Астатический магнитометр Советский патент 1980 года по МПК G01R33/02 

Изобретение относится к магнитометрическим устройствам, оно может быть использовано для измерения магнитных параметров веществ и горных пород, в частности, слабой намагниченности и магнитной восприимчивости Известны астатические магнитометры для измерения остаточной намагниченности, составной частью которых является магниточувствительный элемент в виде укрепленных на вертикаль но подвешенном стержне двух постоянных магнитов и оптического отсчетного устройства 1. Недостатком таких устройств является их низкая чувствительность к Ма нитной восприимчивости, обусловленна тем, что измеряемый объект располага ется на оси,, проходящей перпендикуля но или под некоторьш углом к оси под вижного магнита. Известны магнитометры типа крутил ных весов с магниточувствительным эл ментом в виде качающегося коромысла и двух жестко связанных с ним магнитов 2 . Работа прибора основана на силово взаимодействии мезкду образцом и одним из магнитов подвижного чувствнтельного элемента.. Другой магнит, укрепленный на противоположном конце коромысла, служит для компенсации влияния внешних магнитных полей (он установлен параллельно первому и разнополярно). Чувствительный элемент подвешен на крутильных нитях (растяжках). Поступательное движение магнитов приводит к изменению углового положения коромысла и связанного с ним зеркала. С помощью автоколлиматора, сопряженного с зеркалом, производят отсчет измеряемой величины. Обладая простотой и надежностью в работе, такой магнитометр не лишен существенных недостатков. Главный из них-узкий динамический диапазон измёрений, обусловленный фиксированной чувствительностью. Некоторое изменение чувствительности обеспечивается механическим корректором за счетизменения расстояния между измеряемым образцом и магнитом-индикатором чувствительного элемента. Однако это возможно лишь в небольших пределах, так как с уве.пичением расстояния трудно учесть влияние другого магнита. Другой недостаток состоит в низком быстродействии прибора и, следо1вательно, низкой производительности .измерений, обусловленной медленным затуханием подви кного чувствительного элемента (период колебаний составляет около 5 с, число колебаний до полной остановки - не менее 10).

Третий недостаток - низкая точ- 5 ность установки нуля прибора, который устанавливается с помощью механического корректора путём закручивания растяжки подвижного чувствительного элемента.

Цель изобретения - расширение динамического диапазона и повышение точности коррекции нуля.

Эта цель достигается тем, что.- магнитометр, содержащий подвижный чувст- 15 витальный элемент с двумя установленНЕЛми параллельно в противоположной полярности магнитами, регулируемый источник тока и оптическце отсчетное устройство, снабжен двумя соленоидами, 20 Тра зШщённЙмй йа метайлических карка s fmm-uumT fi i i j epr B se

цилиндров с коаксиальными полостями, которыми соосно охвачены разнополярные концы магнитов, и катушкой, на- мотанной на одном из каркасов, причем соленоиды соединены между собой по с Яёдбватёльно-встречно и вместе с катушкой подключены к разным выходам

рег лИруёмого источника тока,

На чертеже изображена функЦиональ- 30

ная схема крутильного астатического магнитометра .

Чувствительный элемент состоит из коромысла 1 с двумя одинаковыми, па рютглёльно расположенными в .противо- 35 положной полярности, магнитами 2-й зеркала 3. Осью вращения коромысла служит ленточнаярастяжка (след ее-- , условно показан в виде призмы 4). Чувствительный элемент сбалансирован Q по весу и по магнитнсЗму моменту, т.е. является астатическим. Разполярные концы магнитов 2 охВачены полостями металлических каркасов 5, изготовленнйх в виде цилиндров, которые йсполь &УЙТСЯ для размещения на них соленойдов 6 и катушки 7 и одноврёменнр - , для демпфирования, собственных колеба- , НИИ чувствительного элемента Концы магни ов 2 входят в полости каркасов примерно на половину их длины, а плос-50 кость катушки 7 и концы соленоидов б

раёпЬлджены на уровне полюсов магниуов 2. Принципиально устройство не изменится, если каркасы 5 вместе с охватывающими их соленоидом б и ка- 55 тушкой 7 разйестйть около разноименных ; полюсов одно.го из магнитов. Со;леноиды б соединены между собой пос лёдьвательно-встречно.

; . .. . «о

Перечисленные элементы расположены в корпусе 8, на верхней крышке которого укреплен автоколлиматор 9 и находйтся площадка для измеряемого объекта 10.

Концы соленоидов б и катушки 7 выведены наружу и подключены к регулируемому источнику тока 11, который может быть выполнен по приведенной схеме, где источник напряжения (аккумулятор) включен в диагональ сдвоен.ного моста, собранного на резисторах 12,13,14 и 15. Соленоиды б под- ключеHbj к общей точке (между резисторами 13,14) и движку переменного резистора 12 через реостат 16 (первый выход). Катушка 7 подключена к общей точке и движку переменного резистора 15 через реостат 17 (второй выход) .

Астатический магнитометр работает следующим образом.

Образец 10 вещества или горной породы, установленный вблизи полюса одного из магнитов 2, взаимЬдейству1ет с -последним. Момент вращения чувствительного элемента при малых углах отклонения пропорционален интенсивности намагничения образца. Следовательно, угол отклонения, наблкщаемый посредством автоколлиматора 9, является мерой магнитного момента (интенсивности намагничения) или магнитной восприимчивости. Прибор предварительно градуируют с помощью эталонных образцов 1амагниченности или магнитной восприимчивости.

При движении магнитов 2 в полостях металлических цилиндров 5 индуцируются вихревые токи, величина которых пропорциональна скорости перемещения магнитов, а направление таково, что, взаимодействуя с магнитами, они препятствуют, их движению. Таким образом, Дйлййдрй вйгкЗЛ йяМт роль магнитоиндукционных демпферов. Эффективность демпфирования зависит от величины зазора между магнитами и стенками полостей, а также от проводимости цилиндров 5. Подбирая соответствующим образом эти параметры, можно обеспечить критический режим демпфирования чувствительного элемента. Постоянный ток, протекая через соленоиды б, создают В них встречные магнитные потоки. Если взаимодействующие (ближние) полюсы йагнйта и Сб.лёноида совпадают по знаку,. между обеими парами полюсОв пройСхбдйт взаимное отталкивание и чувствительность подвижного элемента уменьшается. При перемене полярности тОка чувстййтельность увеличивается. С пбйещьй перё1«1енного резистора 12 и реостата 16, соответственно грубо и точно можно менять в широких пределах величину тока и ..его полярйость,а, следовательно, менять и чувствительность магнитометра Оставляя расстояние между измеряемым образцом и полюсом магнита неизменным Параметры соленоидов и их геометрическое расположение относительно концов магнитов выбираются одинаковыми.

Варьируя аналогичным образом величиной и направлением тока в катушке 7 (с помощью переменного резистора 15 и реостата 17), можно тем самым осуществлять различные функции, связанные с измерения м например: 5 устранять возможную неидентичность соленоидов и механической балансировки, смещение нуля при неточной установке по уровню и т.д. При этом точность установки нуляполучает- я ся высокой, так как к прибору нет необходимости прикладывать механические усилия, к которым он весьма чувствителен.

Введение дополнительных элементов 15 в виде катушек коррекции чувствительности и нуля, намотанных на металлических каркасах, и регулируемого источника тока незначительно усложняют |прибор, однако позволяет отказаться 20 от сложных механических корректоров. Помимо этого, в соответствии с поставленной целью достигается практически неограниченный диапазон по чувствительности, как в сторону ее увели- 25 чения, так к ъ сторону снижения; быстрое затухание чувствительного элемента; возможность коррекции нуля в .широких пределах с заданной точностью.

Формула изобретения Астатический магнитометр, содержа1ций подвижный чувствительный элемент с двумя установленными параллельно в противоположной полярности магнитами, ре1 улиру-е№ай: источник тока и оптическое, отсчетйое устройство, о т л и -чающийся тем, что, с целью расширения динамического диапазона и повышения точности коррекции.нуля, он снабже н двумя соленоидагда, размещенными на металлических каркасах, выполненными , например, в виде цилиндров р коаксиальньзми полостями, которыми JpoocHo охвачены разнополярные концы-,

магнитов, и катушкой, намотанной на одном из каркасов, причем соленоиды соединены между собой последовательно-встречно и вместе с катушкой подключены к разный выхЬДам;регули зуемо

го источника тока.

Источники информации, Прин.ятые во внимание при экспертизе

1.Резник Э.Е.Переносный астатический магнитометр МА-21,Сб.Геофизическая аппаратура ..Вып.29 Недра{ 196€

i.Herbert Sclfimidt tin Tors-ions Sosreptometer una Eisentre-tViei-ts-PrijEaieraljSDn rum iQ-iarig n Bestetien des QeornogT etiscVien 3nstituts Potsdavn,T/kbVijJs2T) VadeYnie- Je гagf,йerE,ivl ,-19611 9--142.

9

гттг

,7/