Ядерно-прецессионный магнитометр Советский патент 1981 года по МПК G01V3/14 

1

Изобретение относится к геофизической аппаратуре, предназначенной для измерения модуля индукции магнитного поля и полей других объектов .

Известен ядерно-прецессионный магнитометр, основньлми узлами ко-, торого являются датчик сигнала свободной прецессии, автоматически перестраиваемый ступенями внутри диапазона измерений, схема измерения частоты и дешифратор, управляющий перестройкой датчика j ljОтсутствие в таком устройстве системы фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) к частоте свободной прецессии приводит к увеличению погрешности измерений. Погрешность измерений подобных устройств не ниже нескольких единиц нанотеслы.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является ядерно-прецессионный магнитометр, содержащий датчик, усилитель-формирователь, .подключенный к датчику, последовательно соединенные фазочувствительный детектор, управляемый генератор, а также измерительную схему, дешифратор и ключ настройки,выход которого подключен к входу усилителя-формирователя, делитель частоты, включенный между выходом управляемого генератора и измерительным входом фазочувствительного детектора, компаратор, частотный детектор, включенный между выходом усилителя-формирователя и одним из входов компаратора, второй вход которого соединен с одним из выходов

10 устройства памяти, а выход - с управляемым генераторомС2.

Структура и связи описанного магнитометра не позволяют осуществлять

15 быстродействующее автоматическое слежение за частотой сигнала свободной прецессии при быстрых и больших изменениях измеряемой индукции,требуется значительное время для ново20го поиска этой частоты, и, вследствие потери части полезного сигнала за время поиска и чрезмерно большой полосы захвата и соответственно малой постоянной времени системы ФАПЧ,

25 возрастает погрешность измерений. Цикл измерений подобных устройств составляет несколько секунд.

Цель изобретения - повышение бы30стродействия и точности измерения. Поставленяая цель Длостигается тем, что в ядерно-прецессионный магнитометр, содержащий датчик, ус литель-формирователь, подключенный датчику, пocJ eдoвaтeльнo соединенные фазочувствительный детектор и управляемый генератор, а также изме рительную схему, дешифратор,ключ настройки, подключенный входом к вы ходу дешифратора и выходом к входу усилителя-формирователя, делитель частоты, подключенный к опорному вх ду фазочувствительного детектора, и частотный детектор, дополнительно введены амплитудный детектор, схема И-ИЛИ прог |аммный блок, выключатель поиска и генератор уровня,причем вход амплитудного детектора подключен к первому выходу усилителяформирователя, схема И-НЛИ подключена первым входом ко второму вы ходу усилителя-формирователя,вторым входом - к выходу амплитудного детектора, третьим входом - к первом выходу программного блока, а выходом - к первому входу частотного де тектора и измерительному входу .фазо чувствительного детектора, частотный детектор соединен вторым входом с выходом амплитудного детектора, третьим входом - с выходом выключателя поиска и четвертым входом - со вторым выходом программного блока, соединенного с третьим входом фазочувствительного детектора, а выходом - с первым входом вь ключателя поиска и вторым входом управляемого генератора, второй вход выключателя поиска соединен с выходом генератора уровня, дешифратор соединен первым входом с выходом измерительной схемы и вторым входом - с треть им выходом программного блока, измерительная схема соединена одним входом с выходом управляемого генератора, соединенного с делителем частоты, другим входом - с четвертым выходом программного блока, а ее выход является выходом магнитометра . На чертеже представлена функцио нальная схема магнитометра. Магнитометр содержит датчик 1, усилитель- формирователь 2, амплитудный детектор 3, схему И-ИЛИ 4, частотный детектор 5, фазочувствительный детектор б, управляемый ге нератор 7, делитель 8 частоты,измерительную схему 9, програглмный 6JTOK 10, дешифратор 11, ключ 12 на стройки, выключатель 13 поиска, ге нератор 14 уровня, причем амплитуд ный детектор подключен своим входом ко второму выходу усилителя-формирователя, а первый выход усилителя формирователя подключен к первому входу схемл И-МЛИ, второй вход схе мы И-ИЛИ соединен с выходомамплитудного детектора и третий вход cxcMFJ И-ИЛИ (;(.ч дин«.;и г- т ;етьим BI,Iходом программного блока, а выход схемел И-ИЛИ подключен к первым входам частотного и фазового детекторов; выход амплитулного детектора дополнительно соединен со вторым входом частотного детектора,выход которого подключсж ко второму входу управляемого генератора,выключатель поиска подключен первым входом к выходу генератора уровня, вторым входом - к выходу частотного детектора, а выходом к третьему входу частотного детектора, к четвертому входу которого подсоединен второй вход про1раммного блока, причем четвертый выход программного блока соединен со вторым входом дешифратора, а амплитудный детектор содержит схему задержки своего выходного сигнала. Схема работает следующим образом. После включения магнитометра автоматически включается режим поиска, поскольку сигнал на входе амплитудного детектора 3 отсутствует, при этом на вход схемы И-ИЛИ 4 с выхода амплитудного детектора 3 поступает : сигнал, разрешаю1Шй прохождение импульсов частоты поиска с выхода программного блока 10 на первый вход частотного детектора 5,одновременно упомянутый сигнал с выхода амплитудного детектора 3 поступает на второй вход частотного детектора 5 и включает требуемую для режима поиска частоты сигнала прецессии постоянную времени частотного детектора 5. По мере роста постоянного напряжения на выходе частотного детектора 5- входе управляемого генератора 7 частота последнего изменяется (растет). Сигнал изменяющейся частоты управляемого генератора 7 поступает на вход фазочувствительного детектора 6 через делитель 8 частоты, а также на измерительную схему 9, сигнал с выхода которой с помощью дешифратора 11 последовательно переключает в ключе 12 настройки настроечные элементы, подключаемые к обмотке датчика 1,причем время дешифрирования задается командным импульсом программного блока 10. Возрастание постоянного напряжения на выходе частотного детектора 5 и вызванное им соответствующее изменение частоты управляемого генератора 7, а также переключения в ключе 12 настройки и обмотке датчика 1 происходят до тех пор , пока сигнал прецессии не появляется на выходах усилителя-формирователя 2. При этом включается режим слеиения за частотой сигнала прецессии: на выходе амплитудного детектора 3 сигнал, разрешающий прохождение импульсов частоты поиска с выхода программного блока

10 иа первый вход частотного детектора 5, сменяется сигналом разрешения прохождения импульсов частоты сигнала прецессии и одновременноро запрещения прохождения импульсов частоты поиска; кроме того, сменившийся сигнал с выхода амплитудного детектора 3 включает постоянную времени частотного детектора 5, требуемую для режима слежения,при этом система ФАПЧ (содержащая фазочувствительный детектор б,управляемый генератор 7 и делитель 8 частоты) входит в синхронизм с частотой сигнала прецессии.

В том случае, когда в режиме поиска сигнал не найден или он был потерян в режиме слежения,сигнал прецессии на выходах усилителяформирователя отсутствует,режим поиска включается снова, и цикл поиска продолжается до тех пор, пока напряжение на вьоходе частотного детектора 5 не достигает значения напряжения, установленного на выходе генератора 14 уровня, которое, соответствует настройкеуправляемого генератора 7 и ключа 12 настройки на верхнюю границу диапазона значений измеряемой индукции магнитного поля. При этом на выходе выключателя 13 поиска появляется сигнал,вызывающий быстрый сброс выходного напряжения частотного детектора 5 д минимального значения, соответствуюfaero настройке управляемого генератра 7 и ключа 12 настройки на нижнюю границу диапазона значений измеряемой индукции магнитного поля.Затем цикл поиска повторяется до тех пор пока в очередном цикле сигнал частоты прецессии появляется на выходах усилителя-формирователя 2, посл чего поиск прекращается, магнитометр переключается на режим слежения, который является рабочим. В каждом цикле измерения происходит беспоисковое измерение и регистраци значения частоты прецессии измеряемого поля с помощью измерительной схемы 9. Для запоминания выходных сигналов частотного 5 и фазочувствительного 6 детекторов на время поляризации датчика 1 эти детекторы имеют соответственно четвертый и третий входы, на которые со второго выхода программного блока подается команда, отключающая на это время выходные RС-цепи детекторов от источников сигнала, а амплитудный детектор 3 содержит схему задержки своего выходного сигнала, которая включается при снижении амплитуды сигнала прецессии. При возрастании этой амплитуды соответствующий выходной сигнал амплитудного детектора передается на схему И-ИЛИ без задержки, что обеспечивает системе поиска частоты сигнала прецессии защиту от включения при случайных провалах этой амплитуды, вызванных, например, внешними помехами.

Таким образом, предлагаемый магJ нитометр обладает преимуществом перед известным, заключающимся в том, что в цикле измерения производится только слежение - незначительная подстройка управляемого геQ нератора 7 и ключа 12 настройки,

требующая существенно меньшего времени, чем поиск; поиск осуществляется только в случае потери сигнала прецессии (например, в начале работы устройства).

Предлагаемый магнитометр облада-. ет повышенным быстродействием (производительностью) до нескольких циклов измерений в секунду при погрешности, не превышающей десятых

0 долей нанотеслы. Применение предлагаемого устройства, например, для целей аэромагниторазведки полезных ископае Ф 1х увеличит производительность труда и результативность разведки.

Формула изобретения

Ядерно-прецессионный магнитометр, содержащий датчик, усилитель-формирователь, подключенный к датчику, последовательно соединенные фазочувствительный детектор и управляемый генератор, а также измерительную схему, дешифратор, ключ настройки, подключенный выходом к выходу дешифратора и выходом к входу усилителя-формирователя, делитель частоты, подключенный к опорному входу фазочувствительного детектора, и « частотный детектор, о т л и ч а ющ и и с я тем, что, с целью увеличения быстродействия и точности измерения, в него дополнительно введены амплитудный детектор, схема И-ИЛИ, программный блок, выключатель поиска и генератор уровня, причем вход амплитудного детектора подключен к первому выходу усилителя-формирователя, схема И-ИЛИ подключена первым

входом ко второму выходу усилителяформирователя, вторым входом - к выходу амплитудного детектора,третьим входом - к первому выходу программного блока, а выходом - к первому

входу частотного детектора и измерительному входу фазочувствительного детектора, частотный детектор соединен вторым входом с выходом амплитудного детектора,третьим

входом - с выходом выключателя поиска и четвертым входом - со вторым выходом программного блока, соединенного с третьим входом фазочувствительного детектора, а выходом - с

первым входом выключателя поиска и

вторым входом управляемого генератора, второй вход выключателя поиска соединен с выходом генератора уровня, дешифратор соединен первым входом с выходом измерительной схемы и вторым входом - с третьим выходом программного блока, измерительная схема соединена одним входом с выходом управляемого генератора, соединенного с делителем частоты, другим входом с четвертым выходом программного блока, а ее выход является выходом магнитометра.

Источники информации, принятые во внимание при экспертиз

1.Патент США № 3090062, кл. 324-05, опублик. 1963.

2.Авторское свидетельство СССР 554519, кл. G 01 / 3/00, 1975 (прототип).