ЯДЕРНО-ПРЕЦЕССИОННЫЙ МАГНИТОМЕТР Советский патент 1972 года по МПК G01V3/175 

.Изобретение относится к области геофизических магнитных исследований, а именно, к приборам для измерения напрял енности магнитного поля.

Известен ядерно-лрецеосионный магнитометр с электронными счетчиками, работающий про принципу счета числа периодов ядер-ной прецессии за фИКсированиый интервал времени. Основными узлами такого магнитометра являются: магниточувствительный датчик (МЧД), умножитель частоты ядерной прецессии, генератор эталонной частоты, формирователь времени счета, схема совпадений и счетчик налр.яжеиности магнитного поля. Счетчик .соединен со схемой совгяадений, которая одним входом через умножитель частоты подключена к МЧД, а другим входом через формирователь Бремени счета - к генератору эталонной частоты. Формирователь времени счета, подсчитывая определенное число .периодов эталонной частоты, формирует постоянный временной интервал, в течение Которого умноженная частота ядерной процессии проходит через схему совпадачий на счетчик. Число, зафиксированное на этом счетчике по окончании временного интервала, является цифровым кодом напряженности магнитного поля.

i

частоты. Снижающего его надежность и имеющего большие габариты и высокую стоимость, поскольку индуктивности фильтров умножителя сложны в изготовлении, а умножитель в целом требует тщательной настройки.

Целью изобретения является создание простого и надежного ядерно-прецессионного магнитометра с измерительным блоком, полностью реализуемым на элементах -цифровой техники, которые серийно выпускаются промышленностью в микроминиатюрном исполнении.

Цель достигается благодаря тому, что схема совпадений соединена с установочными входами счетчика младших разрядов; вход счетчика младших разрядов через вторую схему совпадений соединен с формирователем времени счета и со счетчиком с переменным

каэф|фициентом пересчета, подключенныМ к генератору эталонной частоты и к старщгим разрядам счетчика периодов эталонной частоты. Последний через третью схему совпадений соединен с генератором

эталонной частоты, а второй вход третьей схемы совпадений через счетчик периодов ядерной прецессии соединен с магниточувствительным датчиком. Для повышения точности счетчик с переменным коэффищиенмладшим счетчика периодов эталон.ной частоты.

Сущность изобретения заключается в следующем. Счетчик напряженности магнитного поля разбивается «а две части: в одну входят старшие разряды, в другую - младшие. Состояние старших и младших разрядов одределяется раздельно. Счетчик, образующий старшие разряды, лодачитывает число полных периодов ядерной прецессии (без умножения частоты ядерной прецессии) за фиксированный интервал времени. Последний период ядерной прецессии остается неза конченным и используется для определения состояния младших разрядов следующим образом: подсчитывается число периодов эталонной частоты за несколько периодов ядерной прецессии; полученное число делится на постоянную велцчииу, определяемую требуеМой точностью измерения напряженности магнитного поля и количеством .периодов ядерной прецессии, в течение которыХ подсчитывается число периодов эталонной частоты. Целая часть полученного Частного определяет число периодов эталонной частоты, которое характеризует вспомогательный временной интервал. Количество таких вспомогательных интервалов, подсчитанное за незаверщенную часть последнего периода ядерной прецессии, и определяет состояние младших разрядов счетчика напряженности магнитного .поля. Если же полученная при этом точность оказывается недостаточной, то дробные разряды частного используются для изменения длительности отдельных вспомогательных временных интервалов на один период эталонной частоты.

Благодаря этОМу исключают из магнитометра умножитель частоты ядерной прецессии, содержаший частотно-зависимые элементы, и тем самым повышают надежность магнитометра.

Функциональная схема предлагаемого магнитометра приведена на чертеже.

Магниточувствительный датчик 1 через схему совпадений 2 соединен со счетчиком 5 и с установочными входами счетчика младших разрядов 4. Счетчики 3 и 4 образуют выходной регистр 5. Генератор эталонной частоты 6 соединен с форл-щрователем 7 времени счета, второй вход которого подключен к датчику /. Выход формирователя 7 соединен со схе-.мой совпадений 2 и со второй схемой совпадений 8, выход которой подключен ко входу счетчика младших разрядов 4. Второй вход схемы совпадений 8 через счетчик 9 с неременным коэффициентом пересчета соединен с генератором эталонной частоты 6. Управляющие входы счетчика 9 подключены к старшим разрядам счетчика 10 периодов эталонной частоты. Вход счетчика 10 через третью схему совпадений соединен с генератором эталонной частоты 6. Второй вход схемы совпадений 11 через счетчик 12 периодов ядерной прецессии соединен с датчиком /.

Формирователь 7 времени счета подсчитывает определенное число периодов эталонной частоты, поступающее на его вход с выхода генератора эталонной частоты 6, формирует временной интервал заданной длительности. На управляющий вход формирователя 7 поступает сигнал с выхода датчика /. Этим достигается синхронизация начала заданного временного интервала (с точностью до периода эталонной частоты) с началом периода ядерной прецессии.

С выхода формирователя 7 на один из входов схемы совпадений 2 поступает разр1ешающий сигнал, и сигнал с выхода датчика 1 через эту же схему совпадений в течение заданного временного интервала поступает на вход счетчика 3. По окончании заданного временного интервала на счетчике 3 оказывается зафиксированным код, численно равный старшим разрядам напряженности магнитного поля.

Одновременно с определением старших р азрядов напряженности магнитного поля производится подсчет количества периодов эталонной частоты за определенное число периодов ядерной продессии. Для этого сигнал с выхода датчика / костунает на вход счетчика 12 периодов ядерной прецессии, с выхода которого на один из входов схемы совпадений // в течение заданного числа периодов ядерной прецессии поступает разрешающий сигнал, и импульсы с генератора 6 проходят через схему совпадений // на вход счетчика 10 периодов эталонной частоты. Результат, полученный на счетчике JO, делится на число, зависящее от требуемой точности и от Коэффициента пересчета счетчика 12, равного количеству периодов ядерной прецессии, в течение которых считаются периоды эталонной частоты. Этот делитель выбирается равным целой положительной степени основания системы счисления, в которой работает устройство, и тогда операция деления эквивалентна р азделению счетчика 10 на страшие и младшие разряды, причем старщие разряды образуют целую часть, а младшие разряды- дробную. Делитель является постоянным числом, и разделение счетчика Ю всегда одинаково. Старщие разряды счетчика 10 управляют счетчиком 9 с переменным коэффициентом пересчета таким образом, что его коэффициент пересчета оказывается равным целой части полученного частного или на единицу больше этого числа. В первом случае получают приближенное значение частного по недостатку, во втором - по избытку.

Счетчик 9 с пере-менным коэффициентом иересчета может быть реализован, например, на основе счетчика и узла его установки в начальное состояние. Вход этого счетчика соединяется с генератором эталонной частоты 6, а установочные входы через узел начальной установки - со старшими разрядами счетчика 10 периодов эталонной частоты. В течение

временного интервала, задаваемого формирователем 7, выходные импульсы счетчика 9 через схему совладений 8 поступают на вход счетчика 4. Так .как каждым выходным ИМпульсом датчика I счетчик 4 устанавливается в исходное состояние, то по ОКончании заданного временного интервала на счетчике 4 окажется записанным число, равное количеству Периодов выходных импульсов счетчика 9 за временной интервал от конца последнего полного периода ядерной прецессии до конца заданното временного интервала. Это число определяет младшие разряды кода напряженности магнитного поля. Таким , на выходном регистре 5 по окончании заданного временного интервала оказывается зафиксированным число, равное напряженности измеряемого магнитного ноля.

Если при заданной частоте генератора эталонной частоты 6 точность описанного устройства окажется недостаточной, то для повышения ее следует учесть дробную часть частного, зафиксированного на счетчике 10, т. е. учесть состояние младших разрядов счетчика 10.

В этом случав счетчик с переменным коэффи-циентом пересчета дополнительно подключается к младшим разрядам счетчика 10 периодов эталонной частоты, причем счетчик с пере-менным коэффициентом пересчета реализуют, например, на оонове счетчика, узла его установки .в начальное состояние, схемы блокиров.ки или добавления импульса, дешифратор а и счетчика тактов. часть учитывается за счет того, что счетчик 9 меняет коэф|фиЦиент пересчета в течение одного периода ядерной лредессии в зависимости от состояния младших разрядов счетчика 10. Для этого вход счетчика 5 подключается к генератору эталонной частоты 6 через схему блокировки или добавления импульса. Одна группа входов этой схемы соединяется с младшими разрядами счетчика периодов эталонной частоты 10, а другая группа входов через дешифратор и счетчик тактов - с выходом счетчика 9.

Состояние счетчиков 3 и 4 определяется аналогично описанному. Но в зависимости от состояния младших разрядов счетчика W в определенные .промен утки между двумя выходными импульсами счетчика 9, задаваемые дешифратором, блокируется один импульс из числа поступающих на вход счетчика, в результате промежуток времени между двумя

выходными импульсами счетчика увеличивается на один период эталонной частоты (при работе по недостатку) или в последовательность входных импульсов счетчика добавляется один импульс, и промежуток времени между двумя выходными и-мпульсами счетчика сокраш,ается на один нериод эталонной частоты (при работе по избытку).

Если устройство использует двоичную систему счисления, то алгоритм работы схемы дОбавлення или вычитания импульса может быть, например, следующим; если 1старший из группы младших разрядов счетчика 10 находится в единичном состоянии, то изменяется длительность каждого второго интервала между выходными импульсами счетчика 9; если следующий за старшим разряд из группы младших разрядов счетчика 10 находится в единичном состоянии, то изменяется длительность каждого четвертого интервала и т. д. Выделе11ие нужных интервалов производится с помощью дешифратора и счетчика тактов. Изменение длительности интервала происходит при совпадении номера интервала и единицы в соответствующем младшем разряде счетчика 10,

Предмет изобретения

1.Ядерйо-прецессионный магнитометр с цифровой регистрацией, содержащий матаиточувствительный датчик, схемы сов падений, генератор эталонной частоты, формирователь времени счета и счетчик, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности работыустройства, схема совпадений соединена с установочными входами счетчика младших раз рядов, вход счетчика младших разрядов Через вторую схему совпадений соединен с формирователем времени счета и со счетчиком с переМенным коэффициентом пересчета, подключенным к генератору эталонной частоты и к старшим разрядам счетчика периодов эталонной частоты, который через третью схему совпадений соединен с генератором эталонной частоты, а второй вход третьей схемы совпадений через счетчик периодов ядерной прецессии соединен с магниточувствительным датчиком.

2.Магнитометр по п. 1, отличающийся тем, что счетчик с переменным коэффициентом пересчета дополнительно подключен к младшим разрядам счетчика периодов эталонной частоты.

v

,j