Ядерно-прецессионный магнитометр

Союз Советскид Соцнапнстнческик Республик(23) ПриоритетОпубликовано 301281. Бюллетень М 48Дата опубликования описания 30. 12. 81 6 01 Ч 3/14 Государственный комнтет СССР по делам нзобретеннй н открытий(54) ЯДЕРНО-ПРЕЦЕССИОННЬЯ МАГНИТОМЕТР Изобретение относится к геофизической аппаратуре, предназначенной для измерения модуля индукции магнитного поля и полей других объектов.Известен ядерно-прецессионный магнитометр, основными узлами ко-, торого являются датчик сигнала свободной прецессии, автоматически перестраиваемый ступенями внутри диапазона измерений, схема измерения частоты и дешифратор, управляющий перестройкой датчика 111.Отсутствие в таком устройстве системы фаэовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) к частоте свободной прецессии приводит к увеличению погрешности измерений. Погрешность измерений подобных устройств не ниже нескольких единиц нанотеслы.Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является ядерно-прецессионный магнитометр, содержащий датчик, усилитель-формирователь, подключенный к датчику, последовательно соединенные Фаэочувствительный детектор, управляемый генератор, а также измерительную схему, дешифратор и ключ настройки,выход которого подключен к входу усилителя-формирователя, делитель частоты, включенный между выходом управляемого генератора и измеритель ным входом Фаэочувствительного детектора, компаратор, частотный детектор, включенный между выходом усилителя-Формирователя и одним из входов компаратора, второй вход которого соединен с одним иэ выходов устройства памяти, а выход - с управляемым генератором(2. Структура и связи описанного магнитометра не позволяют осуществлять быстродействующее автоматическое слежение за частотой сигнала свободной прецессии при быстрых и больших изменениях измеряемой индукции,требуется значительное время для нового поиска этой частоты, и, вследствие потери части полезного сигнала за время поиска и чрезмерно большой полосы захвата и соответственно малой постоянной времени системы ФАПЧ, возрастает погрешность измерений. Цикл измерений подобных устройств составляет несколько секунд. Цель изобретения - повышение быЗО стродействия и точности измерения.Поставленная ель достигается тем, сто в ядерно-прсцессионный магнитометр, солержащий датчик, усилитель-формирователь, подкгюченны к датчику, послеловательчо соединенные фазочувствительный детектор и управляемый генератор, а также измерительную схему, дешифратор, ключ настройки, подключенный входом к вы- ходу дешифратора и выходом к входу усилителя-Формирователя, делитель частоты, подключенный к опорному входу фазочувствительного детектора, и частотный детектор, дополнительно введены амплитулный детектор, схема И-ИЛИ прог 1 аммный блок, выключатель поиска и генератор уровня, причем вход амплитудного детектора подключен к первому выходу усилителя- формирователя, схема И-ИЛИ подключена первым входом ко второму выходу усилителя-Формирователя, вторым входом - к выходу амплитудного детектора, третьим входом - к первому выходу программного блока, а выходом - к первому входу частотного детектора и измерительному входу фазочувствительного детектора, частотный детектор соединен вторым входом с выходом амплитудногс детектора, третьим входом - с выхолом выключателя поиска и четвертыгл входом - со вторым выходом программного блока, соединенного с третьим входом фазочувстнительного детектора, а выходом - с первым входом выключателя поиска и вторым входом управляемого генератора, второй вход выключателя поиска соединен с выходом генератора уровня, дешифратор соединен первым входом с выходом измерительной схемы и вторым входом - с третьим выходом программного блока, измерительная схема соединена одним входом с выходом управляемого генератора, соединенного с делителем частоты, другим входом - с четвертым выходом программного блока, а ее выход является выходом магнитометра. На чертеже представлена функциональная схема магнитометра.Магнитометр содержит датчик 1, усилитель формиронатель 2, амплитудный детектор 3, схему И-ИЛИ 4, частотный детектор 5, Фазочувствительный детектор 6, управляемый генератор 7, делитель 8 частоты,измерительную схему 9, программный байк 10, дешифратор 11, ключ 12 настройки, выключатель 13 поиска, генератор 14 уровня, причем амплитудный детектор подключен своим входом ко второму выходу усилителя-Формирователя, а первый выход усилителя- формирователя подключен к первому входу схемы И-ИЛИ, второй вход схемы И-ИЛИ соединен с выходомамплитудного детектора и третий вход 5 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 схемы И - ИЛП со/гге " .третьим в) - ходом программого блок, а выход схемы И-ИЛИ полключен к первым нхолам частотного и фазового летекторов; выход амплитудного летектора лополнительнс соединен со вторым входом частотного детектора, выход которого подключен ко второму входу управляемого генератора,выключатель поиска подключен первым входом к выходу генератора уровня, вторым входом - к выходу частотного детектора, а выходом к третьему входу частотного детектора, к четвертому входу которого подсоединен второй вход программного блока,причем четвертый выход программного блока соединен со вторым входом дешифратора, а амплитудный детектор содержит схему задержки своего выходного сигнала.Схема работает следующим образом,После включения магнитометра антоматически включается режим поиска, поскольку сигнал на входе амплитудного детектора 3 отсутствует, при этом на вход схемы И-ИЛИ 4 с выхода амплитулного детектора 3 поступает сигнал, разрешаюий прохождение импульсов частоты поиска с выхода программного блока 10 на первый вход частотного детектора 5,одновременно упомянутый сигнал с выхода амплитудного детектора 3 поступает на второй вход частотного детектора 5 и включает требуемую для режима поиска частоты сигнала прецессии постоянную времени частотного детектора 5. По мере роста постоянного напряжения на выходе частотного детектора 5- входе управляемого генератора 7 частота последнего изменяется (растет). Сигнал изменяющейся частоты управляемогс генератора 7 поступает на вход фазочувствительного детектора 6 через делитель 8 частоты, а также на измерительную схему 9, сигнал с выхода которой с помощью дешифратора 11 последонательно переключает в ключе 12 настройки настроечные элементы, подключаемыек обглотке датчика 1,причем время дешифрирования задается командным импульсом программного блока 10. Возрастание постоянного напряжения на ныходе частотного детектора 5 и вызванное им соответствующее изменение частоты управляемого генератора 7, а также переключения в ключе 12 настройки и обмотке датчика 1 происходят до тех пор, пока сигнал прецессии не появляется на выходах усилителя-Формирователя 2, При этом включается режим слежения за частотой сигнала прецессии: на выходе амплитудного детектора 3 сигнал, разрешающий прохождение импульсон частоты поиска с выхода программного блока10 ца первый вход частотного детектора 5, сменяется сигналом разрешения прохождения импульсов частотысигнала прецессии и одновременногозапрещения прохождения импульсовчастоты поиска; кроме того, сменившийся сигнал с выхода амплитудногодетектора 3 включает постояннуюнремени частотного детектора 5,требуемую для режима слежеция,приэтом система ФАПЧ (содержащаяфазочувствительный детектор б,упОранляемый генератор 7 и делитель 8частоты) входит в синхронизм счастотой сигнала прецессии.В том случае, когда н режиме поиска сигнал не найден или он былпотерян н режиме слежения, сигналпрецессии на выходах усилителяФормиронателя отсутствует, режимпоиска включается снова, и цикл поиска продолжается до тех пор, поканапряжение на выходе частотного детектора 5 не достигает значения напряжения, установленного на выходегенератора 14 уровня, которое соответстнует настройке управляемого 25генератора 7 и ключа 12 настройкина верхнюю границу диапазона значений измеряемой индукции магнитногополя. При этом на выходе выключателя 13 поиска появляется сигнал,вы- З 0эывающий быстрый сброс выходногонапряжения частотного детектора 5 доминимального значения, соответствующего настройке управляемого генератора 7 и ключа 12 настройки на нижнююграницу диапазона значений измеряемой индукции магнитного поля. Затемцикл поиска повторяется до тех пор,пока в очередном цикле сигнал частоты прецессии появляется на выходах усилителя-формирователя 2, после 40чего поиск прекращается, магнитометр переключается на режим слежения, который является рабочим. Вкаждом цикле измерения происходитбеспоисковое измерение и регистрациязначения частоты прецессии измеряемого поля с помощью измерительнойсхемы 9. Для запоминания выходныхсигналов частотного 5 и фазочунствительного б детекторов на время 50поляризации датчика 1 эти детекторы имеют соответственно четвертыйи третий входы, на которые со второго выхода программного блока подается команда, отключающая на этовремя выходные ВС-цепи детекторов55от источников сигнала, а амплитудный детектор 3 содержит схему задержки своего выходного сигнала,которая включается при сниженииамплитуды сигнала прецессии. При 60возрастании этой амплитуды соответстнующий ныходной сигнал амплитудного детектора передается насхему И-ИЛИ без задержки, что обеспечивает системе поиска частоты сиг 65 цала прецессии защиту от включения при случайных провалах этой амплитуды, вызванных, например, внешними помехами.Таким образом, предлагаемый магнитометр обладает преимуществом перед известным, заключающимся в том, что в цикле измерения производится только слежение - незначительная подстройка управляемого генератора 7 и ключа 12 настройки, требующая существенно меньшего времени, чем поиск; поиск осуществляется только в случае потери сигнала прецессии (например, в начале работы устройства).Предлагаемый магнитометр обладает повышенным быстродействием (производительностью) до нескольких циклов измерений в секунду при погрешности, не превышающей десятых" долей нанотеслы. Применение предлагаемого устройства, например, для целей аэромагниторазведки полезных ископаемых увеличит производительность труда и результативность разведки.Формула изобретенияЯдерно-прецессионный магнитометр, содержащий датчик, усилитель-формирователь, подключенный к датчику, последовательно соединенные фазочувствительный детектор и управляемый генератор, а также измерительную схему, дешифратор, ключ настройки, подключенный выходом к выходу дешифратора и выходом к входу усилителя-формирователя, делитель частоты, подключенный к опорному входу Фазочувствительного детектора, и частотный детектор, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью увеличения быстродействия и точности измерения, в него дополнительно введены амплитудный детектор, схема И-ИЛИ, программный блок, выключатель поиска и генератор уровня, причем вход амплитудного детектора подключен к первому выходу усилителя-Формирователя, схема И-ИЛИ подключена первым входом ко второму выходу усилителя- формирователя, вторым входом - к выходу амплитудного детектора, третьим входом - к первому выходу программного блока, а выходом - к первому входу частотного детектора и измерительному входу фазочувствительного детектора, частотный детектор соединен вторым входом с выходом амплитудного детектора, третьим входом - с выходом выключателя поиска и четвертым входом - со вторым выходом программного блока, соединенного с третьим входом фазочувстнительного детектора, а выходом - с первым входом выключателя поиска и894653 РисФРР амалия оставитель В. Майоршинехред А,Бабинец Корректор кма Редактор Е. Пап Тираж 735 Подп ВНИИПИ Государственного комитепо делам изобретений и откр 13035, Москва, Ж, Раушская н сн каз 11483/ ийф д 5 иал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектн Вторым входом управляемого генератора, второй вход выключателя поискасоединен с выходом генератора уровня,дешифратор соединен первым входом свыходом измерительной схемы и вторымвходом - с третьим выходом программного блока, измерительная схема соединена одним входом с выходом управляемого генератора, соединенного сделителем частоты, другим входом -с четвертым выходом программногоблока, а ее выход является выходоммагнитометра.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент СИА Р 3090062,кл. 324-05, опублик. 1963.2. Авторское свидетельство СССРР 554519, кл. С 01 Ч 3/00, 1975