Квантовый компонентный магнито-metp

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОУСКОМУ Св ЕТВЛЬСТВУСфюз Советских Сецмаинстмческмх Реснублнк(22) Заявлено 160279 (21) 2726328/18-25 (51)М. Кл. с присоединением заявки М С 01 Ч 3/14 Гвсуяврствеввый квинтет СССР яо ае 4 вм язвбретений я еткрытяй(71) Заявмтел ециальное конструкторское приборостроения АН ССС ро физиче 54) КВАНТОВЫЙ КОМПОНЕНТНЫЙ МАГНИТОМЕТ Изобретение относится к области геофизики, а именно к классу приборов, используемых для измерения составляю-. щих вектора напряженности магнитного поля Земли в движении.Известно устройство содержащее гировертикаль и квантовый магнитометр, жестко закрепленный в буксируемой гондоле и установленный в центре системы иэ жестко закрепленных на объекте трех взаимно перпендикулярных пар колец Гельмгольца, систему автокомпенсации, датчики которой установлены на гировертикали и связаны с колечными системами Ц . 15Определение компонент производится счетно-решающим устройством, в которое вводятся значения измеренных компонент магнитного поля и поправки на углы наклона, постоянно измеряемые 20 датчиками системы автокомпенсации, установленными в гондоле.Недостатком такой схемы построения являетСя необходимость размещения дополнительной аппаратуры в буксируемой гондоле,что ведет к увеличению сигнальных жил кабель-буксира и снижению точности измерений магнитного поля за счет собственной переменной намагниченности элементов гироприбо ров, использования сложного в эксплуатации счетно-решающего устройства,Известен также квантовый компонентный магнитометр, содержащий квантовый магниточувствительный датчик с блоком формирования сигнала, колечнук систему токовой компенсации с целью питания, систему автоматической компенсации вертикальной составляющей вектора магнитного поля Земли, аистему компенсации колебаний колечной системы, измерительное устройство и регистратор. Колечная система токовой компенсации выполнена в виде полой маятниковой усеченной сферы с проточками для колец, стабилизированной в двойном карданном подвесе. В центре коленчатой системы установлен магниточувствительный датчик, ориентация которого устанавливается с помощью систеьаы ориентации датчика 2 .Недостатком такого компонентного магнитометра является то, что его характеристики по точности измерения компонент магнитного поля Земли, а также его эксплуатационные качества, определяются степенью стабилизации токовых колец колечной системы относительно истинной вертикали, то есть конструктивной схемой стабилизированной платформы., Так какеприбор находится на движущейся платформе в буксируемой гондоле, :то вследствие влияния переменных ускорений на точку подвеса маятниковая колечная система имеет колебания относительно точки подвеса. Амплитуда этих колебаний зависит от параметров буксиров-, ки(скорости хода судна, длина кабель- буксира, величины и найравления волне ния, величины заглубления. гондолы и ее стабилизации) и имеет. переменный характер. Необходимая точность в измерении компонента в этом случае достигается за счет автоматического осреднения результатов измерения за время, значительно превышающее соб ственный период колебаний колечной системя, что приводит. к уменьщению частоты измерений.Целью изобретения является повышение точности измерения за счет ис- ;щ ключения влияния условий буксировки на результаты,измерения.Ноставленная цель достигается тем, что в квантовый компонентный магнитометр, содержащий квантовый магниточувствительный датчик с блоком Формирования сигнала, колечную систему токовой компенсации с цепью питания, систему автоматической компенсации вертикальной составляющей вектора магнитного поля Земли, систему ком-. пенсации колебаний колечной системы, измерительное устройство и регистратор, дополнительно введена система компенсации колебаний колечной системы относительно вертикали с эле ментом регулировки тока, а цепь питания колечной системы выполнена по мостовой схеме, в одно иэ плеч которой последовательно с колечной системой включен элемент регулировки тока щ системы компенсации колебаний колечной системы относительно вертикали, причем вход этой системы компенсации подключен к выходу формирователя сигнала н входу измерительного устройст-ва, а выход - к входу системы авто- компенсации вертикальной составляющей вектора магнитного поля Зеюи, элемент регулировки тока которой включен в другое плечо моста.На фиг. 1 изображена блок-схема фф квантового компонента магнитометра, на фиг. 2 представлена схема построе- . ния квантового компонентного магнитометра.В немагнитной гондоле 1 (фиг. 1)И буксируемой за кораблем 2, расположен квантовый магниточувствительный датчик 3 с колечной системой токовой компенсации 4. В носовой части гондолы 1 расположен блок формирования 60 сигнала 5. Буксируемая гондола.1 сое. динена с аппаратуройрасположенной на борту судна-буксировщика 2, при помощи немагнитного кабеля-буксира б. Бортовая аппаратура включает в 65 себя измерительное устройство 7, регистратор 8, систему компенсации ко- лебаний колечной системы токовой компенсации относительно вертикали 9 и систему автокомпенсации вертикальной составляющей вектора магнитного поля Земли 10.Развернутая функциональная схема квантового компонентного магнитометра (фиг. 2), основой которого является мост постоянного тока, в одно из плеч которого последовательно с колечной системой токовой компенсации 4 включен регулирующий элемент, 11 системы компенсации колебаний колечной системы токовой компенсации относительно вертикали 9, .а.в другое плечо - регулирующий элемент 12 системы автокомпенсации вертикальной составляющей магнитного поля Земли 10.Система компенсации колебаний колечной системы токовой компенсации относительно вертикали 9 (фиг. 2) включает в себя частотный детектор 13, вход которого соединен с выходомформирователя сигнала 5 и входом измерительного устройства 7, а выход - с входом Фильтра низкой частоты 14, синхронный детектор 15, соединенный ио входам с фильтром низкой частоты 14, модулятором 16 н генератором им-. пульсов 17, а выход которого соединен со входом усилителя постоянного тока 18, к .одному выходу которого подключен регулирующий элемент 11, входящий в плечо моста последовательно с колечной системой токовой компенсации 4 и эталонным сопротивлением 19, в другой выход этого усилите- ля соединен со входом порогового устройства 20, входящего в состав системы автокомпенсацни вертикальнойсоставляющей магйитного поля Земли 10включающий в себя реверсивный счетчик 21,.один вход которого подключен к выходу порогового устройства 20, а другой вход соединен с блоком ручной начальной установки тока компенсации 22, а выход. подключен ко входу преобразователя код-ток 12, входящего в качестве регулирующего элемента вместе с эталонным сопротивлением23 в другое плечо моста, питание которого осуществляется от высокостабильного источника питания 24, при этом в диагональ моста включен модулятор 16, соединенный по входу со вторым выходом генератора импуль. - СОВ 11Работа прибора осуществляется следующим образом.Начальная компенсация вертикальной составляющей магнитного поля Земли по минимуму показаний измерительного устройства 7 осуществляетсяблоком ручной начальной установки тока компенсации 22 при помощи реверсивного счетчика 21, выходы которогосоединены с преобразователем код-ток 12, что обеспечивает протекание через эталонное сопротивление 23 тока от высокостабильного источника питания 24 и создание на этом сопротивлинии падения напряжения, соответствующего скомпенсированному.При наличии разности потенциалов в диагональ моста (на эталонных сопротивлениях 19 и 23) включается цепь обратной связи, состоящая из модулятора 16, синхронного детектора 15 и регулирующего элемента 11, включенного последовательно в цепь питания колечной системы токовой компенсации 4. Импульсы от генератора 17 поступают одновременно на модулятор 16 и синхронный детектор 15, на выходе которого появляется напряжение, пропорциональное величине рассогласования в диагонали моста. Это напряжение усиливается усилителем постоянного тока 18 и поступает на регулирующий элемент 11, имеющий квазилинейную характеристику регулирования, который компенсирует величину рассогласования, т.е. уменьшает или увеличивает протекание тока через плечо моста, в которое включена колечная система токовой компенсации 4. При наличии разности потенциала в диагонали моста, равной нулю, система будет полностью скомпенсированной. После этого система переводится в режим авто- компенсации, для чего блок ручной начальной установки тока компенсации 22 отключается, а включается цепь обратной связи с усилителем постоянного тока 18 и пороговым устройством 20, обеспечивающая автоматическое переключение реверсивного счетчика 21 при выходе из диапазона регулирования (при увеличении или уменьшении велйчины измеряемого поля), формируемого пороговым устройством 20. ствия с выхода фильтра поступает на синхронный детектор 15 и на усилительпостоянного тока 18, который воздействуя на регулирующий элемент 11 компенсирует колебания колечной системы токовой компенсации 4 относительно, вертикали путем регулирования тока, протекающего через эту колечную систему, по закону колебания системы при условии поддержания оптимальной компенсации измеряемом диапазоне полей системой автокомпенсации 10.Таким образом осуществляется двойная автокомпенсация тока в колечной системе 4.Лабораторные испытания макета пока зали полную работоспособность прибора. Система компенсации колебаний колечной системы уверенно компенсирует колебания колечной системы до частот порядка 18-20 Гц. 5 О 15формула изобретения При буксировке колечная система токовой компенсации 4 испытывает колебание относительно истинной вертикали. Сигнал, зарегистрированный магниточувствительным датчиком 3 на выходе формирователя сигнала 5, будет промодулирован по частоте с периодом, равным периоду колебаний колечной системы 4. Для осуществления компенсации колебаний колечной системы 4 и выделения воздействия на регулирующий. элемент 11, сигнал с выхода формирователя сигнала 5 поступает на вход частотного детектора 13 и фильтра низкой частоты 14, на выходе которых получается сигнал низкочастотной огибающей в полосе от 2 до 0,05 Гц. Переменный сигнал регулирующего воздей 25 Квантбвый компонентный магнитометр,содержащий квантовый магниточувствительный датчик с блоком формированиясигнала, колечную систему токовойкомпенсации с.цепью питания, систему.автоматической компенсации вертикальнсй составляющей вектора магнитного поля Земли, систему компейсацйиколебаний колечной снстемы, измерительное устройство и регистратор.,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью повышения точности измеренийза счет исключения влияния условийбуксировки на результаты измерения,в него дополнительно введена системакомпенсации колебаний колечной сис 40 темы относительно вертикали с элементом регулировки тока, а цепь питаниякалечной системы выполнена по мостовой схеме, в одно из плеч которойпоследовательно с колечной системойвключен элемент регулировки тока,системы компенсации колебаний колечной системы относительно вертикали,причем вход этой системы компенсации подключен к выходу формирователя сигнала и входу измерительногоустройства, а выход - к входу системы автокомпенсации вертикальной составляющей вектора магнитного поляЗемли, элемент регулировки тока которой включен в другое плечо моста.5Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРР 278140, кл. С 01 Ч 3/16, 1968.2. Авторское свидетельство СССРф 0 М 382989, кл. С 01 Ч 3/14, 1971 (прототип).819778 Составитель Л. Василевскаяедактор Т. Глазова Техред Т.Маточка Корректор В. Синицкая каз 1385/2 лиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Тираж 7 ВНИИПИ Госу по делам 3035, МоскваПо рственного комит эобретений и отк Ж, Раушская н исноеа СССРтийд. 4/