Способ измерения составляющих гра-диента bektopa магнитной индукции

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВМДЕТИЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Республик(51)М. Кл З С 01 й 33/02 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытийДата опубликования описаймя 150 381(72) Авторы изобретен О.В. Афана П. Наумо о аявители ЕНТА 4) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СОСТАВЛЯЮЩИХ ВЕКТОРА МАГНИТНОЙ ИНДУКЦИ л змеочесеИзобретение относится к ите ь ной технике и предназначен и рения составляющих градиен т ра магнитной индукции, с ц иределения составляющих век агнитного момента источника ного поля.Известен способ измерения составляющих градиента вектора магнитной индукции, основанный на измерении направленными магнитометрическими преобразователяьж разности проекций вектора магнитной индукции на параллельные или соосные оси этих преобразователей в точках пространства. Устройство, реализующее данный способ, содержит два соосных однокомпонентных магнитометрических преобразователя, измеряющих разности проекций векторов магнитной индукции на оси этих преобразователей. По отношению этих разностей к расстоянию между магнитометрическими преобразователями судят о составляющих градиента вектора магнитной индукции 1.Недостатком известного способа является низкая точность измерения составляющих градиента вектора магнит ной индукции, которая обусловлена влиянием геомагнитного поля на результат измерения. Так, например принепараллельности осей магнитометриких преобразователей в 5 угловых скунд и при наличии поперечного однородного магнитного поля в 50000 нТпогрешность измерения составляющихградиента вектора магнитной индукциисоставляет примерно 1 нТ.Известен также способ определениясоставляющих градиента вектора магнитной индукции модульными магнитометрическими преобразователями, который основан на измерении модульнымимагнитометрическими преобразователя ми разности магнитной индукции в точках пространства в направлении оси,проходящей через центры преобразователей. Устройство, реализующее данный способ, содержит два модульных, 20 например квантовых магнитометрических преобразователя, измерякхдие разность магнитной индукции. По отношению этой разности к расстоянию междупреобразователями определяют составляющие градиента вектора магнитнойиндукции 2.Недостатком известного способа является то, что он обеспечивает измерение составляющих градиента вектора 30 магнитной индукции только в том слу 81333910 чае, когда однородного магнитного поля нет, а вектор магнитного моментаисточника магнитного поля направленвдоль упомянутой оси преобразователей или перпендикулярен ей. При наличии однородного геомагнитного поляи его вариаций известный способ обеспечивает измерение составляющих гра,циента модуля вектора магнитной индукции, приближенное значение которых определяется иэ соотношения в 1 в,фв,(- в +т 1,эе, - ьЕ-где В - модуль вектора магнитной индукции В; В - вектор геомагнитного 15 поля; В и В- векторы магнитной индукции, созданные источником магнитного поля в измеряемых точках пространства; 61 в расстояние между магнитометрическими преобразователями; 20 1 - направление оси, проходящей через центры преобразователей. Из данного соотношения видно, что известный способ несет информацию только о составляющих градиента модуля вектора магнитной индукции и не дает информации о составляющих градиента вектора магнитной индукции, что также является недостатком известного способа и реализующего его устройства.Цель изобретения - повышение точности измерения.Цель достигается тем, что в способе определения составляющих градиента вектора магнитной индукции, основанном на измерении разности магнитной индукции в точках пространства в направлении базовой оси, проходящей через центры преобразователей, на преобразователи воздействуют сильным 40 однородным магнитным полем, ориентируют базовую ось поочередно вдоль вектора сильного однородного магнитного поля и в двух взаимно ортогональных направлениях, каждое из которых перпендикулярно вектору сильного однородного магнитного поля, дважды изменяют ориентацию вектора сильного однородного магнитного поля в направлениях ортогональных друг другу и первоначальному, при каждом направлении сильного однородного магнитного поля ориентируют базовую ось поочередно в трех направлениях, каждое из которых параллельно одной из первоначальных ориентаций упомянутой оси, при этом .измерения разностей магнитных индукций осуществляют после каждой ориентации базовой оси.На чертеже изображены модульные магнитометрические преобразователи д) в прямоугольной системе координат и воэдействукицие на них магнитные поля индукции в точках измерения.Согласно способу вектор сильного однородного магнитного поля 5 на- у правлен вдоль базовой оси Ай, проходящей через центры модульных .преобразователей 1 и 2, прй этом ось АМ ориентирована вдоль оси 02 прямоугольной системы координат М, У, 2. Расстояние между преобразователями 1 и 2 равно значению 1 . На преобразователи 1 и 2 действуют магнитные поля В и 8 а созданные источником магнитного поля. Вектор В разложен на два ортогональных вектора В и Ва,.один из которых (В ) совпадают с осью Ай, а другой (8 ) - перпендикулярен к ней. Вектор В разложен,на два ортогональных вектора В и В,один из которых (В 2. ) совпадает с осью Ай, а другой (ВЙ ) - перпендикулярен к ней.Преобразователи 1 и 2 измеряют модули векторов магнитной индукции 81 р В)р, значения которых определяют из соотношенийВ р В +й В р в +ВПо.отношению Разности Вр и Ь)р к В, определяют составляющую градиенту век. ,тора магнитной индукции В в точке О по направлению оси 02, значение которой равноДВ 7 1 р-Вр ДВ 7а ай 5) = - а) ) - -) - )б 7 32 Е /О 2 Е /ОХ Таким образом, при воздействии сильного однородного магнитного поля Вна модульные магнитометрические преобразователи 1 и 2, каждый из нихреагируют на проекцию результирующего вектора магнитной индукции Врили 82 р на направление упомянутоговектора 80, т.е. модульные преобразователи 1 и 2 становятся в этом случаекомпонентными. При этом, чем В, больше В и В, тем меньше влияние поперечных полей В и В . Если В ) В иВ ) 8,), то влиянием В и Въ можнопренебречь. Действительно, при заданном динамическом диапазоне измерениямагнитйой индукции каждым преобразователем 1 и 2 можно воспроизвестиВб такого значения, что погрешность,обусловленная влиянием поперечных магнитных полей, будет меньше порога чувствительностей преобразователей, аследовательно повысится точность иЗмерения упомянутых составляющих. Определив - изменяют направлениеЗВ37.оси Ай с расположенными на ней преобразователями 1.и 2 так, чтобы эта ось совпала с осью ОМ( и определяют составляющую градиента вектора магнитной индукции Г в точке О по направлению оси ОХ, значение которой Определив изменяют направлениеоси Ай с расположенными на ней преобразователями 1 и 2 так чтобы эта ось совпадала с осью ОУ и определяют составляющую градиента вектора магнитной индукции В в точке О по на- правлению оси ОУ, значение которойЭЬ /дВъ равно р.сп 3 (В) - = - =- ) -5о оч= ач Е )очавхДля определения составляющихЭх авх эвхградиента вектора магнитной индукции в точке О вектор Вонаправля ют вдоль оси Ох(, а ось Ай с преобразователями 1 и 2 поочередно ориентируют в трех направлениях вначале вдоль оси ОМ, а затем - вдоль осей ОУ и О, при этом измерение разнос тей магнитной индукции осуществляют после каждой очередной ориентации оси Ай. По отношению разностей магнитной индукции к 1 определяют упомянутые составляющие. Для определения со Оэьу эвз дВуставляющих " , ,градиента вектора магнитной индукции в точке О вектор Во направляют вдоль оси ОУ, а ось АМ с преобразователями 1 и 2 по очередноориентируют в трех направлениях - вначале вдоль оси ОХ, а затем вдоль осей ОУ и ОЕ, при этом измерения разностей магнитной индукции осуществляют после каждой очередной ориентации оси Ай. По отношению разностей магнитной индукции к 2 определяют упомянутые составляющие.Способ может быть реализован с помощью известного устройства, содержащего штангу с расположенными на ее концах двумя квантовыми магнитометрическими преобразователями, каждый из которых реагирует на модуль вектора магнитной индукции. Ориентируя штангу с преобразователями поочередно в Щ трех направлениях - вначале вдоль вектора геомагнитного поля В, а затем - в двух взаимно ортогональных направлениях, каждое из которых перпендиКулярно вектоРУ В , измеРяют Разнос ти магнитных индукций между упомянутыми преобразователями после каждой очередной ориентации штанги с данными преобразователями. По отношению разностей магнитной индукции к расстоянию между квантовыми преобразователями определяют три составляющие градиента вектора магнитной индукции. Измерение трех составляющих градиента вектора магнитной индукции уже обеспечивает возможность определения Ю вектора магнитного момента источника магнитного поля по известным расстоянию до этого источника и направлению на него, что имеет актуальное значение в различных областях науки и техники, например в геофизике, навигации, медицине, биологии и т.д.Таким образом, предлагаемый способ, в отличие от известных, обеспечивает измерение составляющих градиента вектора магнитной индукции с высокой точностью как в геомагнитном поле, так и при отсутствии его, например в космическом пространстве, в магнитных экранах и т.д. Кроме того, в способе отсутствует влияние на результат измерения (однородного или неоднородного) поперечного магнитного поля, что обеспечивает повышение точности измерения составляющих градиента вектора магнитной индукции более чем на порядок.Формула изобретенияСпособ измерения составляющих градиента вектора магнитной индукции, .основанный на измерении разности маггитной индукции в точках пространства в направлении базовой оси, проходящей через центры преобразователей,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью повышения точности измерения напреобразователи воздействуют сильнымоднородным магнитным полем, ориентируют базовую ось поочередно вдольвектора сильного однородного магнитного поля и в двух взаимно ортогональных направлениях, каждое из которыхперпендикулярно вектору сильного однородного магнитного поля, дважды изменяют ориентацию вектора сильногооднородного магнитного поля в направлениях ортогональных дру" другу и первоначальному, при каждом направлениисильного однородного магнитного поляориентируют базовую ось поочередно втрех направлениях, каждое иэ которых параллельно одной из первоначальных ориентаций упомянутой оси, при этом изме- .рения разностей .магнитных индукцийосуществляют после каждой ориентациибазовой оси.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент США Р 3286169, кл. 32443, 19692. Афанасьев Ю.В. и др. Магнитометрические преобразователи, приборы,установки. Л., "Энергия"., 1972,с. 227-228.813339 в,Составитель Е. Данилинедактор М. Погориляв Техред М.Рейвес орректорН. Бабине каз 767 одписное лиал ППИ "йатеят", г. Ужгород, Ул. Проектна НИИПЙ Ро"уд по делми 13035,; Иоскв раж 732рственного комитета ССэобретений и открытийЖ, Раушская наб.,