Датчик магнитометра Советский патент 1979 года по МПК G01R33/08 

(54) ДАТЧИК МАГНИТОМЕТРА

Изобретение относится к области измерения магнитных полей, в том числе геомагнитного поля и его компонент.

Известен датчик компонентного магнитометра, содержащий электронную пуигку с катодом, модулятором, фокусирующим устройством и анодом, отклоняющую систему, электростатический разделитель, две идентичные катушки; соединенные посМедаваТёЛБно и встречно, две сетки, формирователь импульсов, соединенный с модулятором, и смеситель, соединенный с обеими сетками и с катодом электронной пущки 1. Принцип работы датчика заключается в формировании пакета электронов высокой плотт ности, продольном разделении этОгб elr ctка на две половины и одновременном выводе обеих половин на траектории винтовой линии в однородном магнитном поле катущек. Съем полезного сигнала осуществляют в цепи сетка-катод, в которой наводится электтрически индуцированный заряд при пересечении ячеек сетки, обращающимся пакетом электронов. Частота следования индуцированных импульсов находится в линейной зависимости от величины MarHHTHOWfiS H. Дифференциальная схема прибора позволяет исключить влияние магнитных полей катущек и зафиксировать на выходе смесителя частоту, пропорциональную измеряемому магнитному полда.- Однако недостаточно больщое отнощение сигнал/шум в цепи сетка-катод затрудняет использование умножителя частоты в схеме магнитометра с целью увеличения раз pe fflающёй способности прибора.

Известны устройства аналогичного назначения, принципиальная особенность которых заключается в отклонении движущихся заряженных частиц измеряемым магнитным полем, причем величина отклонения является мерой индукции поля. Усиление положитёль,нОго эффекта в них достигается с помощью концентратора магнитного поля, содержащего полюсные наконечники 2.

Однако эти устройства имеют недостаточно разреша1 5Щу15 ГпОсОбность, лимитируемую длиной электронно-оптического рычага и зависимостью; показаний от анодного напряжения прибора.

Цель изобретения - увеличение разрешающей способности прибора.

Это достигается тем, что в датчик магнитометра, содержащий электронную пущку с катодом, модулятором, фокусирующим устройством и анодом, отклоняющую систему, электростатический разделитель, смеситель и формирователь импульсов, соединенный с модулятором, вводят коммутатор, две пары идентичных соосных колец Гельмгольца, соединенных последовательно и встречно, и два идентичных приемника пучка электронов, каждый ;: которых состоит из экрана с отверстием и электронного умножителя. Смеситель соединен с выходами обоих электронных умножителей. Формирователь импульсов соединен с фокусирующим устройством, анодом, модулятором, электростатическим разделителем и входом коммутатора, а выходы коммутатора соединены с обеими парами колец Гельмгольца. Функциональная схема датчика магнитометра приведена на чертеже. . ,,, . , Датчик содержит катод 1, модулятор 2, фокусирующее устройство 3, анод 4, отклоняющую систему 5, электростатический разделитель 6, кольца Гельмгольца 7, отверстия 8, экраны 9, электронные умножители 10, формирователь импульсов 11, коммутатор 12, смеситель 13, траектории пакета электронов 14 и траектории зондирующего пучка 15. Метрической основой прибора является линейная зависимость частоты обращения f электрона по круговой орбите в однородном Магнитном поле от индукции этого поля В, перпендикулярного скорости электрона f - tu, где и m - соответственно заряд и масса электрона. При ско. рости частицы U с, где с - скорост1э света в вакууме, частота f не зависит от и и, следовательно, от анодного напряжения вакуумного прибора. При условии перпендикулярности скорости электрона U индукции В радиус орбиты будет равен г - си. Для уменьщения параметра г с помощью колец Гельмгольца создается дополнительное однородное магнитное поле ., значительно превышающее измеряемое поле BU и коллинеарное ему. Независимость показаний от Во, обеспечивается путем использования двух равных по модулю и противоположно направленных дополнительных полей и дифференциальной схемы измереРабота схемы происходит следующим об,. разом. Когда с, формирователя импульсов 11 -подаются соответствующие разности потен.-.-циалов на модулятор 2, фокусирующее уст.„„ройство 3 и анод 4 электронной пушки, последняя формирует пакет электронов высокой плотности, ориентированный с помощью предварительно настроенной отклоняющей системы 5. Пакет электронов расщепляется на две половины электростатическим разделителем 6, находящимся под отрицательным -..потенциалом относительно катода 1 пущки, ТгрЭДётй величина этЬго Потенц ала задается формирователем импульсов 11 такой, чтобы каждая половина пакета вощла в область однородного магнитного поля в периферийной части экваториальной плоскости колец Гельмгольца. При этом коммутатор 12, управляемый формирователем импульсов 11, задает в кольцах Гельмгольца ток такой величины, чтобы создаваемое им магнитное поле соответствовало радиусу круговой орбиты, меньщему радиуса колец Гельмгольца. Затем пакет переводится по спиральной траектории в центральную часть экваториальной плоскости колец на орбиту с меньщим радиусом. Такая операция принципиально. необходима ибо захват пакета постоянным однородным магнитным полем на устойчивую круговую орбиту невозможен. С этой целью ток в кольцах Гельмгольца с помощью коммутатора 12, управляемого формирователем импульсов II, постепенно увеличивается до заданной величины. .Спиральный, относительно продолжительный ввод пакета снимает трудности быстрой перекоммутации больщих токов. После вывода ггакета на орбиту формирователь импульсов 11 подает на модулятор 2, фокусирующее устройство 3 и анод 4 другие разности потенциалов, необходимые для формирования непрерывного зондирующего пучка значительно меньщей плотности чем пакет электронов, но с несколько большим ускоряю,щим напряжением. На электростатический разделитель 6 с формирователя импульсов II подается такая разность потенциалов, чтобы обе половины расщепленного зондирующего пучка пересекли соответствующие орбиты обращающихся пакетов но хорде или диаметру и попали через отверстие 8 экрана 9 на электронный умножитель 10, в котором происходит усиление первичного электронного потока за счет явления вторичной эмиссии. При пересечении пакетом электронов траектории зондирующего пучка последний, вследствие кулоновского отталкивания, отклоняется и минует отверстие 8. Поскольку плотность пакета значительно превосходит плотность зондирующего пучка,параметры круговой орбиты при взаимодействии пакета, и пучка сохраняются стабильными. Так как обе пары колец Гельмгольца 7 идентичны, расположены соосно, соединены встречно и обтекаются одним и тем же током, то наводимые в их объемах магнитные поля + В и -В, коллинеарны, равны по модулю и., противоположны по направлению. При наличии слабого измеряемого однородного магнитного поля Ва, например поля Земли, направленного вдоль оси колец Гельмгольца, частоты обращения пакетов, соответствующие суммарным полям в объемах колец, составят fa + fu и fo -- fj. Частоты следования импульсов на выходе электронных умножителей 10 составлят соответственно 2(Ц + fu) и 2(fo,- fy). если пакет дважды за один оборот отклоняет зондирующий пучок. Разностная частота 4fu, выделенная на разонансном контуре смесителя 13, является Выходной величиной.. Отсчетная единица dB 2зт - 0,9 10 ч тл (0.009 гаммы), для df I гц. Поскольку для пакета электронов характерен довольно быстрый размыв, обусловленный кулоновскими силами расталкивания, то измерения целесообразно проводить в режиме накопления, автоматически суммируя показания нескольких кратковременных замеров. Контроль нуль-пункта легко осуществляется путем сравнения показаний при прямом и обратном направлениях тока, обтекающего ратном направлениях тока, обтекающего кольца Гельмгольца. Режим работы при таком двойном замере и автоматическом суммировании двух показаний прибора гарантирует полную- независимость результатов наблюдений от дрейфа нуля связанного с нестабильностью параметров колец ГельмВ--датчике необходимо предусмотреть электростатическую экранировку колец Гельмгольца. Повь1щение точности магнитометрической съемки, в том числе компонентной обеспечиваемое данным предложением, даст существенный экономический эффект при поисках нефти, газа и рудных месторождений и позволит сократить объем дорогостоящих буровых работ. Формула изобретения Датчик магнитометра, содержащий электронную пущку с катодом, модулятором, фокусирующим устройством и анодом, отклоняющую систему, электростатический разделитель, смеситель и -формирователь импульсов, соединенный с модулятором, отличающийся тем, что, с целью увеличения разрещающей способности, в него введены коммутатор, две пары идентичных соосных колец Гельмгольца, соединенных последовательно и встречно, и два идентичных приемника пучка электронов, каждый из которых состоит из экрана с отверстием и электронного умножителя, причем смеситель соеД« ен с выходами обоих электронных умножителей, формирователь импульсов соединен с фокусирующим устройством, анодом, модулятором, электростатическим разделителем и входом коммутатора, а выходы коммутатора соединены с обеими парами колец лл ;тагг п а r ncinrjtJ TJLT г- .лл тл п о п Q АЛ и i/ri ЛРГТ Гельмгольца. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Заявка.ЛГо 2331920/21 кл.С 01 R 33/08, 1976, по которой принято рещение о выдаче авторского свидетельства. 2. Патент США № 3657642, кл. 324-44 1972.