Цифровая магнитовариационная станция

Цифровая магнитовариационная станция

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. ЦИФРОВАЯ МАГНИТОВАРИАЦИО НАЯ СТАНЦИЯ, содержащая кварцевый магниточувствительный элемент с подвижным зеркалом и отклоняющими кольцами , подключенными к выходу генератора линейной развертки, осветитель с диафрагмой и объективом, фотоэлект рический прибор, подключенный к счет ным входам двух измерителей интервалов времени, управляющие входы которых подключены к .выходу генератора опорной частоты, управляющий работой генератора линейный развертки, и два регистратора, отличающаяс тем, что, с целью одновременного измерения трех ортогональных компонент магнитного поля при помощи одного магниточувствительного элемента, в нее дополнительно введены фотоэлек рический прибор, измеритель интервал времени и регистратор,a в магниточувствительный элемент, имеющий дополнительную ось вращения, коллинеарную магнитной оси отклоняющих колец, вставлены.два неподвижных зеркала, образующих с подвижным зеркалом уголковый отражатель в момент прохождения подвесным магнитом положения угла закручивания кварцевых растяжек, причем диафрагма осветителя и два фотоэлектрических прибора расположены в фокальной плоскости объектива осветителя, второй фотоэлектрический прибор подключен к счетному входу дополнительного измерителя интервала времени, управляющий вход которого подключен к выходу генератора опорной частоты, a выход дополнительного измерителя интервала времени подключен к входу дополнительного регистратора. 2.Магнитовариационная станция по п. 1, отличающаяся тем, что магниточувствительный элемент размещен в сосуде с жидкостью с возможностью свободного плавания. 3.Магнитовариационная станция по п. 1, отличающаяся тем что диафрагма осветителя.имеет форму круга, рабочая поверхность первого фотоэлектрического прибора выполнена в форме четверти кольца, центрированного относительно центра диафрагмы осветителя, a -второго - в форме прямоугольного сектора с вершиной прямого угла в центре диафрагмы осветителя , причем радиальные размеры рабочей поверхности являются линейной функцией угла между стороной сектора и соответствующим радиусом.

СООЗ СОВЕТСКИХ

СО14ИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

3 @ С О1 Ч 3/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 2537194/18-25 (22) 26.10.77 (46) 15.07.84. Бюл. М- 26 (72) Б.А. Белов, Ю.А. Бурцев и Б.П. Мурашов (71) Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн

АН СССР (53) 550.838(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Ф 475096, кл. G 01 V 3/00, 1974.

2. Авторское свидетельство СССР но заявке В 2374266/18-25, кл. С 01 Ч 3/00 (прототип). (54) (57) 1. ЦИФРОВАЯ МАГНИТОВАРИАЦИОННАЯ СТАНЦИЯ, содержащая кварцевый магниточувствительный элемент с подвижным зеркалом и отклоняющими кольцами, подключенными к выходу генератора линейной развертки, осветитель с диафрагмой и объективом, фотоэлектрический прибор, подключенный к счетным входам двух измерителей интервалов времени, управляющие входы которых подключены к .выходу генератора опорной частоты, управляющий работой генератора линейный развертки, и два регистратора, о т л н ч а ю щ а я с я тем, что, с целью одновременного измерения трех ортогональных компонент магнитного поля при помощи одного магниточувствительного элемента, в нее дополнительно введены фотоэлектрический прибор, измеритель интервала времени и регистратор, а в магниточувствительный элемент, имеющий допол.Я0„„1103172 А нительную ось вращения, коллинеарную магнитной оси отклоняющих колец, вставлены.два неподвижных зеркала, образующих с подвижным зеркалом уголковый отражатель в момент прохождения подвесным магнитом положения "ноль" угла закручивания кварцевых растяжек, причем диафрагма осветителя и два фотоэлектрических прибора расположены в фокальной плоскости объектива осветителя, второй фотоэлектрический прибор подключен к счетному входу дополнительного измерителя интервала времени, управляющий вход которого подключен к выходу генератора опорной

O частоты, а выход дополнительного из- Q мерителя интервала времени подключен к входу дополнительного регистратора.

2. Магнитовариационная станция по п. 1, отличающаяся тем, что магниточувствительный эле- Я мент размещен в сосуде с жидкостью с возможностью свободного плавания.

3. Магнитовариационная станция по п. 1, отличающаяся тем О что диафрагма осветителя. имеет форму (", круга, рабочая поверхность первого фф. фотоэлектрического прибора выполнена ф, в форме четверти кольца, центрированного относительно центра диафрагмы осветителя, а второго — в форме прямоугольного сектора с верши ой прямого угла в центре диафрагмы осветителя, причем радиальные размеры рабо- фф чей поверхности являются линейной функцией угла между стороной сектора и соответствующим радиусом.

»О

3172

Изобретение относится к магнитометрии и может найти применение в научных исследованиях и в магнитной раз-; ведке полезных ископаемых, проводимых на суше и на дне моря.

Известно устройство для измерения вариаций магнитного поля Земли, содержащее кварцевый вариометр, осветитель, фотоприемник, генератор раз-. вертки, включенный в отклоняющие 10 кольца вариометра и цифровой измерительный прибор, выход которого связан с регистратором f 1 J.

Однако в данном устройстве для измерения трех ортогональных компо- 15 нент магнитного поля необходимо использование трех вариометров и трех осветителей, что ведет к увеличению габаритов устройства, увеличению энергопотребления и его стоимости, а 20 попытка создания малогабаритной вариационной станции, пригодной для. работы на дне моря в условиях ограниченного объема батискафа, приводит к понижению точности измерений из- 25 за взаимного влияния вариометров один на другой.

Известна цифровая магнитовариационная станция, содержащая кварцевый магниточувствительный элемент 30 с подвижным зеркалом и отклонякицими кольцами, подключенными к выходу генератора линейной развертки, осветителем с диафрагмой и объективом, фотоэлектрический прибор, подключен35 ный к счетным входам двух измерителей интервалов времени, управляющие входы которых подключены к выходу генератора опорной частоты, управляющий работой генератора линейной раз- 40 вертки, и два регистратора (2 J.

Однако для получения полной информации о магнитном поле, а именно для измерения трех ортогональных компонент поля, требуется установка

45 дополнительного вариометра, что увеличивает габариты, энергопотребление устройства и снижает точность измерений из-за взаимного влияния вариометров.

Цель изобретения — одновременное измерение трех ортогональных компонент магнитного поля при помощи одно го магниточувствительного элемента.

Указанная цель достигается тем, что в цифровую магнитовариационную станцию дополнительно введены фотоэлектрический прибор, измеритель интервала времени и регистратор, а в магниточувствительный элемент, имеющий дополнительную ось вращения, коллениарную магнитной оси отклоняющих колец, установлены два неподвижных зеркала, образующих с подвижным зеркалом уголковый отражатель в момент прохождения подвесным магнитом положения "ноль" угла закручивания кварцевых растяжек, причем диафрагма осветителя и два фотоэлектрических прибора расположены в фокальной плоскости объектива осветителя, второй фотоэлектрический прибор подключен к счетному входу дополнительного измерителя интервала времени, управляющий вход которого подключен к выходу генератора опорной частоты, а выход дополнительного измерителя интервала времени подключен к входу дополнительного регистратора.

Магниточувствительный элемент размещен в сосуде с жидкостью с возможностью свободного плавания.

Диафрагма осветителя имеет форму круга, рабочая поверхность первого фотоэлектрического прибора выполнена в форме четверти кольца, центрированного относительно центра диафрагм осветителя, а второго — в форме прямоугольного сектора с вершиной прямого угла в центре диафрагмы осветителя, причем радиальные размеры рабочей поверхностй являются линейной функцией угла между стороной сектора и соответствующим радиусом.

На фиг. 1 изображена блок-схема цифровой магнитовариационной станции; на фиг. 2 -. форма выполнения и взаимное расположение диафрагмы и фотоэлектрических приборов; на фиг. 3— устройство датчика станции.

Цифровая магнитовариационная станция содержит вариометр 1 с кварцевым магниточувствительным элементом, состоящим из постоянного магнита 2 (или двух параллельных магнитов), подвешенного на кварцевых растяжках

3 вместе с зеркалом 4 и двух неподвижных зеркал 5 и 6, образующих с зеркалом 4 пространственный прямой угол в момент нахождения подвижного зеркала 4 в положении "ноль" угла закручивания растяжек. На фокусном расстоянии от объектива 7 вариометра 1 расположены диафрагма 8 осветителя 9, имеющая круглую щель 10 и два фотоэлектрических прибора 11 и 12. Отклоняющие кольца 13 вариометра 1 подключены к выходу генератора 14 линейно

3 11031 изменяющегося тока, управляемого генератором опорной частоты 15. Первый управляющий вход измерителя !6 интервала времени соединен с генератором

14 линейно изменяющегося тока, а вто- 5 рой управляющий вход с выходом фотоэлектрического прибора 11. Управляющие входы измерителей интервалов времени 17 и 18 связаны соответственно с выходами фотоэлектрических приборов 11 и 12. Выходы измерителей 16, 17 и 18 интервалов времени связаны с входами регистраторов l9, 20 и 21 соответственно.

Фотоэлектрический прибор 11 !5 (фиг. 2) представляет собой четверть кольца, центрированного относительно круглого отверстия 10 диафрагмы 8.

Фотоэлектрический прибор l2 представляет собой прямоугольный сектор с вершиной прямого угла в центре круглого отверстия 10 диафрагмы, а радиальные размеры рабочей поверхности фотоприемника 12 являются заданной (например, линейной) функцией угла, отсчитанного от стороны сектора до соответствующего радиуса.

Вариометр 1 представляет собой герметичную камеру (фиг. 3), помещенную в резервуар 22 с жидкостью, ЗО и находится там в плавучем состоянии, слегка опираясь на острие иглы 23 своим подпятником 24. Крышкой резер вуара 22 служит диафрагма 8, а отклоняющие катушки 13 намотаны на цилинд- 55 рическую поверхность резервуара 22.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Вариометр 1 находится в плавучем состоянии, уравновешен в магнитном ф!! и гравитационном поле Земли и имеет возможность свободно вращаться вокруг вертикальной оси. Магнит 2 магниточувствительного элемента под действием магнитного поля всегда 45 стремится развернуться вдоль магнитного меридиана, поворачивая вокруг вертикальной оси жестко связанный с ней легкий корпус с вариометром 1.

Таким образом, плоскость качания 5у! подвесного магнита 2 будет всегда находиться в плоскости магнитного меридиана, а магнит 2 всегда будет поворачивать вариометр 1.в соответствии с изменениями положения мери- 55 диана, обусловленными естественными вариациями магнитного поля по компоненте (вариации склонения). В результате поворота плоскости качания

72

4 магнита 2 будет поворачиваться и плоскость сканирования световых лучей, отраженных от зеркал 4-6, меняя свою ориентацию относительно неподвижно установленного резервуара 22 и диафрагмы 8 с фотоэлектрическими приборами 11 и 12. Световые лучи, отраженные от этих зеркал будут пересекать фотоэлектрический прибор 12 по радиусу, величина которого пропорциональна углу поворота магниточувствительного элемента вокруг вертикальной оси.

Интервал времени, в течение которого световые лучи пересекают рабочую поверхность фотоэлектрического прибора 11, характеризует величину горизонтальной составляющей магнитного поля, а время от начала развертки до момента попадания луча на фотоэлектрический прибор 11 пропорционален вертикальной компоненте поля.

Цикл измерения осуществляется следующим образом. Импульс с выхода генератора 15 тактовых импульсов открывает счет на измерителе 16 интервала времени. Одновременно этот импульс поступает на вход генератора

14 линейно изменяющегося тока и запускает развертку. Линейно изменяющий ся ток создает в отклоняющей катушке 13 линейно изменяющееся магнитное поле, которое поворачивает магнит 2 с закрепленным зеркалом 4.

Свет, отраженный от подвижного зеркала 4 и неподвижных зеркал 5 и 6 и сфокусированный в фокальной плос кости линзы 7 в виде четырех световых пятен, движущихся навстречу друг другу попарно по двум ортогональным направлениям, попадает на фотоэлектрические приборы 11 и 12, проходит по их рабочим поверхностям и собирается на светящейся щели 10 диафрагмы 8. Передний фронт импульса с выхода фотоэлектрического прибора 11 поступает на вход измерителя интервала времени 17 и открывает счет. Задний фронт этого импульса останавливает счет на измерителе 16 интервала времени и измерителе 17 интервала времени. Передний фронт импульса с выхода фотоэлектрического прибора 12 поступает на вход измерителя 18 интервала времени и запускает счет, а задний фронт этого им— пульса останавливает счет. Импульс сброса с генератора 15 тактовых импульсов переводит результаты счета

1103172 с измерителей 16, 17 и 18 интервала времени на регистраторы 19, 20 и 21 соответственно и устанавливает генератор 14 линейно изменяющегося тока и измерители 16, 17 и 18 интервала времени в исходное положение. В каждом цикле измерения на регистраторах

19, 20 и 21 фиксируются длительности временных интервалов h4 54, И

7i 2 3 соответственно. Эти длительности связаны с тремя компонентами вариаций измеряемого магнитного поля следующим образом: где 1с„° 1сг 1<э

Ь1

1 дй г

5(f» Ц 1 ) g коэффициенты пропорциональности; интервал времени от начала развертки до момента компенсации компоненты в отклоняющих кольцах; время прохождения светового луча по рабочей поверхности фотоэлектрического прибора 11; время прохождения светового луча по рабочей поверхности фотоэлектрического прибора 12.

Коэффициенты пропорциональности

k,,k определяются при эталони3 ровке прибора, а Y k

2 заданная (например, линейная).функция своего аргумента, отражающая задан-. ную форму рабочих поверхностей элементов.

Предлагаемое изобретение позволяет существенно уменьшить габариты и энергопотребление аппаратуры, измеряющей три компоненты магнитного поля Земли, что очень существенно при работе в автономном режиме н труднодоступных местах, на дне морей и океанов и т.д. Представление информации о трех компонентах магнитного поля в одном пакете импульсов во времяимпульсном коде поэволяет легко решить задачу дистанционной передачи информации.

1103172

Состанитель С. Рыжих

Редактор Т. Иитейко Техред C.Кигуиова Корректор А.Дзятко

Тираж 4973/34 . Тираж 711 Подписное . ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4