УСТРОЙСТВО для КОМПЕНСАЦИИ МАГНИТНЫХ ПОМЕХ В ОБЪЕМЕ ДАТЧИКА МАГНИТОМЕТРА Советский патент 1973 года по МПК G01V3/16 

1

Изобретение относится к аэромагнитным средствам лОИска и разведки полезных ископаемых.

Известны устройства для компенсации магнитных помех носителя аэромагнитометра в объеме датчиков магнитного поля.

Устройство содержит системы из трех ортогональных катушек, расположенных на прямой, проходящей через центр датчика -магнитометра, внутри магниточувствительного блока на таком расстоянии от датчика магнитометра, 1при -котором магн-итное поле катушек в объе.ме датчиков достаточно равномерно.

Катушки питаются от источника постоянного тока для компенсации постоянных магнитных помех. Для компенсации индуктивных помех катушки питаются током с выхода вспомогательных магнитометров. Для компенсации помех от вих,ревых токов, возникающих в электропроводных массах конструкции носителя при эволюциях в магнит1ном поле Земли, катушки питаются от тех же вспомогательных магнитометров через схемы дифференцирования.

Недостаток известных устройств для компенсации магнитных помех с компенсационными катушками состоит ъ том, что для обеспечения магнитного поля с заданной раъноме рностью Б объеме датчиков мапнито.метра необходимо удалять катушки на большое расстояние от датчиков. Особенно существенен этот недостаток при использовании ядернопрецессионных датчиков магнитного поля. Градиент магнитного поля катушек приводит к резкому затуханию сигнала ядерной лрецессии, а иногда и к выходу из строя магнитометра.

Предложенное устройство для компенсации магнитных помех позволяет простыми техническими средствами повысить кратность компенсации магнитных помех и сократить габариты при заданной кратности компенсации.

Эти преимущества устройства обеспечиваются тем, что оно снабжено дополнительными компенсационными катущками, ориентированными коллинеарно соответствующим основным катушкам и включенным1И последовательно или параллельно с ними, причем отношение магнитных моментов основных и дополнительных катушек выбрано из условия равенства нулю высших производных магнитного потенциала Е центре датчика магнитометра.

На фиг. 1 изображена схема предлагаемого устройства.

Внутри ма-гниточувствительного блока / расположен датчик 2 .магнитометра, система из трех ортогональных в пространстве катушек 3, 4 5, питаемых током от стабилизированного источнпка тока и от вспомогательных 0 магнитометров (не показаны), система из трех

дополнительных ортогональных компенсационных катушек 6, 7, 8, расположенных «а прямой, проходящей через центр катушек 3, 4 5 и центр датчика магнитометра. Дополнительные компенсационные катушки включены последовательно или параллельно с соответствующими ОСНОВНЫМИ катушками и ориентированы так, что их ООН колли неарны.

Магнитные моменты (M I-w-S, где / - сила тока, га - число витков, 5 - площадь в,итка) выбраны такими, чтобы отношение магнитных моментов основных я- дололиительных катушек было равно четвертой степени отношения расстояний от катушек до центра датчика магнитометра

М R у M,,Rj

При таком соотношении магнитных моментов основных и дополнительных катушек первая 1ПроиЗВОДная магнитного толя дополнительной катушки, включенной навстречу основной катушке, комиеноирует первую производную магнитного поля основной катушки, благодаря чему магнитное 1поле в объеме датчика магнитометра становится более равномерным.

представим ко.чпенсациоННую катушку в виде диполя с магнитным моментом М (фиг. 2) в точке А, положение которой характеризуется радиусом-вектором R, расположенным под углом ф к направлению магнитного момента.

Магнитное поле катушки рассчитывается по формулам дилоля:

//. - COS ср.

гз М

Н -

sin f.

гз

Составляющая поля диполя, параллельная его оси,

М

Н

-( 1).

В точке А удаленной от точки А на -малое расстояние l(), напряженность магнитного поля будет отличаться на велич,ину ДЯ, которую МОЖНО рассчитать с помощью первых членов ряда Тейлора, дН

./+±.

Hj,

/«. 2 д

dl

.После дифференцирования получаем значение ДЯж для ф-О, В точках на прямой /, расположенной под углом -к радиусу - вектОру R:

М

М

- 6/COS а +-: 12/« COS

Л

М

- -i 3/ Slnoc. К.

Если на прямой ОЛ расположена дополнительная катушка с магнитным моментом Мд

M-R

м,

/г«

4

ориентированным колинеарно и встречно с моментом М, то, приращение ее смапнитного поля на участке / составит

М R

М

Я,,

б cos я -

12/«COSa-f

М

.

+

Суммарное приращение поля ооновной и дополнительной катушек на участке / составит:

Д//,,ДЯ, + А//,

- 12/COS а л - -A JW 3/. sin а

irL 12/

X R ) К

R

(X

в вьфажени-и отсутствует наиболее существенный член, обусловленный первой производной малнитного поля, Кото1рая ско.мпенсирована дополнительной катущкои.

Для примера укажем, что приращение поля щ сфере радиуса / - 4 см, расположенной на расстоянии R QQ см, составит +22,6% и , напряженности поля в центре сферы.

Если использовать дополнительную катушку, расположенную на расстоянии см, то максимальная неравномерность поля снизится до -f 5,3% за счет увеличения обш,его .магнитного -момента катушек примерно в 2 раза без увеличения габаритов магниточувствительного блока магнитометра.

Для достижения такой же равномерности поля в обычном устройстве пришлось бы увели.чить длину магниточувствительного блОКг. до 2,5 М при этом потребовалось бы увеличить магнитный момент в 64 раза.

Дальнейшее повышение кратности компенсация помех в ограниченном объеме достигается за .счет компенсации третьей производной .магнитного потенциала с помощью еще одной системы дополнительных коматенсационных катушек.

На фиг. 3 изоб.ражена система из трех комценсационных катушек: основной (Mi) и двух дополнительных (Mz и М), расположенных на прямой, проходящей через центр магнитометра (точку Л) соответственно на расстояниях Ri, Rz и Rz.

Отношение магнитных моментов катушек устанавливается в соответствии с зависимостями:

В таком устройстве вторая и третья производные магнитного потенциала суммарного поля катушек М, М и MZ в точке Л рав-ны нулю, и в ограниченном объеме вокруг точки Л магнитное поле еще более равномерно.