Магнитометр Советский патент 1981 года по МПК G01R33/02 

Изобретение относится к измеритель ной технике и может быть использовано для абсолютных измерений составляю- щих и модуля магнитного поля Земли или магнитных полей искусственного происхождения. Известно устройство для измерения горизонтальной составляющей магнитного поля Земли, содержащее квантовый магнитометр жестко закрепленный на движущемся объекте и установленный в центре cHCTBMJj из трех взаимоперпендикулярных пар колец Гельмгольца, жестко закрепленных на объекте,систейу автокомпенсации, связанную с системой колец Гельмгольца через косинусно-синусные преобразователи, установленные на гировертикали и используемые в качестве датчиков откло нения основания. Компенсируя вертикал ную составляющую магнитного поля Зем ли с помощью трехкомпонентной системы колец Гельмгольца и ее изменения, св занные с угловым перемещением основания, производятся измерения горизонтальной составляющей 1, Недостатками этих устройств являются отсутствие возможности одновременного измерения вертикальной и горизонтальной составляющей поля, а также модуля поля и низкая точность измерения горизонтальной составляюй1ей поля связанная с погрешностями измерения углов наклона основания, погрешностями косинусно-синусных преобразователей, погрешностью данных о вертикальной составляющей для данной местности, которые полностью входят в ошибку измерения горизонтальной составляющей, а также погреашостью измерения горизонтальной составляющей, связанной с температурной нестабильностью магнитной постоянной колец Гельмгольца и нестабильностью тока компенсации.Кроме.того, подобные устройства сложны по конструкции и требуют для работы предварительные точные данные о вертикальной составляющей измеряемого поля,а также требуют значительного времени для проведения работ по высокоточной магнитной съемке района измерений,учета и ввода в систему автокомпенсации информации о значении вертикальной составляющей магнитного поля и навигационных данных . Известен также магнитометр для измерения вертикальной составляющей магнитного поля Земли, который по совокупности существенных признаков к;аибо.1;ее б,: ияс-:; г. . .: , ; i оопержи.: к га аи т с; : .-. Il. (.: i viOpHHji-KH прпоСро л: :-::. i.;..: установлек в i.ief7pe )c;:v,r;c:K.:;;i;v :I;-IH;; колец - с :;o;.,io .иу ууоу :-: г-;.: а устамсЕ;: :у :;, riioo eu j.H;a-,i и .. л)мг;с r:.-nv:cv,F,: .;стЗ;-:а с :i: ::.. 3о;;;атст;е:.; :7:зм;:у. к, с :, :rtf r vi-:iet; писте 1 отзион мчгру п :ч;У :. ;: :госн MF.;. ьитчап ог;ь комп-уу.::-vjv;;- - } ;;; солец ло:) Е ;-jiocy;ocy; л ---г. Н01О усоилуап . С г:о :о1ць; i KOMnei-iCv vv е оя онтал знауг .-: raB.t;H ii:an , а .;ог;ам: )ом1 :ис;:;:.,чу вичи:-.1м 4j3o6tc-a.3OBaTSл :У ,г-.Омет разрез уид Mavi-y.; ,.л;стр (cTv, :уК1э 1;2) nijiie жит ,-j;-:;r;yvcDCjr4;fc :A cBet.ixupOHCvuлпгий :.агки;; ;з;.- 3;(Vini; ;; . вз ПО1 HCMJУ;;- / Б опллэа.-ззс ..li .:uy6bi . на-ало V и .. ;с: .-о; .:;;й не име;г:.г электрического Kiji-vuiri-; ;;по,ль се збразую:;ей , перI :-п ь: 1 .liccGра 3 С. ват гм 1, 4, размещенi-ibi;:. s колости экрана 1. , изолирующий :;:,;ой 5 межлу свсрхпроводяшими слоями fi ; 7 у,;о всей их поверхности, испол- -.,. opian В сисгсмь; 9 управляеF.KJ О псриодическ выключения ани..отропного дейсгвия экрана 1, предС|ав;;яю::его собой, напр};мер, нагрева-;;ель пленочного типа, раоположен- f сверхпроводнике , иэмерительный блок 10 магнш-ометра, связанный - перзичг1ым поеобразователем 4, соединительным кабело, 11, счетко-ре:-аю -;ее устройотЕО 12, вход которого 1абелем 13 связан с выходом измери(GMbHtjro б.|;ока 1C, бг;ок 14 регистра1,ии, ;:; эа.цииенный кабелем 15 о зыхоЛ.;х-.; сче 1нО ре:11ак.щего устройства 12, иоодинеиного .кабелем 1 б о сисiwyoK 9 управляемого периодического Ьтключония aF-iH3OTpor;HOiO экрана 1, которая а f:BC;o 0Чере,1;ь соед) кабелем 17 с кспоттительным органом : лсран 1 слизал с гирозертикалью 18 лооредстзом, -апример жестких меКомимсллсих связей 19, На фиг. 2 полазань; емизот.ропкый экран 1 с разомк.уу/м начало:- 2 и : :с5нцом 3 свярхпро..-::.,;учпкл слтиралес бразной трубы, первич: : . Л ;;)еобразова-.: ,i:;b 4, изо-мирующий у;лз ке};з.у све ;),:-л:розодяи,ими слоями h : 7 ii ,ис1Олт1И: е.1ил1Ь й орга.н 8,- нап; ;.::р ч а а ч ь орстемь управляе:-:..( узр;.;с л:-л-(есг о:.чэ вы,л:ючения ани.. лх:;.иол О ij,HKOjfji.H экрана 1. i улл- тГ:Л;е -р оаОотает следующим ,лл.- f. л;:ог ма1л-;итний сзерхпрово:::,Л:, ::::V3ri 1, Об,лддaioiiuiИ .идеальным .л.л-л-з нцт;-.змом 1-, нулевым сопротивле: :.:--л лз ;опизся Ilozi; воздействием магп.глзто пс-ля Земли, полный вектор : :.л.;лл ГЮжат сылУз разложен на две . .уо :;:jH:Oi:i:iiQ ; вертикальную Z и гори- .:iTs.jii:Hi ую Н этом продольная Ззу экрана 1 через посредство, нап :;:ЭМ:эр ;:есукик М€:хан;Лес; их связей : с ломозыо тггрэБертикали 18 вы. 1 :з.1л-1зтся; по вертикали, Горизонтальл с.::суазл1яющая ;1оля, перпендикулярЛи;- )П)одольной ООН экрана 1, на его нлллтилй jjoBepxHCCTH индуцирует экра:.лр:,:с/ли-; л Jзaтy :aющиe локальные коль. . . иогорь:п созда;от поле, 1Л1чоэ , нэл-уу- р горизонтальному ;; lip:) I f :1)1.:-:.л yv-c- уму ио иагтраЕлению , та:- чтэ л;, У,; энки экрана 1 и его uCjyacTii суизсну ;лл зная составляющая глалиитноло jiojiii S-bwiv; равна нулю. И счучнл г: тем ч1-о Э1;;)вч 1 выполнен п j;-;,He спкралгеобраз:-:о; трубы, т.е. j Глуй0::ик перекрЬТиам Лэли вдоль ее оОраз угедай, гор ;;1онталы1ая состазляю да ь :;;О,|.Я через эту mejio ке проникает fj ;лзуолть экранг. , -так что спирале б-разная труба :: кранирует горизон-тгльиу ; составлУ 0.ую магнитно1о поля с такой же эффективностью, как и магнитный экран в виде сплошной сверхпроводящей трубы. Эффективное экр анирова чие горизонтальной составляющей Н земного поля, проникающего через открытые входные отверстия.экрана 1 и экспоненциально зату хающего вглубь полости экрана 1 обес печивается выбором его размеров; отношения длины экрана L к его диаметру d. Чем больше отношение L/d тем выше коэффициент экранирования горизонтальной составляющей поля в геометрическом центре экрана 1. Вертикальная составляющая земного поля z направленная вдоль оси анизотропного экрана 1, последним не экранируется, ввиду отсутствия замкнутого пути для циркулярных экранирующих токов, из-за наличия продольной щели вдоль образующей экрана 1, в связи с тем, что начало 2 и конец 3 сверхпроводящей спирали разомкнуты, а между сверхпроводящими слоями 6 и 7 по всей их поверхности, для устранения электри ческого контакта- между ними, размещен изолирующий слой 5, выполненн например из тонкой фторопластовой планки. Таким образом, вертикальная составляющая Z земного поля проникает в полость экрана 1 и воздействует на первичный преобразователь 4 Сигнал /Z/ с первичного преобразова теля 4 по кабелю II поступает на измерительный блок 10, где он усиливается и преобразуется, а затем с измерительного блока 10 по кабелю 13 подается на счетно-решающее устройство 12, в котором сигнал по одн линии связи подается в блок памяти, а по другой линии подается на выход устройства 12 и через кабель 13 на блок 14 регистрации сигнала. Затем с блока времени (с помощью которого станавливается периодичность циклов измерения параметров магнитного поля) системы управления 9 пёриодичес кого выключения анизотропного дейст вия экрана 1 поступает сигнал, по которому с системы управления 9 по кабелю 17 подается ток, например вы кой частоты, на нагреватель 8, расп ложенный на сверхпроводящей поверхно ти экрана 1. Нагреватель 8 может бы выполнен, например в виде тонкой про водящей пленки с высоким электричес ким сопротивлением и хорошим тепловы контактом со сверхпроводящей поверх ностью. Тепло, выделяемое в нагревателе 8, подогревает сверхпроводящие слои б и 7 выше критической температуры , так что они переходят в но мальное состояние и экран 1 теряет экранирующее действие против горизон тальной составляющей магнитного поля в результате на первичный преобразов тель 4 воздействует полное значение /Т/ магнитного поля-Земли. Сигнал/Т с первичного преобразователя 4 по кабелю 11 поступает на измерительный блок 10, где он усиливается и преобразуется, а затем с измерительного блока 10 по кабелю 13 подается на счетно-решающее устройство 12, в котором сигнал по одной линии связи подается на решающий блок, а по другой линии подается на выход устройства 12 и по кабелю 15 на блок 14 регистрации сигнала. По сигналу поступающего с блока времени системы управления 9 по кабелю 16 на счетно-решающее устройство 12, с блока памяти устройства 12 на его решающий блок подается значение сигнала fz/. В решающем блоке сигналы /Tf и /Z/ возводятся в квадрат, затем из квадрата сигнала /Т/ вычитается квадрат сигнала /Z I, а из полученной разницы берется корень квадратный, в результате получается значение Н Ут - Z горизонтальной составляющей земного поля. Сигнал Н с решак 11дего блока подается на выход устройства 12 и по кабелю 15 на блок регистрации сигнала 14. Следовательно, предлагаемый магнитометр, используя первичные преобразователи модульного типа, производит измерения с высокой точностью абсолютных значений основных элементов зе|-шого поля (модуля полного вектора Т, вертикальной Z и горизонтальной If составляющих земного поля), в реальном масштабе времени, т.е. одновременно . Таким образом, экранирование первичного преобразователя модульного типа анизотропным экраном от горизонтальной составляющей поля и отсутствие экранирования вертикальной составляющей, ориентации продольной оси экрана по вертикали с помощью гировертикали, периодическое выключение анизотропного действия с экрана позволяет повысить по сравнению с известным точность измерения вертикальной и горизонтальной составляющих земного поля примерно на один порядок при одновременном измерении вертикальной и горизонтальной составляющих и его модуля. Формула изобретения Магнитометр, содержащий гировертикаль и последовательно соединенные первичный преобразователь, измерительный блок, счетно-решающее устройство и блок регистрации, о т л и чающийс я тем, что, с целью повышения точности измерений, он снабжен анизотропным магнитнЕлм экраном, связанным с гировертикалью и блоком периодического выключения его анизотропного действия, при этом первичный преобразователь размещен в полости анизотропного магнитного экрана, продольная ось которого оркеггти-рована в вертикальном направлении, к выполненного в виде сверхпроводящей спиралеобразной трубы с изолирующим слоем между сверхпроводящими слоями по всей их поверхности.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1, Авторское свидетельство СССР : 278}, 40, кл. G 0л V 3/16. 1968

2.. Геофизическая аппаратура Сб. М 47, Л,, Недра, 1971, с. 35,