Цифровая магнитовариационная станция

СООЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕ(НИХРЕСПУБЛИН 3111 С О 1 Ч 3/00 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(71) Институт земного магнетизма,ионосферы и распространения радиоволнАН СССР(56) 1. Авторское свидетельство СССРФ 475096, кл, С 01 Ч 3/00, 1974.2. Авторское свидетельство СССРно заявке 11 2374266/18-25,кл. С 01 Ч 3/00 (прототип).(54) (57) 1. ЦИФРОВАЯ МАГНИТОВАРИАЦИОННАЯ СТАНЦИЯ, содержащая кварцевыймагниточувствительный элемент с подвижным зеркалом и отклоняющими кольцами, подключенными к выходу генератора линейной развертки, осветительс диафрагмой и объективом, фотоэлектрический прибор, подключенный к счетным входам двух измерителей интервалов времени, управляющие входы которых подключены к .выходу генератораопорной частоты, управляющий работойгенератора линейный развертки, и дварегистратора, о т л н ч а ю щ а я с ятем, что, с целью одновременного измерения трех ортогональных компонентмагнитного поля при помощи одногомагниточувствительного элемента,в нее дополнительно введены фотоэлектрический прибор, измеритель интервалавремени и регистратор, а в магниточувствительный элемент, имеющий допол.,801103172 А нительную ось вращения, коллинеарную магнитной оси отклоняющих колец, вставлены.два неподвижных зеркала, образующих с подвижным зеркалом уголковый отражатель в момент прохождения подвесным магнитом положения "ноль" угла закручивания кварцевых растяжек, причем диафрагма осветителя и два фотоэлектрических прибора расположены в фокальной плоскости объектива осветителя, второй фотоэлектрический прибор подключен к счетному входу дополнительного измерителя интервала времени, управляющий вход которого подключен к выходу генератора опорнойИ частоты, а выход дополнительного из мерителя интервала времени подключен к входу дополнительного регистратора.2. Магнитовариационная станция по п. 1, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что магниточувствительный эле- Я мент размещен в сосуде с жидкостью с возможностью свободного плавания.3. Магнитовариационная станция фф по п. 1, о т л и ч а ю щ а я с я тем Вава что диафрагма осветителя. имеет форму 1", круга, рабочая поверхность первого фф. фотоэлектрического прибора выполнена в форме четверти кольца, центрирован- ного относительно центра диафрагмы осветителя, а второго - в форме прямоугольного сектора с вершиой прямого угла в центре диафрагмы осветителя, причем радиальные размеры рабо- фЬ чей поверхности являются линейной функцией угла между стороной сектораи соответствующим радиусом.110 3172Изобретение относится к магнитометрии и может найти применение в научных исследованиях и в магнитной раз-;ведке полезных ископаемых, проводимых на суше и на дне моря,Известно устройство для измерениявариаций магнитного поля Земли, содержащее кварцевый вариометр, осветитель, фотоприемник, генератор раз-.вертки, включенный в отклоняющие 10кольца вариометра и цифровой измерительный прибор, выход которого связан с регистратором1 .Однако в данном устройстве дляизмерения трех ортогональных компонент магнитного поля необходимо использование трех вариометров и трехосветителей, что ведет к увеличениюгабаритов устройства, увеличению энергопотребления и его стоимости, а 20попытка создания малогабаритной вариационной станции, пригодной для.работы на дне моря в условиях ограниченного объема батискафа, приводитк понижению точности измерений изза взаимного влияния вариометроводин на другой,Известна цифровая магнитовариационная станция, содержащая кварцевый магниточувствительный элемент З 0с подвижным зеркалом и отклоняющимикольцами, подключенными к выходугенератора линейной развертки, осветителем с диафрагмой и объективом,фотоэлектрический прибор, подключенЭ 5ный к счетным входам двух измерителей интервалов времени, управляющиевходы которых подключены к выходугенератора опорной частоты, управляющий работой генератора линейной развертки, и два регистратора 2 3,Однако для получения полной информации о магнитном поле, а именнодля измерения трех ортогональныхкомпонент поля, требуется установка45дополнительного вариометра, что увеличивает габариты, энергопотреблениеустройства и снижает точность измерений из-за взаимного влияния вариометров.Цель изобретения - одновременноеизмерение трех ортогональных компонент магнитного поля при помощи одного магниточувствительного элемента.Указанная цель достигается тем,что в цифровую магнитовариационнуюстанцию дополнительно введены фотоэлектрический прибор, измеритель интервала времени и регистратор, а в магниточувствительный элемент, имеющий дополнительную ось вращения, коллениарную магнитной оси отклоняющих колец, установлены два неподвижных зеркала, образующих с подвижным зеркалом уголковый отражатель в момент прохождения подвесным магнитом положения "ноль" угла закручивания кварцевых растяжек, причем диафрагма осветителя и два фотоэлектрических прибора расположены в фокальной плоскости объектива осветителя, второй фотоэлектрический прибор подключен к счетному входу дополнительного измерителя интервала времени, управляющий вход которого подключен к выходу генератора опорной частоты, а выход дополнительного измерителя интервала времени подключен к входу дополнительного регистратора.Магниточувствительный элемент размещен в сосуде с жидкостью с возможностью свободного плавания.Диафрагма осветителя имеет форму круга, рабочая поверхность первого фотоэлектрического прибора выполнена в форме четверти кольца, центрированного относительно центра диафрагм осветителя, а второго - в форме прямоугольного сектора с вершиной прямого угла в центре диафрагмы осветителя, причем радиальные размеры рабочей поверхностй являются линейной функцией угла между стороной сектора и соответствующим радиусом.На фиг, 1 изображена блок-схема цифровой магнитовариационной станции; на фиг. 2 ", форма выполнения и взаимное расположение диафрагмы и фотоэлектрических приборов; на фиг, 3 - устройство датчика станции.Цифровая магнитовариационная станция содержит вариометр 1 с кварцевым магниточувствительным элементом, состоящим из постоянного магнита 2 (или двух параллельных магнитов), подвешенного на кварцевых растяжках 3 вместе с зеркалом 4 и двух неподвижных зеркал 5 и 6, образующих с зеркалом 4 пространственный прямой угол в момент нахождения подвижного зеркала 4 в положении "ноль"угла закручивания растяжек. На фокусном расстоянии от объектива 7 вариометра 1 расположены диафрагма 8 осветителя 9, имеющая круглую щель 10 и два фотоэлектрических прибора 11 и 12. Отклоняющие кольца 13 вариометра 1 подключены к выходу генератора 14 линейно3 11031 изменяющегося тока, управляемого генератором опорной частоты 15. Первый управляющий вход измерителя 6 интервала времени соединен с генератором 14 линейно изменяющегося тока, а вто рой управляющий вход с выходом фотоэлектрического прибора 11. Управляющие входы измерителей интервалов времени 17 и 18 связаны соответственно с выходами фотоэлектрических приборов 11 и 12. Выходы измерителей 16, 17 и 18 интервалов времени связаны с входами регистраторов 19, 20 и 21 соответственно.Фотоэлектрический прибор 11 5 (фиг. 2) представляет собой четверть кольца, центрированного относительно круглого отверстия 10 диафрагмы 8. Фотоэлектрический прибор 12 представляет собой прямоугольный сектор 2 с вершиной прямого угла в центре круглого отверстия 10 диафрагмы, а радиальные размеры рабочей поверхности фотоприемника 12 являются заданной (например, линейной) функцией угла, отсчитанного от стороны сектора до соответствующего радиуса.Вариометр 1 представляет собой герметичную камеру (фиг. 3), помещенную в резервуар 22 с жидкостью, ЗО и находится там в плавучем состоянии, слегка опираясь на острие иглы 23 своим подпятником 24. Крышкой резер вуара 22 служит диафрагма 8, а отклоняющие катушки 13 намотаны на цилинд рическую поверхность резервуара 22.Предлагаемое устройство работает следующим образом.Вариометр 1 находится в плавучем состоянии, уравновешен в магнитном 40 и гравитационном поле Земли и имеет возможность свободно вращаться вокруг вертикальной оси. Магнит 2 магниточувствительного элемента под действием магнитного поля всегда 45 стремится развернуться вдоль магнитного меридиана, поворачиваявокруг вертикальной оси жестко связанный с ней легкий корпус с вариометром 1. Таким образом, плоскость качания подвесного магнита 2 будет всегда находиться в плоскости магнитного меридиана, а магнит 2 всегда будет поворачивать вариометр 1.в соответствии с изменениями положения мери диана, обусловленными естественными вариациями магнитного поля по компоненте (вариации склонения), В результате поворота плоскости качания 724магнита 2 будет поворачиваться и плоскость сканирования световых лучей, отраженных от зеркал 4-6, меняя свою ориентацию относительно неподвижно установленного резервуара 22 и диафрагмы 8 с фотоэлектри" ческими приборами 11 и 12. Световые лучи, отраженные от этих зеркал будут пересекать фотоэлектрический прибор 12 по радиусу, величина кото" рого пропорциональна углу поворота магниточувствительного элемента вокруг вертикальной оси.Интервал времени, в течение которого световые лучи пересекают рабочую поверхность фотоэлектрического прибора 11, характеризует величину горизонтальной составляющей магнитного поля, а время от начала развертки до момента попадания луча на фотоэлектрический прибор 11 пропорционален вертикальной компоненте поля.Цикл измерения осуществляется следующим образом. Импульс с выхода генератора 15 тактовых импульсов открывает счет на измерителе 16 интервала времени. Одновременно этот импульс поступает на вход генератора 14 линейно изменяющегося тока и запускает развертку. Линейно изменяющий ся ток создает в отклоняющей катушке 13 линейно изменяющееся магнитное поле, которое поворачивает магнит 2 с закрепленным зеркалом 4. Свет, отраженный от подвижного зеркала 4 и неподвижных зеркал 5 и 6 и сфокусированный в фокальной плос- кости линзы 7 в виде четырех световых пятен, движущихся навстречу друг другу попарно по двум ортогональным направлениям, попадает на фотоэлектрические приборы 11 и 12, проходит по их рабочим поверхностям и собирается на светящейся щели 10 диафрагмы 8. Передний фронт импульса с выхода фотоэлектрического прибора 11 поступает на вход измерителя интервала времени 17 и открывает счет. Задний фронт этого импульса останавливает счет на измерителе 16 интервала времени и измерителе 17 интервала времени. Передний фронт импульса с выхода фотоэлектрического прибора 12 поступает на вход измерителя 18 интервала времени и запускает счет, а задний фронт этого импульса останавливает счет. Импульс сброса с генератора 15 тактовых импульсов переводит результаты счетах= 1 сд н 2 2 15 коэффициенты пропорциональности;интервал времени отначала развертки домомента компенсациикомпоненты в отклоняющих кольцах;время прохождениясветового луча по рабочей поверхности где 1 с, 1 с, 1 с -ь 11 с измерителей 16, 17 и 18 интервала времени на регистраторы 19, 20 и 21 соответственно и устанавливает генератор 14 линейно изменяющегося тока и измерители 16, 17 и 18 интервала 5 времени в исходное положение. В каждом цикле измерения на регистраторах 19, 20 и 21 фиксируются длительности временных интервалов Ь 1 Ь 12, дтпл7 2 3 соответственно. Эти длительности связаны с тремя компонентами вариаций измеряемого магнитного поля следующим образом: фотоэлектрическогоприбора 11;Ь С - время прохождениясветового луча порабочей поверхностифотоэлектрическогоприбора 12.Коэффициенты пропорциональностик , к определяются при эталонидровке прибора, а У 1 с2 заданная (например, линейная). функция своего аргумента, отражающая задан-. ную форму рабочих поверхностей элементов.Предлагаемое изобретение позволяет существенно уменьшить габариты и энергопотребление аппаратуры, измеряющей три компоненты магнитного поля Земли, что очень существенно при работе в автономном режиме н труднодоступных местах, на дне морей и океанов и т.д. Представление информации о трех компонентах магнитного поля в одном пакете импульсов во времяимпульсном коде поэволяет легко решить задачу дистанционной передачи информации., ВНИИПИ Государстпо делам изобр 13035, Москва, Жкогтит откр ская