Снаряд для непрерывного измерения магнитной восприимчивости Советский патент 1979 года по МПК G01R33/16 

(54) СНАРЯД ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОГО ИЗМЕРЕНИЯ МАГНИТНОЙ ВОСПРИИМЧИВОСТИ со вторичной обмотки трансформатора цепь коммутации к синхронному выпрямителю. Величина фазового сдвига изменяется при уходе активных сопротивлений нал:агничивающей обмотки генераторной катуики и первичной обмотки трансформатора в зависимости от температуры окружающей среды, а также вследствие отклонения фазы магнитного момента генераторной катушк в присутствии магнитной или проводящей ореды. Переменная величина фазового сдвига приводит к возникновению на выходе с ронного выпрямителя, наряду с полез сигналом, обусловленным магнитной гГрИийчивостью донных отложений, такж йёняюЩегОся сигнала ттомехи, вызван вихревыми токами, индуцируемыми в м КОЙ воде. Влияние мелких неровностей м кого дна приводит к появлению перемен зазора между корпусом снаряда, и морс дном. Вследствие этого изменяется вeли полезного сигнала и снижаетсяточность ределения магнитной восприимчивости. д,ечники трансформатЬров, намагничив; в поле генераторной катушки, создают н торый сигнал, который изменяется в зав мости от величины магнитной восприимчивости окружающей среды, а также при деформациях снаряда и проявляется в виде переменной помехи. , , Цель изобретения - повышение точности измерений при исследовании морских донных отложений за счет устранения отмеченных недостатков. Указанная цель достигается тем, что в известном снаряде для непрерывного измерения магнитной восприимчивости, содержащем заключенные в герметичный корпус генераторную катушку с ферромагнитным сердечником, намагничивающей обмоткой и компенсационной обмоткой, включенной в цепь компенсации, приемную катушку, усилитель, синхронный выпрямитель, коммутирующую обмотку, включенную в цепь коммутации синхронного выпрямителя, питаюшую обмотку, включенную Б цепь питания усилителя, коммутирующая и питающая обмотки намотаны на генераторной катущке, встречно-последовательно с приемной катущкой включена фокусирующая катушка, выполненная с ЧйслбМ витков, при котором соотношение между ЭДС фокусирующей иприемной катушек удовлетворяет условию, erir-fif - отношение ЭДС фокусирующей катушки к ЭДС приемной катушки; расстояние между центрами генераторной и приемной катушек; - расстояние между центрагенераторной и фокусирующей катущек; - диаметр корпуса. ерНа фиг 1 представлена структурная схема снаряда; .на фиг. 2 - кривые вертикальных характеристик. Генераторная катущка содержит ферромагнитный сердечник 1, намагничивающую обмотку 2, компенсационную обмотку 3, питающую обмотку 4 и коммутирующую обмотку 5. Компенсационная обмотка 3 через цепь компенсации 6 подключена к приемной цепи, которая образована последов.ательно и встречно включёнными приемной катущкой 7 и фокусирующей катущкой 8. Выход приемной цепи соединен со входом усилителя 9, к выходу которого подключен синхронный выпрямитель 10. Питающая обмотка 4 соединена с цепью питания 11 усилителя 9. Коммутирующая обмотка 5 через цепь коммутации 12 подключена к синхронному выпрямителю 10. Жилы кабеля I и И служат для подачи переменного напряжения на генераторную катущку, а жилы II и III - для передачи выпрямленного сигнала. При подключении генераторной катушки к источнику синусоидального напряжения по намагничивающей обмотке 2 течет ток, и сердечник 1 намагничивается. Магнитный момент сердечника значительно преобладает над магнитным моментом намагничиваю-, щей обмотки и практически определяет величину магнитного момента генераторной катушки. В компенсационной 3, питающей 4 и коммутирующей 5 обмотках генераторной катушки, а также в приемной 7 и фокусирующей 8 катушках наводятся ЭДС, пропорциональные величине магнитного момента. Разностная ЭДС первичного поля приемной 7 и фокусирующей 8 катушек через цепь компенсации 6 компенсируется ЭДС компенсационной обмотки 3. Полученная таким образом компенсация ЭДС первичного поля не зависит от влияния среды, окружающей снаряд. При расположении снаряда на морском дне в приемной цепи появляется сигнал, который имеет реактивную составляющую, пропорциональную магнитной восприимчивости доннь1х отложений, и активную составляющую, зависящую от удельной проводимости воды. Этот сигнал поступает к усилителю. 9, а затем к синхронному выпрямителю 10, который подавляет активную составляющую и выпрямляет реактивную составляющу ю. Усилитель 9 питается выпрямленным напряжением цепи питания 11, на вход которой подана ЭДС питающей обмотки 4. Коммутирующее напряжение к синхронному выпрямителю 10 поступает от коммутирующей обмотки 5 генераторной катушки. Как и сигнал, величина опорного напряжения пропорциональна магнитному моменту генераторной катушки. Тем самым обеспечивается синфазность опорного напряжения и реактивной составляющей сигнала и сдвиг по фазе на 90° между ним и активной составляющей сигнала.-Эти фазовые соотношения не зависят от изменения температуры окружающей среды, ее магнитной восприимчивости и удельной проводимости. В итоге увеличивается фазовая чувствительность измерений, эффективно подавляется активная составляющая сигнала и возрастает T04Hoctb определения магнитной восприимчивости. Реактивные составляющие AS,, и Д2ф сигналов, появляющиеся соответственно в приемной и фокусирующей катущках, определяются формулами , где G иО(р - геометрические факторы соответственно приемной и фокусирующей катущек; X нГ,р. - ЭДС первичного поля катушек; - магнитная воспримчивость При встречном включении в цепи деиствует разностная ЭДС , которая на основании формулы (1), равна А GSnca,(2) где G-Gg-tG (3) причем G - геометрический фактор фокусирующего зонда, -t g - отношение ЭДС первичного поля. Геометрический фактор G, помимо тг, зависит от i t,b, где tpp и tftf- расстояния от центра генераторной катушки центров, соответственно, приемнойи фокусирующей катушек, h - расстояние от оси катушек до плоской поверхности исследуемой среды. В качестве функции геометрический фактор выражает собой вертикальную характеристику снаряда. Для снаряда с соосныМи катушками, параллельными плоской поверхности, и длиной €гф 0,31 ЕгдКривые вертикальных характеристик изображены на фиг. 2. Шифром кривых является отношение от . Кривая с t О, когда G Gj, и фиксирующая катушка фактически отсутствует, выражает монотонное убывание G и AS с увеличением зазора между снарялт;ом и плоской поверхностью среды.,При наличии фокусирующей катушки (t 0j кривая G(h) приобретает экстремум, благодаря которому значительно снижается влияние переменного расстояния h, а, следовательно, и неровностей морского дна, на величину полезного сигнала. Исходя из допустимой погрещности 8, обусловленной влиянием этих неровностей, на осноьании рассмотрения каждой кривой можно указать допустимый диапазон изменения h от hi до hi. причем, диаметр снаряда d принимается равным 2hi. Анализ расчетных и экспериментальных вертикальных характеристик снаряда позволил установить условие фокусировки ff ,.А,.-. (4) при выполнении которого вертикальная характеристика снаряда приобретает максимум. Учитывая дипольный характер убывания поля генераторной катущки и предполагая отсутствие сердечников в фокусирующей и приемной катушках, отношение ЭДС последних выражается соотношением -|f-()/) где Лл - количество витков на фокусирующей и приемной катушках;5а,и5г площади средних витков этрих катушек. На практике, исходя из заданной глубинности исследований, выбирается длина «,, а затем на основании конструктивных соображений - диаметр d. Ориентировочные параметры фокусирующей катущки устанавливаются на основании условия фокусировки (4). Затем ойи используются для расчетов характеристики G, с помощью которой определяется уточненная величина т. Таким образом, предлагаемый снаряд обеспечивает высокую точность определения магнитной восприимчивости морских донных отложений за счет эффективного исключения удельной проводимости морской воды, повышение температурной стабильности измерений и увеличение помехоустойчивости в отношении влияния неровностей морского дна. Кроме того, ввиду отсутствия трансформаторов, пропадает вызванная их сердечниками помеха и упрощается конструкция снаряда. В частности, можно расположить электронную схему снаряда между катушками зонда. Формула изобретения Снаряд для непрерывного измерения магн-итной восприимчивости, содержащий заключенные в герметичный корпус генераторную катущку с ферромагнитным сердечником, намагничивающей обмоткой и компенсационной обмоткой, приемную катущку, усилитель, синхронный выпрямитель, коммутирующую обмотку и питающую обмотку, представляющие собой вторичные обмотки трансформато-.ров переменного тока и включенные соответственно в цепь коммутации синхронного выпрямителя и в цепь питания усилителя, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения при исследовании морских донных отложений, коммутирующая и питающая обмотки намотаны на сердечник генераторной катушки, а цепь приемной катушки содержит фокусирующую катущку, включенную встречно-последовательно с приемной катушкой .и выполненную с числом

обеспечивающим выполнение соот.Г

ГЕ -

-отношение ЭДС фокусирующей катушки к ЭДС приемной катушки;

-расстояние между центрами

генераторной и фокусирующей катушек;

Ерф расстояние между центрами генераторной и приемной катушек;

(J . расстояние между центрами генераторной и фокусирующей катушек;

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Горный журнал, М., 1970, № 6, с. 64-67

2.Методы разведки геофизики, вып. 17, Л., ВИРГ, 1973, с. 4-12 (прототип).