Устройство для измерения магнитной восприимчивости вещества Советский патент 1977 года по МПК G01V3/00 

1

Изобретение относится к области измерения магнитных свойств горных пород, почв, грунтов, непосредственно в исследуемой среде.

Известны устройства для измерения магнитной восприимчивости веществ, содержащие магниточувствительный преобразователь и две одинаковые катушки, расположенные с противоположных сторон на равном расстоянии от него 1, 2. Катушки включены встречно так, что создаваемые ими в преобразователе магнитные поля в отсутствие исследуемого вещества равны по величине, но противоположны по направлению, в результате чего выходной сигнал преобразователя равен нулю. При измерениях в поле одной из катушек вносят исследуемое вещество, приводящее к нарущению симметрии и появлению сигнала на выходе преобразователя. Недостатками известных устройств является низкая стабильность нуля.

В наиболее близком к изобретению по технической сущности устройстве для измерения магнитной восприимчивости 3 магниточувствительный преобразователь Холла помещен между двумя расположенными на общей оси идентичными катушками. Катущки питаются от источника переменного тока и включены встречно. Схема настроена так, что при внесении исследуемого вещества в поле одной

из катушек на выходе преобразователя Холла появляется полезный сигнал. Этот сигнал усиливается избирательным усилителем и дважды детектируется: сначала на частоте тока питания преобразователя, а затем на частоте источника питания катушек.

Недостатком этого устройства является также низкая стабильность нуля. Она вызвана тем, что магнитное поле в пространстве между катушками монотонно изменяется от большого отрицательного до большого положительного значения, переходя через О в точке, где расположен магниточувствительный преобразователь. Поэтому при смещении преобразователя в сторону одной из катушек, в результате изменения температуры или временной деформации, возникает значительный дрейф нулевого сигнала устройства.

Целью изобретения является повышение стабильности нуля устройства.

Эта цель достигается тем, что одна из катушек вставлена во вторую так, что их оси и центры совпадают, а в их центре размещен преобразователь.

Такое выполнение устройства позволяет получить в области, где распололсен магнито.чувствительный преобразователь, высокую однородность магнитного поля, создаваемого каждой катушкой, а при равенстве этих полей (в отсутствие исследуемого вещества) -

получить нулевое магнитное поле в окрестностях магниточувствительного преобразователя.

На фиг. 1 изображено предложенное устройство; на фиг. 2 показана структурная схема прибора с его использованием для случая, когда в качестве магниточувствительного преобразователя применен элемент Холла.

Устройство СОСТОИТ из двух катушек 1 и 2 (фиг. 1), одна из которых имеет в несколько раз меньшие размеры, чем другая, и вставлена в нее так, что их оси и центры совпадают. В центре катушек расположен магниточувствительный преобразователь 3, ось максимальной чувствительности которого направлена вдоль оси катушек. Катушки с преобразователем заключены в корпус 4 из магнитопрозрачного неэлектропроводного материала. Этот зонд вводят в исследуемое веш ество 5.

При измерениях через катушки 1 и 2 пропускают низкочастотный ток такой величины и направления, чтобы в отсутствие исследуемого вещества создаваемые ими в преобразователе магнитные поля были равны по величине, но противоположны по направлению. В этом случае выходной сигнал преобразователя 3 равен 0. При введении зонда в исследуемое веш,ество магнитный поток, создаваем-ый наружной 1, увеличивается в случае парамагнитного веш,ества и уменьшается в случае диамагнитного. Поток внутренней ка-, тушки 2 практически не меняется из-за отдаленности ее от веш,ества. В результате на преобразователь воздействует разностное магнитное поле, величина индукции которого для слабомагнитных веш,еств пропорциональна магнитной восприимчивости.

Питание катушек низкочастотным током поЗволяет исключить влияние магнитного лоля Земли на результаты измерений.

В качестве магниточувствительного преобразователя использован элемент Холла. В этом случае измерительный прибор (фиг. 2), кроме катушек 1, 2 и элемента Холла 3, содержит генератор высокочастотного питания элемента Холла 6, генератор низкочастотного питания катушек 7, усилитель высокой частоты 8, первый синхронный детектор 9, усилитель низкой частоты 10, второй синхронный детектор 11 и отсчетное устройство 12. Благодаря тому, что элемент Холла питается током с частотой со, значительно превосходящей частоту Q магнитного -поля в катушках, полезный сигнал на выходе элемента Холла состоит из комбинационных частот со± +Q. Паразитный сигнал, создаваемый постоянным магнитным полем Земли и температурным разбалансом элемента Холла, имеет частоту (0. Разделение полезного и паразитного сигналов После их усиления осуществляется синхронным детектором 9, управляемым частотой (0. Полезный сигнал на его выходе имеет частоту Q, в то время как паразитные представляют собой постоянные напряжения. Избирательный усилитель 10 пропускает лишь полезный сигнал, который затем детектируется с учетом знака магнитной восприимчивости и поступает на отсчетное устройство.

Для получения высокой стабильности нуля катушки конструктивно выполнены исходя из условия получения максимальной однородности магнитного поля в центральной области,

где расположен элемент Холла (например, в виде колец Гельмгольца). Обмотки обеих катушек, а также элемент Холла размещены на общем монолитном каркасе. Использование изобретения позволит уменьшить Нестабильность нуля, вызванную смешением магниточувствительного преобразователя и деформацией катушек, на 2-3 порядка по сравнению с указанным прототипом. По сравнению с игироко распространенными индукционными (или электромагнитными) каротажными устройствами для измерения магнитной восприимчивости стабильность нуля также может быть -повышена, что позволит увеличить разрешающую способность каротажных устройств. Применение в качестве магниточувствительного преобразователя элемента Холла в предложенном устройстве позволит использовать его для исследования сред с очень высокой электропроводностью

путем выбора инфранизких частот магнитного поля в катушках.

Формула изобретения

Устройство для измерения магнитной восприимчивости вещества, содержащее магниточувствительный преобразователь и две катушки, отличающееся тем, что, с целью повьшшния стабильности нуля, одна из катущек

вставлена во вторую так, что их оси и центры совпадают, а в центре размещен преобразователь.

5