Цифровой феррозондовый магнитометр Советский патент 1982 года по МПК G01R33/02 

(5Л) ЦИФРОВОЙ ФЕРРОЗОНДОВЫЙ МАГНИТОМЕТР

1

Изобретение относится к геофизическому приборостроению, а точнее к магнитометрам, предназначенным для измерений компонент и полного вектора напряженности магнитного поля Земли.

Известно ydTpoHCTBO компенсационного типа, содержащее трехкомпонентный феррозондовый датчик, устройство выделения и преобразования, элементы цепи обратной связи, регистрирующий прибор СП.

Недостатком устройства является то, что, обладая высокой чувствительностью и острой диаграммой направленности и применяя компенсационный метод измерения, трехкомпонентные магнитометры позволяют измерять компоненты и модуль вектора индукции магнитного поля Земли. Применение компенсационного метода измерения приводит к необходимости применения компенсационных катушек в феррозондовых чувствительных элементах. Катушки с током являются источником постоянных или медленно меняющихся магнитных полей,, которые создают напряженность поля в точке на расстоянии R, определяющуюся по формуле

niSlV

Л{ 1Г

где 1 - сила тока; ,

S - площадь среднего витка; W - количество витков; - для точек, расположенных на

продолжении оси; - для точек, лежащих на перПе ндикуляре к оси, пргаходя.щем через центр катушки. Наличие полей, создаваемых компенсационными катушками, приводит к появлению в трехкомпонентном феррозондовом датчике взаимовлияния одной катушки на два других феррозондовых чувствительных элемента.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является цифровой феррозондовый магнитометр для измерения трех взаимно перпендикулярных составляющих вектора напряженности магнитного поля. Этот прибор имеет три измерительных канала, построенных по принципу следящего последовательного уравновешивания, основными узлам которых являются феррозондовое сравнивающее устройство, устройство управ ления и преобразователь код - напряже ние 2. Феррозондовое сравнивающее устройство может быть как с выходом в виде постоянного напряжения, так и с выходом а виде частоты. Канал измерения работает следующим образом. При наличии разницы между измеряемым Не и компенсирующим HK магнитными полями на одном из выходов сравнивающего устройства появляются импульсы, следующие с рабочей частотой феррозондового сравнивающего устройства Эти импульсы через схему управления поступают на вход реверсивного счетчика импульсов. Схема управления в зависимости от знака разности (HQ - П вырабатывает управляющие сигналы, постуг-ающие на входы Сложение или Вычитание реверсивного счетчика импульсов. В соответствии с состоянием разрядов счетчика преобразователь код напряжение, управляемый реверсивный счетчик импульсов формирует сигнал компенсации Н,. Одновременно код счетчика поступает в устройство цифровой индикации или устройства ввода и на вход логического устройства схемы выбора полярности. На выходе последней в зависимости от знака (направления) измеряемого Магнитного.поля вырабатываются соотве1ствующие сигналы, упра ляющие работой переключателя полярности магнитного поля компенсации и схемы управления счетчика. В этот момент, когда значение Hj:, достигает Н схема магнитометра при ходит в состояние равновесия, и импу сы с выхода феррозондового сравниваю щего устройствапрекращаются Недостатком магнитометра следящег уравновешивания, имеющего высокие ме рологические характеристики, являетс то что при построении трехканальног магнитометра ему свойственны ошибки от взаимовлияния, как и всем трехком понентным магнитометрам компенсационного типа. Цель изобретения - повышение точности измерений. Поставленная цель достигается тем, что в цифровой феррозондовый магнитометр, содержащий три измерительных канала, каждый из которых состоит из феррозондового сравнивающего блока с феррозондовым датчиком и компенсационной обмоткой в нем, последовательно соединенные блок управления и преобразователь код - напряжение, выход которого подключен к компенсационной обмотке,дополнительно введены вычислительный блок, управляемый задатчик поля, а также в каждый канал управляемие ключи, которые подключены между выходом феррозондового сравнивающего блока и входом блока управления, а к управляющему входу каждого из управляемых ключей подключен один выход задатчика поля, другой выход которого подключен к компенсационной обмотке, вход вычислительного блока связан с выходом блоков управле,ния каналов, а управляющий выход - с входом управляемого задатчика поля. На чертеже представлена структурная схема устройства. Цифровой феррозондовый магнитометр содержит три измерительных канала 1 - 3., . Каждый канал состоит из феррозондового сравнивающего блока k, включающего в себя феррозонд с компенсационной обмоткой, управляемый ключ 5, блок 6 управления, преобразователь 7 код-напряжение, а также общие для всего магнитометра вычислительный блок 8 и управляемый задатчик 9 поля. Выход магнитометра является выходом вычислительного блока 8. Цифровой феррозондовый магнитометр работает следующим образом. На феррозонд действует разница соответствующей проекции вектора напряженности Нр и поля компенсации, создаваемого преобразователем 7 коднапряжение в компенсационной обмотке. В основном режиме работы управляемый ключ 5 замкнут, и с выхода феррозондового сравнивающего блока Ц импульсы поступают в блок 6 управления до тех пор, пока измерение не закончится. Получившиеся результаты поступают с выхода блока 6 управления на соот5ветствующие входы вычислительного блока 8, где запоминаются и хранят Затем вычислительный блок 8 выд управляющий сигнал на управляющий вход управляемого задатчика 9 поля по которому выдается управляющий сигнал в один из каналов на управля щий вход управляемого ключа 5 для отключения выхода феррозондового сравнивающего блока 4 от блока 6 |управления и одновременно задает с чок поля в компенсационную обмотку феррозондового сравнивающего блока k, при этом поле, создаваемое компе сационной обмоткой, равняется Н tV-f Н, гпе i - номер канала 1-3; измеренное поле; Н J - поле от управляемого -задатчика поля 9. Из-за взаимовлияния компенсацион ных обмоток феррозондов на выходах блока 6 управления двух других кана лов будут следующие результаты изме рения: . ( 1 н нзо+ , где ,Ky|j- постоянные коэффициенты. Значения Н и Нл поступают в в числительйый блок .8 и запоминаются, аналогично получается при подаче по в компенсационные обмотки канала 2. и 3: н,.,нз-, нза г HIO- . Нл, Н пл+ к аГ W Из этих значений, запомненных в вычислительном блоке 8,затем вычисляется значение коэффициентов , il 30: При неизменности внешних условий действующих на датчик феррозонда, эти коэффициенты длр|тельное время остаются постоянными. Коэффициенты .запоминаются в вычислительном блоке 8. Далее магнитометр работает в основном режиме: вычислительный- блок 8 управляющих сигналов не выдает, управляемый задатчик |Э поля поля не создает, управляемый клю.ч 5 замкнут вычислительный блок 8 проводит испра ление поступающих в него результатов 9 и на выход магнитометра поступают значения: i Нд/)- l H j- Использование данного устройства в цифровом феррозондовом. магнитометре, работающем в комплексе с вычислительным блоком цифровой вычислительной машины, наиболее просто и без дополнительного усложнения устройства позволяет повысить точность характеристики магнитометров. Устройство использовано в разработанном и изготовленном макете цифрового магнитометра МНЦ-1, экспериментальные исследования подтвердили эффективность усложнения устройства, юзволяющего повысить точностные характеристики магнитометров. Формула изобретения Цифровой феррозондовый магнитометр, :содержащий три измерительных канала, каждый из которых состоит из феррозондового сравнивающего блока с феррозондовым датчиком и компенсационной обмоткой в нем, последовательно соединенные блок управления и преобразователь код-напряжение, выход которого подключен к компенсационной обмотке, отличаю.щийся тем, что, с целью повышения точности, в него введены вычислительный блок, управ;ляемый задатчик поля, а также в каждый канал - управляе Ме ключи, которые подключены между выходом феррозондового сравнивающего блока и входом блока управления, а к управляющему входу каждого из управляемых ключей подключен один выход задатчика поля, другой выход которого подключен к компенсационной обмотке, вход вычислительного блока связан с выходами блоков управления каналов, а управляющий выход - с входом управляемого задатчика поля. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе Т. Афанасьев Ю.В., Люлик В.П. Трехкомпонентный феррозондовый магниометр. В сб. Геофизическая аппараура,. Л.,. Недра,, вып. 36 1968. 2. Семенов Н.М., Яковлев Н.И. ифровые феррозондовые магнитометры, ., Энергия, 1978, с. 130-136.

/ .