Способ измерения составляющих гра-диента bektopa магнитной индукции

Способ измерения составляющих гра-диента bektopa магнитной индукции

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВМДЕТИЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к ввт. свмд-ву— (22) Заявлено 0706.79 (21) 2777111/18-21 с присоединением заявки Йо (51)М. КлЗ

G 01 R 33/02

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет—

ОпублмкЬвано 150381 Бюллетень 89 10 (53) >4К 821 317 .44(088.8) Дата опубликования описания 150 381 (72) Авторы изобретения

t0.Â. Афанасьев, Б.И. Смирнов и A.Ï. Наумо

I t (7! ) Заявители (54 ) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СОСТАВЛЯЮЩИХ ГРАДИЕНТА

ВЕКТОРА МАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения составляющих градиента вектора магнитной индукции, с целью определения составляющих вектора магнитного момента источника магнитного поля.

Известен способ измерения составляющих градиента вектора магнитной индукции, основанный на измерении направленными магнитометрическими преобразователяьп разности проекций вектора магнитной индукции на параллельные или соосные оси этих преобразователей в точках пространства.

Устройство, реализующее данный способ, содержит два соосных однокомпонентных магнитометрических преобразователя, измеряющих разности проекций векторов магнитной индукции на 20 оси этих преобразователей. По отношению этих разностей к расстоянию между магнитометрическими преобразователями судят о составляющих градиента вектора магнитной индукции (1).

Недостатком известного способа является низкая точность измерения составляющих градиента вектора магнитной индукции, которая обусловлена влиянием геомагнитного поля на ре- . 30 зультат измерения. Так, например при непараллельности осей магнитометрических преобразователей в 5 угловых секунд и при наличии поперечного однородного магнитного поля в 50000 нТ погрешность измерения составляющих градиента вектора магнитной индукции составляет примерно 1 нТ.

Известен также способ определения составляющих градиента вектора магнитной индукции модульными магнитометрическими преобразователями, который основан на измерении модульными магнитометрическими преобразователями разности магнитной индукции в точках пространства в направлении оси, проходящей через центры преобразователей. Устройство, реализующее данный способ, содержит два модульных, например квантовых магнитометрических преобразователя, измерякидие разность магнитной индукции. По отношению этой разности к расстоянию между преобразователями определяют составляющие градиента вектора магнитной индукции (2).

Недостатком известного способа является то, что он обеспечивает измерение составляющих градиента вектора магнитной индукции только в том слу813339 чае, когда однородного магнитного поля нет, а вектор магнитного момента источника магнитного поля направлен вдоль упомянутой оси преобразователей или перпендикулярен ей. При наличии однородного геомагнитного поля и его вариаций известный способ обеспечивает измерение составляющих гра,циента модуля вектора магнитной индукции, приближенное значение которых определяется иэ соотношения

Эв j5T TВ 1!В +321 эе. где  — модуль вектора магнитной индукции В; В„ - вектор геомагнитного 15 поля; В и В>- векторы магнитной индукции, созданные источником магнитного поля в измеряемых точках пространства; дŠ— расстояние между магнитометрическими преобразователями; 2О

1 — направление оси, проходящей через центры преобразователей. Из данного соотношения видно, что известный способ несет информацию только о составляющих градиента модуля вектора магнитной индукции и не дает информации о составляющих градиента вектора магнитной индукции, что также является недостатком известного способа и реализующего его устройства.

Цель изобретения — повышение точности измерения.

Цель достигается тем, что в способе определения составляющих градиента вектора магнитной индукции, основанном на измерении разности магнитной индукции в точках пространства в направлении базовой оси, проходящей через центры преобразователей, на преобразователи воздействуют сильным 40 однородным магнитным полем, ориентируют базовую ось поочередно вдоль вектора сильного однородного магнитного поля и в двух взаимно ортогональных направлениях, каждое из которых перпендикулярно вектору сильного однородного магнитного поля, дважды изменяют ориентацию вектора сильного однородного магнитного поля в направлениях ортогональных друг другу и первоначальному, при каждом направлении сильного однородного магнитного поля ориентируют базовую ось поочередно в трех направлениях, каждое из которых параллельно одной из первоначальных ориентаций упомянутой оси, при этом .измерения разностей магнитных индукций осуществляют после каждой ориентации базовой оси.

На чертеже изображены модульные магнитометрические преобразователи д) в прямоугольной системе координат и воэдействукицие на них магнитные поля индукции в точках измерения.

Согласно способу вектор сильного однородного магнитного поля IFy на- у правлен вдоль базовой оси AN, проходящей через центры модульных .преобразователей 1 и 2, прй этом ocb AN ориентирована вдоль оси OZ прямоугольной системы координат Х, Y, Z.

Расстояние между преобразователями

1 и 2 равно значению Е . На преобразователи 1 и 2 действуют магнитные поля

В и В< созданные источником магнитного поля. Вектор В разложен на два ортогональных вектора В и В,.один из которых (В ) совпадают с.осью AN, а другой (В„ ) — перпендикулярен к ней.

Вектор В разложен,на два ортогональных вектора В и В,один из которых (В2 ) совпадает с осью AN, а другой (В2 ) — перпендикулярен. к ней.

Преобразователи 1 и 2 измеряют модули векторов магнитной индукции В1Р

В Р, значения которых определяют из соотношений

В„,=В„+й,, В РВ +3,.

По.отношению разности „Ри В р к определяют составляющую градиенту век,тора магнитной индукции В в точке О по направлению оси OZ, значение которой равно

3 8 7 1Р В Р (ДВ Д

gI ай (B) = — с — ) о2 аК 5 Е /о7 (Е JOZ

Таким образом, при воздействии сильного однородного магнитного поля Во на модульные магнитометрические преобразователи 1 и 2, каждый из них реагируют на проекцию результирующего вектора магнитной индукции В или В2Р на направление упомянутого вектора Во, т.е. модульные преобразователи 1 и 2 становятся в этом случае компонентными. При этом, чем В больше В и В, тем меньше влияние поперечных полей В и В . Если В >) В и

В )> 0, то влиянием В и В можно пренебречь. Действительно, при заданном динамическом диапазоне измерения магнитной индукции каждым преобразователем 1 и 2 можно воспроизвести

Bd такого значения, что погрешность, обусловленная влиянием поперечных магнитных полей, будет меньше порога чувствительностей преобразователей, а следовательно повысится точность иЗмерения упомянутых составляющих.

Определив — изменяют направление

ЗВ

3Z оси AN с расположенными на ней преобразователями 1.и 2 так, чтобы эта ось совпала с осью ОХ и определяют составляющую градиента вектора магнитной индукции В в точке О по направлению оси ОХ, значение которой р но „ (5 аВ, (В, ах е )о-„

Определив изменяют направление оси AN с расположенными на ней преоб813339 разователями 1 и 2 так чтобы эта ось совпадала с осью OY и определяют составляющую градиента вектора магнитной индукции В в точке О по на- правлению оси ОУ, значение которой

35z /г В1 равно р.си) (В) — = — =— 5 оУ ау 1В ) авх

Для определения составляющих

Эх аВ ЭВх градиента вектора магнитной индукции в точке О вектор Вонаправля- о ют вдоль оси ОХ, а ось AN с преобра зователями 1 и 2 поочередно ориентируют в трех направлениях вначале вдоль оси ОХ, а затем — вдоль осей

OY и OZ, при этом измерение разнос- 15 тей магнитной индукции осуществляют после каждой очередной ориентации оси AN. По отношению разностей магнитной индукции к 1 определяют упомянутые составляющие. Для определения со- Щ

Эву ЭоУ дВу ставляющих ",, градиента вектора магнитной индукции в точке О вектор Во направляют вдоль оси ОУ, а

ocb AN с преобразователями 1 и 2 по25 очередно > ориентируют в трех направлениях — вначале вдоль оси ОХ, а затем вдоль осей ОУ и OZ, при этом измерения разностей магнитной индукции осуществляют после каждой очередной ориентации оси AN. По отношению разностей магнитной индукции к У, определяют упомянутые составляющие.

Способ может быть реализован с помощью известного устройства, содержащего штангу с расположенными на ее концах двумя квантовыми магнитометрическими преобразователями, каждый из которых реагирует на модуль вектора магнитной индукции. Ориентируя штангу с преобразователями поочередно в Щ трех направлениях — вначале вдоль вектора геомагнитного поля В>, а затем— в двух взаимно ортогональных направлениях, каждое из которых перпендиКулярно вектору Вт, измеРяют Разнос- 45 ти магнитных индукций между упомянутыми преобразователями после каждой очередной ориентации штанги с данными преобразователями. По отношению раэннстей магнитной индукции к расстоянию между квантовыми преобразователями определяют три составляющие градиента вектора магнитной индукции. Измерение трех составляющих градиента вектора магнитной индукции уже обеспечивает возможность определения вектора магнитного момента источника магнитного поля по известным расстоянию до этого источника и направлению на него, что имеет актуальное значение r- различных областях науки и техники, например в геофизике, навигации, медицине, биологии и т.д.

Таким образом, предлагаемый способ, в отличие от известных, обеспечивает измерение составляющих градиента вектора магнитной индукции с высокой точностью как в геомагнитном поле, так и при отсутствии его, например в космическом пространстве, в магнитных экранах и т.д. Кроме того, в способе отсутствует влияние на результат измерения (однородного или неоднородного) поперечного магнитного поля, что обеспечивает повышение точности измерения составляющих градиента вектора магнитной индукции более чем на порядок.

Формула изобретения

Способ измерения составляющих градиента вектора магнитной индукции, .основанный на измерении разности маггитной индукции в точках пространства в направлении базовой оси, проходящей через центры преобразователей, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения на преобразователи воздействуют сильным однородным магнитным полем, ориентируют базовую ось поочередно вдоль вектора сильного однородного магнитного поля и в двух взаимно ортогональных направлениях, каждое из которых перпендикулярно вектору сильного однородного магнитного поля, дважды изменяют ориентацию вектора сильного однородного магнитного поля в направлениях ортогональных дру" другу и первоначал ьному, при каждом направлении сильного однородного магнитного поля ориентируют базовую ось поочередно в трех направлениях, каждое иэ которых параллельно одной из первоначальных ориентаций упомянутой оси, при этом изме- . рения разностей .магнитных индукций осуществляют после каждой ориентации базовой оси.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент CtPA 9 3286169, кл. 32443, 1969.

2. Афанасьев Ю.В. и др. Магнитометрические преобразователи, приборы, установки. Л., "Энергия", 1972, с. 227-228.

813339

Составитель Е. Данилина

Редактор М. Погориляв Техред М.Рейвес КорректорН. F àáèíåö

Заказ 767/57 . Тираж 732 Подписное

ВНИИПИ Го"ударственного комитета СССР йо делми изобретений и открытий

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

Филиал ППИ " йатеят", r. Ужгород, ул. Проектная, 4