Датчик магнитометра

Датчик магнитометра

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Oll Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик (ii) 661450

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 26.11.76 (21) 2422586/18-21 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М. Кл. 2 б 01 R 33/08

Государственный квинтет

СССР по делам нзооретеннй н открытий (53) УДК 621.317..44 (088.8) Опубликовано 05.05.79. Бюллетень № 17

Дата опубликования описания 10.05.79 (72) Автор изобретения

Л. И. Князев

Всесоюзный научно-исследовательский институт геофизических методов разведки (71) Заявитель (54) ДАТЧИК МАГНИТОМЕТРА

Изобретение относится к области измерения магнитных полей, в том числе геомагнитного поля и его компонент.

Известен датчик компонентного магнитометра, содержащий электронную пушку с катодом, модулятором, фокусирующим уст- 5 ройством и анодом, отклоняющую систему, электростатический разделитель, две идентичные катушки; соединенные последователь --но и встречно, две сетки, формирователь импульсов, соединенный с модулятором, и смеситель, соединенный с обеими сетками и с катодом электронной пушки (1). Принцип работы датчика заключается в формировании пакета электронов высокой плот-. ности, продольном разделении этого сгустка на две половины и одновременном выводе обеих половин на траектории винтовой линии в однородном магнитном поле кату- шек. Съем полезного сигнала осуществляют в цепи сетка-катод, в которой наводится электтрически индуцированный заряд при пересечении ячеек сетки, обращающимся пакетом электронов. Частота следования индуцированных импульсов находится в линейной зависимости от величины магнитного пбля.

Дифференциальная схема прибора позволяет исключить влияние магнитных полей катушек и зафиксировать на выходе смесителя частоту, пропорциональную измеряемому магнитному полю.

Однако недостаточно большое отношение сигнал/шум в цепи сетка-катод затрудняет использование умножителя частоты в схеме магнитометра с целью увеличения раз peiiiamtiYeA способности прибора.

Известны устройства аналогичного назначения, принципиальная особенность которых заключается в отклонении движущихся заряженных частиц измеряемым магнитным полем, причем величина отклонения является мерой индукции поля. Усиление положительного эффекта в них достигается с помощью концентратора магнитного поля, содержащего полюсные наконечники (2).

Однако эти устройства имеют недостаточно разрешайЩйГ" способность, лимитируемую длиной электронно-оптического рычага и зависимостью" показаний от анодного напряжения прибора.

Цель изобретения — увеличение разрешающей способности прибора.

Это достигается тем, что в датчик магнитометра, содержащий электронную пуш661450

3 ку с катодом, модулятором, фокусирующим устройством и анодом, отклоняющую систему, электростатический разделитель, смеситель и формирователь импульсов, соединенный с модулятором, вводят коммутатор, две пары идентичных соосных колец Гельмгольца, соединенных последовательно и встречно, и два идентичных приемника пучка электронов, каждый;. которых состоит из экрана с отверстием и электронного умножителя.

Смеситель соединен с выходами обоих электронных умножителей. Формирователь импульсов соединен с фокусирующим устройством, анодбм, модулятором, электростатическим разделителем и входом коммутатора, а выходы коммутатора соединены с обеими парами колец Гельмгольца.

Функциональная схема датчика магнитометра приведена на чертеже.

Датчик содержит катод 1, модулятор 2, фокусирующее устройство 3, анод 4, отклоняющую систему 5, электростатический разделитель 6, кольца Гельмгольца 7, отверстия

8, экраны 9, электронные умножители 10, формирователь импульсов 11, коммутатор

12, смеситель 13, траектории пакета электронов 14 и траектории зондирующего пучка 15.

Метрической основой прибора является линейная зависимость частоты обращения

f электрона по круговой орбите в однородном магнитном поле от индукции этого поля В, пе1 пендикулярного скорости электрона f = — - (cu), где ч, и m — соответстРЯ ма венно заряд и масса электрона. При скорости частицы U < (с, где с — скорость света в вакууме, частота f не зависит от

2S

U и, следовательно, от анодного напряжения вакуумного прибора. При условии перпендикулярности скорости электрона U индукции Ву радиус орбиты будет равен r = — — (cuj. Для уменьшения параметра .=,"- r с помощью колец Гельмгольца создается дополнительное однородное магнитное поле

В, значительно превышающее измеряемое поле Вц и коллинеарное ему. Независимость показаний от Во. обеспечивается путем использования двух равных по модулю и противоположно направленных дополнительных полей и дифференциальной схемы измере- 4S ний.

Работа схемы происходит следующим образом.

Когда с. формирователя импульсов 11

-подаются соответствующие разности потенциалов на модулятор 2, фокусирующее устройство 3 и анод 4 электронной пушки, последняя формирует пакет электронов высокой плотности, ориентированный с помощью предварительно настроенной отклоняющей системы 5. Пакет электронов расщепляется на ss две половины электростатическим разделителем 6, находящимся под отрицательным .. потенциалом относительно катода 1 пушки, """ " Ъричем величина этого"потенцнала задается

4 формирователем импульсов 11 такой, чтобы каждая половина пакета вошла в область однородного магнитного поля в периферийной части экваториальной плоскости колец

Гельмгольца. При этом коммутатор 12, управляемый формирователем импульсов 11, задает в кольцах Гельмгольца ток такой величины, чтобы создаваемое им магнитное поле соответствовало радиусу круговой орбиты, меньшему радиуса колец Гельмгольца.

Затем пакет переводится по спиральной траектории в центральную часть экваториальной плоскости колец на орбиту с меньшим радиусом. Такая операция принципиально необходима ибо захват пакета постоянным однородным магнитным полем на устойчивую круговую орбиту невозможен. С этой целью ток в кольцах Гельмгольца с помощью коммутатора 12, управляемого формирователем импульсов 11, постепенно увеличивается до заданной величины. Спиральный, относительно продолжительный ввод пакета снимает трудности быстрой перекоммутации больших токов. После вывода пакета на орбиту формирователь импульсов

11 подает на модулятор 2, фокусирующее устройство 3 и анод 4 другие разности потенциалов, необходимые для формирования непрерывного зондирующего пучка значительно меньшей плотности чем пакет электронов, но с несколько большим ускоряющим напряжением. На электростатический разделитель 6 с формирователя импульсов 11 подается такая разность потенциалов, чтобы обе половины расщепленного зондирующего пучка пересекли соответствующие орбиты обращающихся пакетов но хорде или диаметру и попали через отверстие 8 экрана 9 на электронный умножитель 10, в котором происходит усиление первичного электронного потока за счет явления вторичной эмиссии.

При пересечении пакетом электронов траектории зондирующего пучка последний, вследствие кулоновского отталкивания, отклоняется и минует отверстие 8. Поскольку плотность пакета значительно превосходит плотность зондирующего пучка, параметры круговой орбиты при взаимодействии пакета и пучка сохраняются стабильными. Так как обе пары колец Гельмгольца 7 идентичны, расположены соосно, соединены встречно и . обтекаются одним и тем же током, то наводимые в их объемах магнитные поля + В и — В коллинеарны, равны по модулю и. противоположны по направлению. При наличии слабого измеряемого однородного магнитного поля Вц, например поля Земли, направленного вдоль оси колец Гельмгольца, частоты обращения пакетов, соответствующие суммарным полям в объемах колец, составят fy + fu. и f — f . Частоты следования импульсов на выходе электронных умножителей 10 составлят соответственно

2(1 + 1,Д и 2(f — 1ц). если пакет дважды за один оборот отклоняет зондирующий

661450

Формула изобретения

Составитель Е. Данилина

Редактор А. Шмелькин Техред О. Луговая Корректор Г. Назарова

3axаз 2455 46 Тираж 1089 Подписное

ЦН ИИ ПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1 1 3035, Москва, )К вЂ” 35, Раугпская наб., д, 4/5

Филиал П П П «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4

5 пучок. Разностная частота 4fu, выделенная на разонансном контуре смесителя 13, является Выходной величиной., Отсчетная единица dB = 2л 4 = О 9 10 тл

Я, > 5 (0.009 гаммы), для ш = 1 гц. Поскольку для пакета электронов характерен довольно быстрый размыв, обусловленный кулоновскими силами расталкивания, то измерения целесообразно проводить в режиме накопления, автоматически суммируя показания щ нескольких кратковременных замеров. Контроль нуль-пункта легко осуществляется путем сравнения показаний при прямом и обратном направлениях тока, обтекающего ратном направлениях тока, обтекающего кольца Гельмгольца. Режим работы при таком двойном замере и автоматическом суммировании двух показаний прибора гарантирует полную независимость результатов наблюдений от дрейфа нуля связанного с нестабильностью параметров колец Гельмгольца. В датчике необходимо предусмотреть электростатическую экранировку колец

Гельмгольца.

Повышение точности магнитометрической съемки, в том числе компонентной обеспечиваемое данным предложением, даст су- 25 щественный экономический эффект при поисках нефти, газа и рудных месторождений и позволит сократить объем дорогостоящих буровых работ.

Датчик магнитометра, содержащий электронную пушку с катодом, модулятором, фокусирующим устройством и анодом, отклоняющую систему, электростатический разделитель, смеситель и -формирователь импульсов, соединенный с модулятором, отличаюи1ийся тем, что, с целью увеличения разрешающей способности, в него введены коммутатор, две пары идентичных соосных колец Гельмгольца, соединенных последовательно и встречно, и два идентичных приемника пучка электронов, каждый из которых состоит из экрана с отверстием и электронного умножителя, причем смеситель соединен с выходами обоих электронных умножителей, формирователь импульсов соединен с фокусирующим устройством, анодом, модулятором, электростатическим разделителем и входом коммутатора, а выходы коммутатора соединены с обеими парами колец

Гельмгольца.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Заявка ¹ 2331920/21 кл. G 01 R 33/08, 1976, по которой принято решение о выдаче авторского свидетельства.

2. Патент США № 3657642, кл. 324 — 44, 1972.,