJOBHHx; nfl 4иг. - то же, К.ч д: гондолы буксируются на разнь х г-оризонтальных уровнях, но расположен на одной вертикали. Устройство содержит две немагнит ные буксируемые гондолы 1.1 и 1.2 с расположенныг-ш внутри пьезоприемниками 2.1 и 2.2 давления и МЧД 3.1 и 3.2 с блоками 4.1 и 4.2 формирова ния сигнала соответственно, Немагнитные гондолы 1.1 и 1.2 бу сируются при помощи кабелей 5.1 и 5.2 за кораблем, на котором расположены два частотомера б и 7, блок 8 синхронизации, кварцевые часы 9, блок О вычисления градиента, блок 1 вывода информации и регистратор 12, Блок 8 синхропизацяр; соединен со входом Г8нера1ора 13 soiyyipyiciiiiix импульсов, выход которого подключен ко входу управляемого ппезмоизлучателя 14. Блокн 4,1 и 4.2 формирования сигнала установленные в иег.:агпн ных гондолах J.1 и 1.25 соединены с помощью кабелей 5,1 и 5.2 со входам блока 15 измерения горизонтальной базы, другие входы которых подключе ны через усилитель 17 к третьему пь зоприемнику 18 давления, укрепленному на штанге под кормой корабхгя, и к выходу кварцевых часов 9, а выходы этих блоков подключены к соответствующим входам блока 10 вычисления градиента к блока 1I вывода информации. Устройство работает следующим образом. По команде с блока 8 синхронизации, генератор 13 зондирующих импульсов вырабатывает.импульс ультра звуковой энергии определепиай длительности, который при помощи управ ляемого пневмоизлучателя 14 излучается в -море. При этом возникает прямая акустическая волна, фронт которой распространяется во все сто роны от излучателя с некоторой скоростью V и в момент прохождения пье зоприамника 18 давления наводит в нем сигнал, который формируется уси лителем 17 и поступает на один из входов блоков 16 и 15 измерения вер тикальной и горизонтальной базы, вы рабатывая команду на начало поступления частоты опорного генератора с кварцевых часов 9 на другой вход этих же блоков. При прохождении фронтом прямой волны установлегшык гондолах 1.1 и 1,2 пьезоприемников .2 давлеи Я г, них нлиодятся сигналы, которые усиливаются соответствующими блоками 4.1 и 4.2 форм1;рования сигнала н поступают через кабелн 5.1 и 5.2 на соответствуюгщш входы блока 15 измерения горизонтальной базы. При этом на выходе блока 15 формируется кодовый сигнал, соответствуюиш расстоянию от корабля ДО каждой из 1ондол 1.1 и t.2 н гор11зоь:тально; базе между ними. При отражении излученного управляемьм пневг-юизлучателен S4 импульса ультразвуковой энергии от дна моря возникает отраженная волна,, фронт которой, достигая немагнитных гондол 1 , ;.( ., 2 , ;:п1одкт и пьезоттрием- инках 2.1 и 2,2 , сигналь.. KOjopi.ia iCLcn J Kji;;; -.. i i; 4,,; фсг);-;иpo)3ai-i4H t-Hri-i;vi;a н XctOejui 5,1 и 5.2 иоступают Uci coo : ветствуиЦке 3x0,41-; блсччЯ i6 ii3Meiit4H .-leu Г|1;-(; пьн;1Й oa3bi. РЬ ХП71С .-. блока формлруется кодоБ;,г1 cnriii-ji. сиответCTByioiu.riu i/aci.j..) or дна морл .u,o каяоюл из f:.КсируеЬх нема: нмтньХ roit;io:i 1.1 ji i г- я Бе;пик; пьной блзо ними. Oц;;o :pe :cIгг прсисходш- изг-гсренис магнитного поля 3 и 3.2,смг талы от когорых через другой вход Ojjoков 4.1 и 4.2 фогмирования сигнала, каиоли 5.) и 5- поступаю. Fa :.:;олД частотоме1 оп б :; 7, та ;;ьгход х ксторых чоргзиру;; ;. -i THJ., cooi ystrrc ;- ЕУЮЩИС iiLir;upc;ii;bu-: siia citiM;-, Mariiirriioio ПОЛЯ i . ,yyx точках пространства. По ком.пгде, выргсатываемой кварцевыми час;1:-1и Ч смгнрп/. С 3:оумироваи.чмс на иьходах гсмопо 6 г; 7 ч Уло-KOJ3 г5 и 16 ;::КУ-С -;;- го;31:зоигал.-ной и 1зс;р-;-;и.;о 1ь::и;; . иостул; ;зг ка соотвс 1г.1)зЮ111,1-1е блока i С грздк ;.Ч1га. где прмис.чодит пычисленмс гс рл и гплзчого i: всртика. рпди,;;:тг i;irjnr :TC -fполя г.С::ду .:: гик.:-:::1 ;;,)С::7;;а:;сг-в3.. иолучси ibi;j .;iiiir;..ir- /jOi,.i-iiciWr да.лее н.-- блок 1 :з1 изо;ла инп:) Блек ВЫЯПД;.: ИЧ(;:ОП: ;1Т Г -И }ip,4Pляет работой рсг; стрптора 12, который фиксир ч:т с ;едук)п:д:с 1:з:-;ереяиыс да;-;кь;ео вертикал;. и гори-.-юнт.-1ль Градиепт мапгргного поля между диу:- : точками просгракс: iia ,, ь;олуд Ь магнитногс г л;ч,до1 из ртих точек, BejiH niJiy :(.;.--ь;ь й п го риз тнтальиой г-:с;х.-;,у гопдола);;;, расстояние л1сж.:1у .орлилем н каж-юй

из гондол, глубину моря и значения текущего времени измерений.

При измерении горизонтального Градиента фиг,2) момент прохождения фронта прямой волны регистрирует сначала первая 1.1, а затем и вторая 1.2 буксируемые гондолы. База между гондолами определяется из выражения

(r,-r, ,

-2- -1/ (Я где т и т - соответственно времена регистрации прямого импульса ультразвуковой энергии пьезодатчиками 2.1 и 2.2 первой и второй гондол 1. и 1,2 соответственно. Горизонтальный градиент в этом случае между двумя точками вычисляется из выражения G, ()

(2)

где В и В,, - значения поля, синхронно зафиксированные МЧД в двух точках пространства.

Через некоторый промежуток времени Т,, пьезоприемники 2.1 и 2.2 давленияд установленные в гондолах, фик,сируют прохолсцение фронта отраженной волны, при этом появляется возмолгность определить глубину моря из соотношения „

и . (3)

При различном заглублении буксиру емых гондол (фиг.З I и измерении горизонтального градиента база между эт1даи гондолами определяется из выраи ния

Г г2 Urr-r -r I . (4

где Т - разность времен регистрации фронта отраженной волры между пьезодатчиками 2.1 и 2.2 гондол 1.1 и 1.2 соответственно .

Определе1-1ие базы при измерении . вертикального градие1гта в двух точках (фиг.41 следует из выражения ДЬ У,(5)

Из геометрических расчетов следует, что для вынодп гондол в вертикаль необходимо варьировать длину кабелей i образом, чтоб1 вре1092454

мена регистрации ф1)о11та прямой волны первой и второй гондолами удовлетворяли соотношению

rF

2. 4

4 Градиент магнитного поля двумя точками в этом случае ляется из выражения ,

uV8i

ЧЧ

В

Точность измерения базы градиентометра тем выше, чем меньше длительность tp излучаемого 1 мпульса ультразвуковой энергии, и определяется из

выражения

. V

(8)

Л8 t,-|Величина fr, у современных эхолотов, например, колеблется в пределах 10 - , что позволяет иметь разрешающую способность при измерении расстояния на море 0,75050075 м соответственно и повысить точность измерения градиента магнитного поля в 5-10 раз особенно при использовании базы измерения л€ 100 м.

Таким образом, использование Предлагаемого устройства позволяет исключить погрешность измерения градиента магнитного поля, связанную с наличием переменных услозэий буксировки, пестабильпостью базы измерения и рысканием гондол, за счет точного определения базы в каждый момент измерения. При этом возмохаю упрощение методики измерения градиента магнитного поля на море, применение при измерениях базы любой длины и повьшюпие скорости буксировки.

Кроме того, дополнительно получают в цифровой форме даньгые о глубине моря, жестко синхронизированные по времени с измеренными значениями градиента поля меяеду точками и значениями магнитного поля н этих к ах.

Реализация устройства может осуществляться на базе магнитометров, нгшример, с квантовыми, протонньши или феррозондорыми датчиками, установленными в буксируемых гондолах совместно с: пьезоприемниками давления, n;iпример, Г ДС-21

е

I

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕН1-1Я ГРАДИЕНТА МАГНИТНОГО ПОЛЯ НА МОРЕ, содержащее два идентичных магниточувствительных датчика (МЧД I с блоками формирования сигнала, размещенных в раздельных буксируемых немагнитных гондолах, два частотомера, подключенных первыми входами к выходам соответствующих МЧД, последовательно соединенные блоки вычисления градиента и вьшода информации, подключенные первыми и вторыми входами к выходам соответствующих частотомеров, кварцевые часы, подключенные выходами к третьим входам блоков вычисления градиента и вьшода информации, блок синхронизации, подключенный входом к выходу кварцевых часов и выходами - к вторым входам частотомеров, а также рехчютратор, подключенньп к выходу блока вывода информации, отличающееся тем, что, с целью поныгления точности измерения в море, в него дополнительно введены генератор зондирующих импульсов с управляемым импульсным пневмоизлучателем, три пьезонриемника давления, два из которых установлены в буксируег-5ых гондолах, а третий жестко укреплен на п;танге под кормой корабля, усилитель и блоки измерения вертикальной и горизонтальной базы, причем вход генератора зондир пощих импульсов соединен с выходом блока О е синхронизации, а выход подключен ко входу управляемого импу.чьсного пневмоизлучателя, выходы пьезоприемников давления соединены со вторыми входа и блоков форми11Ова1П1я сигнала, вторые выходы которых подключены соответственно к нерзым и вторым входам блоков измерения ве;пикальной и горизонтальной багзы, третьи RXOды блоков измерени) вертикальной и ю горизонтальной базь: сселлшс-пы через усилитель с выходом третьего пьезо:л приемника давления, четвертые входы этих блоков подюпочены к одному из выходов кварцевь Х часов, выходы же этих блоков соединенЕ 1 с четвертыми входами блоков ггьписления Градггента и вывода информпнии.

/

со

t

/Ч

CSI

t

Sci

bf

t

Т

(S«

±.

Г

г

$b

61