Протонный магнитометр

(51)5 С 01 К 33/2 ОП ИЗОБРЕТЕНИЯ ТЕЛЬСТВУ ОМ 8(56) АвторсУ 721785, кПатент С ые зало ы кот рых подрсивногройки,юл. ВзводстикаБ.И.С ду рен ки нас нное объеди нн ход ход ик х к ход блока сравнен соединен с выходо ытом втор одных ко СССР978. кое свидетельс л. С 01 К 33/О ША 9 3090002,1963,РОТОННЬГНИТОМЕТР, со ьно соединенн и, блок элемесилитель агнитометра на скоановк ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР держащии последовател ыерегистр кода настройк итон настройки, датчик, уи преобразователь частота-код, а также индикатор наличия сигнала, входкоторого соединен с выходом усилителя и командный блок, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения точности и автоматизации процесса измерения в него введены последовательно соединенные Формирователькорректирующих импульсов, блок ИЛИ,реверсивный счетчик номера точки настройки и указатель переполнения, атакже последовательно соединенныеблок И и счетчик скорости измененияполя, а также счетчик циклов, блоксравнения выходных кодов, Формирователь кода циклов измерения, первый и Изобретение относится к магнитным измерениям, предназначено для измер ний модуля индукции слабых магнитных полей и может быть использовано для измерений геомагнитного поля с градиентами, достигающими сотен нТ/м,второй программные минающие блоки, вхо чены к второму выхо счетчика номера точ выходы - соотне тс тн регистра кода настр ка сравнения выходи образонателя частота-код, а выход -с вторым входом реверсивного счетчика номера точки настройки и первыми входами блока И и формирователякорректирующих импульсов, второйвход которого подключен к выходу указателя переполнения, третий вход -к первому выходу счетчика скорости изменения поля, а четвертый вход - к первому входу счетчикациклов, выходу Индикатора и второмувходу блока И, вход командного блокасоединен с вторым входом преобразователя частота-код, первый и второйныходы - соответственно с 1 ретьимвходом блока И и вторым входом счетчика циклов, выход которого подключен к второму входу блока ИЛИ, третьим входом соединенного с выходом блока И, вход Формиронателя кода цикловсоединен с выходом счетчика скоростиизменения поля, а выход - с входом,командного блока. при уст е мростных носителях, например самолетах и вертолетах.Известен ядерно-прецессионный магнитометр, содержащий датчик сигнала ядерной прецессии, автоматически пе 109706635 рестраиваемый ступенями внутри диапазона измерений, схему измерения частоты и дешифратор, управляемый настройкой датчика.Низкое отношение сигнал/шум, ограниченные возможности дешифратора иручное переключение диапазонов настройки не позволяют получить в подобном устройстве погрешность ниженескольких единиц нанотеслы,Иэ известных устройств наиболееблизким по своей технической сущности к предложенному является цифровойпротонный магнитометр, содержащийпоследовательно соединенные датчик, предварительный усилитель, активный фильтр, умножитель частоты,первый элемент совпадения, счетчик,дешифратор и блок точной настройки,выход которого соединен с вторымвходом предварительного усилителя,а также программный блок, выходы ко"торого связаны с датчиком черезкоммутатор и с вторь 1 м входом элемента совпадения, последовательно соединенные усилитель, второй элементсовпадения, дополнительный дешифратор и блок выбора диапазонов, причем датчик соединен с входом усилителя, выход блока выбора диапазона - стретьим входом предварительного усилителя, а второй вход второго элемента совпадения подключен к выходупрограммного блока.Однако в режиме автоматическогослежения эа изменением частоты прецессии данному устройству свойственна ошибка в выборе точки настройки,вызванная необходимостью определения этой точки для текущего циклапо результату предшествующего измерения. При этом величина ошибки будет пропорциональна скорости изменения значения индукции магнитного полячто при больших градиентах приведетк существенному уменьшению эффективности работы блока точной настройки исоответственно значительному снижениюточности и достоверности результатов50измерений.Цель изобретения - повьнпение точности измерений и автоматизация процесса измерений.Эта цель достигается тем, что в про)5протонный магнитометр, содержащий последовательно соединенные регистркода настройкиблок элементов настройки, датчик, усилитель и преобразователь частота - код, а также индикатор наличия сигнала, вход которого соединен с выходом усилителя, икомандный блок, введены последовательно соединенные формирователь корректирующих импульсов, блок ИЛИ, реверсивный счетчик номера точки настройки и указатель переполнения, а такжепоследовательно соединенные блок Ин счетчик скорости изменения поля,а также счетчик циклов, блок сравнения выходных кодов, Формирователькода циклов измерения, первый и второй программные постоянные запоминающие блоки, входы которых подключены к торому выходу реверсивногосчетчика номера точки настройки, авыходы - соответственно к входу регистра кода настройки и входу блокасравнения выходных кодов, при этомвторой вход блока сравнения выходных кодов соединен с выходом преобразователя частота-код, а выход - свторым входом реверсивного счетчиканомера точки настройки и первыми входами блока И и Формирователя корректирующих импульсов, второй вход которого подключен к выходу указателя.переполнения, третий вход - к первому выходу счетчика скорости изм. -нения поля, а четвертый вход - к первому входу счетчика циклов, выходуиндикатора и второму входу блока И,вход командного блока соединен с вторым входом преобразователя частота"код, первый и второй выходы - соответственно с третьим входом блока Ии вторым входом счетчика циклов, выход которого подключен к второмувходу блока ИЛИ, третьим входом соединенного с выходом блока И, входФормирователя кода циклов соединенс выходом счетчика скорости изменения поля, а выход - с входом командного блока. На чертеже приведена блок-схема,поясняющая работу устройства, Автоматический протонный магнитометр содержит последо: ательно соединенные регистр 1 кода настройки, блок 2 элементов настройки, датчик 3, усилитель 4 и преобразователь 5 частота-код, индикатор 6 наличия сигнала, вход которого соединен с выходом усилителя 4, и командный блок 7, последовательно соединенные Формирователь 8 корректирующих импульсов,40 5 10970 блок ИЛИ 9, реверсивный счетчик 1 О номера точки настройки и указатель 11 переполнения, а также последовательно Соединенные блок И 1 2 и,счет 5 чик 13 скорости изменения поля, а также счетчик 14 циклов, блок 15 сравнения выходных кодов, первый и второй программируемые постоянные запоминающие блоки 6 и 17, входы которых подключены к второму выходу реверсивного счетчика 10 номера точки настройки, а выходы - соответственно к входу регистра 1 кода настройки и входу блока 15 сравнения выходных ко дов, при этом второй вход блока 15 сравнения выходных кодов соединен с выходом. преобразователя 5 частотакод, а выход - с вторым входом реверсивного счетчика 10 номера точки настройки и первыми входами блока И 12 и Формирователя 8 корректирующих импульсов, второй вход которогоподключен к выходу указателя 11 переполнения, третий вход - к первому вь 1- ходу счетчика 3 скорости изменения поля, а четвертый вход - к первому входу счетчика 14 циклов, выходу индикатора 6 и второму входу блока И 12 вход командного блока 7 соединен с 30 вторым входом преобразователя 5 частота-код, а первый и второй выходы - соответственно с третьим входом блока И 12 и.вторым входом счетчика 4 циклов, выход которого подключен к второму входу блока ИЛИ 9, третьим входом соединенного с выходом блока И 2, а также Формирователь 18 кода циклов, вход которого соединен с выходом счетчика 3 скорости изменения поля, а выход - с входом командного блока 7.Магнитометр работает следующим образом,После включения магнитометра счет чик 1 О номера точки настройки, коэффициент пересчета которого равен выбранному количеству точек настройки датчика 3, и соответственно регистр 1 кода настройки находятся в произ вольном состоянии, датчик 3 расстроен, сигнал прецессии отсутствует.Индикатор 6 наличия сигнала прецессии вырабатывает сигнал, переводящий магнитометр в режим поиска, при 55 котором Формирователь 8 корректирующих импульсов отключен, запрещено прохождение импульсов опорного генератора через блок И 12 и на счетный 66вход реверсивного счетчика 1 О через блок ИЛИ 9 проходят импульсы с выхода счетчика 14 циклов. Ллительность цикла магнитометра может выбираться вручную или Формироваться автоматически, Коэффициент пересчета счетчика 14 зависит от длительности цикла магнитометра, причем более длительному циклу соответствует меньший коэффициент пересчета, что обеспечивает надежную работу индикатора 6 при значительных разбросах амплитуды сигнала прецессии сразу после его появления. Состояние реверсивного счетчика 10 будет изменяться на единицу через каждые и циклов магнитометра, осуществляя таким образом перебор адресов первого программного постоянного запоминающего блока 16 и соответственно кодов регистра 1 кода настройки и блока 2 элементов настройки до тех пор, пока не появится сигнал прецессии и не превысит заданного порога, что вызовет появление на выходе индикатора 6 сигнала, переводящего магнитометр в режим слежения, В режиме, слежения счетчик 14 циклов отключен, на счетный вход реверсивного счетчика 10 через блок И 12 и блок ИЛИ 9 поступают тактовые импульсы из командного блока 7, При этом возможны следующие ситуации, возникающие нри сравнении текущего кода измеряемого поля (А) с кодами, соответствующими Фиксированным точкам настройки (В), запрограммированными во втором запоминающем блоке 17,1, Код А ) В. На выходе блока 15 сравнения выходных кодов появляется сигнал "больше , В этом случае, импульсы опорного генератора поступают на суммирующий вход реверсивного счетчика О, переключая коды на выходах первого запоминающего блока 16 и второго запоминающего блока 17 до тех пор, пока не произойдет смена знака неравенства на выходе блока 5 сравнения на "меньше" или равно2. Код А( В. На выходе блока 15 сравнения появляется сигнал мень-. ше". В этом случае импульсы опорного генератора поступают на вычитающий вход реверсивного счетчика 10, переключая коды на выходах первого и второго запоминающих блоков 16 и 17 до тех пор, пока не произойдетсмена энака неравенства на выходе блока 15 сравнения на "больше" или равно3. Код А=В. На выходе блока 15 сравнения появляется сигнал "равен. ство", блокирующий прохождение тактовых импульсов из командного блока 7 на входы реверсивного счетчика 10.10Счетчик 13 скорости изменения поля подсчитывает число тактовых импульсов, поступивших иэ командного блока 7 на вход реверсивного счетчика 10 до смены знака на выходе бло" ка 15 сравнения. После смены знака формирователь 8 вырабатывает корректирующие импульсы, число которых пропорционально количеству импульсов, прошедших на вход счетчика 13 скорос ти до смены знака, Эти импульсы поступают на суммирующий или вычитающий вход реверсивного счетчика 10 в эа" висимости от направления изменения знака, причем при смене знака "боль ше" на знак меньше" или "равно" корректирующие импульсы поступают на суммирующий вход, при обратной смене знака корректирующие импульсы поступают на вычитающий вход реверсивно го счетчика 10. Для обеспечения работоспособности магнитометра непосредственно эа пределами верхней и нижней границ диапазона измеряемых значений индукции предусмотрен указатель 11 переполнения, В случае превышения кодом А кода верхней границы диапазона на выходе указателя переполнения 11 появляется сигнал, благодаря которому формирователь 8 вырабатывает 40 один импульс, проходящий на вычитающий вход реверсивного счетчика 10, возВращая его в состояние, соответствующее максимальному номеру точки настройки. В случае, когда к."-. Л меньше кода нижней границы диапазона измерений, Формирователь 8 вырабатывает также один импульс, поступающий на суммирующий вход реверсивного счетчика 10, возвращая его в состояние, соответствующее минимальному номеру точки настройки.Процесс автоматического выбора цикла происходит следующим образом. В зависимости от состояния счетчика 13 скорости изменения поля формирователь 18 кода циклов вырабатывает код одного из предусмотренных в магнитометре циклов измерения, причем большей скорости изменения поля соответствует код более короткого цикла. Выходной сигнал формирователя 18 кода поступает в преобразователь 5 частота-код, где устанавливает соответствующую длительность времени преобразования, а также в командный блок 7, где изменяет длительность команд, необходимых для работы магнитометра. Построение магнитометра по предлагаемой схеме позволяет во-первых, автоматически производить поиск сигнала прецессии при включении прибора, во-вторых, осуществлять автоматическую подстройку датчика магнитометра во всем диапазоне измеряемых значенийиндукции с любой заранее выбранной точностью и, в-третьих,обеспечивает надежную работу прибора в полях с большими градиентами. Последнее преимущество достигается совместной работой схемы сравнения, счетчика скорости изменения поля и формирователя корректирующих импульсов.Редактор Л,Письман Техред М.Дидык Корректор М,Шарош Патент, г, Ужгород 101 Производственно-издательский комбин ага Заказ 870 Тираж 420 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, И, Раушская наб д. 4/5