Устройство для измерения слабых геомагнитных полей Советский патент 1987 года по МПК G01V3/15 G01V3/40 

Изобретение относится к геофизи- | ческому приборостроению, в частности к магнитометрам., предназначенньм для измерения постоянных геомагнитных полей и может быть использовано для регистрации в движении локальных аномалий главного магнитного поля Земли, создаваемых неоднородностями нерудной природы.

Цель изобретения - повышение эффективности регистрации в движении слабых магнитных аномалий главного магнитного поля Земли (МПЗ), повышение точности измерения J, чувствительности и термостабильности, быстродействия и помехоустойчивости, а также расширение диапазона измерений.

На показана струк:турная схема предлагаемого устройства; нафиг. розондовом датчике сигнал поступает

на вход избирательного усилителя 6, в котором частично выделенный полезный сигнал усиливается и поступает на вход симметричного синхронного 25 детектора 7, выполненного по компенсационной схеме на усилителе с коммутацией перемены знака выходного Напряжения, Использование синхронног симметричного детектора 1, выходным каскадом которого является суг матор 8э позволяет обойтись без избиратель ных схем, вносящих фоновые искажения в полезный сигнал, уситывая полярность внешнего магнитного поля.

график изменения вертикальной составляющей магнитного поля Z по исследуемому профилюj на фиг.З - геологический разрез месторождения карбонатного сырья. ,

Устройство содержит последовательно соединенные задающий кварцевый генератор 1, триггерный делитель 2 частоты, усилитель 3 мощности, фильтр 4 первого порядка, феррозондовый датчик 5, избирательный усилитель 6 симметричный синхронный детектор 7, сумматор 8, фильтр 9 низких частот (интегратор),, индикатор 10, самопишущий прибор 11, компенсатор 12 маг- нитного поля.

На фиг.2 приняты обозначения; фоновые значения 13 магнитной индукции вертикальной составляющей экстремальные значения 14 магнитной индукции j а на фиг.З - тектоническое нарушение 15, суглинки 16, известняк 17

Устройство работает следующим образом.

Задающий генератор 1 выполнен по обычной схеме на инверторах,, выведенных в линейный режим, в котором частота генерации стабилизирована кварцевым резонатором, настроенным на частоту 160 кГц. Триггерным делителем 2 частоты, на интегральных микросхемах формируются сигналы прямоугольной формы частотой 10 и 20 кГц. Транзисторный усилитель 3 мощности необходим для раскачки достаточного по величине тока в возбуждающих обмотках феррозондового датчика.

Сформулированный делителем 2 частоты сигнал прямоугольной формы час

тотой 10 кГц усиливается 2-х тактным усилителем 3 мощности и поступает на пассивный R-L-C фильтр 4 первого по- рядка с бесконечно узкой полосой пропускания на частоте 10 кГц. В блоке фильтров 4 происходит преобразование формы сигнала частотой 10 кГц из прямоугольной в синусоидальную, близкую

к резонансной частоте феррозондового датчика 5, работающего на этой частоте. В измерительной обмотке феррозондового датчика, который является активньЕМ индукционным преобразователем, при наличии постоянного геомагнитного поля возникает ЭДС удвоенной частоты (20 кГц), Эта частота пропорциональна разности измеряемого магнитного поля. Преобразованный в феррозондовом датчике сигнал поступает

на вход избирательного усилителя 6, в котором частично выделенный полезный сигнал усиливается и поступает на вход симметричного синхронного детектора 7, выполненного по компенсационной схеме на усилителе с коммутацией перемены знака выходного Напряжения, Использование синхронного симметричного детектора 1, выходным каскадом которого является суг матор 8э позволяет обойтись без избирательных схем, вносящих фоновые искажения в полезный сигнал, уситывая полярность внешнего магнитного поля.

Питание симметричного синхронного детектора осуществляется симметричным сигналом прямоугольной формы (меандром) частотой 20 кГц, сформулированным триггерным делителем 2 частоты через цепи согласования уровня ТТЛ с уровнями управления электронными ключами. Последние выполнены на полевых транзисторах. Продетектиро- ванный полезный сигнал (вторая гармоника ЭДС феррозонда) симметричным синхронным детектором 7, выходным каскадом которого является су шатор 8, учитывающий полярность внешнего геомагнитного поля, поступает на вход блока фильтров 9 низких частот (ФНЧ второго порядка). В фильтрах 9 выделяется постоянная составляющая полезного сигнала, которая регистрируется индикатором 10 и самописцем 11.

55

Сигнал ЭДС на сумматоре 8 всегда пропорционален измерению геомагнитного поляt Поэтому самописец 11 и индикатор 10 регистрируют изменения постоянкой части естественного геомагнитного поля.

С целью компенсации внешнего МПЗ используется компенсатор 12 внешнего магнитного поля, выполненный по схеме стабилизатора тока с токовым зеркалом, с применением дифференциальной пары транзисторов, включенных последовательно и вторично к измерительной обмотке феррозондового датчика 5. В компенсаторе МПЗ предусмотрены независимые ступенчатая и плавная регулировки. Использование компенсатора МПЗ позволяет феррозондовому датчику постоянно находиться на нулевом поле, что обеспечивает линейность на начальных участках. Применение дифференциальной пары транзисторов, выпол- ненных на одной подложке, обеспечивает высокую термостабильность предлагаемого устройства.

Устройство позволяет регистрировать изменения одной вертикальной (Н) и двух горизонтальных (Н и Н) составляющих главного МПЗ. Измерения Н или Н осуществляются путем перемещения датчиков в соответствующих плоскостях.

В качестве прибора-индикатора 10 может использоваться стрелочный прибор электромагнитной системы, в качестве самопишущего прибора 11 - магнитофон соответствующей конструкции.

Феррозонд посредством экранированного коаксиального кабеля переменной длины соединен с регистрирующим устройством индикатором. Регистрирующее устройство помещено в гетинансовьш корпус. На лицевой панели корпуса располагаются стрелочный индикатор 10 и выходные клеммы для подключения самописца 11,

Оператор перемещает феррозондовый датчик по исследуемому профилю на высоте до 0,5 м от поверхности Земли. Второй оператор осуществляет включение и выключение устройства.

На участках профилей без неодно- родностей вектора магнитной индукции у поверхности Земли (до 0,5 м высоты) располагаются равномерно под одинаковым углом к поверхности Земли. При наличии неоднороДностей у поверхности Земли образуются участки сгущений и разрежений линий геомагнитной индукции.

При пересечении векторов магнитной индукции в феррозондовом датчике возникает разнополярная ЭДС, пропорциональная разности измеряемого геомагнитного поля, значения которой записываются самопишущим прибором.

Таким образом, применение устройства для измерения слабых геомагнитных полей позволит эффективно осуществлять поиск слабомагнитных аномалий главного магнитного поля Земли 40-250 нТл, создаваемых неоднородно- стями нерудной природы в движений,

и давать их количественную оценку. Кроме того, высокая частота возбуждения феррозонда приводит к расширению информационных возможностей устройства, так как при этом повьппается

верхняя граничная частота спектра измеряемого поля.

По существу предлагаемое устрой- ство- является прецизионным нуль-индикатором, с помощью которого можно измерять компоненты геомагнитного поля. Высокая точность измерения и чувствительность, термостабильность и быстродействие выгодно отличают

предлагаемое устройство от известного .

Устройство может использоваться для регистрации магнитных предвестников оползневых процессов и землетрясений. Измерения устройством можно производить и в автомобильном варианте.

Эффективность применения устрой- 40 ства заключается в точном обнаружении тектонических нарушений И карстов на глубинах 100-150 м.

Формула изобретения

45

1. Устройство для измерения слабых геомагнитных полей, содержащее последовательно соединенные задающий генератор, усилитель мощности, блок

фильтров, феррозондовый датчик, из бирательный усилитель, синхронный детектор, фильтр низких частот и нз- мерительный прибор, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности регистрации в движении слабомагнитных аноманий главного магнитного поля Земли и повышения точности измерения, быстродействия и помехоустойчивости, сиихронный детектор выполнен по компе.н- сационной схеме на усилителе с коммутацией перемены знака выходного напряжения, причем выходным каскадом синхронного дет.ектора является сумматор .

2. Устройство по п.1, о т л и - чающееся тем, что,, с целью повьппения чувствительности и термостабильности, задающий генератор выполнен с кварцевым резонатором и со

держит триггерный делитель частоты на интегральных микросхемах.

3. Устройство по п.1, о т л и - чающееся тем, что, с целью расширения диапазона измерений, последовательно и встречно измерительной обмотке феррозонда подключен компенсатор магнитного поля, вьтол- ненный по схеме стабилизатора тока с токовым зеркалом с применением дифференциальной пары транзисторов, выполненных на одной подложке.

Изобретение относится к геофизическому приборостроению, в частности к магнитометрам, предназначенным для измерения постоянных геомагнитных полей, и может быть использовано для регистрации в движении локальных аномалий главного магнитного поля Земли, создаваемых неоднородностями нерудной природы. Целью изобретения . ляется повышение эффективности регистрации в движении слабых магнитных аномалий главного магнитного поля Земли и повышение точности измере- ния. С этой целью в устройство введен симметричньш синхронный детектор с сумматором, выполненный по двухтактной схеме, вход которого соединен с выходом избирательного усилителя, а выход - с фильтром низких частот. Применен задающий кварцевый генератор с триггерным делителем частоты на интегральных микросхемах. Последовательно и встречно измерительной обмотке феррозонда подключен компенсатор магнитного поля, выполненньй по схеме стабилизатора тока с токовым зеркалом с применением дифференциальной пары транзисторов, выполненных на одной подложке. Синхронный детектор выполнен по компенсационной схе- ;ме на усилителе с коммутацией перемены знака выходного напряжения. 2 3.п. ф-лы, 3 ил. (Л со 4: О О5 ОО

,мГл 5 ZOO

45 100

45 000

О W. L

10

20

SN Nj

-

«

.

пнм

30W 0

15

&ff

16

Редактор И.Горная

Составитель В.Зверев Техред И.Попович

Заказ 5119/46 Тираж 729Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, 1-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная,4

Корректор Л.Пилипенко