Магнитометр (варианты)
Использование: изобретение относится к измерительной технике в магниторазведке. Сущность: магнитометр по первому варианту отличается тем, что он снабжен дополнительным однокомпонентным магниточувствительным датчиком, дополнительным усилительно-преобразовательным блоком, первый вход которого подключен к выходу дополнительного датчика, а первый выход подключен к первому входу этого датчика, вторые входы дополнительного усилительно-преобразовательного блока и дополнительного датчика подключены к выходам генератора переменной ЭДС, вторые выходы обоих усилительно-преобразовательных блоков подключены ко входам блока сложения, выход которого подключен к регистрирующему прибору, при этом магнитные оси обоих датчиков размещены коллиниарно, а магнитная ось основного датчика расположена в плоскости рамки анизаторного магнитного экрана. Магнитометр по второму варианту отличается тем, что в отличие от магнитометра по первому варианту, второй выход дополнительного усилительно-преобразовательного блока подключен к регистрирующему прибору, а второй выход основного датчика подключен к первому входу дополнительного датчика, при этом магнитные оси обоих датчиков размещены коллинеарно, а магнитная ось основного датчика расположена в плоскости рамки анизаторного магнитного экрана. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в магниторазведке для поиска полезных ископаемых, в навигации для определения координат судна, в аварийно-спасательных работах, например, для определения местоположения намагниченных тел, в частности затонувших судов, самолетов и т.д.
Известен магнитометр [1] состоящий из первичного преобразователя (магниточувствительного датчика, в частности феррозонда), усилительно-преобразовательного блока, вход которого подключен к выходу магниточувствительного датчика, а выход к регистрирующему прибору и через резистор к первому входу магниточувствительного датчика, и генератора переменной ЭДС, выходы которого подключены ко вторым входам магниточувствительного датчика и усилительно-преобразовательного блока. При этом усилительно-преобразовательный блок состоит из избирательного усилителя и синхронного детектора. Известный магнитометр измеряет проекцию вектора магнитной индукции на магнитную ось магниточувствительного датчика, поэтому этот магнитометр имеет диаграмму направленности в виде двух одинаковых касающихся окружностей. Через центры этих окружностей проходит прямая, совпадающая с магнитной осью магниточувствительного датчика [2] Если принять, как и в радиолокации, за ширину диаграммы направленности угол между направлениями, в которых интенсивность сигнала от источника магнитного поля составляет 0,5 от интенсивности сигнала по оси диаграммы направленности, когда магнитное поле параллельно оси магниточувствительного датчика, то ширина диаграммы направленности известного магнитометра составит 120o. Большая ширина диаграммы направленности известного магнитометра является причиной низкой его разрешающей способности по угловым координатам. Известно также устройство (магнитометр) для измерения компонент магнитного поля [3] которое по совокупности существенных признаков наиболее близко предлагаемому и принято за прототип. Известный магнитометр содержит однокомпонентный магниточувствительный датчик; анизотропный магнитный экран, выполненный из ферромагнитных колец, охватывающих магниточувствительный датчик и соосных с осью датчика; усилительно-преобразовательный блок, первый вход которого подключен к выходу магниточувствительного датчика, а выход подключен через резистор к первому входу этого датчика; генератор низкой частоты, выходы которого подключены к обмотке возбуждения анизотропного экрана; генератор переменной ЭДС, выходы которого подключены ко вторым входам магниточувствительного датчика и усилительно-преобразовательного блока; регистрирующий прибор; синхронный детектор низкой частоты, входы которого подключены к выходам генератора низкой частоты и усилительно-преобразовательного блока, и блок сложения, входы которого подключены к выходам синхронного детектора низкой частоты и усилительно-преобразовательного блока, а выход подключен к регистрирующему прибору. Известный магнитометр работает следующим образом. На второй вход магниточувствительного датчика подается с генератора переменной ЭДС напряжение, возбуждающее этот датчик. В результате этого на выходе датчика появляется ЭДС второй гармоники, пропорциональная проекции вектора магнитной индукции на магнитную ось датчика (Ю.В.Афанасьев. Феррозондовые приборы, Л. Энергоатомиздат, 1986, с.66). Выходной сигнал с датчика усиливается и детектируется в усилительно-преобразовательном блоке. Для детектирования сигнала на второй вход усилительно-преобразовательного блока подается переменное напряжение с генератора переменной ЭДС. Выходной сигнал с усилительно-преобразовательного блока подается на первый вход магниточувствительного датчика, обеспечивая тем самым отрицательную обратную связь по измеряемой составляющей вектора магнитной индукции. Анизотропный магнитный экран выполнен в виде ферромагнитных колец, охватывающих магниточувствительный датчик и соосных с геометрической осью этого датчика, обеспечивает ослабление влияния на результат измерения поперечного магнитного поля, перпендикулярного упомянутой геометрической оси датчика при условии возможной непараллельности магнитной и геометрической осей датчика, которая может составить порядка 18' (Ю.В.Афанасьев. Феррозондовые приборы, Л. Энергоатомиздат, 1986, с.68). При высокоточных измерениях магнитной индукции для исключения возможной остаточной намагниченности анизотропного ферромагнитного экрана с генератора низкой частоты подается на обмотку, охватывающую этот экран, напряжение низкой частоты, которая существенно меньше частоты возбуждения датчика. В результате этого магнитная проницаемость ферромагнитного экрана изменяется с удвоенной частотой, а значит, на выходе датчика появляется напряжение второй гармоники низкой частоты, обусловленное непараллельностью магнитной оси датчика и геометрической оси ферромагнитного экрана. Напряжение это выделяется синхронным детектором низкой частоты и подается на блок сложения с противоположным знаком напряжению, содержащемуся в сигнале на выходе усилительно-преобразовательного блока. В результате этого на регистрирующий прибор подается с блока сложения сигнал, свободный от ложного сигнала, обусловленного остаточной намагниченностью ферромагнитного экрана. Известный магнитометр измеряет проекцию вектора магнитной индукции на магнитную ось магниточувствительного датчика (Ю.В.Афанасьев, Феррозондовые приборы. Л. Энергоатомиздат, 1986, с.66), поэтому этот магнитометр, как и аналог, имеет диаграмму направленности в виде двух одинаковых касающихся окружностей, через центры которых проходит прямая, совпадающая с магнитной осью магниточувствительного датчика (Ю.В.Афанасьев, Н.В.Студенцов, В.Н.Хорев и др. Средства измерения параметров магнитного поля, Л. Энергия, 1979, с.91, рис. 4-4). Следовательно, известный магнитометр, как и аналог, имеет большую ширину диаграммы направленности (порядка 120o), что является причиной его низкой разрешающей способности по угловым координатам. Задачей данного изобретения является создание магнитометра, обеспечивающего определение направления на источник магнитного поля с высокой точностью, а следовательно, обеспечивающего определение местоположения этого источника с большой точностью. Кроме того, этот магнитометр должен обеспечивать определение направления на источник магнитного поля, а значит и возможность определения местоположения до этого источника при наличии в пространстве сторонних источников магнитного поля. Поставленная задача решается за счет компенсации сигналов от источников магнитного поля, находящихся вне выбранной зоны, что обеспечивает реализацию узкой диаграммы направленности магнитометра. Данное техническое решение представляет собой два устройства (магнитометра), связанных между собой настолько, что они образуют единый общий изобретательский замысел. Магнитометр (по первому варианту), содержащий однокомпонентный магниточувствительный датчик, анизотропный магнитный экран, выполненный в виде рамки, охватывающей магниточувствительный датчик, усилительно-преобразовательный блок, первый вход которого подключен к выходу магниточувствительного датчика, а первый выход подключен к первому входу этого датчика, генератор переменной ЭДС, выходы которого подключены ко вторым входам магниточувствительного датчика и усилительно-преобразовательного блока, блок сложения и регистрирующий прибор, снабжен дополнительным однокомпонентным магниточувствительным датчиком, дополнительным усилительно-преобразовательным блоком, первый вход которого подключен к выходу дополнительного магниточувствительного датчика, а первый выход подключен к первому входу этого датчика, вторые входы дополнительного усилительно-преобразовательного блока и дополнительного магниточувствительного датчика подключены к выходам генератора переменной ЭДС, вторые выходы обоих усилительно-преобразовательных блоков подключены ко входам блока сложения, выход которого подключен к регистрирующему прибору, при этом магнитные оси обоих датчиков размещены коллинеарно, а магнитная ось основного магниточувствительного датчика расположена в плоскости рамки анизотропного магнитного экрана. Магнитометр (по второму варианту), содержащий однокомпонентный магниточувствительный датчик, анизотропный магнитный экран, выполненный в виде рамки, охватывающей магниточувствительный датчик усилительно-преобразовательный блок, первый вход которого подключен к первому выходу магниточувствительного датчика, а первый выход подключен к первому входу этого датчика, генератор переменной ЭДС, выходы которого подключены ко вторым входам магниточувствительного датчика и усилительно-преобразовательного блока, и регистрирующий прибор, снабжен дополнительным однокомпонентным магниточувствительным датчиком, дополнительным усилительно-преобразовательным блоком, первый вход которого подключен к выходу дополнительного магниточувствительного датчика, а первый выход подключен к первому входу этого датчика, вторые входы дополнительного усилительно-преобразовательного блока и дополнительного магниточувствительного датчика подключены к выходам генератора переменной ЭДС, второй выход дополнительного усилительно-преобразовательного блока подключен к регистрирующему прибору, а второй выход основного магниточувствительного датчика подключен к первому входу дополнительного датчика, при этом магнитные оси обоих датчиков размещены коллинеарно, а магнитная ось основного магниточувствительного датчика расположена в плоскости рамки анизотропного магнитного экрана. Кроме этого, магнитометр (по первому и второму вариантам) может быть снабжен обмоткой возбуждения, охватывающей магнитный экран и подключенной к генератору переменной ЭДС. Использование магнитометров по обоим вариантам обеспечивает для них реализацию узкой диаграммы направленности. Получение данного технического результата возможно при использовании двух однокомпонентных магнитометров, измеряющих одну и ту же индукцию от источника поля. Если при отсутствии магнитного экрана инвертированный выходной сигнал (для магнитометра по первому варианту) с основного усилительно-преобразовательного блока сложить с выходным сигналом с дополнительного усилительно-преобразовательного блока, то сигнал на выходе блока сложения будет равен нулю. Сущность изобретения поясняется следующими графическими материалами. На фиг. 1 изображена структурная схема магнитометра по первому варианту при отсутствии остаточной намагниченности магнитного экрана. На фиг. 2 изображена структурная схема магнитометра по второму варианту при отсутствии остаточной намагниченности магнитного экрана. На фиг. 3 изображена структурная схема магнитометра по первому варианту при наличии остаточной намагниченности магнитного экрана. На фиг. 4 изображены диаграммы направленности известных однокомпонентных магнитометров и предлагаемого. Предлагаемый магнитометр по первому варианту состоит (см. фиг. 1) из основного 1 и дополнительного 2 однокомпонентных магниточувствительных датчиков; анизотропного магнитного экрана 3, охватывающего датчик 1; основного 4 и дополнительного 5 усилительно-преобразовательных блоков; генератора 6 переменной ЭДС; блока 7 сложения и регистрирующего прибора 8. При этом магнитная ось датчика 1 расположена в плоскости рамки анизотропного магнитного экрана 3, а магнитные оси датчиков 1 и 2 для рассматриваемого случая соосны. Выходы датчиков 1 и 2 подключены к первым входам соответствующих блоков 4 и 5, первые выходы которых подключены к первым входам соответствующих датчиков 1 и 2, а вторые выходы подключены ко входам блока 7 сложения; вторые входы датчиков 1 и 2 и вторые входы блоков 4 и 5 подключены к выходам генератора 6, а вход прибора 8 подключен к выходу блока 7 сложения. Предлагаемый магнитометр по второму варианту (см. фиг. 2) состоит из основного 1 и дополнительного 2 однокомпонентных магниточувствительных датчиков; анизотропного магнитного экрана 3, охватывающего датчик 1, основного 4 и дополнительного 5 усилительно-преобразовательных блоков, генератора 6 переменной ЭДС и регистрирующего прибора 8. При этом магнитная ось датчика 1 расположена в плоскости рамки анизотропного экрана 3, а магнитные оси датчиков 1 и 2 для рассматриваемого случая соосны. Первый выход датчика 1 и выход датчика 2 подключены к первым входам соответствующих блоков 4 и 5, первые выходы которых подключены к первым входам соответствующих датчиков 1 и 2; вторые входы датчиков 1 и 2 и вторые входы блоков 4 и 5 подключены к выходам генератора 6; второй выход блока 5 подключен к прибору 8, а второй выход датчика 1 подключен к первому входу датчика 2. Таким образом, магнитометр по второму варианту отличается конструктивно от магнитометра по первому варианту межблочными связями и отсутствием блока сложения. Для исключения влияния на результат измерения магнитного поля, обусловленного остаточной намагниченностью анизотропного экрана, выполненного, например, из пермаллоя, данный магнитометр (его варианты) может быть дополнен обмоткой возбуждения, охватывающей анизотропный магнитный экран и подключенной к генератору переменной ЭДС. В этом случае данный магнитометр, например, по первому варианту состоит (см. фиг. 3) из основного 1 и дополнительного 2 однокомпонентных магниточувствительных датчиков; анизотропных магнитного экрана 3, охватывающего датчик 1, основного 4 и дополнительного 5 усилительно-преобразовательных блоков, генератора 6 переменной ЭДС, блока 7 сложения, регистрирующего прибора 8 и обмотки 9 возбуждения, охватывающей экран 3. При этом магнитная ось датчика 1 расположена в плоскости рамки экрана 3, а магнитные оси датчиков 1 и 2 для рассматриваемого случая параллельны. Выходы датчиков 1 и 2 подключены к первым входам соответствующих блоков 4 и 5, первые выходы которых подключены к первым входам соответствующих датчиков 1 и 2, а вторые выходы подключены ко входам блока 7 сложения; вторые входы датчиков 1 и 2 и вторые входы блоков 4 и 5 подключены к выходам генератора 6; вход прибора 8 подключен к выходу блока 7 сложения, а выход генератора 6 подключен к обмотке 9 возбуждения. В данном магнитометре (см. фиг. 1 3) датчики 1 и 2, усилительно-преобразовательные блоки 4, 5 и генератор 6 выполнены аналогично как и в известном магнитометре (Ю. В. Афанасьев, Феррозондовые приборы, Л. Энергоатомиздат, 1986, с.108), состоящем из однокомпонентного феррозондового датчика, усилительно-преобразовательного блока, генератора переменной ЭДС и регистрирующего прибора. При этом как и в упомянутом известном магнитометре каждый усилительно-преобразовательный блок в данном магнитометре состоит из избирательного усилителя и синхронного детектора. Блок 7 сложения (см. фиг. 1, 3) представляет собой суммирующий усилитель. Магнитный экран может быть или сверхпроводящий, или ферромагнитный из пермаллоевой ленты в виде рамки (кольца или прямоугольной рамки), при этом экран может быть многослойным, а ширина ленты экрана равна или больше ширины магниточувствительного элемента датчика. Магнитометр работает следующим образом (см. фиг. 1 3). На вторые входы датчиков 1 и 2 подается с генератора 6 напряжение, возбуждающее эти датчики. В результате этого на выходе каждого датчика 1 и 2 появляется ЭДС второй гармоники, пропорциональная проекции вектора магнитной индукции на магнитную ось соответствующего датчика. Выходные сигналы с датчиков 1 и 2 усиливаются и детектируются в соответствующих блоках 4 и 5. Для детектирования сигналов на вторые входы блоков 4 и 5 подается переменное напряжение с генератора 6. При отсутствии экрана 3 диаграмма направленности каждого из датчиков 1 и 2 имеет вид двух касающихся окружностей, представленных пунктирными линиями на фиг. 4. Магнитный экран 3 осуществляет локальное экранирование магнитной индукции от источника магнитного поля. Зона экранирования зависит от размеров рамки экрана, в частности от ширины ленты экрана, от размеров сторон этой рамки или ее радиуса, если рамка выполнена в виде кольца. На фиг. 4 изображена диаграмма направленности датчика 1 (см. фиг. 1 3) с магнитным экраном 3, где угол





Формула изобретения
1 1. Магнитометр, содержащий однокомпонентный магниточувствительный датчик, анизотропный магнитный экран, выполненный в виде рамки, охватывающей магниточувствительный датчик, усилительно-преобразовательный блок, первый вход которого подключен к выходу магниточувствительного датчика, а первый выход подключен к первому входу этого датчика, генератор переменной ЭДС, выходы которого подключены к вторым входам магниточувствительного датчика и усилительно-преобразовательного блока, блок сложения и регистрирующий прибор, отличающийся тем, что он снабжен дополнительным однокомпонентным магниточувствительным датчиком, дополнительным усилительно-преобразовательным блоком, первый вход которого подключен к выходу дополнительного магниточувствительного датчика, а первый выход подключен к первому входу этого датчика, вторые входы дополнительного усилительного-преобразовательного блока и дополнительного магниточувствительного датчика подключены к выходам генератора переменной ЭДС, вторые выходы обоих усилительно-преобразовательных блоков подключены к входам блока сложения, выход которого подключен к регистрирующему прибору, при этом магнитные оси обоих датчиков размещены коллинеарно, а магнитная ось основного магниточувствительного датчика расположена в плоскости рамки анизотропного магнитного экрана.2 2. Магнитометр, содержащий однокомпонентный магниточувствительный датчик, анизотропный магнитный экран, выполненный в виде рамки, охватывающей магниточувствительный датчик, усилительно-преобразовательный блок, первый вход которого подключен к первому выходу магниточувствительного датчика, а первый выход подключен к первому входу этого датчика, генератор переменной ЭДС, выходы которого подключены к вторым входам магниточувствительного датчика и усилительно-преобразовательного блока, и регистрирующий прибор, отличающийся тем, что он снабжен дополнительным однокомпонентным магниточувствительным датчиком, дополнительным усилительно-преобразовательным блоком, первый вход которого подключен к выходу дополнительного магниточувствительного датчика, а первый выход подключен к первому входу этого датчика, вторые входы дополнительного усилительно-преобразовательного блока и дополнительного магниточувствительного датчика подключены к выходам генератора переменной ЭДС, второй выход дополнительного усилительно-преобразовательного блока подключен к регистрирующему прибору, а второй выход основного магниточувствительного датчика подключен к первому входу дополнительного датчика, при этом магнитные оси обоих датчиков размещены коллинеарно, а магнитная ось основного магниточувствительного датчика расположена в плоскости рамки анизотропного магнитного экрана.2 3. Магнитометр по пп.1 и 2, отличающийся тем, что он снабжен обмоткой возбуждения, охватывающей магнитный экран и подключенной к генератору переменной ЭДС.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4