Ферритовый магнитомодуляционный градиентометр

п 11 бб 9 Б Союз Советских Социалистических Республик) Приоритет Гасурврственнын кемнтеСевета мнннстрсв СССРав делам нэаеретеннйи аткрытий ллетень М 22 убликовано 15,06.77(53) УДК 550.380(088.8 Дата опубликования я 20.07.77 иса Авторыизобретения ий и А. К, Хохлов Е. Ю. Кушар 71) Заявител ехнический институ оронежскии пол ТОМОДУЛОМЕТР ННЫ метрической базы; а чувствительность по 61) ополнительное к автИзобретение предназначено для регистрации весьма малых градиентов постоянныхнизкочастотных магнитных полей и можетбыть использовано в геофизике, геологоразведке, для поиска и обнаружения ферромагнитных тел, а также в биофизике, медицине и др.Известны феррозондовые градиентометры,построенные по дифференциальной схеме ипредназначенные для измерения градиентовмагнитного поля 1.Однако точность этих устройств ограниченарядом факторов, которые не всегда возможноустранить.Известен ферритовый магнитомодуляционный градиентометр, который содержит две пары параллельных стержней, ферритовые кольца-модуляторы, обмотки постоянного смещения и сигнальную обмотку, обмотки переменного тока возбуждения, источник постоянноготока, генератор возбуждения и электроннуюсхему 2,Этот градиентометр обладает невысокойчувствительностью, так как ему присущи следующие недостатки:ограниченность геоследовательно, малаяградиенту поля;трудность использования резонансного режима работы сигнальных катушек, связанных между собои общим магнитопроменной проницаемостью;трудность выравнивания коэффициентовпередачи полуэлементов граднентометра, поскольку наиболее просто это достигается регулировкой амплитуды возбуждения, в данном приборе это невозможно, ввиду наличия общего модулятора;трудность компенсации однородной составляющей внешнего поля, что определяется изломанной формой магнитопровода;сложность конструкции сердечника и ее нетехнологичность, определяемая отсутствием стандартных элементов требуемой формы. Цель изобретения - увеличениетельности ферритового магнитомодуго градиентометра.Это достигается тем, что в предлагаемый градиентометр введены три параллельных ферритовых элемента, которые содержат по два соосных стержня-концентратора, магнитосвязанных между собой через кольцо-модулятор, причем на каждом из модуляторов размещены по две обмотки, одни из которых включены к общему источнику постоянного тока, а другие - к общему генератору возбуждения, а на центральном ферритовом стержне размещена сигнальная обмотка, ко торая включена к входу электронной схемы.3На фиг. 1 показана блок-схема предлагаемого градиентометра; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие принцип его работы.Градиентометр состоит из двух пар соосных ферритовых стержней-концентраторов 1 и 2 (фиг. 1), оси которых строго параллельны между собой. Каждая пара концентраторов магнитосвязана между собой через ферритовые кольца-модулятора 3 и 4, соответственно, На модуляторах размещены обмотки постоянного смещения 5 и 6, запитываемые от высокостабильного источника постоянного тока 7, и обмотки переменного тока возбуждения 8 и 9, запитываемые от общего генератора возбуждения 10 через органы регулировки амплитуды и фазы 11 и 12.На оси симметрии градиентометра расположен неперемагничиваемый ферритовый сердечник 13, на котором размещена общая сигнальная катушка 14, настраиваемая на частоту возбуждения емкостью 15, Сигнальная катушка 14 включена на вход согласующего устройства 16, далее следует усилитель высокои частоты 17, фазовый детектор 18, усилитель огибающей 19, с выхода которого снимается полезный сигнал.На фиг. 2 принятые следующие обозначения:Ь,(Н 1); Р.,(Н) - зависимости действующихмагнитных прони цаемостей первого и второго полуэлементов от величины магнитного поля в модуляторе;Н 1(1); Н(1) - переменные магнитные полявозбуждения первого и второго полуэлементов градиентометра;Н, - постоянное магнитное полесмещения полуэлементов градиентометра;,(8); Ь. - зависимости действующихпроницаемостей первого и второго полуэлементов от времени.Гр адиенто метр,р а ботает следующим о бр азом.В исходном состоянии при равенстве нулю переменных составляющих полей возбуждения Н,(1) и Н(1) (точка 1 о на фиг. 2) кольцо-модулятор 8 первого полуэлемента имеет некоторую исходную магнитную проницаемость, обусловленную током смещения, в результате чего весь первый полуэлемент имеет действующую магнитную проницаемость р, определяемую точкой О, Соответственно кольцо-модулятор 4 второго полуэлемента, находящийся под действием такого же смещения постоянного поля, обеспечивает в исходном положении проницаемость второго полуэлемента, также равную р. При подаче противофазных переменных полей возбуждения Н 1(1) и Н(1) в модуляторы соответствующих полуэлементов, как это видно на фиг. 2, их суммарная проницаемость не меняется во времени и остается равной р посколькуН, (С) = - Н,Я, р = - р. (1)Для обеспечения этого условия модуляторыполуэлементов возбуждаются общим генератором 10 через органы регулировки амплитуды и фазы тока возбуждения, что позволяет с большой точностью скомпенсировать естест венный разбаланс схемы, появляющийся изза разброса в параметрах модуляторов,Если на градиентометр воздействует равномерное внешнее поле Нн(СПО, то первый полуэлемент создает в сигнальной катушке пе ременныи магнитный поток(2)где К, - коэффициент связи, определяемыйгеометрией расположения первого полуэлемента и сигнальной катушки;5 - площадь поперечного сечения сердечника сигнальной катушки;р, - действующая проницаемость сложного магнитопровода, состоящего из первого полуэлемента и сердечника сигнальной катушки (силовая линия л 1 на фиг, 1).Аналогично втор он полуэлемент создает 30Ввиду полной симметрии схемы и с учетом35выполнения условий (1) можно считать К 1 --=62=Кз и1 И = - ",., Р) (4)1 огда в рассматриваемом случае воздействия равномерного поля Н суммарный магнитныи поток на частоте возбуждения, сцепленный с сигнальной катушкойФ, = Ф,-Ф,.= К.Ь Н -=0. (5)45 Если поле неравномерно, то есть имеетсянекоторый градиент поля ЬН = Н - Нз,подлежащий измерению, то исходные рабочиеточки модуляторов переместятся по кривоир(Н) несимметрично, поэтому50ра ,Тогда будет иметь место некоторый результирующий магнитный поток Фв =О, который создает в сигнальной катушке э.д.с. разбаланса(6)где У, - число витков сигнальной катушки;Я в добротнос контура.При малых значениях ЬН величина этойэ. д. с. пропорциональна градиенту поля.Основные преимущества предлагаемого гра 05 диентометра следующие;простота и технологичность конструкции, определяемые использованием только стандартных ферритовых элементов-стержней и колец;минимальное количество сигнальных катушек и вытекающая отсюда простота реализации резонансного режима с высокой добротностью;простота электроники, определяемая наличием лишь одного канала приема и преобразования сигнала;простота компенсации однородной составляющей внешнего поля, поскольку сигналы однородного поля вычитаются в сигнальной катушке; низкий уровень собственных шумов, определяемый использованием принципа локального перемагничивания в режиме возбуждения первого рода (со смещением) и существенным выносом сигнальной катушки за пределы перемагничиваемого участка-модулятора на отдельный неперемагничиваемый сердечник;простота выравнивания коэффициентов преобразования полуэлементов путем изменения параметров поля возбуждения. Формула изобретения Ферритовый магнитомодуляционный градиентометр, содержащий две пары параллель ных ферритовых стержней, ферритовые кольца-модуляторы, обмотки постоянного смещения и сигнальную обмотку, обмотки переменного тока возбуждения, источник постоянного тока, генератор возбуждения и электронную 10 схему, отличающийся тем, что, с цельюувеличения его чувствительности, в него введены три параллельных ферритовых элемента, которые содержат по два соосных стержня-концентратора, магнитосвязанных между 15 собой через кольцо-модулятор, причем накаждом из модуляторов размещены по две обмотки, одни из которых включены к общему источнику постоянного тока, а другие - к общему генератору возбуждения, а на 20 центральном ферритовом стержне размещенасигнальная обмотка, которая включена квходу электронной схемы.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе;25 1. Афанасьев Ю. В. Феррозонды, Л., Энергия, 1969, с. 151.2. Авторское свидетельство СССР 368560,кл. 6 01 К ЗЗ 00, 6 017 3/00, 1971 (прототип).