Градиентометр-магнитометр

Градиентометр-магнитометр

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ГРАДИЕНТОМЕТР-МАГНИТОМЕТР, содержащий два однокомпонентных феррозонда, два усилителя-преобразователя , вход каждого из которых подключен к выходу одного из феррозондов , а выход - к входу соответ- . ствующего феррозонда, генератор .переменной ЭДС, выходы которого под;ключены к входам феррозондов и вторым входам усилителей-преобразователей , две последовательно соединенные катушки компенсации и регистрирующий прибор, отличающийся, тем. что, с целью повышения точности измерения индукции и градиента магнит;ной индукции, он снабжен блоками сложения и вычитания, пороговым блоком , компаратором, генератором тактовых импульсов, двумя реверсивными счетчиками и двумя цифро-аналоговыми преобразователями, при этом входы блоков сложения и вычитания подключены к выходам усилителей-преобразователей , входы порогового блока - к выходам генератора тактовых импульсов и блока сложения, входы компаратора - к выходам генератора тактовых импульсов и блока вычитания,входы первого реверсивного счетчика -к выходам порогового блока и блока сложения, а выходы - к входам реги (Л стрирующего прибора и первого цифроаналогового преобразователя, вход второго реверсивного с.четчика подключен к выходу компаратора и блока вычитания, а выходы этого счетчика к входам регистрирукицего прибора и второго цифроаналогового преобразователя , выход которого подключен к второму входу компаратора, а выходы 00 первого цифроаналогового преобразователя - к последовательно соединенным катушкам компенсации. ел

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) i

3ДР 0 01 R 33/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCH0MV С ЗИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3527558/18-21 (22) 24.12.82 (46) 23.03.84. Бюл. Р 11 (72) Ю.В. Афанасьев, В.A. Прищепо и Б.М. Смирнов (53) 621.317.44 (088.8) (56) 1. Ефремов В.Ф., Люлик В.П.

Методы компенсации аппаратурной погрешности дифференциального феррозондового магнитометра. — В кн.: "Геофизическая аппаратура", вып. 43 Л., "Недра", 1970.

2, Афанасьев Ю.В., Студенцов Ю.В., Хорев В.Н., Чецурина Е.И.,Щелкин А.П.

Средства измерения параметров магнитного поля. Л., "Энергия", 1979. (прототип). (54) (57) ГРАДИЕНТОМЕТР-МАГНИТОМЕТР, содержащий два однокомпонентных феррозонда, два усилителя-преобразователя, вход каждого из которых подключен к выходу одного из феррозондов, а выход — к входу соответ- . ствующего ферроэонда, генератор переменной ЭДС, выходы которого под:ключены к входам феррозондов и вторым входам усилителей-преобразователей, две последовательно соединенные катушки компенсации и регистрирующий прибор, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения индукции и градиента магнитной индукции, он снабжен блоками сложения и вычитания, пороговым блоком, компаратором, генератором тактовых импульсов, двумя реверсивными счетчиками и двумя цифро-аналоговыми преобразователями, при этом входы блоков сложения и вычитания подключе ны к выходам усилителей-преобразователей, входы порогового блока — к выходам генератора тактовых импульсов и блока сложения, входы компаратора — к выходам генератора тактовых импульсов и блока вычитания,входы первого реверсивного счетчика — к выходам порогового блока и блока сложения, а выходы — к входам регистрируюцего прибора и первого цифроаналогового преобразователя, вход второго реверсивного счетчика подключен к выходу компаратора и блока вычитания, а выходы этого счетчикак входам регистрирующего прибора и второго цифроаналогового преобразователя, выход которого подключен к второму входу компаратора, а выходы первого цифроаналогового преобразователя — к последовательно соединенным катушкам компенсации.

1081577

35

Изобретение относится к измерительной техНике и может быть использовано для измерения параметров магнитного поля, в частности пространственных производных и компонент вектора магнитной индукции, например, 5 в геофизике для получения информации о локальном магнитном объекте, в судостроительной промышленности для обеспечения навигационного оборудования и т.д.

Известно устройство, обеспечивающее одновременное измерение градиента и компоненты вектора магнитной индукции. Известное устройство содержит два соосных однокомпонентных ферроэонда, разнесенных в пространстве, усилители-преобразователи поля и градиента, вход каждого нэ которых подключен к одному из феррозондов, генератор возбуждения, выход которого подключен к входам ферроэондов и усилителей преобразователей, и две катушки компенсации, каждая иэ которых подключена к выходу усилителя-преобразователя поля через цепи обратной связи. Каждая катушка компенсации расположена на одном иэ феррозондов. Выход усилителя-преобразователя градиента подключен к регистрирующему прибору (1).

Недостатком данного устройства является низкая точность измерения разностей компонент векторов магнитной индукции, которая обус-. ловлена неидентичностью и нестабильностью цепей обратной связи, включенных параллельно к усилителю-преобразователю поля, что привсдит к возникновению ложного сигнала о неоднородности магнит- 40 ного поля, хотя в действительности. оно однородно.

Кроме того, измерение градиента и составляющих магнитного поля осуществляется в разных очках пространства. Так градиент магнитного поля определяют относительно середины отрезка прямой, соединяющей преобразователи, а составляющую магнитного поля — в месте расположения одного иэ преобразователей.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство, которое содержит два соосных однокомпонентных ферро- 55 зонда, разнесенных в пространстве, усилители-преобразователи поля и градиента, генератор переменной ЗДС, выход которого подключен к входам феррозондов и усилителей преобразо- 60 вателей, регистрирующий прибор, вход которого подключен к выходу усилителя-преобразователя градиента, и две последовательно соединенные катушки компенсации, подключен- 65 ные к выходам усилителя-преобразователя поля через элемент обратной связи Г2 3.

Однако в известном устройстве уменьшена погрешность измерения градиента магнитной индукции за счет неидентичности и нестабильности элементов обратной связи, эа счет последовательного включения катушек компенсации к общей цепи обратной связи, Кроме того, низкая точность измерения градиента и составляющей магнитной индукции обусловлена тем, что устройство не обеспечивает измерение сильного однородного магнитного поля с высокой точностью, так как усилитель-преобразователь магнитного поля совместно с феррозондом несет информацию о сильном магнитном поле, хотя и с малой относительной погрешностью (порядка 1-10+5 ° 10 ), но с достаточно большой абсолютной погрешностью, которая воспринимается вторым ферроэондом как сигнал о неоднородности магнитного поля, что снижает точность измерения градиента магнитной индукции известным устройством.

Целью изобретения является повышение точности измерения индукции и градиента магнитной индукции.

Эта цель достигается тем, что градиентометр-магнитометр, содержащий два однокомпонентных феррозонда, два усилителя-преобразователя, вход каждого иэ которых подключен к выходу одного из ферроэондов, а выход — к входу соответствующего феррозонда, генератор переменной ЭДС, выходы которого подключены к входам феррозондов и вторым входам усилителей-преобразователей, две последовательно соединенные катушки компенсации и регистрирующий прибор, снабжен блоками сложения и вычита-, ния, пороговым блоком, компаратором, генератором тактовых импульсов, дву- мя реверсивными счетчиками и двумя цифроаналоговыми преобразователями, при этом входы блоков сложения и вычитания подключены к выходам усилителей-преобразователей, входы порогового блока — к выходам генератора тактовых импульсов и блока сложения, входы компаратора — к выходам генератора тактовых импульсов и блсха вычитания, входы первого реверсивного счетчика подключены к выходам порогового блока и блока сложения, а выходы — к входам регистрирующего прибора и первого цифроаналогового Преобразователя, вход второго реверсивного счетчика подключен к выходу компаратора и блока вычитания, а выходы этого счетчика— к входам регистрирующего прибора

10815 кам 6 и 7 компенсации. Выход блока 9 вычитания подключен к первому входу второго реверсивного счетчика 15 и к первому входу компаратора 11, второй вход которого подключен к генератору 12 тактовых импульсов, а третий — к выходу цифроаналогового преобразователя

16. Выход компаратора 11 подключен к второму входу второго реверсивного счетчика 15, один из выходов которого подключен к регистрирующему прибору 17, а второй — к входу цифроаналогового преобразователя 16.

Второй вход порогового блока 10 подключен к одному иэ выходов генератора 12 тактовых импульсов.

Градиентометр-магнитометр работает следующим образом.

На входы однокомпонентных феррозондов 1 и 2 подается с генератора 5 переменной ЭДС сигнал, возбуждающий магниточувствительные элементы этих феррозондов. В результате этого на выходе каждого феррозонда 1 и 2 появляется ЭДС второй гармоники, пропорциональная проекции вектора магнитной индукции на свою ось. С выходов одно компонентных феррозондов 1 и 2 поступают сигналы на первые входы усилителей- преобразователей 3 и 4, пропорциональные проекциям векторов магнитной индукции на оси этих феррозондов. В усилителях-преобразователях

3 и 4 осуществляется усиление сигналов с однокомпонентных ферроэондов 1 и 2 и их синхронное детектирова.ние.

Сигнал с выхода усилителя-преобразователя 3 поступает на один из входов феррозонда 1, а сигнал с выхода усилителя-преобразователя 4 поступает на один из входов феррозонда 2, что обеспечивает отрицательную обратную связь по измеряемым компонентам вектора магнитной индукции. Сигналы с выходов усилителей-преобразователей 3 и 4 подаются также на входы блоков сложения 8 и вычитания 9. Сигнал, пропорциональный сумме компонент векторов магнитной индукции, поступает на пороговый блок 10, на второй вход которогб подаются импульсы с гене- . ратора 12 тактовых импульсов. При наличии сигнала с блока 8 сложения на первый реверсивный счетчик 13 поступают импульсы с генератора 12 тактовых импульсов через пороговый блок 10. Первый реверсивный счетчик

13 работает в режиме сложения при положительном напряжении, поступающем на его первый вход с блока 8 сложения, и в режиме вычитания при отрицательном напряжении, поступающем на его первый вход с блока 8 сложения. Потенциальный код с пер55 и второго цифроаналогового преобразователя, выход которого подключен к второму входу компаратора, а выходы первого цифроаналогового преобразователя — к последовательно соединенным катушкам компенсации. 5

Применение блока сложения совместно с генератором тактовых импульсов, пороговым блоком, реверсивным счетчиком и .цифроаналоговым преобразователем подключенного к последовательно соединенным катушкам компенсации, обеспечивает с высокой точностью компенсацию продольной составляющей магнитной индукции в феррозондах предлагаемого градиен- 15 тометра-магнитометра, что повышает точность измерения градиента магнитной индукции и продольной составляющей магнитного поля. При этом градиентометр-магнитометр обеспечивает одновременно измерение градиен20 та и продольной составляющей магнитной индукции.

На чертеже изображена структурная схема градиентометра-магнитометра.

Градиентометр-магнитометр (фиг.1) содержит два однокомпонентных феррозонда 1 и 2, два усилителя-преобразователя 3 и 4, генератор 5 переменной ЭДС, две последовательно соединенные катушки 6 и 7 компенсации, блок 8 сложения, блок 9 вычитания, пороговый блок 10, компаратор 11, генератор 12 тактовых импульсов,первый ревеосивный счетчик 13, первый 35 цифро-аналоговый преобразователь 14, второй реверсивный счетчик 15, вто рой цифроаналоговый преобразователь

16 и регистрирующий прибор 17.Первый вход усилителя-преобразователя 40

3 подключен к выходу однокомпонентного ферроэонда 1, а выход — к одному из входов этого ферроэонда и первым входам блоков 9 сложения 8 . и вычитания. Первый вход усилителяпреобраэователя 4 подключен к выходу однокомпонентного ферроэонда 2, а выход — к одному иэ входов этого феррозонда и вторым входам блоков сложения 8 и вычитания 9. Выходы генератора 5 переменной ЭДС подключены к вторым входам однокомпонентных ферроэондов 1 и 2 и усилителей-преобразователей 3 и 4. Выход блока 8 сложения подключен к первым входам порогового блока 10 и первого реверсивного счетчика 13.

Выход порогового блока 10 подключен к второму входу первого реверсивного счетчика 13, один иэ выходов которого подключен к регист- 60 рирующему прибору 17, а второйк цифроаналоговому преобразовате лю 14. Выходы цифроаналогового преобразователя 14 подключены к последовательно соединенным катуш- 65

1081577

ВНИИПИ Заказ 1544/41 Тираж 711: Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул.Проектная, 4 вого реверсивного счетчика 13 поступает на регистрирующий прибор 17 и на первый цифроаналоговый преобразователь 14. С преобразователя 14 аналоговый сигнал, пропорциональный измеряемому магнитному полю, поступает в последовательно соединенные катушки 6 и 7 компенсации. При выходном сигнале с блока 8 сложения, равном нулю, в обмотках катушек 6 и 7 компенсации протекает постоянный ток, создающий в объеме каждого магниточувствительного элемента одноэлементных ферроэондов 1 и 2 магнитное поле, равное по величине и противоположное по направлению 15 измеряемому полю. В результате этого при наличии только однородного магнитного поля выходной сигнал с каждого из одноэлементных феррозондов 1 и 2 и с каждого из усилите- 70 лей-преобразователей 3 и 4 равен нулю.

При наличии неоднородного магнитного поля на входах блока 8 сложения будут сигналы, пропорциональные измеряемому градиенту упомянутого поля, равные по величине, но противоположной полярности.Эти сигналы поступают на блок 9 вычитания. Выходной сигнал с блока 9 вычитания поступает на первые входы компаратора 11 и второй реверсивный счетчик 15. На второй вход реверсивного счетчика 15 поступают импульсы с генератора 12 тактовых импульсов через компаратор 11. Второй реверсивный счетчик 15 работает в режиме сложения при положительном напряжении, поступающем íà его первый вход с блока 9 вычитания, и в режиме вычитания при отрицатель- 40 ном напряжении, поступающем на его первый вход с блока 9 вычитания.

Импульсный потенциальный код с вто- рого реверсивного счетчика 15 поступает на регистрирующий прибор 17 и на вход второго цифроаналогового преобразователя 16. При выходном сигнале с цифроаналогового преоб-. разователя 16, равном выходному напряжению с блока 9 вычитания, компаратор 11 не пропускает импульсы с генератора 12 тактовых импульсов на вход реверсивного счетчика 15.

Градиентометр-магнитометр осуществляют измерение магнитной индукции и градиента магнитной индукции в одной и той же точке пространства.

Действительно, полусумма составляю- . щих магнитной индукции, измеренных однокомпонентными ферроэондами 1 и

2, соответствует значению измеряемого параметра в точке пространства, расположенной на середине отрезка прямой, проходящей через оси феррозонда 1 и 2.

Предлагаемый градиентометр-магнитометр исключает влияние однородного магнитного поля на результат измерения градиента магнитной индукции. Это расширяет диапазон измерения градиента магнитной индукции и повышает точность измерения упомяну ого градиента в геомагнитном поле примерно на порядок. Кроме того, обеспечивается одновременное измерение индукции и градиента магнитной индукции в одной точке пространства, что имеет важное значение в такой области народного хозяйства, как геофизика, для повышения точности определения местоположения магнитных аномалий, залегающих на разных глубинах.