Протонный магнитометр

СООЗ СОВЕТСКИХССОЮВаПНИнцРЕСПУИИК ОЮ (1) ММ01 Н 8 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ И ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРГЮ ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(71) Всесоюзный научно-исследователь.ский институт морской геологиии геофизики53) 621. 317. 5387 (088, 8)(56) 1, Авторское свидетельство СССРМ 834633, кл. С 01 К 33/08, 1981(54)1,57) ПРОТОННИй МАГНИТОМЕТР, содержащий датчик, усилитель-ограничитель, блок поляризации, командныйблок, один выход которого соединен свходом счетчика поля, и умножительчастоты, содержащий управляемый генератор, выход которого соединен свходом делителя частоты и со счетнымвходом счетчика поля, о .т л и ч а ющ .и й с я тем, что, с целью повьааения точности измерений, быстродействия и помехоустойчивости, в него дополнительно введены последовательносоединенные цифровой фазовращатель,1 блок синхронизации и электронный коьсутатор, а в умножитель частоты одновибратор и последовательно соединенные импульсный фазовый дискриввнатор н аналоговый запоминающий блок с ручной ре;улировкой постоянной времени, причем выход усилителя-ограничителя соединен с первым входом одно-. вибратора и импульсного фазового дискриминатора, второй вход которого подключен к выходу делителя частоты; выход аналогового запоминающего блока подключен к первому входу управляв- мого генератора, второй вход которого соединен с вторым входом делителя , частоты и с выходом одновибратора, второй вход которого связан с третьим входом аналогового запоминающего блока и с вторым выходом командного блока, третий выход которого связан с первым входом блока синхронизации, второй вход которого соединен с бло" ком поляризации, вход цифрового фаэовращателя соединен с вторый выхо- Я дом делителя частоты, второй вход электронного коьвюутатора соединен с датчиком, а выход - с входом усилителя-ограничителя.Изобретение относится к магнитным измерениям и предназначено для исследований слабомагнитных аномалий маг- ЙитнОГО поля ЭМ 4 лиеНаиболее близким по технической сущности к предлагаемому является магнитометр, состоящий из датчика, усилителяограничителя, фазового детектора, фильтра низких частот, управляемого генератора, делителя частоты, счетчика поля, блока поляризации, коМандного блока, блока управления делителем. Причем первый выход командного блока соединен с входом счетчика поля, а выход управляемого генера,тора соединен с входом делителя час тоты Я.У известного устройства,нет Фаэировки синхронизации управляемого генератора умножителя .частоты), основанной на системе фазовой автоматической подстройки, частоты, и запоминания частоты управляемого генератора на время отсутствия сигнала прецессии, Это приводит к увеличению- времени вхождения умножителя в синхронизм, снижению быстродействия измерения и помехоустойчивости магнитометра.Цель изобретения -. повышение точНости измерений, быстродействия и по-ЗО мехоустойчивости.Поставленная цель достигается тем, что в протонный магнитометр, содержащий датчик, усилитель-ограничитель, блок поляризации, командный 35 блок, один выход которого соединен с входом счетчика поля, и умножитель частоты, содержащий управляемый генератор, выход которого соединен с входом делителя частоты и со счетным входом счетчика поля, дополнительно введены последовательно соединенные цифровой Фазовращатель, блок синхронизации и электронный коммутатор, а в умножитель частоты - однонибратор и последовательно соединенные импульсный Фазовый дискриминатор и аналоговый запоминающий блок с ручной регулировкой постоянной времени, причем выход усилителя ограничителя соединен с первым входом однониЬратора и ,импульсного Фазового дискриминатора, второй вход которого подключен к выходу делителя частоты, выход аналогового запоминающего блока подключен к первому входу управляемого генера-тора, второй вход которого соединен с вторым входом делителя частоты н с выходом одновибратора, второй вход которого связан с третьим входом аналОгового запоминающего блока и с 6 О вторым выходом командного блока,третий выход которого связан с первым входом блока синхронизации, второй нход которого соединен с блоком поляризации, вход циФрового фаэонращателя соединен с вторым выходом делителя частоты, второй вход электрон-ного коммутатора соединен с датчиком,а выход - с входм усилителя-ограничителя,На чертеже представлена функциональная схема, поясняющая работуустройства.Устройство содержит датчик 1,электронный коммутатор 2, усилительограничитель 3, умножитель 4 частотыоднонибратор 5, импульсный фазовый дискриминатор б, аналоговый запоминающий блок 7, управляелюй генератор 8, делитель 9 частоты, циФровой фазонращатель 10, блок 11 синхронизации, блок 12 поляризации, командный блок 13, счетчик 14 поля. Причем цифровойФазовцащатель, блок синхронизации и электронный коммутатор, импульсный 1 фаз эный дискриминатор и аналоговый запоминающий блок с ручной регулиронкой постоянной времени также соединены последовательно, выход усилителя-ограничителя подключен. к первому блоку одновибратора и импульсного фа. зового дискриминатора, второй вход которого подключен к выходу делителя частоты.Устройство работает следующим образом,Командный блок 13 выдает управляющие сигналы в следующей последовательности: каждый цикл работы магнитометра начинается с интернала поля" ризации. При этом соответствующий сигнал подается на блок 11 синхронизации, далее следует интервал ожидания, затем интервал разрешения, во время которого снимается блокировка с одновибратора 5 и аналогового эапоминающего блока 7. Во время этого интервала вырабатывается интервал счета, который короче интервала разрешения на интервал подстройки, причем задние Фронты интервалов разрешения и счета совпадают. Затем цикл повторяется. Выбор этих интерналон определяется заданной точностью измерения и быстродействия магнитометра, занисящим от коэффициента умножения умножителя 4 частоты. Интервал ожидания определяется длительностью переходных процессов, происходящих н цепи: датчик 1, электронный коммутатор 2, усилитель-ограничитель 3 при выключении поляризации.Интервал разрешения, длительностькоторого равна сумме интервалов подстройки и счета, определяется временем вхождения в синхрониэм умножителя н коэффициентом умножения,Интервал поляризации определяетсядлительностью и амплитудой воэбужденного сигнала прецессии, длительностькоторого должна быть равной суммеинтервалов ожидания и разрешения, аамплитуда в конце интервала. разреше 1051473ния должна быть достаточной для измерения с заданной точностью.В предлагаемом лагнитометре сокращение цикла работы достигается повышением точности работы умножителя, т,е, увеличением коэффициента умножения и уменьшением времени вхождения в синхрониэм, при этом сокращается интервал разрешенияКроме того,применение синхронного включения и выключения тока поляризации с запомнен ной частотой сигнала прецессии позволяет испольэовать эФФект синхронной поляризации и сократить время поляризации при заданных параметрах сигнала прецессии. 15По истечении интервалов поляризации и ожидания снимается блокировка с одновибратора 5 и аналогового запоминающего блока 7. Передний Фронт запускает одновибратор 5, который вы дает илпульс синхронизации, длительность этого импульса должна бытьс в ". где Т - период скгнаХ Мла прецессии. Это условие необходимо 25я точной синхронизации управляемого генератора с целью получения минимальной ошибки синхронизации умножителя,сравной ьц -Одновременно передний фронт сигйала прецессии поступает на импульсный фазовый дискриминатор 6, где сравнивается с выходным сигналом делителя 9 частоты. Импульсный фазовый дискриминатор 6 выдает импульсный сигнал наЗ 5 выходе "Плюс" при совпадении переднего фронта сигнала прецессии с положительным уровнем сигнала делителя 9 частоты и импульсный сигнал Минус при совпадении с нулевым уровнем сигнала делителя 9 частоты, При совпадении переднего Фронта сигнала прецессии с задним фронтом сигнала делителя частоты выходные импульсы импульсного фазового дискриминатора 7 отсутствуют, что соответствует точной настройке частоты умножктеля. При этом сдвиг по Фазе между сигналом прецессии и сигналом с делителя 9 частотылравен и50Одновременно синхроимпульс одно-, вибратора 5 синхронизирует по фазе с точностью 1 О и управляемый генератор 8 и сбрасывает в нуль делитель 9 частоты. Импульсные сигналы "Плюс" и "Минус" поступают на аналоговый запоминающий блок 7, где накапливаются.Сигнал "Плюс" соответствует увеличению частоты управляемого генератора 8 на квант подстройки. Сигнал 60 "Минус" соответствует уменьшению частоты управляемого генератора 8 на квант подстройки.Квант подстройки характеризуется реакцией изменения частоты управляе мого генератора л 1 , на одиночный импульсный сигнал "Плюс" или "Минус".Величина кванта определяется длительностью импульсного сигнала "Плюс" или "Минус", постоянной времени аналогового запоминающего блока 7 и крутизной характеристики управления час тоты управляемого генератора 8.Предположим, что частота сигнала прецессии меньше частоты сигнала,с делителя 9 частоты, тогда после синхронизации управляемого генератора 8 и установки в нуль делителя 9 частоты предыдущим передним фронтом сигнала прецессии начинается заполнение делителя 9 частоты, к моменту прихода следующего переднего Фронта сигнала прецессии наступает переполнение делителя 9 частоты и на импульсный фазовый дискриминатор б поступает нулевой уровень для сравнения. Импульсный фазовый дискриминатор вырабатывает сигнал "Минус", соответствующий уменьшению выходного напряжения аналогового запоьвнающего блока 7, и соответственно уменьшает частоту управляемого генератора на величину кванта подстройки. Так происходит каждый период сигнала прецессии до тех пор, пока передний фронт сигнала прецессии, не совпадет с задним Фронтом сигналаделителя 9 частоты, тогда сигналыодстройки с импульсного фазовогокскркминатора б поступать не будут, что соответствует точной настройке, и будет работать только цепь синхронизации управляемого генератора 8 и де" лктеля 9 частоты. Наличие этой син-: хронизации всегда дает однозначное решение об изменении частоты управляемого генератора 8, что делает процесс подстройки апериодическим, благодаря чехлу сокращается время подстройки (время вхождения в сиихронизь умножителя 4 частоты.Кроме того, отсутствие перестройки управляемого генератора 8 в установившемся режиме увеличивает точность умножения кверхняя граница коэфФициента Н оп" ределяется стабильностью управляемого генератора 8 и точностью хранения аналоговой информации в аналоговом запоминающем блоке 7 эа.время, равное величине периода сигнала прецессии и Тп лежащем в пределах 3004 Т с 1000 05, при этом относительный уход частоты управляемого генератора за время Т, должен быть 8 6 -Это условие позволяет получить большой коэффициент умножения Ю10 - 104.Кроме того, величина Й ограничивается величиной задержки делителя 9 частоты и импульсного фазового дискриминатора 6;1051473 Составитель В,ВагинРедактор М,Ткач Техред М,Тепер Корректор И.Эрдейн Заказ 8 б 59/45 Тираж 710 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035 р Иосква, Ж, Раушская наб., д.4/5 Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул,Проектная, 4 Следует отметить, что установившийся режим раЬоты умножителя 4 происходит эа несколько рабочих циклов магнитометра, в течение которых осуществляется поиск и настройка умвожи" ,теля. В установившемся режиме осущест-э вляется при веоЬходимости только подстройка.Выходная частота делителя 9 частоты соответствует частоте сигнала прецессии в установившемся режиме, запо-О мввается в умножителе 4 частоты на интервал поляризации и ожидания и используется для синхронного включения и выключения сигнала поляризации с целью возбуждения сигнала прецессии 15 в одной фазе с запомненным сйгналом прецессии. Зто позволяет уменьшить время вхождения в синхронязм умножителя 4. Точная фаэировка осуществляется настройкой цифрового фаэовраща теля 10 с целью компенсации фазовых сдвигов, имеющих место в канале: датчик 1, электронный коммутатор 2 и усилитель-ограничитель 3.Выходной сигнал управляемого генератора 8 поступает на счетный вход счетчика 14 поля, который.по сигналу командного блока 13 позволяет получить отсчет в единицах иэмерениямагнитного поля.Следует отметить, что длительностьинтервала подстройки определяетсявеличиной кванта подстройки, а такжеуходом частоты управляемого генератора 8 и изменением частоты сигналапрецессии изменения магнитного поля)за суммарный интервал поляризации иожидания,Следователььо, скорость отработкифаэовой автоподстройки частоты должМа быть такой, чтобы скомпенсироватьуход частоты управляемого генератора8 и отследить изменение частоты сиг-,нала прецессии эа интервал подстройквеТаким образом, применение предлагаемого устройства позволяет по сравненню с известным получить более высокую точность и быстродействие измерений (0,25-2 с) магнитного поляЗемлв, большую помехоустойчивость присравнительно простой схеме и сократить эксплуатационные затраты прнпроведении высокоточной съемки магнитного поля Земли.