Протонный магнитометр

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 19) 111 04 С 01 КЗЗ/ г ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ЗОБРЕТЕНИЯТЕЛЬСТВУЩ -ащ(71) Научно-производственное обънение по рудной геофизике "Рудгефизика"(56) Авторское свидетельство СССУ 705989, кл. С 01 К 33/ОО, 1979Авторское свидетельство СССР9 938224, кл. С 01 К 33/00, 1982 диотноситсяний. Предуля индей. Целчности роизме ПИСАНИЕ(54) ПРОТОННЫЙ МАГНИТОМЕТР (57) Протонный магнитометр к области магнитных измере назначен для измерения мод кации слабых магнитных пол изобретения - повышение то измерений при работе в быс няющихся полях с большими градиентами. Для достижения поставленной цели в устройство введены катушка индуктивности 6, блок настройки 7, усилитель 8, блок согласования 9. Кроме того, устройство содержит датчик 1 с блоком настройки, усилитель 2, блок обработки сигнала 3, формирователь тока поляризации 4, командный блок 5. Возможная величина скорости изменения поля при допустимойоошибке синхронизации Ьд (20 составляет 1100 Гч/с или 520 н Тл/м. Эта величина превышает практически существующие градиенты геомагнитного поля и не зависит от времени поляризации и, соответственно, от длительности циклов магнитометра, что позволяет работать в полях с градиентами, достигающими нескольких сотен нТл/м, без потери точности. 4 ил.Изобретение относится к магнитнымизмерениям и предназначено для измерения модуля индукции слабых магнитных полей и, в частности, можетбыть использовно для измерения геомагнитного поля с градиентами, достигающими сотен нТл/м.1 ель изобретения - повышение точности измерений при работе в быстроизменяющихся полях с большими градиентами,На фиг.1 представлена функциональная схема протонного магнитометра; на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие работу протонногомагнитометра; на фиг.З - блок обработки сигнала (вариант); на фиг.4блок настройки (вариант),Протонный магнитометр (Фиг.1) со держит датчик 1 с блоком настройки, первый усилитель 2, блок 3 обработки сигнала, формирователь тока поляризации 4, командный блок 5, катушку индуктивности 6, второй блок настройки /, второй усилитель 8, блок согласования 9, причем первый вывод 10 катушки индуктивности 6 соединен с выходом второго блока настройки 7, вход которого подключен к третьему 30 выходу командного блока 5, второй вывод 11 катушки индуктивности б соединены через блок согласования 9 с выходом первого усилителя 2, третий вывод 12 катушки индуктивности б соединен с входом второго усилителя 8, выход которого подключен к третьему входу блока 3 обработки сигнала.Блок 3 обработки сигнала (фиг.З) состоит из умножителя частоты 13, 40 схемы синхронизации 14, пересчетной схемы 15 и счетчика 16, при этом первый вход блока 3 обработки сигнала служит входом умножителя частоты и первым входом схемы синхронизации, выход умножителя частоты соединен с входом счетчика и вторым входом схемы синхронизации, второй и третий входы блока обработки сигнала 3 являются соответственно третьим и четвертым входами схемы синхронизации, выход которой соединен со входом пересчетной схемы, выход пересчетной схемы является первым выходом блока обработки сигнала 3, а выход счетчика служит вторым выходом блока 3 обработки сигнала.Второй блок настройки 7 (фиг,4)состоит из конденсаторов настройки 17, - 17 и ключей 18,-18 , причем все конденсаторы 17, -17 первыми выводами объединены в общую шину, служащую выходом блока настройки, а вторыми выводами соединяются с первыми рабочими контактами ключей 18,-18, вторые рабочие контакты которых объединены в общую шину, соединенную с землей, а управляющие входы ключей образуют вход блока настройки.Протонный магнитометр работает следующим образом.После окончания тока поляризации, создаваемого формирователем 4 тока поляризации, образующийся сигнал ядерной прецессии выделяется колебательным контуром, образованным катушкой и конденсаторами блока настройки датчика в блоке 1. Принципиальная схема блока настройки представлена на фиг.4. Выделенный контуром сигнал усиливается первым усилителем 2, образующим с блоком 1 основной усилительный канал.1Выходной сигнал первого усилителя 2 через блок согласования 9, выполненный, например, в виде резистивного делителя,.не создающего Фазовых сдвигов в диапазоне рабочих частот магнитометра, поступает во второй усилительный канал, состоящий из колебательного контура, образованного катушкой индуктивности б, вторым блоком настройки 7 и вторым усилителем 8 (в частном случае выводы 10-12 катушки индуктивности 6 могут быть объединены). При этом, катушка индуктивности 6 и второй блок настройки 7 обладают электрическими характеристиками, идентичными электрическим характеристикам датчика 1 с блоком настройки, а первый и второй усилители имеют одинаковые Фазочастотные характеристики. Таким образам, при включении одинаковых настроечных элементов в обоих колебательных контурах, оба усилительных канала создают одинаковый Фазовый сдвиг Ьу, а разность фаз между их выходными сигналами равна Фазовому сдвигу, создаваемому каждым каналом в отдельности, т.е, йц . Сигналы обоих усилительных каналов с выходов усилителей 2 и 8 поступают в блок обработки сигнала (БОС), выполненный, например, по Функциональной схеме, представленной на Фиг.З, на входы схемы синхронизации 14, с целью оп 1287065ределения фазового сдвига у . Кроме того, сигнал с выхода первого усилителя 2 поступает на вход умножите . ля 13 частоты, который в совокупности со счетчиком 16 образует преобразователь частоты прецессии в цифровой код магнитной индукции.Сразу по окончании измерения частоты прецессии командный блок 5 вырабатывает сигнал, разрешающий работу 10 схемы синхронизации 14 блока 3 обработки сигнала. Схема синхронизации 14 начинает пропускать импульсы умноженной частоты на вход пересчетной схемы 15 синхронно с ближайшим, например, отрицательным фронтом выходного сигнала первого усилителя 2. ,Пересчетная схема 15 имеет коэффициент пересчета, равный коэффициенту умножения И умножителя 13 частоты, 20 поэтому частота ее выходного сигнала практически совпадает с частотой сигнала прецессии, а фаза определяется начальным состоянием пересчетной схемы 15 и моментом начала поступления на ее вход импульсов умноженной частоты. Начальное состояние пересчетной схемы 15 определяется кодом предварительной установки, который подбирается при настройке прибора и зависит от конкретных характеристик катушки датчика. Этот код может задаваться внешним переключателем.или жестко фиксироваться на входах предварительной установки пересчетной схемы 15. Пересчетная схема, представляющая собой делитель частоты, может быть йыполнена, например, на базе четырех разрядных реверсивных двоичных счетчиков типа К 155 ИЕ 7. 40 При этом код начального состояния поступает на установочные входы (Д), а умноженная частота поступает на счетный вход счетчика. Поступление импульсов умноженной частоты на вход 45 пересчетной схемы 15 продолжается до появления ближайшего отрицательного фронта сигнала, поступающего с выхода . второго усилителя 8, который прекращает их поступление и, .соответствен но, работу пересчетной схемы до прихода следующего одноименного фронта сигнала на выходе первого усилителя 2, вновь разрешающего работу пере- счетной схемы. Таким образом, вво дится опережающий фазовый сдвиг выходного сигнала пересчетной схемы 15 по отношению к сигналу на выходе первого усилителя 2. Этот фазовый сдвиг определяется временным интервалом между одноименными фронтами сигналов первого 2 и второго 8 усилителей, а значит и равен Ьср (фиг.2). Следовательно, выходной сигнал пересчетной схемы 15 совпадает по фазе с истинным сигналом прецессии. Он включает формирователь тока поляризации 4 своим ближайшим отрицательным фронтом, следующим за командой "Поляризация", поступающей от командного блока 5.Временная ошибка при включении тока поляризации в устройстве определяется задержкой между моментом запуска схемы синхронизации и моментом начала команды "Поляризация" с, поступающей из командного блока 5. Эта задержка не превышает 5-10 мс, причем образующийся за это время фазовый сдвиг, вызванный изменением поля, не содержит составляющих, обусловленных начальной частотной расстройкой и фазовыми сдвигами .в канале усиления и преобразования частоты прецессии и определяется по формулес 2 ьЬ =К - , Отсюда К = -- где К - ско 2 сф3рость изменения поля.Возможная величина скорости изменения поля при допустимой ошибке синхронизации ь 20 составляет 1100 Гц/с или 520 нТл/м. Эта величина превышает практически существующие градиенты геомагнитного поля и не зависит отвремени поляризации и соответственно от длительности циклов магнитометра, что позволяет работать в полях с градиентами, достигающими несколькихсотен нТл/м без потери точности,Формула изобретенияПротонный магнитометр, содержащийдатчик с блоком настройки, первыйусилитель, блок обработки сигнала,формирователь тока поляризации икомандный блок, причем выход датчикасоединен с входом первого усилителя,выход которого подключен к первомувходу блока обработки сигнала, первый выход которого соединен с первымвходом формирователя тока поляриэации, выход которого соединен с входом датчика, второй вход формирователя тока поляризации подключен к первому выходу командного блока, . второй выход которого соединен свторым входом блока обработки сигнала, о т л и ч а ю щ и й с я тем, 1287065что, с целью повышения точности измерения, он снабжен катушкой индуктивности, вторым блоком настройки,вторым усилителем и блоком согласования, причем первый вывод катушкииндуктивности соединен с выходомвторого блока настройки, вход которого подключен к третьему выходукомандного блока, второй вывод катушки индуктивности соединен с выходом блока согласования, вход которого подключен к выходу первого усилителя, третий вывод катушки индуктивности соединен с входом второго 5 усилителя, выход которого подключенк третьему входу блока обработки сигнала, второй выход которого является выходом магнитометра, а четвертый вывод катушки индуктивности соединен, с общей шиной.12870 б 5 бие нОСпКОУИ Составитель В,ШульгинТехред Л.Сердюкова Корректор С.Шекмар Редактор И.Сегля каз 7712/48 роизводственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул,Проектная,Ря кОРОК 8 иОВО Г 7Тираж 730 Л ВНИИПИ Государственного комитепо делам изобретений и откр 113035, Москва, Ж, Раушская К амгуаМРдуктцднйсм дписноеа СССРтийнаб., д