Градиентометр вариаций компонент магнитного поля

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 227 А 1 16 01 В 33/О О НИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(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.М., Абрамова Л,М. Опыт проведения градиентных магнитных измерений в Северном Ледовитом океане. Сб, "фундаментальные проблемы морских электромагнитных исследований". МИЗМИРАН, 1980, с,59-64. Изобретение относится к геофизике и может быть использовано для измерения градиента вариаций компонент магнитного поля, в 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(54) ГРАДИЕНТОМЕТР ВАРИАЦИЙ КОМПОНЕН 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 компоненты, элементов 8 и 11 регулировки коэффициентов преобразования этих датчиков и катушек 9 и 12 компенсации, связанных с датчиками 1 и 2 вариаций измеряемой компоненты по 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 1 О вариаций компонент магнитного поля являются 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 регулиров.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 компоненты 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 неиэмеряемой 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 ориентированы вдоль направления неиэмеряемой компоненты, Точность установки10 катушек 9 и 12 компенсации проверяется по отсутствию отклонения индикаторных магнитов датчиков при подаче в катушки 9 и 12 компенсации сколь уодно большого тока, т.е, создании сколь угодно большого полявдоль 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 направлениямагнитного 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 приизмерении градиента вариации Н компоненты магнитного полюса Земли (МПЗ) расйолагают вдоль магнитного меридиана, при измерении градиента вариации О компо ненты располагают базовую линию перпендикулярно магнитному меридиану, а при измерении градиента вариации Е 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.э35 величины градиентов вариаций МПЗ - науровне 10 нТл/м, то для регистрации такихб тградиентов необходимо разнести датчики на расстояние не менее 1 км. Затем уравнивают чувствительности датчиков 1 и 2 вари аций измеряемой компоненты такимобразом, 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 це величины и направления, которая может быть ошибочно приниматься за градиент вариаций. Для этого проводят подстройку чувствительности одного из датчи ков (1 или 2) вариаций измеряемойкомпоненты посредством соответствующего элемента (3 или 4) регулировки, контролируя момент достижения равенства чувствительностей датчиков по достижению 55 нулевого сигнала на выходе разностногоблока 5 при одновременной подаче в катушки чувствительности датчиков 1 и 2 вариаций измеряемой компоненты калибровочного тока одинаковой величины и направления (чем больше величина калиб 16262275 10 15 20 25 30 35 40 45 50 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 неизллеряемой 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 не- измеряемой 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 б 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 Г - 20(68 20 мд), Фотоэлектрические преобразов гели аь- полнены на дифференциальной паре фото- диодов типа ФД-ЯК с последующим усилением с помощью усилителей фототока, выполненного на операционнх усилителях 140 УД 13 и 140 УД 14, включенныпо типовым схемам дифференциального усилителя с последующим усилением на втором каскаде. Цена деления градиентометра не менее 0,01 ныл/мм,ФоРмула изобретения1. 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 тличающийся тем,что,сцельюповышения 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 коэффициента 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 ющ и й с я 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 ющ и й с я 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,ФирсовТехред М,Моргентал Корректор С.Шекмар Редактор Н,Яцола Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 3 аказ 278 Тираж 420 ПодписноеВНИИГ 1 И Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5