Градиентометр-магнитометр

0 35 45 Изобретение относится к измерительной техНике и может быть использовано для измерения параметровмагнитного поля, в частности пространственных производных и компонентвектора магнитной индукции, например, 5в геофизике для получения информации о локальном магнитном объекте, в судостроительной промышленности для обеспечения навигационного оборудования и т.д.Известно устройство, обеспечивающее одновременное измерениеградиента и компоненты вектора магнитной индукции. Известное устройстВО сОдержит дВа сООсных Одноком 15понентных ферроэонда, разнесенныхв пространстве, усилители-преобразователи поля и градиента, входкаждого нэ которых подключен к одному из феррозондов, генератор возбуждения, выход которого подключенк входам ферроэондов и усилителейпреобразователей, и две катушкикомпенсации, каждая иэ которыхподключена к выходу усилителя-преобразователя поля через цепи обратной связи. Каждая катушка компенсации расположена на одном иэ феррозондов. Выход усилителя-преобразователя градиента подключен крегистрирующему прибору 1,Недостатком данного устройстваявляется низкая точность измерения разностей компонент векторовмагнитной индукции, которая обус-.ловлена неидентичностью и нестабильностью цепей обратной связи, включенных параллельно к усилителю-преобразователю поля, чтопривсдит к возникновению ложногосигнала о неоднородности магнитного поля, хотя в действительности. оно однородно,Кроме того, измерение градиента и составляющих магнитного поляосуществляется в разных очкахпространства. Так градиент магнитного поля определяют относительно середины отрезка прямой, соединяющей преобразователи, а составляющую магнитного поля - вместе расположения одного иэ преобразователей.Наиболее близким к изобретениюпо технической сущности являетсяустройство, которое содержит двасоосных однокомпонентных феррозонда, разнесенных в пространстве,усилители-преобразователи поля иградиента, генератор переменной ЗДС,выход которого подключен к входамферрозондов и усилителей преобразователей, регистрирующий прибор,вход которого подключен к выходуусилителя-преобразователя градиента, и две последовательно соединенные катушки компенсации, подключен ные к выходам усилителя-преобразователя поля через элемент обратной связи Г 2 1.Однако в известном устройстве уменьшена погрешность измерения градиента магнитной индукции за счет неидентичности и нестабильности элементов обратной связи, эа счет последовательного включения катушек компенсации к общей цепи обратной связи.Кроме того, низкая точность измерения градиента и составляющей магнитной индукции обусловлена тем, что устройство не обеспечивает измерение сильного однородного магнитного поля с высокой точностью, так как усилитель-преобразователь магнитного поля совместно с феррозондом несет информацию о сильном магнитном поле, хотя ис малой относительной погрешностью (порядка 1-10+510 ), но с достаточно большой абсолютной погрешностью, которая воспринимается вторым ферроэондом как сигнал о неоднородности магнитного поля, что снижает точность измерения градиента магнитной индукции известным устройством.Целью изобретения является повышение точности измерения индукции и градиента магнитной индукции.Эта цель достигается тем, что градиентометр-магнитометр, содержащий два однокомпонентных феррозонда, два усилителя-преобразователя, вход каждого иэ которых подключен к выходу одного из ферроэондов, а выход - к входу соответствующего феррозонда, генератор переменной ЭДС, выходы которого подключены к Входам феррозондов и вторым входам усилителей-преобразователей, две последовательно соединенные катушки компенсации и регистрирующий прибор, снабжен блоками сложения и вычита-, ния, пороговым блоком, компаратором, генератором тактовых импульсов, дву- мя реверсивными счетчиками и двумя цифроаналоговыми преобразователями, при этом входы блоков сложения и вычитания подключены к выходам усилителей-преобразователей, входы порогового блока - к выходам генератора тактовых импульсов и блока сложения, входы компаратора - к выходам генератора тактовых импульсов и блсха вычитания, входы первого реверсивного счетчика подключены к выходам порогового блока и блока сложения, а выходы - к входам регистрирующего прибора и первого цифроаналогового Преобразователя, вход второго реверсивного счетчика подключен к выходу компаратора и блока вычитания, а выходы этого счетчика - к входам регистрирующего приборакам 6 и 7 компенсации. Выход блока 9 вычитания подключен к первому входу второго реверсивного счетчика 15 и к первому входу компаратора 11, второй вход которого подключен к генератору 12 тактовых импульсов, а третий - к выходу цифроаналогового преобразователя 16. Выход компаратора 11 подключен к второму входу второго реверсивного счетчика 15, один из выходов которого подключен к регистрирующему прибору 17, а второй - к входу цифроаналогового преобразователя 16. Второй вход порогового блока 10 подключен к одному иэ выходов генератора 12 тактовых импульсов.Градиентометр-магнитометр работает следующим образом.На входы однокомпонентных феррозондов 1 и 2 подается с генератора 5 переменной ЭДС сигнал, возбуждающий магниточувствительные элементы этих феррозондов. В результате этого на выходе каждого феррозонда 1 и 2 появляется ЭДС второй гармоники, пропорциональная проекции вектора магнитной индукции на свою ось. С выходов одно компонентных феррозондов 1 и 2 поступают сигналы на перные входы усилителей- преобразователей 3 и 4, пропорциональные проекциям векторов магнитной индукции на оси этих феррозондов. В усилителях-преобразователях 3 и 4 осуществляется усиление сигналов с однокомпонентных ферроэондов 1 и 2 и их синхронное детектирова.ние.Сигнал с выхода усилителя-преобразователя 3 поступает на один из входов феррозонда 1, а сигнал с выхода усилителя-преобразователя 4 поступает на один из входов феррозонда 2, что обеспечивает отрицательную обратную связь по измеряемым компонентам вектора магнитной индукции, Сигналы с выходов усилителей-преобразователей 3 и 4 подаются также на входы блоков сложения 8 и вычитания 9. Сигнал, пропорциональный сумме компонент векторов магнитной индукции, поступает на пороговый блок 10, на нторой вход которогб подаются импульсы с гене- . ратора 12 тактовых импульсов. При наличии сигнала с блока 8 сложения на первый реверсивный счетчик 13 поступают импульсы с генератора 12 тактовых импульсов через пороговый блок 10. Первый реверсивный счетчик 13 работает в режиме сложения при положительном напряжении, поступающем на его первый вход с блока 8 сложения, и в режиме вычитания при отрицательном напряжении, поступающем на его перный вход с блока 8 сложения. Потенциальный код с пер 60 и второго цифроаналогового преобразователя, выход которого подключен к второму входу компаратора, а выходы первого цифроаналогового преобразователя - к последовательно соединенным катушкам компенсации. 5Применение блока сложения совместно с генератором тактовых импульсов, пороговым блоком, реверсивным счетчиком и .цифроаналоговым преобразователем подключенного к последовательно соединенным катушкам компенсации, обеспечивает с высокой точностью компенсацию продольной составляющей магнитной индукции в феррозондах предлагаемого градиен тометра-магнитометра, что повышает точность измерения градиента магнитной индукции и продольной составляющей магнитного поля. При этом градиентометр-магнитометр обеспечивает одновременно измерение градиен 20 та и продольной составляющей магнитной индукции.На чертеже изображена структурная схема градиентометра-магнитометра.Градиентометр-магнитометр (фиг.1) содержит два однокомпонентных феррозонда 1 и 2, два усилителя-преобразователя 3 и 4, генератор 5 переменной ЭДС, две последовательно соединенные катушки 6 и 7 компенсации, блок 8 сложения, блок 9 вычитания, пороговый блок 10, компаратор 11, генератор 12 тактовых импульсов,первый ревеосивный счетчик 13, первый 35 цифро-аналоговый преобразователь 14,нторой реверсивный счетчик 15, вто рой цифроаналоговый преобразователь 16 и регистрирующий прибор 17.Первый вход усилителя-преобразователя 40 3 подключен к ныходу однокомпонентного ферроэонда 1, а выход - к одному из входов этого ферроэонда и первым входам блоков 9 сложения 8 . и вычитания. Первый вход усилителя преобразователя 4 подключен к выходу однокомпонентного ферроэонда 2, а выход - к одному иэ входов этого феррозонда и вторым входам блоков сложения 8 и вычитания 9. Выходы генератора 5 переменной ЭДС подключены к вторым входам однокомпонентных ферроэондов 1 и 2 и усилителей-преобразователей 3 и 4, Выход блока 8 сложения подключен к первым входам порогового блока 10 и первого реверсивного счетчика 13. Выход порогового блока 10 подключен к второму входу первого реверсивного счетчика 13, один иэ выходов которого подключен к регистрирующему прибору 17, а второйк цифроаналоговому преобразователю 14. Выходы цифроаналогового преобразователя 14 подключены к последовательно соединенным катуш1081577 акаэ 1544/41 аж 71 одписн Филиал ППП "Патент", г. Ужгоро.Проектная, 4 вого реверсивного счетчика 13 поступает на регистрирующий прибор 17 ина первый цифроаналоговый преобразователь 14. С преобразователя 14аналоговый сигнал, пропорциональныйизмеряемому магнитному полю, поступает в последовательно соединенныекатушки 6 и 7 компенсации. При выходном сигнале с блока 8 сложения,равном нулю, в обмотках катушек 6и 7 компенсации протекает постоянный ток, создающий в объеме каждогомагниточувствительного элемента одноэлементных ферроэондов 1 и 2 магнитное поле, равное по величине ипротивоположное по направлению 15измеряемому полю. В результатеэтого при наличии только однородного магнитного поля выходной сигналс каждого из одноэлементных феррозондов 1 и 2 и с каждого из усилите- Олей-преобразователей 3 и 4 равеннулю,При наличии неоднородного магнитного поля на входах блока 8сложения будут сигналы, пропорциональные измеряемому градиенту упомянутого поля, равные по величине,но противоположной полярности.Этисигналы поступают на блок 9 вычитания. Выходной сигнал с блока 9 вычитания поступает на первые входыкомпаратора 11 и второй реверсивный счетчик 15. На второй вход реверсивного счетчика 15 поступаютимпульсы с генератора 12 тактовыхимпульсов через компаратор 11. Второй реверсивный счетчик 15 работаетв режиме сложения при положительномнапряжении, поступающем на егопервый вход с блока 9 вычитания,и в режиме вычитанияпри отрицательном напряжении, поступающем на его первый вход с блока 9 вычитания.Импульсный потенциальный код с вто-рого реверсивного счетчика 15 поступает на регистрирующий прибор 17 и на вход второго цифроаналогового преобразователя 16. При выходном сигнале с цифроаналогового преоб-. разователя 16, равном выходному напряжению с блока 9 вычитания, компаратор 11 не пропускает импульсы с генератора 12 тактовых импульсов на вход реверсивного счетчика 15.Градиентометр-магнитометр осуществляют измерение магнитной индукции и градиента магнитной индукции в одной и той же точке пространства. Действительно, полусумма составляющих магнитной индукции, измеренных однокомпонентными ферроэондами 1 и 2, соответствует значению измеряемого параметра в точке пространства, расположенной на середине отрезка прямой, проходящей через оси феррозонда 1 и 2.Предлагаемый градиентометр-магнитометр исключает влияние однородного магнитного поля на результат измерения градиента магнитной индукции. Это расширяет диапазон измерения градиента магнитной индукции и повышает точность измерения упомянуфого градиента в геомагнитном поле примерно на порядок. Кроме того, обеспечивается одновременное измерение индукции и градиента магнитной индукции в одной точке пространства, что имеет важное значение в такой области народного хозяйства, как геофизика, для повышения точности определения местоположения магнитных аномалий, залегающих на разных глубинах.