Прямоотсчетный протонный магнитометр

Номер патента: 1124239

Авторы: Мехнин, Овчинников, Таширов

ZIP архив

Текст

(19) 111) 11 со ши сметр сссах. При)ний," 1965,д ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬПИИ Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) 1. Муха И,И. ЯМР-гауспрямым отсчетом поля в гауборы для научных исследоваВ 12, с. 143-144.2. Ливотов Л.Л. и дрбуксируемый магнитометр М"Геофизическая аппаратуравып. 69, с. 31-40. МорскойБМ.1979,3. Барышев В.И. и др, Прецизионный стационарный протонный магнитометр. -Геомагнетизм и аэрономия",1977, т. 17, В 6, с. 1104-1108 (прототип .,(54)(57) ПРЯМООТСЧЕТНЫЙПРОТОННЫЙ МАГНИТОМЕТР,содержащий датчик, блок управ,ления, усилитель, умножитель частоты,счетчик поля, таймер дискретизации,формирователь интервала измерениячастоты и опорный генератор, выходкоторого подключен к тактовым входам таймера и формирователя, вхо разрешения последнего соединен с управляющим выходом таймера, а выходс входом разрешения счетчика поля,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью повышения надежности и снижения энергопотребления, формирователь интервала измерения частотысостоит из счетчика с переключаемымоснованием счета, первого и второгоЗК -триггеров, входы синхронизации которых объединены между собойи со счетным входом счетчика и подключены к тактовому входу формирователя, вход опорного интервала формирователя соединен с входамн установки в нуль счетчика и первого тригера и с промежуточным выходом таймера, инверсный выход первого триггера подключен к входу разрешениясчетчика, 3 -входы обоих триггеровподключены к выходу перЕполнениясчетчика, управляющий вход которого соединен с прямым выходом второ;го триггера и с выходом формирователя, вход установки в нуль второго триггера соединен с входом разрешения формирователя.1 112423Изобретение относится к магнито-,метрической технике и предназначенодля высокоточных абсолютных измере"ний магнитной индукции, прежде все"го земного поля, и может применятьсядля изучения строения земной коры,околоземного пространства, в промысловой и разведочной геофизике,Известны прямоотсчетные протонныемагнитометры,например,ЯИР-гауссметрОс прямым отсчетом поля в гауссах И и магнитометр Ясодержащие датчик свободной прецессии,коммутирующее устройство, усилитель, ум"ножитель частоты, счетчик поля, опорный 15генератор и формирователь интервалаизмерения частоты, построенныйкакмногоразрядный делитель частотына триггерах с обратной связью,Недостатком указанных магнитомет" 20ров. является невозможность использования формируемых интервалов време"ни измерения частоты 2,34865 си 65,536 мс для получения интерваловдискретизации, кратных 1 с,которые 25нужны для учета текущего времени. Дляпостроения таймера дискретизациии часов в этих приборах требуетсяпараллельно работающий делительс другим коэффициентом деления,что сопряжено со значительной избы"точностью оборудования.Наиболее близким к предлагаемомуявляется прямоотсчетный протонный магнитометр, содержащий датчик, блокуправления, усилитель,умножитель часчтоты,.счетчик поля, таймер дискретиэа"ции, формирователь интервала измерения частоты и опорный генератор,Выход которого подключен к тактовым 40входам таймера и формирователя, входразрешения последнего соединен с управляющим выходом таймера, а выход "с входом разрешения счетчика поля 131Недостатком такого магнитометра является наличие двух параллельно: включенных каналов: таймера дискретизации и формирователя интервала из" мерения частоты, Формирователь выпол. нен на 22 триггерах, что повышает стоимость прибора, снижает его надежность и увеличивает потребление ,электроэнергии.Цель изобретения - повышение надежности и снижение энергопотребления %5Поставленная цель достигается тем, что в прямоотсчетном протонном магнитометре, содержащем датчик, блок управ 9 2ления, усилитель умножитель частоты,счетчик поля, таймер дискретизации,формирователь интервала измерения частоты и опорный генератор, выходкоторого подключен к тактовым,входам таймера и . формирователя,вход разрешения последнего соединен суправляющим выходом таймера, а выход - с входом разрешения счетчикаполя, формирователь интервала измерения частоты состоит из счетчика спереключаемым основанием счета, пер-,вого.и второго ЗМ -триггеров, входысинхронизации которых объединенымежду собой и со счетным входомсчетчика.и подключены к тактовомувходу формирователя, вход опорногоинтервала формирователя соединенс входами установки в. нуль счетчикаи первого триггера и с промежуточнымвыходом таймера, инверсный выходпервого триггера подключен к входуразрешения счетчика, М -входы обоихтриггеров подключены к выходу переполнения счетчика, управляющий входкоторого соединен с прямым выходомвторого триггера и с выходом формирователя, вход установки в нульвторого триггера соединен с входомразрешения формирователя.На чертеже изображена структурнаясхема магнитометра,Иагиитометр содержит последова.тельно соединенные датчик 1 свободной:ядерной прецессии, блок 2 управле.ния, усилитель 3, умножитель 4 частоты прецессии, счетчик 5 поля и устройство 6 регистрации, опорныйгенератор 7, таймер 8 и формирователь 9 интервала измерения частоты.формирователь включен так, что еготактовый вход 1 О объединен с тактовым входом таймера 8 и с выходомопорного генератора 7, опорный вход 11,формирователя 9 соединен с промежуточным выходом таймера 8, выход 12формирователя 9 подключен к входу разрешения счетчика поля, а вход 13разрешения формирователя 9 соединенс управляющим выходом таймера 8,Формирователь 9 интервала измерения содержит счетчик 14 с переключаемым основанием счета первый. ЗК -триггер 15 и второй ЗК -триггер 16, входы синхронизации которыхобъединены между собой и со счетным входом счетчика 14 и подключены к тактовому входу 10 формирова1124239 3теля 9, вход 11 опорного интервалаформирователя соединен с входамиустановки в нуль счетчика 14 и первого триггера 15 и с промежуточным выходом таймера 8, инверсный вы 5ход первого триггера 15 подключенк входу разрешения счетчика 14,Ж-входы обоих триггеров 15 и 16подключены к выходу переполнениясчетчика 14, управляющий вход которого соединен с прямым выходомвторого триггера 16 и с выходом 12формирователя 9, вход установки в.нуль. второго триггера 16,соединенс входом 13 разрешения формирователя 9.Прямоотсчетный протонный магнитометр работает следующим образом,Наличие в составе магнитометратаймера дискретизации позволяет ему 20работать автоматически; т.е. череззаданный промежуток времени осуществляется полный цикл операций по щеобразованию измеряемого поля в цифровой эквивалент в единицах. магнитной индукции. По истечении заданногоинтервала времени таймер 8 выдаеткоманду запуска блока 2 управления,который обеспечивает необходимыйцикл операций. Датчик 1 свободнойпрецессии отключается от входа усилителя 3 и подключается к источнику тока поляризации. По истечениивремени, необходимого для намагничивания протонного вещества датчика,ток выключается и датчик подключается к входу усилителя 3,. Усиленный сигнал свободной прецессии умножается в 1 раз с помощью . Умножителя4 .частоты, выходной сигнал, 40 последнего поступает на счетный вход счетчика 5 поля. На вход разрешения счетчика 5:поля поступает сигнал с выхода формирователя 9, длительность которого обеспечивает измерение 45 умноженной частоты в единицах магнитной индукции. Зависимость между интервалом измерения частоты и коэффициенФом, умножения частоты устанавливается соотношением 50-гидромагнитное отношение 55протона, физическая константа;= 0,2 хх 6,751301 (с нТл) 4- коэффициент умножения часто-ты прецессии,В - цена младшего разряда число-,вого эквивалента измеряемогополя.Для сокращения емкости счетчика с переключаемым основанием счета и тем самым минимизации его оборудования не-. обходимо задаться таким коэффициентом умножения к , чтобы Ь вычисленный по формуле, быn максимально близок к выбранному опорному интервалу, равному или кратному 1 с. Вычисленный интервал может быль большим или меньшим опорного интервала.В качестве примера примем щ100, т.е, погрешность дискретизации магнитометра 0,01 нТл, при2348, Й 1= 1,0003152 с", М = 2349 Й= 0,9998893 с.Принцип работы формирователя 9 заключается в деформировании опорно го интервала в большую или меньшую сторону. При этом емкость счетжка 14 и реализующее его оборудование оказываются тем меньшими, чем ближе формируемый интервал к опорному. Величина деформации равна суммарной длительности ( Ь - И ) периодов тактовых импульсов где и и значения оснований счета счетчика 14, переключаемых управляющим сигналом.Работа формирователя 9 начинается после перевода сигнала разрешения на входе 13 разрешения на нУлевой уровень. При наличии единичного уровня на входе 11 опорного интервала формирователя счетчик 14 и первый триггер 15 удерживаются в ну" левом состоянии. После перехода этого сигнала на нулевой уровень счетчик 14 считает тактовые интервалы, поступающие на вход 10. По приходе П,-го импульса на выходесчетчика появляется сигнал переполнения еди. ничного уровня, который разрешает изменение состояний триггеров на противоположные. В данном случае триггеры переходят в единичные состояния.Первый триггер 15 нулевым сигна лом на инверсном выходе останавливает счетчик 14 в состоянии "0", а вто- рой триггер единичным сигналом на прямом выходе второго триггера по управляющему входу счетчика 14 переключает его основание счета на пЗя одновременно этот сигнал разрешает работу счетчика 5 поля. Такое3состояние элементов Формирователясохраняется до изменения состояния :сигнала опорного интервала на вхо" де 11.В результате перехода сигнала в 5 единичное состояние первый триггер принимает нулевое состояние, разрешая тем самым работу счетчика 14 по входу У , состояния счетчика и второго триггера при этом не изме" няются.Опорный интервал заканчивается повторным переходом сигнала на входе 11 в нулевое состояние, в результате чего счетчик 14 досчитывает до состояния я 2 , в котором вновь формируется сигнал переполнения, раэ. решающий изменение состояний триггеров по ЭК -входам. Первый триггер 15 останавливает счетчик 14,20 а второй триггер 16 переходит в нулевое состояние и заканчивает формирование сигнала на выходе 12, чем останавливает счетчик 5 поля.Сигналы на тактовом входе 10 сфазированы относительно сигналов опорного интервала на входе 11, поэтому удлинение и укорочение опорного интер. вала происходит точно на (п- й) тактовых интервала с точностью до раз- З 0 ности времени включения и выключения триггера 16.Для рассмотренного выше примера длительность периода тактовых им-. пульсов на входе 10 должна быть Зр 5 мкс, а емкость счетчика 14 П2, О 65 для.й 1 = 1,0003152 с.Таким образом, предлагаемое решение позволяет значительно упростить Формирователь интервала измерения 40. частоты за счет отказа от многоразрядного делителя, выполненного с использованием быстродействующих и поэтому потребляющих значительную мощность логических элементов. Использование многоразрядных делителей предполагает прямую зависимость между точностью формирователя и частотой тактовых импульсов. Серьезным ограничением точности выступает при таком подходе возможность выполнения временных соотношений при построении обратной связи для органиэации сложных коэффициентов деления.Предлагаемое решение позволяет также разрешить противоречие между точностью и частотой тактовых импульсов. Так, в примере использование частоты 200 кГц позволяет измерять магнитную индукцию с погрешностью, не превьппающей 0,01 нТл, за счет точности формирования интервала измерения.Тактовая частота для формирователя на делителе при равной точности должна быть не ниже 5 мГц.Изобретение обеспечивает сокращение количества используемых быст- родействующих интегральных схем, печатных плат и разъемов для их включения в прибор, удешевление источников питания за счет снижения их мощности, снижение потребления электроэнергии, что особенно важно при использовании автономных источников, аккумуляторов и батарей, а также снижение трудоемкости изготовления прибораЭкономический эффект за счет снижения себестоимости прибора и годовой экономии в процессе эксплуатации составляет 1 тыс, руб.1124239 Составитель С.РыковТехред М, Гергель Корректор А. Зимокосов ВНИИПИ по дел 113035 лиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 едактор И. Рыбчен акаэ 827%/35 Тираж 710 осударствен изобретени Москва, ЖПодписноего комитета СССРи открытийРаушская наб., д. 4/5

Смотреть

Заявка

3638170, 02.09.1983

ИНСТИТУТ ГЕОФИЗИКИ УРАЛЬСКОГО НАУЧНОГО ЦЕНТРА АН СССР

ОВЧИННИКОВ ВИКТОР НИКИТИЧ, ТАШИРОВ ЕВГЕНИЙ ВАСИЛЬЕВИЧ, МЕХНИН СЕРГЕЙ НИКОЛАЕВИЧ

МПК / Метки

МПК: G01V 3/14

Метки: магнитометр, протонный, прямоотсчетный

Опубликовано: 15.11.1984

Код ссылки

<a href="https://patents.su/5-1124239-pryamootschetnyjj-protonnyjj-magnitometr.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентов СССР">Прямоотсчетный протонный магнитометр</a>

Похожие патенты