Устройство для компенсации магнитных помех в объеме датчика магнитометра

Союз Советских Социалистических Республиксоединением заяв орите Комитет по делам обретений и открытий ри Совете Мииистров СССРДК 550.838(088.8) Опубликовано 26,1,1973. Бюллетень9Дата опубликования описания 29.111.1973 Авторизобретени О. П. Хвостов Заяьитель обое конструкторское КОМПЕНСАЦИИ МАГНИТНЫХ Е ДАТЧИКА МАГНИТОМЕТРА РОИСТВО ДОМЕХ В ОБЪ Особенно существенен использовании ядерноков магнитного поля, поля катушек приводит сигнала ядерной прецесходу из строя магнитостояние от датчиков. этот недостаток при прецессионных датч Градиент магнитного к резкому затуханию сии, а иногда и к вьметра. Изобретение относится к аэромагнитным оредствам,поиска и разведтси нолезных ископаемых.Известны устройства для компенсации магнитных помех носителя аэромагнитометра в объеме датчиков магнитного поля.Устройство содержит системы из трех ортогональных катушек, расположенных на прямой, проходящей через центр датчика магнитометра, внутри магниточувствительного блока на таком расстоянии от датчика магнитометра, при котором магнитное поле катушек в объеме датчиков достаточно равномерно.Катушки питаются от источника постоянного тока для компенсации постоянных магнитных,помех, Для компенсации индуктивных помех катушки питаются током с выхода вспомогательных магнитометров. Для компенсации помех от вихревых токов, возникающих в электропроводных массах конструкции носителя при эволюциях в магнитном поле Земли, катушки питаются от тех же вспомогательных магнитометров через схемы дифференцирования.Недостаток известных устройств для компенсации магнитных помех с компенсационными катушками состоит в том, что для обеспечения магнитного поля с заданной равномерностью в объеме датчиков магнитометра неооходимо удалять катушки на большое расМинистерства геологии ССС Предложенное устроиство для компенсациимагнитных помех позволяет простыми техническими средствами повысить кратность компенсации магнитных помех и сократить габариты при заданной кратности компенсации.Этп преимущества устройства обеспечиваются тем, что оно снабжено дополнительными компенсационными катушками, ориентированными коллинеарно соответствующим основным катушкам и включенныпи,последовательно или параллельно с ними, причем отношение магнитных моментов основных и дополни тельных катушек выбрано из условия равенства нулю высших производных магнитного потенциала в центре датчика магнитометра.На фиг. 1 изображена схема предлагаемого устройства.Внутри магниточувствительного блока Урасположен датчик 2 магнитометра, система из трех ортогочальных в пространстве катушек 3, 4 5, питаемых током ог стабилизированного источника тока и от вспомогательных 0 магнитометров (не показаны), система из трехдополнительных ортогональных компенсационных катушек 6, 7, 8, расположенных на прямой, проходящей через центр катушек 3, 4 и 5 и центр датчика магнитометра. Дополнительные компенсационные катушки включены последовательно или параллельно с соответствующими основными катушками и ориентированы так, что их оси коллинеарны.Магнитные моменты (М = У м 5, где 1 - сила тока, ю - число витков, 5 в площа витка) выбраны такими, чтобы отношение магнитных моментов основных и дополнительных катушек было равно четвертой степени отношения расстояний от катушек до центра датчика магнитометраМ /ЛМд , Яд(При таком соотношении магнитных моментов основных и дополнительных катушек первая:производная магнитного поля дополнительной катушки, включенной навстречу основной катушке, компенсирует первую производную магнитного поля основной катушки, благодаря чему магнитное поле в объеме датчика магнитометра становится более равномерным.Представим компенсационную катушку в виде диполяс магнитным моментом М (фиг. 2) в точке А, положение которой характеризуется радиусом-вектором Р, расположенным под углом р к направлению магнитного момента.Магнитное поле катушки рассчитывается по формулам диполя:Н,= соз,2 МрвН,= з 1 п ч.МгэСоставляющая поля диполя, параллельная егооси,Н = (3 соз Ф - 1).МВ точке А, удаленной от точки А на малое расстояние 1 (1 Л), напряженность магнитного поля будет отличаться на величину ЬН которую можно рассчитать с:помощью,первых членов ряда Тейлоуа,дНх 1+ 1 ддНхд 1 2 дРПосле дифференцирования получаем значение ЛН, для р=О, в точках на,прямой 1, расчоложенной под углом к радиусу - вектору Р:ЬН= -- 61 соз а + 1214 соз а -хЯ 4-- 31 залпа.аьЕсли на прямой ОА расположена дополнительная катушка с магнитным моментом ММ 14Мд -Я 4 ориентированным колинеарно и встречно гмоментом М, то приращение ее магнитногополя на участке 1 составитЬН = 6 соз а - 12 Рсоза +Л Я 4 Я 4 Яд+ 31 з 1 п а.Я 4 Я10 Суммарное приращение поля основной и дополнительной катушек на участке 1 составит:ЬНхх -- 1 Нх+ Нхд -М д / йМ121 соза 1 -- ) -- 31 залпа Х15 у )Х 1 --,В выражении ЬН, отсутствует наиболеесущественный член, обусловленный первойпроизводной магнитного поля, которая скомпенсирована дополнительной катушкой.Для примера укажем, что,приращение поля в сфере радиуса 1= 4 см, раоположенной25 на расстояниями Р =60 см, составит +22,6% и- ,17,4% напряженности поля в центре сферы.Если использовать дополнительную катушку, расположенную на расстоянии Яд=30 см,то максимальная неравномерность поля снизится до +5,3% за счет увеличения общегомагнитного момента катушек, примерно в 2 раза без увеличения габаритов магниточувствительного блока магнитометра.Для достижения такой же равномерностиполя в обычном устройстве пришлось бы увеличить длину магниточувствительного блокадо 2,5 м при этом потребовалось бы увеличить магнитный момент в 64 раза.Дальнейшее,повышенне кратности компен 4 О сациви помех в ограниченном объеме достигается за счет компенсации третьей производноймагнитного потенциала с помощью еще однойсистемы дополнительных компенсационныхкатушек,45 На фиг. 3 изображена система из терех комценсационных катушек: основной (М) и двухдополнительных (М 2 и М), расположенныхна прямой, проходящей через центр датчикамагнитометра (точку А) соответственно нарасстояниях Яь Я 2 и ЯзОтношение магнитных моментов катушекустанавливается в соответствии с зависимостями:м, л,ж - а)М 1 Я (Яд - Яз) Мв 1 з 04 - а) Р (Ра - Яз) В таком устройстве вторая и третья производные магнитного потенциала суммарного поля катушек М 1, М 2 и Мз в точке А равны нулю, и в ограниченном объеме вокруг точки 65 А магнитное поле еще более равномерно.368570 Так, например,Лз = 15 см М й м, 3 Мз 1Ф32 М, 512 в 7 вг Фиг г фиг 5 при Р = 60 сл, Р = 30 см,В объеме сферы радиусом 4 см напряженность поля системы катушек отличается от напряженности поля в точке А не более чем на 2 оПредлагаемое устройство обеспечивает более высокую кратность компенсации магнитных помех за счет меньшей неравномерности поля в объеме датчика магнитометра,Устройство предназначено для компенсации магнитных помех в объеме датчиков ядернопрецессионных магнитометров, для работы с которыми известные коипенсатары непригодны, ввиду быстрого затухания ядерной прецессии в неравномерном поле.Оно пригадно для квантовых магнитометров с оптической накачкой, а также для феррозондовых магнитометров повышенной чувствител ыюсти.Устройство может быть применено также в морских, наземных и других компенсаторах помех, где требуется равномерное компенсирующее лоле в тех случаях, когда применение колец Гольмгольца невозможно по конструктивным соображениям. Предмет изобретения Устройство для компенсации магнитных помех в объеме датчика магнитометра, содержащее три ортогональные компенсационные катушки, расположенные внутри магниточувст вительного блока на прямой, проходящей через центр датчика магнитометра, и питаемые от стабилизированчого источника тока и от вспомогателыных магнитометров, отличающееся тем, что, с целью повышения кратности 15 компенсации помех и уменьшения габаритовустройства, оно снабжено дополнительными компенсационными катушками, расположенными между основными катушками и датчиком магнитометра на той же прямой, ориенти рованными коллинеарно соответствующим основным катушкам и включенными, налример, последовательно с ними, причем отношение магнитных моментов основных и дополнительных катушек соответствует условию ра венства нулю высших, например второй производных магнитного лотенциала в центре датчика магнитометра.