Протонный магнитометр Советский патент 1991 года по МПК G01R33/24 

Изобретение относится к магнитным измерениям, предназначено для измерений модуля индукции слабых магнитных полей и может быть использовано для измерений геомагнитного поля с градиентами, достигающими сотен нТ/м,

при установке магнитометра на скоростных носителях, например самолетах и вертолетах.

Известен ядерно-прецессионный магнитометр, содержащий датчик сигнала ядерной прецессии, автоматически пе3рестраиваемый ступенями внутри диапа зона измерений, схему измерения частоты и дешифратор, управляемый настройкой датчика. Низкое отношение сигнал/шум, ограниченные возможности дешифратора и ручное переключение диапазонов настройки не позволяют получить в подобном устройстве погрешность ниже нескольких единиц нанотеслы. Из известных устройств наиболее близким по своей технической сущности к предложенному является цифровой протонный магнитометр, содержащий последовательно соединенные датчик, предварительный усилитель, активный фильтр, умножитель частоты, первый элемент совпадения, счетчик, дешифратор и блок точной настройки, выход которого соединен с вторым входом предварительного усилителя, а также программный блок, выходы ко торого -связаны с датчУ1Ком через коммутатор и с вторым входом элемен та совпадения, последовательно сое диненные усилитель, второй элемент совпадения, дополнительный дешифратор и блок выбора диапазонов. Причем датчик соединен с входом усилит ля, выход блока выбора диапазона третьим входом предварительного уси лителя, а второй вход второго элемента совпадения подключен к выходу программного блока. Однако в режиме автоматического слежения за изменением частоты прецессии данному устройству свойствен на ошибка в выборе точки настройки, вызванная необходимостью определения этой точки для текущего цикла по результату предшествующего измерения. При этом величина ошибки будет пропорциональна скорости измене ния значения индукции магнитного поля что при больших градиентах приведет к существенному уменьшению эффективности работы блока точной настройки и соответственно значительному снижению точности и достоверности результатов измерений. Цель изобретения - повышение точности измерений и автоматизация процесса измерений. Эта цель достигается тем, что в пр ПРОТОНН.ЫЙ магнитометр, содержащий последовательно соединенные регистр кода настройки,,блок элементов настройки, датчик, усилитель и преобра6зователь частота - код, а также индикатор наличия сигнала, вход которого соединен с выходом усилителя и командный блок, введены последовательно соединенные формирователь корректирующих импульсов, блок или, реверсивный счетчик номера точки настройки и указатель переполнения, а также последовательно соединенные блок И и счетчик скорости изменения поля, а также счетчикциклов, блок сравнения выходных кодов, формирователь кода циклов измерения, первый и второй программные постоянные запоминающие блоки, входы которых подключены к второму выходу реверсивного счетчика номера точки настройки, а вьиоды - соответственно к входу регистра кода настройки и входу блока сравнения выходных кодов, при этом второй вход блока сравнения выходных кодов соединен с выходом преобразователя частота-код, а выход - с вторым входом реверсивного счетчика номера точки настройки и первыми входами блока И и формирователя корректирующих импульсов, второй вход которого подключен к выходу указателя переполнения, третий вход - к первому выходу счетчика скорости изменения поля, а четвертый вход - к первому входу счетчика циклов, выходу индикатора и второму входу блока И, вход командного блока соединен с вторым входом преобразователя частотакод, первый и второй выходы - соответственно с третьим входом блока И и вторым входом счетчика циклов, выход которого подключен к второму входу блока ИЛИ, третьим входом соединенного с выходом блока И, вход формирователя кода циклов соединен с выходом счетчика скорости изменения поля, а выход - с входом командного блока. На чертеже приведена блок-схема, поясняющая работу устройства. Автоматический протонный магнитометр содержит последовательно соединенные регистр 1 кода настройки, блок 2 элементов настройки, датчик 3, усилитель 4 и преобразователь 5 частота-код, индикатор 6 наличия сигнала, вход которого соединен с выходом усилителя 4, и командный блок 7, последовательно соединенные формирователь 8 корректирующих импульсов. блок ИЛП 9, реверсивный счетчик 10 номера точки настройки и указатель II переполнения, а также последовательно Соединенные блок И 17. и.счет чик 13 скорости изменения поля, а также счетчик 1ч циклов, блок 15 ср нения выходньк кодов, первый и второй программируемые постоянные запо минающие блоки 16 и 17, входы которых подключены к второму выходу реверсивного счетчика 10 номера точки настройки, а выходы - соответственн к входу регистра 1 кода настройки и входу блока 15 сравнения выходных ко дов, при этом второй вход блока 15 сравнения выходных кодов соединен с выходом преобразователя 5 частотакод, а выход - с вторым входом реве сивного счетчика 10 номера точки настройки и первыми входами блока И 12 и формирователя 8 корректирующих импульсов, второй вход которого подключен к выходу указателя 11 пере полнения, третий вход - к первому вы ходу счетчика 13 скорости изменения поля, а четвертый вход - к первому входу счетчика 14 циклов, выходу индикатора 6 и второму входу блока И 1 вход командного блока 7 соединен с вторым входом преобразователя 5 частота-код, а первый и второй выходы соответственно с третьим входом блок И 12 и.вторым входом счетчика 14 циклов, выход которого подключен к второму входу блока ИЛИ 9, третьим входом соединенного с выходом блока И 12, а также формирователь 18 кода циклов, вход которого соединен с выходом счетчика I3 скорости изменения поля, а выход - с входом командного блока 7. Магнитометр работает следуюпдам Образом. После включения магнитометра счет чик 10 номера точки настройки, козффициент пересчета которого равен выбранному количеству точек настройки датчика 3, и соответственно регис I кода настройки находятся в произвольном состоянии, датчик 3 расстроен, сигнал прецессии отсутствует. Индикатор 6 наличия сигнала прецессии вырабатьтает сигнал, переводящий магнитометр в режим поиска, при котором формирователь В корректирующих импульсов отключен, запрещено прохождение импульсов опорного генератора через блок И 12 и на счетный вход реверсивного счетчика 10 через блок ИЛИ 9 проходят импульсы с выхода счетчика 14 циклов. Ллительность цикла магнитометра может выбираться вручную или формироваться автоматически. Коэффициент пересчета счетчика 14 зависит от длительности цикла магнитометра, причем более длительному циклу соответствует меньший коэффициент пересчета, что обеспечивает надежную работу индикатора 6 при значительных разбросах амплитуды сигнала прецессии сразу после его появления. Состояние реверсивного счетчика 10-будет изменяться на -единицу через каждые п циклов магнитометра, осуществляя таким образом перебор адресов первого программного постоянного запоминающего блока 16 и соответственно кодов регистра 1 кода настройки и блока 2 элементов настройки до тех пор, пока не появится сигнал прецессии и не превысит заданного порога, что вызовет появление на выходе индикатора 6 сигнала, переводящего магнитометр в режим слежения. В режиме.слежения счетчик 14 циклов отключен, на счетный вход реверсивного счетчика 10 через блок К 12 и блок ИЛИ 9 поступают тактовые импульсы из командного блока 7. При этом возможны следующие ситуации, возникающие при сравнении текущего кода измеряемого поля (А) с кодами, соответствующими фиксированным точкам настройки (В), запрограммированными во втором запоминающем блоке 1 7. 1. Код . На выходе блока 15 сравнения выходных кодов появляется сигнал больще. В этом случае импульсы опорного генератора поступают на суммирующий вход реверсивного счетчика 10, переключая коды на выходах первого запоминающего блока 16 и второго запоминающего блока 17 до тех пор, пока не произойдет смена знака неравенства на выходе блока 15 сравнения на меньще или равно. 2. Код . На выходе блока 15 сравнения появляется сигнал меньше. В этом случае импульсы опорного генератора поступают на вьшитающий вход реверсивного счетчика 10, переключая коды на выходах первого и второго запоминающих блоков 16 и 17 до тех пор, пока не произойдет

смена знака неравенства на выходе блока 15 сравнения на больше или равно.

3, Код . На выходе блока 15 сравнения появляется сигнал равен ство, блокирующий прохождение тактовых импульсов из командного блока 7 на входы реверсивного счетчика 10,

Счетчик 13 скорости изменения поля подсчитывает число тактовых импульсов, поступивших из командного блока 7 на вход реверсивного счетчика 10 до смены знака на выходе блока 15 сравнения. После смены знака формирователь 8 вырабатывает корректирующие импульсы, число которых пропорционально количеству импульсов, прошедп1их на вход счетчика 13 скороети до смены знака. Эти импульсы поступают на суммирующий или вычитающий вход реверсивного счетчика 10 в зависимости от -направления изменения знака, причем при смене знака больше на знак меньше или равно корректирующие импульсы поступают на суммирующий вход, при обратной смене знака корректирующие импульсы поступают на вьтчитаюищй вход реверсивного счетчика 10, Для обеспечения работоспособности магнитометра непосредственно за пределами верхней и нижней границ диапазона измеряемых значений индукции предусмотрен указател 11 переполнения, В случае превышения кодом А кода верхней границы диапазона на выходе указателя переполнения 11 появляется сигнал, благодаря которому формирователь 8 вырабатьшает один импульс, проходящий на вычитающий вход реверсивного счетчика 10, возвращая его в состояние, соответствующее максимальному номеру точки настройки, В случае, когдл кг-- Л меньше кода нижней границы диапазона измерений, формирователь 8 вырабатьгаает также один импульс, поступающий на суммирующий вход реверсивного счетчика 10, возвращая его в состояние, соответствующее минимальному номеру точки настройки.

Процесс автоматического выбора цикла происходит следующим образом, В зависимости от состояния счетчика 13 скорости изменения поля формирователь 18 кода циклов вырабатывает код одного из предусмотренных в магнитометре циклов измерения, причем большей скорости изменения поля соответствует код более короткого цикла. Выходной сигнал формирователя 18 кода поступает в преобразователь 5 частота-код, где устанавливает соответствующую длительность времени преобразования, а также в командный блок 7, где изменяет длительность команд, необходимых для работы магнитометра,

I

Построение магнитометра по предлагаемой схеме позволяет во-первых, автоматически производить поиск сигпала прецессии при включении прибора, во-вторых, осуществлять автоматическую подстройку датчика магнитометра во всем диапазоне измеряемых значений индукции с любой заранее выбранной точностью и, в-третьих,обеспечивает надежную работу прибора в полях с большими градиентами. Последнее преимущество достигается COI M CTной работой схемы сравнения, счетчика скорости изменения поля и формирователя корректирующих импульсов.

ПРОТОННЫЙ МАГНИТОМЕТР, содержащий последовательно соединенные регистр кода настройки, блок элементов настройки, датчик, усилитель и преобразователь частота-код, а также индикатор наличия сигнала, вход которого соединен с выходом усилителя и командный блок, о т л и ч а rain Ий с я тем, что, с целью повышения точности и автоматизации процес са измерения, в него введены последовательно соединенные формирователь, корректирующих импульсов, блок ИЛИ, реверсивный счетчик номера точки настройки и указатель переполнения, а также последовательно соединенные блок И и счетчик скорости изменения поля, а также счетчик циклов, блок сравнения выходных кодов, формирователь кода циклов измерения, первый и второй программные постоянные запо- минающие блоки, входы которых подключены к второму выходу реверсивного счетчика номера точки настройки, а выходы - соответственно к входу регистра кода настройки и входу бло.ка сравнения выходных кодов, при этом второй вход блока сравнения выходных кодов соединен с выходом преобразователя частота-код, а выход с вторым входом реверсивного, счетчика номера точки настройки и первыми входами блока И и формирователя корректирующих импульсов, второй вход которого подключен к выходу указателя переполнения, третий вход i к первому выходу счетчика скосл рости изменения поля, а четвертый вход - к первому входу счетчика циклов, выходу индикатора и второму входу блока И, вход командного блока соединен с вторым входом преобразователя частота-код, первый и второй выходы - соответственно с Фретьим входом блока И и вторым входом счетчика циклов, вьтХод которого подклю чен к второму входу блока ИЛИ, третьо им входом соединенного с выходом блоСП ка И, вход формирователя кода циклов соединен с выходом счетчика скорости изменения поля, а выход - с входом командного блока.