Измеритель магнитного поля

Союз Советск миСоцмаамстическниРеспублик ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1,789932(5) М. Кл. ф 01 Й 33/02 с присоелинеиием заявки РЙ Гасударственный комитет СССР(23) Приоритет ао делам изобретений и открытий(72) Авторы изобретения Московский ордена Трудового Красного Знамени геологоразведочный институт им. Срджоникидзе(54) ИЗМЕРИТЕЛЬ МАГНИТНОГО ПОЛЯ Изобретение относится к амплитуднофазовым измерениям переменных магнитных полей инфраниэких частот и может быть использовано при проведении гео.электроразведочных исследований искусственно возбуждаемых в земле переменных магнитных полей.Известны устройства для амплитуднофазовых измерений магнитного поля, содержащие последовательно соединенные ферроэондовый магнитометр, избирательный усилитель, регистратор, синхронный детектор и канал передачи опорного сигнала 11.Недостатком этого устройства является то, что для проведения фазовых измерений оно требует применения канала передачи опорного сигнала - проводной линии связи, радиоканала и т.д. В то же время при проведении геоэлектрораэведочных исследований, когда возбудитель поля и приемное устройство могут находиться на расстояниях в несколько километров, проводная линия связи использоваться не может, а применение радиоканала, например в горах, часто не обеспечивает надежной передачи опорного сигнала при ограниченной мощности передатчика. Кроме того, методика проведения геоэлектроразведочнь х исследований требует применения двухчастотных измерений. В этом случае при обработке результатов измерений Происходит потеря точности.Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому является известный двухчастотный ферроэондовый амплитудно-фазовый измеритель магнитного поля, содержащий последовательно соединенные феррозондовый магнитометр, двухчастотный избирательный усилитель и регистратор.Этот измеритель позволяет измерять с помощью регистратора амплитуды сигналов магнитного поля двух частот, а также относительный фазовый сдвиг между сигналами двух частот непосредственно без передачи опорных сигналов,9932 ф 3 78 так как в земле возбуждается магнитное поле сразу двух частот, из принимаемых сигналов выделяются с помощью избирательного усилителя два сигнала разных частот, а затем измеряется относительный фазовый сдвиг между ними 2.Недостатком этого устройства являетст невысокая точность измерений, робусловленная .тем, что из-за необходимости создания одновременно двухчастотного поля в земле энергия полезных сигналов перераспредепяется между двумя сигналами, а поэтому соотношение полезный сигнал-щум на выходе, ферроэондового магнитометра оказывается низким. Кроче того, существенную погрешность в этом измерителе вызывают нестабильность собственных фазовых сдвигов в ферроэондовом магнитометре и двухчастотном избирательном усилителе.Цель изобретения - повышение точности измерений.Для достижения этой цели в измеритель, содержащий последовательно соединенные ферроэондовый магнитометр, двухчастотный избирательный усилитель и регистрирующий прибор, введены задающий генератор, последовательно соединенных делителей частоты и управляемых ключей, последовательно соединенные переключатель частоты, блок. регу. - лировки сигналов и вспомогательная об - мотка, причем выход задающего генератора соединен со входом первого делителя частоты, два входа каждого из управляемых ключей соединены с двумя выходами предыдущего делителя частоты, а выход каждого управляемого ключа соединен со входом последующего делителя частоты, два входа переключателя частоты соединен со входом и выходом последнего делителя частоты, а вспомогательная обмотка размещена на феррозондовом магнитометре.На чертеже изображена структурнаяэлектрическая схема устройства.Измеритель магнитного поля содержитпоследовательно соединенные феррозондовый магнитометр 1, двухчастотный избирательный усилитель 2, регистирующийприбор 3, а также последовательно соединенные задающий генератор 4, набор делителей 5 частоты и управляемых.ключей 6, переключатель 7 частот блок 8 регулировки сигналов и вспомогательную обмотку9., причем выход задающего генератора 4 соединен со входом первого делителя 5частоты, два входа каждого иэ управляемых ключей 6 соединеныс двумя выхо-,5 10 20 25 30 35 40 45 50 55 дами предыдущего делителя 5 частоты,а выход каждого управляемого ключа 6соединен со входом последующего делителя 5 частоты два входа переключателя/7 частот соединен со входом и выходомпоследнего делителя 5 частоты, а вспо-могательная обмотка 9 намотана наферроэондовом магнитометре 1.Двухчастотный феррозондовый амплитудно-фазовый измеритель магнитногополя работает следующим образом,С помощью генератора токов двухчастот, нагруженного на возбудительмагнитного поля (не показан), в землевозбуждают магнитное поле поочереднопо заданной программе током первой ивторой частоты. В точках измерений спомощью феррозондового магнитометра2 измеряемое магнитное поле преобразуется в електический сигнал, подаваемый на вход двухчастотного избирательного усилителя 2. Избирательный усилитель 2 выполняют преимущественно посхеме одноканального перестраиваемогоусилителя, настроенного на дискретныечастоты в диапазоне 0,1-10 Гц, хотя впринципе этот усилитель может быть ипараллельным двухканальным. Сигнал свыходаусилителя 2 поступает на регистрирующий прибор 3, собранный в простейшем случае по схеме амплитудноговольтметра с индикацией по стрелочномуприбору или на цифровом табло,Одновременно с сигналом иэ землина феррозондовый магнитометр поступаетсигнал той же частоты со вспомогательной обмотки 9, намотанной, на феррозондемагнитометра 1. Этот сигнал формируется с помощью задающего генератора4, соединенного с набором делителей частоты 5 и управляемых ключей 6, Задающий генератор 4 выполнен по схеме скварцевой стабилизацией частоты, причемчастота кварцевого резонатора (1-10 МГц)в задающем генераторе 4 выбираетсясторого такой же, как и в кварцевомрезонаторе генератора возбуждающегополя.Сигнал высокой частоты с выхода задающего генератора 4 поступает на входпервого делителя 5 частоты. Число делителей 5 частоты и коэффициенты их деления выбирают таким образом, чтобы навходе и выходе последнего делителя 5частоты получить сигналы первой и второйчастоты - тех же частот, которые вьграбатывает возбудитель магнитного поля,В тот промежуток времени, когда навходе магнитометра 1 действует измеря 789932емый сигнал первой частоты, с делителя 5 частоты с помощью переключателя 7 частот также снимают сигнал первой частоты. Этот сигнал через блок 8 регулировки сигнала поступает на вспомогательную обмотку 9, возбуждая в феррозонде вспомогательное поле первой частоты. Сигналы основного и вспомогательного магнитного поля складываются на выходе ферроэондового магнитомера 1, но щ так как их фазы произвольны, то сум - марный сигнал представляет собой биение двух колебаний. Для устранения биений с помощью управляемых ключей 6 дискретно изменяют фазу выходных сиг- д налов делителей 5 частоты до тех пор, пока фаза сигнала на выходе переключателя 7 . частот не станет равной 180,О по сравнению с фазой измеряемого сигнала первой частоты. Одновременно с помощью блока регулировки сигналов 8 регулируют амплитуду вспомогательного сиг - нала, подаваемого во вспомогательную обмотку 9. В том случае, когда амплитуда вспомогательного сигнала равна амплитуде измеряемого сигнала, а ихефазы отличаются на 180, амплитуда суммарного сигнала равна нулю, т.е. показания регулирующего прибора 3 ста - новятся нулевыми. Ключи 6 могут управляться как вручную, так и автоматически. При автоматическом управлении управляющие входы ключей 6 соединены с выходом регистратора 3 через последовательно соединенные управляющее устрой 35 ство и блок сяределения минимума сигнала (не показаны). В этом случае вначале устанавливается фазовый сдвиг в 180 (по минимуму показаний прибора 3), а затем блоком 8 регулировки амплитуда суммарного сигнала доводится до нулевых значений (вручную или автоматически). После этого частота возбуждающего тока изменяется, изменяется также частота настройки двухчастотного избирательного усилителя 2 и частота вспомогательного сигнала на выходе переключателя 7 (переключатель 7 устанавли - у вается во второе, по сравнению с предыдушим, положение). Если, к примеру, вначале переключателем 7 частот к блоку 8 регулировки сигналов был подключен выход последнего делителя 5 частоты, то во втором положений будет подключен вход последнего делителя 5 частоты. 11 оэтому временной сдвиг вспомогательного сигнала второй частоты относительно вспомогательного сигнала первой частоты будет равен нулю.Если амплитуда и фаза принимаемого из земли сигнала второй частоты равна . амплитуде и фазе принимаемого из земли сигнала первой частоты, то амплитуда суммарного сигнала на выходе феррозондового магнитометра 1 равна нулю (нулевые показания регистратора); если амплитуды их равны, а фазы различны, то показания регистрирующего прибора 3 соответствуют временному сдвигу между принимаемыми из земли сигналами первой и второй частоты, если различны и амплитуды и фазы этих сигналов, то вначале блоком 8 регулировки сигналов добиваются минимальных показаний регистратора, затем эти минимальные показания регистрируются и служат мерой временного сдвига принимаемого из земли сигнала второй частоты относительно вспомогательного сигнала второй частоты, т.е. в конечном итоге относительно принимаемого из земли сигнала первой час- тоты. Амплитуда первого сигнала и.приращение амплитуды второго сигнала относительно первого определяется по показаниям органов управления блока 8 регулировки сигналов.Так как время, затрачиваемое на проведение измерений на второй частоте, обычно не превышает 0,5-1 мин., то уход частоты и фазы принимаемого из земли сигнала второй частоты относительно сформированного вспомогательного сигнала второй частоты эа столь короткий промежуток времени ничтожно, При проведении измерений на следующей точке вновь сначала устанавливают фазовый сдвиг первого всопмогательного сигнала равным 180 О относительно принимаемого иэ земли сигнала первой частоты, затем формирует вспомогательный сигнал второй частоты, временной сдвиг которого относительно вспомогательного сигнала первой частоты равен нулю, а затем измеряют фазовый сдвиг принимаемого из земли сигнала второй частоты относительно вспомогательного сигнала второй частоты. Таким образом, увеличение ухода частоты и фазы сигналов от точки к точке не происходит что позволяет проводить измерения с постоянной заданной точностью.Фор мула иэобрете нияИзмеритель магнитного поля, содержащий последовательно соединенные ферроРедактор Е. Лушникова Корректор В, Бутяга Заказ 9035/47 Тираж 1019 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 7 789932 8зондовый магнитометр, двухчастотный из- ты, а выход каждого управляемого клюбирательный усилитель, и регистрирующий ча соединен со входом последующего прибор, о т л и ч а ю щ и й с я тем, делителя частотыдва входа переключачто, с целью повышения точности изме- теля частот соединены со входом и вырений, в него введены задающий генера-ходом последнего делителя частоты, а тор,последовательносоединенныхрелителей вспомогательная обмотка размещена на частоты и управляемых ключей, последователь-, феррозондовом магнитомегре,но соединенные переключатель частот, блок Источники информации,регулировки сигналов и вспомогательная принятые во внимание при экспертизе обмотка, причем выход задающего гене 1. Афанасьев Ю. В. Феррозонды.ратора соединен со входом первого де- "Энергия", 1969, с. 136-157.лителя частоты, два входа каждого из 2. Сигел Г. Метод магнитной вызуправляемых ключей соединены с двумя ванной поляризации, - "Джиофизика", выходами предыдущего делителя часто- т. 39, % 3, 1974, с. 321-339.