УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОМПОНЕНТ МАГНИТНОГО ПОЛЯ Советский патент 1972 года по МПК G01V3/08 

Изобретение относится к области магнитометрической техники и предназначено для проведения геофизических измерений.

Известны устройства для измерения компонент магнитного поля, содержащие датчик направленного типа и установочное ложе.

Недостатком известных устройств является то, что диаграмма их направленности зависит от относительного расположения пермаллоевых сердечников, изменения амплитуды поля возбуждения « т. д. Сердечники закреплены в датчиках так, чтобы обеспечивалось их свободное утолщение и удлинение при изменении температуры окружающей среды. Поэтому расположение сердечников никогда не бывает строго параллельным, а амплитуда поля возбуждения может изменяться. Это приводит к изменению диаграммы направленности датчика, что снижает точность измерений. Для повышения точности в известных устройствах используется методический прием- двукратные измерения со 180°-ным разворотом датчика. Однако при этом снижается производительность труда и ограничивается область применения этих устройств (наземная магниторазведка с участием оператора, невозможность измерений в процессе движения и т. д.).

покрытием, например ферромагнитными кольцами, причем насадка жестко укреплена на установочном ложе.

С помощью этой насадки в объеме датчика экранизируется поперечная компонента поля, которая вызывает основные погрешности в известных устройствах.

Благодаря такому выполнению устройства исключается необходимость в 180°-ных разворотах датчика, что повышает производительность измерений и позволяет использовать его там, где не может быть применено известное устройство: при измерениях в движении, в системах следящего привода, в системах обнаружения слабых сигналов и т. д.

На фиг. 1 изображена конструкция насадки, надеваемой на датчик; на фиг. 2 структурная схема магнитометрического устройства, в котором используется датчик с предложенной насадкой.

Насадка представляет собой анизотропный цилиндрический экран, надеваемый на датчик 1 любого типа. Экран выложен в виде жесткой керамической трубки 2 с нанесенным на нее анизотропным ферромагнитным покрытием 3, имеющим, например, форму колец магнитно изолированных друг от друга. идальная обмотка 4, концы которой подключены к генератору 5 низкой частоты. Датчик /, кроме того, подключен к генератору 6, возбуждаемому сердечником с более высокой частотой. Сигнал с датчика / поступает на избирательный усилитель 7, синхронный детектор 8, сглаживающий фильтр 9 и через резистор 10 подается в виде отрицательной обратной связи на датчик 1. Одновременно с детектора 8 сигнал поступает на дополнительный синхронный детектор 11, питающийся от генератора 5. С детектора // и фильтра 9 сигналы поступают на сумматор 12, а затем на регистрирующий прибор 13. Устройство работает следующим образом. . Поскольку насадка обладает достаточной жесткостью и ее продольная ось, не меняет своего пространственного положения, с этой осью удобно связать систему координат, в коГгторой рассматривается вектор Н измеряемого поля. Для простоты будет считать, что угол ф между продольной осью i трубки (экрана) и магнитной осью /м датчика (именно эта ось и является неустойчивой) лежит в плоскости ХОУ и что вектор Я также лежит в этой плоскости. Тогда при отсутствии ферромагнитных колец погрешность, обусловленная углом фь определялась бы следующим выражением: 8//I1 /V|, - Я/м //II - //„ cos f + + ,(I) где Яцл Я - значение компонент поля, совпадающих с направлением осей X тл Y. При наличии же насадки, выполненной в виде анизотропного экрана, поперечная компонента поля экранизируется, и на датчик /-/ действует уменьшенная компоненты Н -, где -:коэффициент поперечного экранирования. При этом продольная компонента почти не экранируется, т. е. Я, «Я, и гц. Это приводит к тому, что в объеме датчика действует вектор Н (см. фиг. 1). Проекция последнего на магнитную ось 4i будет //2 //Со8(ф+Я,), что близко к значению Я1 Я||Со5ф. В этом случае погрешность от угла ф будет За/Уц -Яц -Я, - - Я sintp - /УН - Я|| cos ср+ Сравнение выражений (I) и (II) показывает, что в первом случае при малом значении угла ф .и примерно одинаковых значениях Яц Н Н погрещность зависит главным образом от,величины компоненты Я j , т. е. бЯц «Я , ср Во втором случае при тех же допущениях погрещность уменьшается, так как в г раз уменьшается величина Н , При высокоточных измерениях сам анизотропный экран-из-за непостоянства остаточной намагниченности колец может внести дополнительные погрешности. Остаточная намагниченность колец вызывает дополнительную поперечнук) компоненту поля /г j;.Устранить; эти дополнительные погрешности можно; путем периодического перемагничивания колец вдпомогательным переменным. Это может быть осуществлено с помощью магнитометрического устройства, которое работает следующим образом. - Ток низкой частоты fii, протекающий по тороидальной обмотке 4, создает поле, периодически воздействующее на магнитную проницаемость ферромагнитных колец. Поскольку ц (Я)-функция четная, то проницаемость изменяется с удвоенной частотой, а следовательно, с удвоенной частотой будет изменяться и величина i. Ориентировочно можно записать j() COS 2Q/, где д.щах - максимальная проницаемость, которая достигается в процессе перемагничивания колец. Это означает, что в объеме датчика поперечная компонента //j также оказывается функцией времени, т. е. величиной, изменяющейся во времени с частотой 2Й. Сигнал с этой частотой выделяется дополнительным синхронным детектором 11 и в виде постоянного напряжения, пропорционального величине Я 51пф, подается на сумматор 12. Туда же поступает суммарный сигнал, обусловленный полезным сигнало.м и помехой за счет угла ф и поля . Вычитая из этого сигнала напряжение, поступающее с детектора 11, получим сигнал, свободный от составляющей Я j и угловой погрещности. Предмет изобретения Устройство для измерения компонент магнитного поля, содержащее датчик направленного типа и установочное ложе, отличающееся тем, что, с целью повышения производительности и расширения возможностей его эксплуатации, на установочном ложе жестко укреплена насадка, надетая на датчик и выполненная в виде цилиндра из немагнитного материала с нанесенным на его поверхность анизотропным ферромагнитным покрытием, например ферромагнитными кольцами..

IH Н,Н2 iH

iPuZ 1 12 3