Измеритель магнитного поля Советский патент 1980 года по МПК G01R33/02 

1

Изобретение относится к амплитуднофазовым измерениям переменных магнитных полей инфранизких частот и может быть использовано при проведении геоэлектроразведочных исследований искусственно возбуждаемых в земле переменных магнитных полей.

Известны устройства для амплитуднофазовых измерений магнитного поля, содержащие последовательно соединенные феррозондовый магнитометр, избирательный усилитель, регистратор, синхронный детектор и канал передачи опорного сигнала l.

Недостатком этого устройства является то, что для проведения фазовых измерений оно требует применения канала передачи опорного сигнала - проводной лишш связи, радиоканала и т.д. В то же время при проведении геоэлектроразведочных исследований, когда возбудитель поля и приемное устройство могут нахо диться на расстояниях в несколько километров, проводная линия связи использоваться не может, а применение радиоканала, например в горах, часто не обеспечивает надежной передачи опорного сигнала при ограниченной мощности передатчика. Кроме того, методика проведения геоэлектроразведочньх исследований требует применения двухчастотнь1Х измерений. В этом случае при обработке результатов измерений происходит потеря точности.

10

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому является известный двухчастотный феррозондовый амплитудно-фазовый измеритель магнитного поля, содержа15щий последовательно соединенные феррозондовый магнитометр, двухчастотный избирательный усилитель и регистратор. Этот измеритель позволяет измерять с помощью регистратора амплитуды сиг20налов магнитного поля двух частот, а также относительный фазовый сдвиг между сигналами двух частот непосредственно без передачи опорных сигналов.

ак как в земле возбуждается магнитное оле сразу двух частот, из принимаемых игналов вьщеляются с помощью избираельного усапителя два сигнала разных астот, а затем измеряется относительый фазовый сдвиг между ними 2.

Недостатком этого устройства являет- т невысокая точность измерений, обуловленная .тем, что из-за необходимости оздания одновременно двухчастотного оля в земле энергия полезных сигналов перераспределяется между двумя сигналами, а поэтому соотношение полезный сигнал-шум на выходе. феррозондового магнитометра оказывается низким. Кроме того, существенную погрешность в этом измерителе вызывают нестабильность собственных фазовых сдвигов в феррозондовом магнитометре и двухчастотном избирательном усилителе.

Цель изобретения - повышение точности измерений.

Для достижения этой цели в измеритель, содержащий последовательно соединенные феррозондовый магнитометр, двухчастотный избирательный усилитель и регистрирующий прибор, введены задающий генератор, последовательно соединенных делителей частоты и управляемых ключей, последовательно соединенные переключатель частоты, блок регуЛ1ФОВКИ сигналов и вспомогательная обмотка , причем выход задающего генератора соединен со входом первого делитеЛя частспгы, два входа каждого из управляемых ключей соединены с двумя выходами предыдущего делителя частоты, а выход каждого управляемого ключе соединен со входом последующего делителя частоты, два входа переключателя частоты соединен со входом и выходом последнего делителя частоты, а вспомогательная обмотка размещена на феррозондовом магнитометре.

На Чертеже изображена структурная электрическая схема устройства.

Измеритель магнитного поля содержит последовательно соединенные феррозондовый магнитометр 1, двухчастотный избирательный усшистель 2, регистирующий . прибор 3, а таюке последовательно соединенные задающий генератор 4, набор делителей 5 частоты и управляемых.ключей б, переключатель частот, блок 8 регулировки сигналов и вспомогательную обмотку 9., причем выход задающего генератора 4 соединен -со входом первого дели-геля 5 частоты, два входа каждого из управляемых ключей 6 соединены с двумя выхо- .

дами предыдущего делителя 5 частоты, а выход каждого управляемого ключа 6 соединен со входом последующего делителя 5 частоты, два входа переключателя

7 частот соединен со входом и выходом последнего делителя 5 частоты, а вспомогательная обмотка 9 намотана наферрозонд овом магнитометре 1.

Двухчастотный феррозондовый амплитудно-фазовый измеритель магнитного поля работает следующим образом.

С помощью генератора токов двух частот, нагруженного на возбудитель магнитного поля (не показан), в зеьоте возбуждают магнитное поле поочередно по заданной программе током первой и второй частоты. В точках измерений с помощью феррозонд ового магнитометра 2 измеряемое магнитное поле преобразуется в :электическиЙ сигнал, подаваемый на вход двухчастотного избирательного усилителя 2. Избирательный усилитель 2 выполняют преимущественно по схеме одноканального перестраиваемого усилителя, настроенного надискретные частоты в диапазоне О,1-1О Гц, хотя в принципе этот усилитель может быть и параллельным двухканальным. Сигнал с выхода усилителя 2 поступает на регистрирующий прибор 3, собранный в простейшем случае по схеме амплитудного вольтметра с индикацией по стрелочному прибору или на цифровом табло.

Одновременно с сигналом из земли на феррозондовый магнитометр поступает сигнал той же частоты со вспомогательной обмотки 9, намотанной, на феррозонде магнитометра 1. Этот сигнал формируется с помощью задающего генератора 4, соединенного с набором делителей частоты 5 и управляемых ключей 6. Задающий генератор 4. выполнен по схеме с кварцевой стабилизацией частоты, причем частота кварцевого резонатора (1-10 МГ в задающем генераторе 4 выбирается сторого такой же, как и в кварцевом резонаторе генератора возбуждающего поля.

Сигнал высокой частоты с выхода задающего генератора 4 поступает на вход первого делителя 5 частоты. Число делителей 5 частоты и коэффициенты их деления выбирают таким образом, чтобы на входе и выходе последнего делителя 5 .готы получить сигналы первой и второ частоты - тех же частот, которые вырабатывает возбудитель магнитного поля. В тот промежуток времени, когда на входе магнитометра 1 действует измеря578емый сигнал первой частоты, с делителя 5 частоты с помощью переключателя 7 частот также снимают сигнал первой частоты. Этот сигнал через блок 8 регулировки сигнала поступает на вспомога. тельную обмотку 9, возбуждая в феррозонде вспомогательное поле первой частоты. Сигналы основного и вспомогательного магнитного поля складываются на выходе феррозондового магнитомера 1, но IQ так как их фазы произвольны, то суммарный сигнал представляет собой биение двух колебаний. Для устранения биений с помощью управляемых ключей 6 дискретно изменяют фазу выходных сигналов делителей 5 частоты до тех пор, пока фаза сигнала на выходе переключателя 7 . частот не станет равной 18 по сравнению с фазой измеряемого сигнала первой частоты. Одновременно с по мощью блока регулировки сигналов 8 ре лируют амплитуду вспомогательного сиг нала, подаваемого во вспомогательную обмотку 9. В том случае, когда амплитуда вспомогательного сигнала равна амплитуде измеряемого сигнааа, а их фазы отличаются на 180 , амплитуда суммарного сигнала равна нулю, т.е. по казания регулирующего прибора 3 становятся нулевыми. Ключи 6 могут управ ляться как вручную, так и автоматически. При автоматическом управлении упра ляющие входы ключей 6 соединены с вы ходом регистратора 3 через последовательно соединенные управляющее устрой ство и блбк слределения минимума сигнала (не показаны). В этом случае вначале устанавливается фазовый сдвиг в 18О (по минимуму показаний прибора а затем блоком 8 -регулировки амплитуда суммарного сигнала доводится до нулевых значений (вручную или автоматически). После этого частота возбуждающего тока изменяется, изменяется также частота настройки двухчастотного избирательного усилителя 2 и частота вспомогательного сигнала на выходе переключателя 7 (переключатель 7 устанавливается во второе, по сравнению с преды дущим, положение). Если, к примеру, вначале переключателем 7 частот к блоку 8 регулировки сигналов был подключе} выход последнего делителя 5 частоты, то во втором поЛожений будет подключен вход последнего делителя 5 частоты. Поэтому временной сдвиг вспомогательного сипиша Второй частоты 2 относительно вспок(огательного сигнала первой частоты будет равен нулю. Если амплитуда и фаза принимаемого из зекпи сигнала второй частоты равна avfflлитyдe и фазе принимаемого из земли сигнала первой частоты, то ак-шлитуда суммарного сигнала на выходе феррозондового магнитометра 1 равна нулю (нулевые показания регистратора); если амплитуды их равны, а фазы различны, то цоказагшя регистр 1фующего лрибора 3 соответствуют временному сдвигу между принимаемыми из земли сигналами первой и второй частоты; если различны и амплитуды и фазы этих сигналов, то вначале блоком 8 регулировки сигналов добиваются м шимальных показаний регистратора, затем эти минимальные показания регистр4фуются и служат мерой временного сдвига принимаемого из земли сигнача второй частоты относительно вспомогательного сигнала второй частоты, т.е. в конечном итоге относительно принимаемого из земли сигнала первой частоты. Амплитуда первого сигнала и.приращение амплитуды второго сигнала относительно первого определяется по показаниям opraiioa лттравления блока 8 регулировки сигналов. Так как время, затрачиваемое на проведение измерений на второй частоте, обычно не превыщает 0,5-1 мин., то уход частоты и фазы принимаемого из земли сигнала второй частоты относительно сформированного вспомогательного сигнала второй частоты за столь короткий промежуток времени ничтожно. При проведении измерений на следующей точке вновь сначала устанавливают фазовый сдвиг первого всопмогательного сигнала равным относительно принимаемого из земли сигнача первой частоты, затем формируют вспомогательный сигнал второй частоты, временной сдвиг которого относительно вспомогательного сигнала первой частоты равен , а затем измеряют фазовый сдвиг принимаемого из земли сигнала второй частоты относительно вспомогательного сигнала второй частоты. Таким образом, увеличение ухода частоты и фазы сигналов от точки к точке не происходит, что позволяет проводить измерения с постоянной заданной точностью. Формула изобретения Измеритель магнитного поля, содержаий последовательно соедилен;1ые феррс зондовый магнитометр, двухчастотный избирательный усилитель, и регистрируюишй прибор, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, в него введены задающий генератор, А последовательно соединенных делител частоты и управляемых ключей, последовате но соединенные переключатель частот, блок регулировки сигналов и вспомогательная обмотка, причем выход задающего генератора соединен со входом первого делителя часаоты, два входа каждого из утфавляемых ключей с двумя выходами предыдущего делителя частоты, а выход каждого управляемого ключа соединен со входом последующего делителя частоты, два входа переключателя частот соединены со входом и выходом последнего делителя частоты, а вспомогательная обмотка размещена на феррозондовом магнитометре. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Афанасьев Ю. В. Феррозонды. Энергия , 1969, с. 136-157. 2. Сигел Г. Метод магнитной вызванной поляризации - Джиофизика, т. 39, N9 3, 1974, с. 321-339.