Компонентный магнитометр Советский патент 1981 года по МПК G01V3/08 

. , t

Изобретение относится к геофизике а именно к классу приборов, используемых для измерения составляющих вектора напряженности магнитного поля Земли, как в стационарных условиях, так и в условиях морской магнитной съемки. . .

Известен компонентный мапмтометр содержащий магниточувствительшй датчик, колечную систему, формирователь сигнала, измерительный блок, вычислительное устройство, блок компенсации, коммутатор, источинк питания и регистратор.

Работа такого махнитометра основана на измерении полного вектора геомагнитного поля (,Т)иего составляющих - горизонтальной(Н)и вертикальной (Z) - при наложении дояолнительных полей, создаваемых колечной системой {.

Наиболее близким к изобретеишо техническим решением является компонентный квантовый магнитометр, содержащий колечнуто систему, магниточувствительный датчик расположенный в центре колечной системы, пос- ледовательно соединенные формирователь сигнала, измерительный блок, вычислительное устройство и регистратор, подключенщле к выходу датчика, блок компенсации, подключенный к выходу измерительного блока, коммутатор, подк1шчея1шй к выходам измерительного блока и блока компенсации,а также к колечной системе,и источник пигааи.

Известш магнитометр осуществляет измерения полного вектора Т, а при ,наложенш1 дополнительных магнитны: полей-и и Z компоненты магнитного

ПОЛЯ.

вертикальной составляющей геомагнитного поля при методе компенсации определяется по нзмереннын значениям Т и Н

и;

При использовании метода дополнения-составляющие геомагнитного поля определяются из выражений

Т - Т

ч 2 ,

i2.. -/8(.-2Т)

)

де Т - измеренное значение геомагнитного поля при отсутствии дополнительного поля, Т - результирующее значение поля при наложении дополнительного поля Z- (+) в направлении в ер тик адьной составляю1щей поля Земли, Т - результирующее значение поля при изменении знака дополнительного поля л (-) на Противоположный pj. Недостатком такого магнитометра является наличие погрешности измерения Z - составляющей за счет неравенства дополнительных полей, создаваемых колечной системой т. е.

Z(-)Zjj,(-)14)

Требование равенства дополнительных полей практически означает то, что ток в колечной системе до и после переключедая его направления должен сохраняться с ошибкой не более 0,001 мА при его величине порядка 50 Mfi.

Основньв4и факторами, влияющими на неравенство дополнительных полей, являются относительный разброс переходных сопротивлений коммутируняцик контактов, который обычно лежит в пределах переходного сопротивления контакта, увеличе1ше переходного сопротивления коммутирующих контакто за счет продолжительной работы, температурная нестабильность параметров колечной системы.

Погрешность измерения Z - составляющей за счет перечисленных выше факторов может достичь, в зависимости от величины дополнительного поля, значений порядка от нескольких десятков до сотни нТл.

Цель изобретения - повышение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем в комповентный магнитометр, содержащий колечную систему, магниточунствительный датчик, расположенный

В центре колечной системы, последовательно соединенные формирователь сигнала, измерительный блок, вычислительное устройство и регистратор, подключенные к выходу датчика, блок компенсации, источник питания и коммутатор, подключенный к выходу измерительного блока и к колечной системе, дополнительно введены регулирующий элемент, усилитель постоянного тока, модулятор, усилитель рас-, согласования и синхронный детектор, при этом цепь питания колечной системы выполнена по мостовой схеме, в одно плечо которой включен блок компенсации, а в другое плечо последовательно с колечной системой и коммутатором - регулирующий элемент, в одну из диагоналей моста вкачен

источник питания, а в другую - модулятор, вход Которого соединен с выходом измерительного блока, а выход через усилитель рассогласования подключен к одному из входов синХронно го детектора, второй вход которого также соединен с выходом измерительного блока, а к выходУ через усилитель постоянного тока подключен регулирующий элемент.

На чертеже приведена блок-схемакомпонентного магнитометра.

Магжтометр состоит из магниточувствительного датчика 1, установленного в центре колечной системы 2, формирователя 3 сигнала, измерительного блока 4, вычислительного устройства 5, регистратора 6. В первое плечо мостовой схемы цепи питания колечной Системы включен блок 7 компенсации, во второе и третье плечи включены эталонные сопротивления 8 и 9, а в четвертое плечо последовательно с колечной системой и коммутатором 10 включен регулирующий элемент П.

Одна из диагоналей моста соединена с источником 12 питания, а в другую диагональ включен модулятор 13, вход которого соединен с выходом измерительного блока.

Выход модулятора через усилитель 14 рассогласовашя подключен к одному из входов синхронного детектора I5, второй вход которого также соединен с измерительным блоком.

К выходу синхронного детектора через усилитель 16 постоянного тока подключен регулирующий элемент. Работа магнитометра осуществляется следующим образом. По команде с вычислительного устройства 5 с помощью блока 7 компенсации , устанавливается, в зависимости от района измерений, требуемая величина дополнительного поля ZQ,. При этом через ветвь моста, состоящую из блока 7 компенсации и эталонного сопротивления 8 от высокостабили- о зированного источника 12 питания потечет ток, через другую ветвь моста, состоящую из кэлечной системы 2, коммутатора 10, регулирующего элемента I| и эталонного сопротивления 9 также потечет ток. При равенстве этих токов, напряже ния на эталонных сопротивлениях 8 и 9 будут равны и в диагонали моста на входе модулятора разность потенциалов будет равна нулю. Следовательно, ток, протекаюций через колечную систему, создаст заданную величину дополнительндго поля Z . Теперь любо изменение сопротивления в ветви посл довательно с колечной системой, обус ловленное изменением переходного сопротивления коммутирующих.контактов коммутатора 10 при реверсе дополнительного поля или изменения сопротив колечной системы от температур приведет к разбалансу мостовой схемы ив диагонали моста (на эталонных сопротивлениях) появится разность потенциалов (напряжение рассогласова ния), С помощью модулятора 13 постоян ное напряжение рассогласования преобразуется в переменное, усиливается усилителем 14 рассогласования и подается на синхронный детектор. Синхроимпульсы для модуляции и демодуляции одновременно подаются от измерительного блока 4 на модулятор 13 и синхронный детектор 15. С выхода синхронного детектора напряжение, пропорциональное величине рассогласования в диагонали моста, подается на усилитель 16 постоянного тока, ко .торый управляет регулирующим элементом 11. Регулирующий элемент, в .зависимости от знака и величины рассогласования в диагонали моста, увеличивает или уменьшает величину тока протекающего через колечную систему. Скорость отработки величины рассогласования определяется частотой синхроимпульсов, поступающих от измерительного блока и постоянной аре82405 996 мени. интегрирующего звена усилителя постоянного тока. При использовании предлагаемого изобретения исключается погрешность измерения составляющих, обусловленная нестабильностью и изменением переходных сопротивлений коммутатора, переходных контактов различных соединительных проводов и кабелей и исключается влияние температуры на электрические параметры колечной системы, в результате значительно повышается точность измерения составляющих магнитного поля Земли. ( Формула изобретения Компонентный магнитометр, содержащий .колечнзто систему с цепью питания , магниточувствительный датчик, расположенный в центре колечной системы, последовательно соединениые формирователь сигнала, измерит льный блок, вычислительное устройство и регистратор, подключенные к выходу датчика, блок компенсации, источник питания и коммутатор, подключенш к выходу измерительного блока и к колечной системе, о т л и ч а ю- щ и и с я тем, что, с целью повьшения точности измерения, в него дополнительно введены регулирующий элемент, усилитель постоянного тока, модулятор, усилитель рассогласования : и синхронный детектор,при этом цепь питания колечной системы выполнена по мостовой схеме,в одно плечо которой включён блок компенсации,а в другое плечо последовательно с колечной системой и коммутатором - регулируниций элемент, в одну из диагоналей моста включен источник питания, а в другуюмОдулятор, вход которого соединен с выходом измерительного блока, а выход через усилитель рассогласования подключен к одному из входов синхронного детектора, второй вход которого также соединен с выходом измерительного блока, а к выходу через усилитель постоянного тока подключен регулируюпщй элемент. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Компонентный квантовый магнитометр КМ-3. Меридиан, Проспект СКВ ФП АН СССР. М., Наука, 1974. 2.Авторское свидетельство СССР № 382989, кл. в 01 V 3/14, 1971 (прототип).