Способ измерения геомагнитного поля Советский патент 1980 года по МПК G01V3/14 

1 .

Изобретение .относится к области геофизических исследований и может быть использовано при поисках и разведке месторождений полезных : ископаемых.

Известен способ измерения геомагнитного поля,по которому определяется время, в течение которого протонная прецессия, совершает заданное число циклов (оборотов) , Из-за фазовых искажений, сигнала точность отсчета имеет определенный предел. Кроме того, выходная величина обратно пропорциональна искомой, что создает дополнительные трудности в работе .

Известен также .с;пособ измерения геомагнитного поля, в котором наблюдается частота биений сигнала протонной прецессии, замешанного с сигналом кварцевого генератора 1. Он также не свободен от влияния фазовых искажений сигнала и плохо приспособлен для реализации на электронно-счетных схемах.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ, основанный на счете импульсов умноженной частоты протонной прецессии в постоянном ИНТерваЛе времени т 2 ,

Из-за малой мощности прецессии подвержен сильным фазовым искажениям за счет внешних и внутренних шумов. Погрешность отсчета складЫззается из двух элементов: сГо - за счет фазового искажения в

0 начале счета и сГ, - в конце. Случайные и независимые величины фазовых искаа ений сигнала cJb и сУ могут быть охарактеризованы среднеквадратическими значениями бд и в,. 5 Совокупная погрешность измерения определяется

R

(1)

2(f

Она может быть снижена за счет увеличения бремени счета т,

Однако такой путь повышения точности неприемлем, в условиях аэромагнитной съемки, требующей максимальной частоты наблюдений.

В общем случае показателем качества измерений может служить произведение погрешности отсчета б и 3( полного времени измерения л (вре).;я

3

.счета С ПЛЮС время поляризации) „ Таким образом, нормированный ярка-затель качества улучшается как за счёт повыпюния точности измерения, ,и за счет повышения темпа наблюдений. . .

Целью изобретения является сокращение йремени счета и повьлление

ТОЧНОСТИ измерения,- .

Цель достигается тем, что по предлагаемому способу в пределах

заданного времени счета формзфуют последовательность постоянно нарастающих временных интервалов с общим началом, в каждом из них отсчитывают количество импульсов умножен ной частоты прецессии, а полученные отсчеты обрабатывают по фбрмуле

ПП/2

. и-5 н. ,

(2)

П/2 + /|

где Н-, - текущий отсчет в..V-ом интервале времени, п - общее число отсчетов.

Поясним получаемый полезный эффект; на численных примерах.

Будёй считать, что при заданном времени С счета импульсов умноженной частоты прецессии результируюШЯй отсчет, выраженный в еди н-кцах измерения магнитного поля будет Н Разобьем время счета С раных частей дт x/ioO и рассмотрим .Последовательность временных интервалов относительно общего начгша: ut 2At, 3&t,,,,t „ Отсчеты, получаег.1ые в каждом из них., составят соответственно Н;. 0,02 Н; 0,03 Н,,.,, HS Разделим текуи Ее ,. отсчеты Н, , .( i. 1,2 ,3 ,, 5, (, vi ) на две группы, заключенные в пределах от п/2. + 1 до п и от 1 доп/2 и вычислим суммы, отсчетов для обеих При. этом мы должньа принять, .во внимание,что каждый отсчет Ш содержит постоянную дтгя данной по слёдбват ё.льностн значений Ича Гьную погрешность, cfp и независимую случаную пдгрёшнойть которуй .выразить некоторой среднеКва,цратйческой величиной бц. , Группируя слагаемые и располагая одну сумму под другой, получим их разности согласно .формуле. (2)5 (13,51 +0,52 + 0,53 + .jV, -++ 1,00)Н + 50бЬ , V50 - (0,01 + 0,02 + 0,03 .,, + + 0,50) Н + 50 с% ±б. Nf50

( + 0,50 + о ,50 -f .. +

+ 0,50).Н + {2(б. V50 )

25Н + 106,. ,/

Как видноиз приведенных цифр,.

.разность полученнын сумм не содер

жит начальной погрешности cfg ; Пена

одного импульса изменилась, намас728105

штабный множитель п// 25, с учетом которого результат измерений представится в виде Я + О , 4 б. .

Для сравнения этого результата с прототипом воспользуег 1ся выражением (1) 1, Если предположить, что з время -г амплитуда сигнала прецесси со(ратилас вдвое, то б, будё вдво больше, бо , откуда полная погралность отсчета составит б 1,1 бк. В наилем случае фигурирует не просто конечная погрешность бкг а некоторое среднее значение б, заключенное между 0,56 и бц откуда . 6, 75 6. и 0,76. С помощью этих соотношений можно выразить результат измерений через б - погрешность измерений в спосо.бе-прототипе: Н + 0,36.

В общем случае разность двух сумм определяется выражением НП/4 + V5 Vn/2 бк; или, принимая во внимание -мааитабный множитель, Н + 4бк|/ /г , с учетом условия f. - 0/76 погрешность отсчета будет примерно равна б- 3/ , Это означает , предлагаемый способ измерения даёт полезный эффект только при п 9 Верхний предел дл п зависит от конкретного схемного решения устройства, а также от спектрального состава шумов.

Поксшем теперь возможность сокращения времени счета т, Сохраняя тот же шаг At t /100, возьмем две выборки по 25 отсчетов в пределах времени счета С/2 {0,26 + 0,27 -f 0,28 + ... + + 0,50)Н + 25СГц + бк-, 5 - (0,01 + 0,02 + 0,03 + ... + + 0,25)Н + 25cfo + б.У25.-(0,25 + О,.25 + 0,25 + . , . + + .0,25)Н + V2 (б. . V25) б-,25 Н + 7бк;, . или с Учетом масштабного множителя Н + I,l6v;., Пренебре.гая тем что весь-замер в данном случае сдвинут в область лучшего отношения . сйгнал/шум, получим Н + О, Si,-Оба примера показывают., что преJiaraeivtift- спОсоб позволяет приведе.нный показатель качества Измёрен.ия.5дС как за счет повышения точности, так и за счет сокращения времени счета. Реализуемость способа проверялась на формальных моделях, вычисленных на ЭВМ, Тех ническая реализация способа не требует оригинальных устройств„Задача заключается в том, чтобы с помощью командного устройства текуttiHe показан.йя счетчика, импульсов умножен.ной частоты протонной прецессии подавалисьчерез равные промежутка лт; на сумматор, В первой половине., времени счета (для i 1,2,3,.. в, п/2) командное устройство вводит текугцИе отсчеты

в сумматор с одним знаком, а во второй половине ((/2 + 1, п/2 + 2, п/2 + 3, ...,ц) с Обратным, Накопленныйсумматором результат будет соответствовать формуле

(1). Локазания считываются с учетом масштабного множителями/4.

Формула изобретения

Способ измерения геомагнитного поля, основанный на счете импульсов умноженной частоты протонной прецессии в некотором интервале време-г ни, отличающий ся тем, что, с целью сокращения времени счета и повышения точности .измерения, в предепах заданного времени счета формируют последовательность постоянно возрастающих временных

интервалов с общим началом, в каждом из них отсчитывают количество импульсов умноженной частоты прецессии, а полученные отсчеты обрабатывают по формуле

пЛ

i- Н, , In/i-n , I

где Н - текущий отсчет в « -ом интервале времени, fi - общее число отсчетов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Ротштейн А,я,и Цирель B.C. Протонные геомагнитометры М,,

Госгеолтехйздат . 1963, с. 1617.

2.Там же, с. 16 (прототип).