Градиентометр Советский патент 1980 года по МПК G01V3/40 G01R33/00 

(54) ГРАДИЕНТОМЕТР

t Изобретение относится к измеритель ной технике и может использоваться для измерения градиента слабо неоднородных магнитных полей, например геомагнитного поля. Известен парорубидиевый градиентометр-магнитометр, содержащий блок датчиков, измерительный блок и блок вспомогательной электроники. Блок датчиков состоит из двух датчиковполимеров, закрепленных вместе с ВЧгенераторами возбуждения лампы на же сткой ориентируемой вручную базе. Ге нераторы возбуждения отнесены от дат чиков на 0,8-1,2 м. Квантовый датчик полимер содержит оптическую систему, головку излучателя,,комплект магнито чувствительного элемента и вакуумные элементы - излучатель и камеру поглощения 1. Принцип измерения градиента общепринятый. Погрешность измерений градиента в стационарном режиме составляет 0,1 г. Минимальное базовое расстояние равно, примерно, 1м. Однако этот ;Градиентометр обладае ограниченными функциональными возмож ностями и имеет низкий информативный выход. База градиентометра не мо жет быть уменьшена менее 1 м вследствие габаритных ограничений и, взаимного влияния двух датчиков. Известен также градиентометр, содержащий электронную пушку с модулятором, электростатический раздели- , тель, смеситель, формирователь импульсов, коммутатор, две пары идентичных соосных колец Гельмгольца соединенных последовательно и встречно, и два идентичных приемника пучка элек-. тронов. Каждый ИЗ которых состоит на экране с отверстйём и электронного умножителя, причем смеситель соединен с вькодами обоих электронных умножителей, формирователь импульсов соединен с модулятором электронной пушки, электростатическим раздеЛитедем и входом коммутатора, а выходы коммутатора соединены с обеими парами колец Гельмгольца 2.. Пакет электронов j сфорячирюванный электронной пушкой, расщепляют электростатическим разделителем в продольном направлении и Ъдновременно выводят обе половинына круговые орбиты в однбрбднызс полях двух пар идентичных, соосных и встречно включенных колец Гельмгольца. Обращающиеся пакеты зондируют с помощью расщепленного электронного пучка, сфор-.

Шрованиого той же пушкой, и фиксируют с помощью двух идентичных электронных умножителей импульсов, частота следования KOTOJMJX находится в ли нейной зависимости от индукции измеряемого магнитного поля. Дифференциальная схема градиентометра позволяет исключить влияние собственных магнитных попей колец.

Помимо использования в магнитометрическом режиме данный прибор может быть применен для измерения малых градиентов неоднородного магнитного поля, если обе пары колец Гельмгольца соединены не встречно, а согласно В этом случае разностный сигнал пропорционален разности усредненных на площади орбит измеряе1«ых полей для двух пар колец Гельмгольца. Погрешность измерений градиентометра оценивается как двойная погрешность его магнитометрического канала и составляет 0,02 г в стационарном режиме 2

Однако этот Градиентометр обладает также огра:ниченными функциональными возможностями и низкой информативностью результатов наблюдений, так как при изучении полей с большими зйачениями третьей производной магнитного потенциала, градиентометрические измерения, осуществляются на очень малой базе, однако двухдатчиковая установка не позволяет сблизить датчики, вследствие их взаимного влияния и габаритных ограничений.

Цель изобретения - повьаиение информативности результатов наблюдений.

Поставленная цель достигается тем, что в градиентометр, содержащий электронную пушку с модулятором, подключенным к выходу формирователя импульсов, вход которого соединен с одним из выходов коммутатора, и кольца Гельмгольца, подключенные к другим выходам коммутатора, введены плоский конденсатор, пластины которого размещены перпендикулярно оси колец Гельмгольца и соединены с третьими выходами коммутатора, и размещенный перпендикулярно оси колец Гельмгольца плоский флуоресцирующий экран с жестко укрепленной на нем прозрачной шкалой с кольцевыми и радиальными делениями, центр Которой совмещен с осью колец Гельмгольца, при этом ось электронной пушки ориентирована в плоскости, перпендикулярной к оси колец Гельмгольца.

На чертеже представлена функциональная схема данного градиентометра

Градиентометр содержит электронную пушку 1 с .модулятором 2, подключенным к выходу формирователя 3 импульсов, вход которого соединен с одним из выходов коммутатора 4, кольца Гельмгольца 5 и б, подключенные к другим выходам коммутатора 4, плоский конденсатор, состоящий из пластин 7 и 8, размещенных перпендикуляр

но оси колец Гельмгольца 5 и 6 и соединенных с третьими выходами коммутатора 4, а также размещенный перпендикулярно ос, колец Гельмгольца плоский флуоресцирующий экран 9 с - жестко укрепленной на нем прозрачной шкалой 10 с кольцевыми и радиальными Делениями, центр которой совмещен с осью колец Гельмгольца, а ось электронной пушки ориентирована в плоскосй гтерпендикулярной к оси колец Гельмгольца 5 и 6.

Градиентометр работает следующим образом.

Когда с формирователя 3 импульсов

5 подается соответствующий импульс на модулятор 2 электронной пушки 1, последняя формирует пакет электронов, который вводят в область однородного магнитного поля колец Гельмгольца 5 ,

0 и 6, Поле колец Гельмгольца 5 и 6 определяется током, первоначально заданным коммутатором 4. Пакет вводят в периферийной части экваториальной плоскости колец Гельмгольца 5 и 6 под прямым углом к направлению поля

колец. Одновременно формирователь -3 импульсов формирует калиброванный по форме и длительности импульс, в результате чего коммутатор 4 задает в кольцах Гельмгольца 5 и 6 быстро нарастающий ток. Благодаря этому, пакет электронов выводится по спиральной траектории на начальную круговую орбиту, соосную с кольцами Гельмгольца 5 и 6, Ток в кольцах поддержипает5 ся коммутатором 4 на заданном максимуме ,

При Нсшичии слабого неоднородного исследуемого магнитного поля, направленного вдоль оси колец Гельмгольца 5 и 6, пакет электронов начинает двигаться по трохоидальной траектории в экваториальной плоскости колец. Для малых градиентов поля .такая траектория на протяжении интервала времени, равного периоду обращения пакета,

$ . представляет собой незначительно деформированную окружность, центр которой Дрейфует с- определенной скоростью в направлении, перпендикулярном к проекции градиента на экваториальную

0 плоскость колец, т. е, по изолинии. Через постоянный строго фиксированный интервал времени X с коммутатора 4,управляемого формирователем импульсов 3,подается определенная разность потенциалов на пластины 7 и 8 плоского конденсатора. В параллельных электрическом поле конденсатора и магнитном поле колец Гельмгольца 5 и б пакет электронов движется по винтовой линии с возрастающим шагом в

направлении положительно заряженной

плабтины 7 или 8 конденсатора и при встрече с флуоресцирующим экраном 9 высвечивает пятно. Вследствие малых флуктуации низшего порядка тех пара5 Мйтров, от которых зависит скорость

дрейфа, а именно: анодного напряжения электронно-вакуумного прибора, магнитного поля колец и изучаемого поля и интервала времени f , - при последовательном запуске серии пакетов с большой частотой следования на флуоресцирующем экране 9 высвечи аается группа пятен, образующих ок ужность. Так как временем перемещения пакета от экваториальной плоскости колец Гельмгольца 5 и 6 до флуоресцирующего экрана 9 и дрейфом за это время можно за малостью пренебречь, то высвечиваемую окружность можно считать фотографией отрезка, трохоидальной траектории пакета за рремя экспозиции, равное периоду обращения. Следовательно, положение центра этой окружности относительно оси колец Гельмгольца 5 и 6,фиксируемое через постоянное время Т с помощью прозрачной шкалы 10, характеризует скорость дрейфа пакета.

Метрической основой прибора является линейная зависимость величины трохоидальНого .дрейфа пакета электронов D за фиксированное время -С от модуля проекции градиента grad В на экваториальную плоскость колец Гельмгольца 5 и 6

D- Vr r -f- roaib,

где V - скорость пакета на орбите (при отсутствии электрического поля) В - индукция суммарного геомагнитног поля и поля колец Гельмгольца 5 и 6, усредненная на площади круговой орбиты; г - радиус круговой орбиты, соответствующий индукции В и скорости V; Uo - анодное напряжение электронновакуумного npti6opa. Отсюда чувствительность

.- ya:L.

дтз ) в

Для облегчения определения местонахождения центра высвечиваемой окружиости воэйЬжно использование оптйчёской системы с линейной шкалой с нулем Лосередине, поворачиваемой вокруг оси колец Гельмгольца 5 и 6. После совмевдения продольной оси шкалы 10 с диаметром высвечиваемой окружности берут два отсчета, соответствующие гочкам Пе1 есечёнйя окружности с осью шкапы

ответ.

Формула изобретения

Градиентометр, содержащий электронную пушку с модулятором, подключенным к выходу формирователя импульсов, выход которого соединен с одним из выходов коммутатора, кольца Гельмгольца, подключенные к другим выходам

коммутатора, отличающийся тем, что, с целью повышения информативности результатов наблюдений, в него введены плоский конденсатор, пластины которого размещены перпендикулярно оси колец Гельмгольца и соединены с третьими выходами коммутатора, и размещенный перпендикулярно оси колец Гельмгольца плоский флуоресцирующий экран с жестко укрепленной на нем прозрачной шкалой с кольцевыми и радиальными делениями, центр которой совмещен с осью колец Гельмгольца, при этом ось электронной пушки ориентирована в плоскости, перпендикулярной к оси колец Гельмгольца.

Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

вып. 23, Л., 1976, с. 3-12.

по заявке 2422586, кл. G 01 R 33/OOj 1977.