Прибор для измерения градиента составляющих магнитного земного поля Советский патент 1927 года по МПК G01R33/02 G01C17/00 

Предлагаемый прибор предназначается для измерения градиентов элементов земного магнетизма (склонения, наклонения и горизонтальной составляющей или же составляющих напряжения по любым трем взаимно перпендикулярным направлениям), имея в виду, что градиенты являются более чувствительными признаками для выяснения положения залежи при геомагнитных разведках, чем самые элементы.

Схематически изображенный на чертеже прибор представляет собой две одинаковых катушки А, А, которые приводятся во вращение с одинаковой угловой скоростью в одну и ту же или в различные стороны посредством зубчатых или иных передач вокруг параллельных осей и центры которых находятся на равных расстояниях от середины О прибора. Линия, которая соединяет центры катушек и которая в дальнейшем будет называться осью прибора, располагается при

наблюдениях в том направлении, в каком желают узнать градиент той или другой составляющей напряжения поля.

Концы обмоток катушек А, А, дающих при вращении переменные индукционные токи, неспрямленные или спрямленные (и притом в случае надобности сделанные прерывчатыми), соединяются так, чтобы на включенный в их цепь измерительный прибор действовала разность этих токов, зависящая от разности соответствующих составляющих среднего напряжения поля в пространстве, захватываемом одной катушкой при ее вращении, и в пространстве, захватываемом другой катушкой.

Эта разность полей в местах вращения обеих катушек или измеряется посредством вызываемого ею тока, например, чувствительным гальванометром в случае спрямленного тока или струнным гальванометром в случае неспрямленного, или же компенсируется посредством

небольшой катушки с током, помещающейся посредине между вращаемыми катушками, или небольшого магнита М, помеш;енного там же. Ток в катушке изменяется или магнит М поворачивается так, чтобы поле, создаваемое таким компенсатором, вызывало практическое равенство полей на местах враш,ения обеих катушек и ,тем самым приводило к нулю показание включенного в их цепь измерительного прибора. Если применять неспрямленный переменный ток или спрямленный, но сделанный прерывчатым, то весьма удобным прибором является телефон, не требующий никакой установки, затруднительной в полевых условиях, и позволяющий произвольно увеличивать чувствительность путем применения тех или иных усилителей.

Прибор помещается на особую подставку, устраиваемую так, чтобы его ось можно было ориентировать по одному из трех взаимно перпендикулярных направлений. Для упрощения интерпретации результатов наблюдений одно из этих направлений - 0. на чертеже должно быть вертикальным, а одно из горизонтальных желательно делать мало отличным от магнитного меридиана. Прибор можно также поворачивать на 90 вокруг его оси, располагая в двух взаимно-перпендикулярных положениях так, чтобы плоскость осей катушек или плоскость щеток располагалась поочередно в плоскостях Ojj. и О,,,. Кроме того, в каждом из этих положений можно производить по два наблюдения, поворачивая прибор на 180° вокруг оси, проходящей через середину прибора и перпендикулярной к его оси, исключая таким образом влияние возможного различия обеих катушек.

Прибор допускает четыре варианта;

А. Коммутатор каждой катушки- разрезной, т.-е. состоит из двух металлических полуколец с двумя небольшими изолирующими прокладками:

1)к коммутатору прилегают две пары щеток, плоскости которых, будучи параллельными оси катушки, будут расположены в двух взаимно перпендикулярных плоскостях;

2)и 3) к коммутатору прилегает одна пара щеток, плоскость которых будет параллельна оси катущки и параллельна или перпендикулярна оси прибора и будет располагаться поочередно в одной из двух взаимно-перпедикулярных плоскостях.

В. Коммутатор каждой катушки сплошной, т.-е. состоит из двух металлических колец, соединенных с концами катушки.

Если назовем составляющие напряжения земного поля по направлениям координатных осей 0,, 0 и 0, через X, у и Z, то из 9 граdx dx dx dy dy dy dz диентов, , , , , ; ,

dz dzгс

независимыми будут 5, так

dy dz

dz

dy dy

dx

как градиенты a Тх d :d djc dz

:dy

dz dx

-r- И соответственно равны между

собою и, кроме того, по теореме

dx dy

Лапласа сумма градиентов , и dz

-г- равна нулю.

Из четырех указанных вариантов дают возможность определить не менее 5 градиентов только варианты Б и А. При первом варианте при совмещении оси прибора с осью 0,

d YX Н-

определяется градиент dx

при повороте прибора вокруг его

d I 2 оси на 90 градиент --f--, при

совмещении оси прибора с осьюб,,- градиенты

f J Z+I: U

dy dy а при совмещении с осью 0.-

dYz + x и

--J/J - .

dzdz,

При втором варианте в соответственных случаях определяются граdx dy dx dz dy dz dy диенты, Tx TyTy d jix dz d}( dz dy

dy dz dz

Заменяя небольшой магнит М большим и включая в цепь измерительного прибора лишь одну катушку, можно таким же компенсационным методом определять на том

Н Z же приборе отношения Л где

Н-горизонтальная составляюш,ая, равная , а Л4-магнитный момент магнита, который (или, точнее, произведение которого на Н} можно найти из наблюдений над качаниями того же магнита. Такое .добавление позволяет применять предлагаемый прибор также в качестве магнетометра и инклинатора.

Предмет патента.

1. Прибор для измерения градиента составляющих магнитного земного поля, характеризуюш,ийся применением двух тождественных катушек А и А, приводимых во вращение с одинаковой угловой скоростью вокруг двух параллельных осей, укрепленных в общей, ловоротной во всех направлениях

раме, обмотки каковых катушек через соответствующие кольца или коллекторы соединены с внешней цепью так, чтобы в измерительный прибор поступала для измерения разность возбуждаемых в обеих катушках токов, зависящая от различия соответствующей составляющей магнитного поля в местах вращения каждой из этих катушек.

2.При охарактеризованном в п. 1 приборе, с целью возможности пользования нулевым методом измерения, применение или небольшой катушки, с изменяемой силой проходящего по ней тока, или поворотного небольшого магнита, помещаемых посредине между вращаемыми катушками Л и Л1 и предназначаемых для компенсации разности полей в местах вращения обеих катушек.

3.При охарактеризованном в п.п. 1 и 2 приборе применение, вместо катушки или небольшого магнита, расположенных посредине между вращаемыми катушками А и AI, большого магнита с целью компенсации поля в месте вращения одной из катушек и получения возможности измерять соответствующие составляющие магнитного поля.

- X