Цифровая магнитовариационная станция Советский патент 1984 года по МПК G01V3/00 G01V3/40 

I Изобретение относится к магнитом рии и может найти применение в науч ных исследованиях и в магнитной раз ведке полезных ископаемых, проводимых на суше и на дне моря. Известно устройство для измерени вариаций магнитного поля Земли, содержащее кварцевый вариометр, осветитель, фотоприемник, генератор развертки, включенньй в отклоняющие кольца вариометра и цифровой измери тельный прибор, выход которого связан с регистратором 1 Однако в данном устройстве для измерения трех ортогональных компонент магнитного поля необходимо использование трех вариометров и трех осветителей, что ведет к- увеличению габаритов устройства, увеличению эне гопотребления и его стоимости, а попытка создания малогабаритной вариационной станции, пригодной для работы на дне моря в условиях ограни ченного объема батискафа, приводит к понижению точности измерений изза взаимного влияния вариометров один на другой. Известна цифровая магнитовариационная станция, содержащая кварцевый магниточувствительный элемент с подвижным зеркалом и ОТКЛОНЯЕОЩИМИ кольцами, подключенными к выходу генератора линейной развертки, осветителем с диафрагмой и объективом фотоэлектрический прибор, подключенньй к счетным входам двух измерителей интервалов времени, управляющие входы которых подключены к выходу генератора опорной частоты, управляющий работой генератора линейной раз вертки, и два регистратора Г23. Однако для получения полной информации о магнитном поле, а именно для измерения трех ортогональных компонент поля, требуется установка дополнительного вариометра, что увеличивает габариты, энергопотребление устройства и снижает точность измере ний из-за взаимного влияния вариомет ров. Цель изобретения - одновременное измерение трех ортогональных компонент магнитного поля при помощи одно то магниточувствительного элемента. Указанная цель достигается тем, что в цифровую магнитовариационную станцию дополнительно введены фотоэлектрический прибор, измеритель интарвала времени и регистратор, а 722 в магниточувствительный элемент, имеющий дополнительнуюОСЬ вращения, коллениарную магнитной оси отклоняющих колец, установлены два неподвижных зеркала, образующих с подвижным зеркалом уголковый отражатель в момент прохождения подвесным магнитом положения ноль угла закручивания кварцевых растяжек, причем диафрагма осветителя и два фотоэлектрических прибора расположены в фокальной плоскости объектива осветителя, второй фотоэлектрический прибор подключен к счетному входу дополнительного измерителя интервала времени, управляющий вход которого подключен к выходу генератора опорной частоты, а выход дополнительного измерителя интервала времени подключен к входу дополнительного регистратора. Магниточувствительный элемент размещен в сосуде с жидкостью с возможностью свободного плавания. Диафрагма осветителя имеет форму круга, рабочая поверхность первого фотоэлектрического прибора выполнена в форме четверти кольца, центрированного относительно центра диафрагм осветителя, а второго - в форме прямоугольного сектора с вершиной прямого угла в центре диафрагмы осветителя, причем радиальные размеры рабочей поверхности являются линейной функцией угла между стороной сектора и соответствующим радиусом. На фиг. t изображена блок-схема цифровой магнитовариационной станции; на фиг. 2 г форма выполнения и взаимное расположение диафрагмы и фотоэлектрических приборов; на фиг. 3 устройство датчика станции. Цифровая магнитовариационная станция содержит вариометр 1 с кварцевым магниточувствительным элементом, состоящим из постоянного магнита 2 (или двух параллельных магнитов) подвешенного на кварцевых растяжках 3 вместе с зеркалом 4 и двух неподвижных зеркал 5 и 6, образующих с зеркалом 4 пространственный прямой угол в момент нахождения подвижного зеркала 4 в положении ноль угла закручивания растяжек. На фокусном расстоянии от объектива 7 вариометра 1 расположены диафрагма 8 осветителя 9, имеющая круглую щель 10 и два фотоэлектрических прибора 11 и 12. Отклоняющие кольца 13 вариометра 1 подключены к выходу генератора 14 линейно 3 изменяющегося тока, управляемого генератором опорной частоты 15. Первьй управляю1ций вход измерителя 16 интер вала времени соединен с генератором 14 линейно изменяющегося тока, а вто рой управляющий вход с выходом фотоэлектрического прибора 11. Управляющие измерителей интервалов времени 17 и 18 связаны соответствен но с выходами фотоэлектрических приборов 11 и 12. Выходы измерителей 16 17 и 18 интервалов времени связаны с входами регистраторов 19, 20 и 21 соответственно. Фотоэлектрический прибор 11 (фиг. 2) представляет собой четверть кольца, центрированного относительно круглого отверстия 10 диафрагмы 8 Фотоэлектрический прибор 12 представляет собой прямоугольньш сектор с вершиной прямого угла в центре круглого отверстия 10 диафрагмы, а радиальные размеры рабочей поверхности фотоприемника 12 являются заданной (например, линейной) функцией угла, отсчитанного от стороны сектора до соответствующего радиуса Вариометр 1 представляет собой герметичную камеру (фиг. 3), помещенную в резервуар 22 с жидкостью, и находится там в плавучем состоянии слегка опираясь на острие иглы 23 своим подпятником 24. Крышкой резервуара 22 служит диафрагма 8, а откло няющие катушки 13 намотаны на цилинд рическую поверхность резервуара 22, Предлагаемое устройство работает следующим образом. Вариометр 1 находится в плавучем состоянии, уравновешен в магнитном и гравитационном поле Земли и имеет возможность свободно вращаться вокруг вертикальной оси. Магнит 2 магниточувствительного элемента под действием магнитного поля всегда стремится развернуться вдоль магнитного меридиана, поворачивая вокруг вертикальной оси жестко связанный с ней легкий корпус с вариометром 1. Таким образом, плоскость качания подвесного магнита 2 будет всегда находиться в плоскости магнитного меридиана, а магнит 2 всегда будет поворачивать вариометр 1 .в соответствии с изменениями положения меридиана, обусловленными естественньми вариациями магнитного поля по компоненте (вариации склонения). В результате поворота плоскости качания магнита 2 будет поворачиваться и плоскость сканирования световых лучей, отраженных от зеркал 4-6, меняя свою ориентацию относительно неподвижно установленного резервуара 22 и диафрагмы 8 с фотоэлектрическими приборами 11 и 12. Световые лучи, отраженные от этих зеркал будут пересекать фотоэлектрический прибор 12 по радиусу, величина которого пропорциональна углу поворота магниточувствительного элемента вокруг вертикальной оси. Интервал времени, в течение которого световые лучи пересекают рабочую поверхность фотоэлектрического прибора 11, характеризует величину горизонтальной составляющей магнитного поля, а время от начала развертки до момента попадания луча на фотоэлектрический прибор 11 пропорционален вертикальной компоненте поля. Цикл измерения осуществляется следующим образом. Импульс С выхода генератора 15 тактовых импульсов открывает счет на измерителе 16 интервала времени. Одновременно этот импульс поступает на вход генератора 14 линейно изменяющегося тока и запускает развертку. Линейно изменяющий ся ток создает в отклоняющей катушке 13 линейно изменяющееся магнитное поле, которое поворачивает магнит 2 с закрепленным зеркалом 4. Свет, отраженный от подвижного зеркала 4 и неподвижных зеркал 5 и 6 и сфокусиррванньй в фокальной плоскости линзы 7 в виде четырех световых пятен, движущихся навстречу друг другу попарно по двум ортогональным направлениям, попадает на фотоэлектрические приборы 11 и 12, проходит по их рабочим поверхностям и собирается на светящейся щели 10 диафрагмы 8. Передний фронт импульса с выхода фотоэлектрического прибора 11 поступает на вход измерителя интервала времени 17 и открывает счет. Задний-фронт этого импульса останавливает счет на измерителе 16 интервала времени и измерителе 17 интервала времени. Передний фронт импульса с выхода фотоэлектрического прибора 12 поступает на вход измерителя 18 интервала времени и запускает счет, а задний фронт этого импульса останавливает счет. Импульс сброса с генератора 15 тактовых импульсов переводит результаты счета с измерителей 16, 17 и 18 интервала времени на регистраторы 19, 20 и 21 соответственно и устанавливает генератор 14 линейно изменяющегося тока и измерители 16, 17 и 18 интервала времени в исходное положение. В каждом цикле измерения на регистраторах 19, 20 и 21 фиксируются длительности временных интервалов ui ui , й соответственно. Эти длительности свя заны с тремя компонентами вариаций измеряемого магнитного поля следующи образом: , коэффициенты пропорциональности; интервал времени от начала развертки до момента компенсации 2 компоненты в откло няющих кольцах; 4t - время прохождения светового луча по ра бочей поверхности фотоэлектрического прибора 11; dtj- время прохождения светового луча по рабочей поверхности фотоэлектрического прибора 12. Коэффициенты пропорциональности k, k, k определяются при эталони/ровке прибора, а Ч k , I { л й±2 I заданная (например, линейная) функция своего аргумента, отражающая заданную форму рабочих поверхностей элементов. Предлагаемое изобретение позволяет существенно уменьшить габариты и энергопотребление аппаратуры, измеряющей три компоненты магнитного поля Земли, что очень существенно при работе в автономном режиме в труднодоступных местах, на дне морей и океанов и т.д. Представление информации о трех компонентах магнитного поля в одном пакете импульсов во времяимпульсном коде позволяет легко рёщить задачу дистанционной передачи информации.

сриг.2.

Ю

1. ЦИФРОВАЯ МАГНИТОВАРИАЦИО НАЯ СТАНЦИЯ, содержащая кварцевый магниточувствительный элемент с подвижным зеркалом и отклоняющими кольцами, подключенными к выходу генератора линейной развертки, осветитель с диафрагмой и объективом, фотоэлект рический прибор, подключенный к счет ным входам двух измерителей интервалов времени, управляющие входы которых подключены к .выходу генератора опорной частоты, управляющий работой генератора линейный развертки, и два регистратора, отличающаяс тем, что, с целью одновременного измерения трех ортогональных компонент магнитного поля при помощи одного магниточувствительного элемента, в нее дополнительно введены фотоэлек рический прибор, измеритель интервал времени и регистратор,a в магниточувствительный элемент, имеющий дополнительную ось вращения, коллинеарную магнитной оси отклоняющих колец, вставлены.два неподвижных зеркала, образующих с подвижным зеркалом уголковый отражатель в момент прохождения подвесным магнитом положения угла закручивания кварцевых растяжек, причем диафрагма осветителя и два фотоэлектрических прибора расположены в фокальной плоскости объектива осветителя, второй фотоэлектрический прибор подключен к счетному входу дополнительного измерителя интервала времени, управляющий вход которого подключен к выходу генератора опорной частоты, a выход дополнительного измерителя интервала времени подключен к входу дополнительного регистратора. 2.Магнитовариационная станция по п. 1, отличающаяся тем, что магниточувствительный элемент размещен в сосуде с жидкостью с возможностью свободного плавания. 3.Магнитовариационная станция по п. 1, отличающаяся тем что диафрагма осветителя.имеет форму круга, рабочая поверхность первого фотоэлектрического прибора выполнена в форме четверти кольца, центрированного относительно центра диафрагмы осветителя, a -второго - в форме прямоугольного сектора с вершиной прямого угла в центре диафрагмы осветителя, причем радиальные размеры рабочей поверхности являются линейной функцией угла между стороной сектора и соответствующим радиусом.