Градиентометр вариаций компонент магнитного поля

 

Изобретение относится к геофизике и может быть использовано для измерения градиента вариаций компонент магнитного полч, в частности магнитного поля Земли , а также для проведения градиентного магнитного зондирования Земли.Целью изобретения является повышение точности измерений, что достигается благодаря наличию цепочек компенсации влияния вариаций неизмеряемой компоненты и возможности уравнивания чувствительности рабочих датчиков. 2 з.п. ф-лы 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!)5 G 01 R 33/00

ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4086554/63 (22) 09.07,86 (46) 07.02.91, Бюл. (е 5 (71) Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн АН СССР (72) В,Н.Бобров, С.П.Гайдаш и А.Г.Гойдина (53) 531.7:525.2 (088.8) (56) Кварцевый вариометр с электрическим выходом. Техническое описание, инструкция по эксплуатации и паспорт (671.030.000 ПС), — М., ИЗМИРАН.

Абрамов Ю.M., Абрамова Л.М. Опыт проведения градиентных магнитных измерений в

Северном Ледовитом океане. Сб, "Фундаментальные проблемы морских электромагнитных исследований". М„ИЗМИРАН, 1980, с,59 — 64.

Изобретение относится к геофизике и может быть использовано для измерения градиента вариаций компонент магнитного поля, е частности магнитного поля Земли.

Цель изобретения — повышение точности измерений.

На чертеже приведена структурная блок-схема устройства.

Градиентометр состоит иэ двух расположенных на концах базовой линии датчиков 1 и 2 вариаций измеряемой компоненты магнитного поля, выходы которых подключены через элементы 3 и 4 регулировки коэффициентов преобразования к входам разностного блока 5, выход которого связан с регистратором 6.

К каждому датчику 1 и 2 вариаций измеряемой компоненты подключены цепочки компенсации влияния вариаций компоненты магнитного поля, перпендикулярной измеряемой, состоящие из последовательно

„„. Ж „„1626227 A1 (54) ГРАДИЕНТОМЕТР ВАРИАЦИЙ КОМПОHFH Г МАГНИТНОГО ПОЛЯ (57) Изобретение относится к геофизике и может быть использовано для измерения градиента вариаций компонент магнитного поля, в частности магнитного поля Земли, а акже для проведения градиентного магнитного зондирования Земли. Целью изобретения является повышение точности измерений, что достигается благодаря наличию цепочек компенсации влияния вариаций неизмеряемой компоненты и возможности уравнивания чувствительности рабочих датчиков. 2 з.п, ф-лы 1 ил. соединенных датчиков 7 и 10 вариаций неиэмеряемой компонен1ы, элементов 8 и 11 регулировки коэффициентов преобразования этих датчиков и катушек 9 и 12 компенсации, связанных с датчиками 1 и 2 вариаций измеряемой компоненты Ilo магнитному полю таким образом, что магнитные оси катушек 9 и 12 компенсации проходят через центр датчиков 1 и 2 вариаций измеряемой компоненты и ориентированы вдоль направления компоненты магнитного поля, перпендикулярной измеряемой. При этом все датчики 1. 2, 7 и 10 вариаций компонент магнитного поля яеляются магнитостатическими, Разностный блок 5 может быть выполнен в виде астатического гальванометра по мостовой схеме или по известным схемам дифференциального усилителя. К проти воположн ы м катушкам разностного блока 5 встречно через соответствующие элементы 3 и 4 регулиров1626227 ки коэффициента преобразования подключены выходы датчиков 1 и 2 вариаций измеряемой компоненты, Разностный блок 5 осуществляет вычитание выходных сигналов датчиков 1 и 2 вариаций измеряемой компоненты. Цепочки компенсации предназначены для исключения погрешности, связанной с влиянием на результаты измерений вариаций неизмеряемой компоненты — при отклонении индикаторного магнита датчика от положения равновесия на него, помимо измеряемой компоненты магнитного поля, начинает действовать и компонента, перпендикулярная измеряемой (неиэмеряемая компонента), из-за чего в результате измерения вариаций вносится ошибка. Выбор параметров цепочки компенсации (число витков катушки компенсации, величина и направление выходного тока датчика вариаций неиэмеряемой компоненты) производится таким образом, чтобы зта цепочка создавала в районе индикаторного магнита датчика вариаций измеряемои компоненты магнитное поле, равное по величине и направленное противоположно полю вариации неизмеряемой компоненты. Настройка цепочек компенсации производится путем регулировки выходных токов датчиков 7 и 10 вариаций неизмеряемой компоненты с помощью элементов 8 и 11 регулировки коэффициента преобразования таким образом, чтобы при воздействии на выведенные на некоторый угол иэ положения равновесия датчики 1 и 2 вариаций измеряемой KQM!1oненты с подключенными к ним цепочками компенсации магнитного поля, направленного вдоль неизмеряемой компоненты (создаваемого, например, с помощью внешней колечной системы, внутри которой размещены оба датчика), выходной сигнал датчиков 1 и 2 вариаций измеряемой компоненты не изменялся, Необходимость использования двух цепочек компенсации влияния вариаций неиэФ меряемой компоненты вызвана тем, что при значительном пространственном удалении датчиков 1 и 2 вариаций измеряемой компоненты друг от друга величины вариаций неиэмеряемой компоненты, действующие на каждый иэ этих датчиков, могут существенно отличаться. Катушки 9 и 12 компенсации связаны соответственно с датчиками 1 и 2 вариации измеряемой компоненты по магнитному полю таким образом, что магнитные оси катушек проходят через продольные оси находящихся в положении равновесия индикаторных магнитов и ориВ ентированы вдоль направления неиэмеряемой компоненты. Точность установки

10 катушек 9 и 12 компенсации проверяется по отсутствию отклонения индикаторных магнитов датчиков при подаче в катушки 9 и 12 компенсации сколь у одно большого тока, т.е, создании сколь угодно большого поля вдоль направления неизмеряемой компоненты. Регистратор 6 служит для получения записи выходного сигнала разностного блока 5 и может быть выполнен, например, на основе самопишущего потенциометра.

Подготовка к измерениям осуществляется следующим образом. Датчики 1, 2, 7 и

10 вариаций устанавливают на концах базовой линии и ориентируют относительно

15 горизонтальной плоскости и направления магнитного меридиана. Через элементы 3 и

4 регулировки коэффициента преобразования выходы датчиков 1 и 2 вариаций измеряемой компоненты подключают к входам

20 раэностного блока 5. Базовую линию при измерении градиента вариации Н компоненты магнитного полюса Земли (МПЗ) располагают вдоль магнитного меридиана, при измерении градиента вариации D компо25 ненты располагают базовую линию перпендикулярно магнитному меридиану, а при измерении градиента вариации Z компоненты — вдоль вертикали. Величину базовой линии выбирают исходя из соотношения

30 величин градиента вариаций и чувствительности датчиков вариаций. Например, если чувствительность лучших образцов кварцевых магнитостатических датчиков находится на уровне 10 нТл, а наименьшие

-э

35 величины градиентов вариаций МПЗ вЂ” на уровне 10 нТл/м, то для регистрации таких т градиентов необходимо разнести датчики на расстояние не менее 1 км. Затем уравнивают чувствительности датчиков 1 и 2 вари40 аций измеряемой компоненты таким образом, чтобы градиентометр регистрировал действительный градиент вариаций, а не разность, вызванную различной реакцией каждого из датчиков на действующие

45 одновременно на оба датчика вариации одной и той же величины и направления, которая может быть ошибочно приниматься за градиент вариаций. Для этого проводят подстройку чувствительности одного из датчи50 ков (1 или 2) вариаций измеряемой компоненты посредством соответствующего элемента (3 или 4) регулировки, контролируя момент достижения равенства чувствительностей датчиков по достижению

55 нулевого сигнала на выходе разностного блока 5 при одновременной подаче в катушки чувствительности датчиков 1 и 2 вариаций измеряемой компоненты калибровочного тока одинаковой величины и направления (чем больше величина калиб1626227

10

55 ровочного тока, тем точнее выполнено уравнивание чувствительности датчиков).

Градиентометр работает следующим образом.

Датчики 1, 2, 7 и 10 вариаций регистрируют градиент вариаций магнитного поля.

Выходные сигналы датчиков 1 и 2 вариаций измеряемой компоненты, пропорциональные вариациям, действующим на каждый датчик, поступают через элементы 3 и 4 регулировки на разностный блок 5, где они вычитаются. и разностный сигнал, пропорциональный градиенту вариаций магнитного поля, поступает на регистратор 6.

Одновременно с этим датчики 7 и 10 вариаций неизмеряемой компоненты регистрируют вариации неизмеряемой компоненты магнитного поля и выходные сигналы с их выходов через элементы 8 и 11 регулировки поступают на катушки 9 и 12 компенсации.

В этих катушках создаются магнитные поля. которые равны по величине и противоположно направлены полям вариаций неиз леряемой компоненты, действующим на датчики 1 и 2 вариаций измеряемой компоненты. В результате датчики 1 и 2 работают в нулевых полях вариаций неизмеряемой компоненты, а значит и с нулевой погрешностью, возникающей за счет вариаций неизмеряемой компоненты.

Оптимальным является выполнение разностного блока 5 в виде астатического гальванометра. По углу поворота подвижной системы гальванометра судят о величине и направлении измеряемого тока. Если катушки гальванометра включить встречно, то подвижная система гальванометра будет поворачиваться на угол, пропорциональный разности токов, подаваемых на каждую из катушек. В этом случае выход первого датчика 1 вариаций измеряемой компоненты через элемент 3 регулировки подключается к одной иэ катушек гальванометра, а выход второго датчика 2 вариаций измеряемой компоненты через элемент 4 регулировки— к другой катушке гальванометра. Регистратор 6 содержит осветитель, свет которого направлен на зеркало подвижной системы гальванометра, и фоторегистратор, В лаборатории геомагнитных приборов и измерений проводят опытное макетирование градиентометра. Все датчики вариаций выполнены кварцевыми с отрицательной обратной связью по магнитному полю, В качестве осветителей используют сверхминиатюрные лампочки СМН C 2!) (6В 20 мА).

Фотоэлектрические преобразов гели аь полнены HR дифференциальной паре фотодиодов типа ФД-ЯК с последующим усилением с помощью усилителей фототока, выполненного на операционн х усилител< х

140УД13 и 140УД14, включенны < по типовым схемам дифференциального усилителя с последующим усилением на втором каскаде. Цена деления градиентометра не менее

0,01 ныл/мм, Формула и обретения

1. Градиентометр вариаций компонент магнитного поля, содер.кащий два расположенных на концах базовой линии датчика вариаций магнитного поля, выходы которых подключень; к входам разностного блока, выход которого связан с регистратором. о тлича ющийся тем,что,с целью повышения точности измерений за счет компенсаций г.".ияния вариации компоненты магнитного поля, перпендикулярной измеряемой, к каждому датчику подключена цепочка из последовательно соединенных датчиков вариаций неизмеряемой компоненты, элемента регулировки коэффици "Hта преобразования и катушки компенсации, связанной с датчиком вариаций измеряемой компоненты по магнитному полю, при этом катушка компенсации расположена так, что ее магнитная ось проходит через центр датчика вариации измеряемой компоненты и ориентирована вдоль направления компоненты поля, перпендикулярной измеряемой, а все датчики вариаций компонент магнитного поля выполнены магнитостатическими.

2. Градиентометр по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что он снабжен элементами регулировки коэффициентов преобразования, включенными между выходами каждого датчика вариаций измеряемой компоненты магнитного поля и выходами разностного блока, 3. Градиентометр по пп,1 и 2, о т л и ч а юшийся тем, что разностный блок выполнен в виде астатического гальванометра, к противоположным катушкам которого встречно через соответствующие элементы регулировки коэффициентов преобразования подключены выходы датчиков вариаций измеряемой компоненты.

1626227

Составитель А.Фирсов

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор С.Шекмар

Редактор Н,Яцола

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород. ул,Гагарина, 101

3аказ 278 Тираж 420 Подписное

ВНИИГ1И Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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