Устройство для измерения пространственных производных поля

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН А П 9 1 К 33/02 МИТЕТ ССС Й И ОТНРЫ ГОСУДАРСТВЕННЫИ ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТ ТЕНИЯ ИЗО ПИ А ти К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Ленинградский электротехнический институт им. В.И, Ульянова (Ленина)(56) Авторское свидетельство СССР У 1095117, кл. С 01 К 33/022, 1979.групп .М. Рга 11 щ С.Р, Асчапсей Бцрегсопо 1 цсг 1 п 8 8 гадюше 1 ег /пидпегошегег аггауз апй а.поче 1 з 1 епа 1 ргосеэз 1 п 8 гесЬпщце.1 ЕЕЕ Тгапэ оп Маепег 1 сз,ъо 1. МАС, Р 2, МагсЬ 1975(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННЪХ ПРОИЗВОДНЪХ ПОЛЯ(57) Изобретение относится к средствам регистрации тонкой структуры магнитного поля в ближней зоне источника и может быть использовано для измерения первых производных пространственных производных компонент вектора напряженности магнитного поля.Цель изобретения - повышение точносвыполняемых измерений, Устройство содержит систему магнитометрическихпреобразователей 1-7, два коммутатора 8 и 10, усилитель 9 и регистрирующий прибор 11. К существенным преимуществам предложенного устройствадля измерения пространственных производных поля является то, что величинабазы для всех градиентометров новогоустройства постоянна. Это дает воэможность реализовать оптимальную ве13 личину базы градиентометра. Кроме того, предлагаемое устройство имеет пространственную структуру расположения магнитометрических преобразователей, что уменьшает зависимость точности измерений от взаимного распо 20779ложения источника поля и измерительного устройства. Схема расположения магнитометрических преобразователей 1-7 в пространственной прямоугольной системе координат приводится в описании изобретения. 2 ил.1Изобретение относится к средствам магнитных измерений, а именно к средствам регистрации тонкой структуры магнитного поля в ближней зоне источника, и может быть использовано для измерения первых пространственных производных компонент вектора напряженности магнитного поля, являющихся важным информативным параметром поля с точки зрения возможности дистанционной 10 диагностики параметров источника магнитного поля.Цель изобретения - повышение точНости измерений пространственных производных напряженности поля. 15На фиг. 1 изображена схема расположения магнитометрических преобразователей в пространственной прямоугольной системе координат; на фиг,2 - функциональная электрическая схема 20 предлагаемого устройства,Устройство для измерения пространственных производных поля содержит систему магнитометрических преобразователей, размещенных на немагнитном25 основании так,что центры симметрии первого 1 и второго 2 магнитометрических преобразователей лежат на первой горизонтальной оси пространственной прямоугольной системы координат, 30 центр симметрии третьего магнитооптического преобразователя 3 лежит на второй горизонтальной оси указанной системы координат на одинаковом расстоянии от центров симметрии первогои второго 2 магнитометрических преобразователей, а магнитные оси первого 1, второго 2, третьего 3 и четвертого 4 магнитометрических преобразователей параллельны второй горизон тальной оси системы координат, центры симмегрии пятого 5 и шестого 6 магнитометрических преобразователей лежат на горизонтальной прямой, па 2раллельной первой горизонтальной оси пространственной прямоугольной системы координат, а магнитные ося пятого 5, шестого 6 и седьмого 7 магнитометрических преобразователей направлены вертикально, причем первые выводы первого 1 и второго 2, третьего 3 и четвертого 4, пятого 5 и шестого 6 магнитометрических преобразователей соединены, первый коммутатор 8, первый и второй контакты первой, второй и третьей пары входных контактов которого соединены соответственно с вторыми выводами первого 1 и второго 2, третьего 3 и четвертого 4, пятого 5 и шестого 6 магнитометрических преобразователей, а первый контакт четвертой пары соединен с вторым выводом седьмого магнитометрического преобразователя 7, и соединенные последовательно с первым коммутатором усилитель 9, второй коммутатор 10 и регистрирующий прибор 11, каждый иэ входов которого подключен к соответствующему выходному контакту второго коммутатора 10Центр симметрии третьего магнитометрического преобразователя 3 расположен в вершине равностороннего треугольника, основанием которого является отрезок, соединяющий центры симметрии первого 1 и второго 2 магнитометрических преобразователей, центр симМетрии четвертого магнитометрического преобразователя расположен в вершине тетраздра, основанием которого является указанный равносторонний треугольник, центры симметрии пятого 5 и шестого 6 магнитометрических преобразователей расположены на вертикальных прямых, проходящих через центры симметрии соответственно первого 1 и второго 2 магнитометрических преобразователей над ними, центр симметрии седьмого магнитометрического(3 нитометрических пре 3 1320 преобразователя 7 расположен на вертикальнои оси пространственной прямоугольной системы координат в вершине равностороннего треугольника, основанием которого является гориэонталь 5 ный отрезок, соединяющий центры пятого 5 и шестого 6 магнитометрических преобразователей, Первые выводытретьего 3 и четвертого 4 магнитометрических преобразователей подключенык первым 10 выводам первого 1 и второго 2 магнитометрических преобразователей,первый вывод седьмого 7 магнитометрического преобразователя соединен с первыми выводами пятого 5 и шестого 6 магии тометрических преобразователей, второй контакт четвертой пары входных контактов первого коммутатора 8 подключен к второму выводу пятого 5 магнитометрического преобразователя, а первый и второй контакты пятой, шестой, седьмой, восьмой и девятой пары входных контактов первого коммутатора 8 подключены соответственно к вторым выводам седьмого 7 и шестого 6, )5 первого 1 и четвертого 4, второго 2 и четвертого 4, третьего 3 и первого 1, третьего 3 и второго 2 магнитометрических преобразователей,Устройство работает следующим об О разом.Напряжение на выходе магнитометрических преобразователей 1 - 4 пропорционально компоненте Нх, а напря- з жение на выходе преобразователей 5 -35 7 пропорционально компоненте Н напряженности измеряемого магнитного поля. Магнитометрические преобразователи объединены в девять пар и включены встречно. В результате на девять пар входных контактов, первого коммутатора 8 поступают напряжения, пропорциональные разности выходных напряжений магнитометрических преобразователей соответствующей пары45ц,6(Нх - Нх) юЦ = м,(н - Н 4).Ц, =К(Н 7 - Н)Ц = (н - Н);где ЦК=1-9) - йапряжение на К-мвходе первого коммутатора 8;4 х - ЧУВСтВИтЕЛЬНОСтЬ МаГ 4образователей, измеряемая в В м/А; - величины компонент вектора напряженности поля в месте установки К-го магнитометрического преобразователя,Первый коммутатор 8 последовательно подает на вход усилителя 9 напряжения ц, которые затем поступают навход второго коммутатора 10, работающего синхронно с первым.Таким образом, предлагаемое устройство позволяет измерить девять величин, ц, пропорциональных производным компонент поля Н, измеренным вразличных пространственных направлениях. Существующие алгоритмы определения параметроВ источника поля используют в качестве исходной информации значения пяти независимых компонент тенэора Я, а именно Я,. Я,Ох э 0и Я, Все перечисленныекомпоненты могут быть получены изизмеренных величин цк с помощью следующих элементарных операций: 1х= ц 1334+ц+ц 7) е1(2) ЧИ=-й-Я,.), где 0.,=-2(Ц. + Ц,) 412Перечисленные операции являются составной частью алгоритма решения обратной задачи на ЭВМ.В устройстве величина базы Ь для всех градиентометров постоянна и на ее минимальную величину не накладывается таких жестких ограничений как в прототипе. Математические операции, необходимые в соответствии с (2) для определения пяти независимых компонент тензора Я по девяти измеренным значениям, увеличивают величины ошибок определения некоторых иэ этих компонент и делают их равными: для 0 хх бхх = Гф для Яхц -х = 1 для Сх-бх = "Г 3, для Я-б= 2, для ОЦ, = 1Среднеквадратичная ошибка измерения компонент тензора Я определяется по формуле5 13Величина базы для всех градиентометров предлагаемого устройства постоянна. Это дает возмбжность реализовать оптимальную величину базы градиентометра, которая всегда имеет место в реальных условиях при заданных значениях чувствительности градиентометров и дальности до источника.1 роме того, новое устройство имеет пространственную структуру расположения магнитометрических преобразователей, что уменьшает зависимость точности измерений от взаимного расположения источника поля и измерительного устройства. Формула изобретения Устройство для измерения пространственных производных поля, содержащее первый коммутатор, выход которого соединен через усилитель с входом второго коммутатора, выход которого соединен с входом регистрирующего прибора, и систему магнитометрических преобразователей, размещенных на не- магнитном основании, причем центры симметрии первого и второго магнито- метрических преобразователей размещены на первой горизонтальной оси пространственной прямоугольной системы координат, магнитные оси первого, второго, третьего и четвертого магнитометрических преобразователей параллельны второй горизонтальной оси пространственной прямоугольной системы координат, а магнитные оси пятого и шестого магнитометрических преобразователей расположены на горизонтальной прямой, параллельной первой горизонтальной оси пространственной прямоугольной системы координат, а магнитные оси пятого, шестого, и седьмого магнитометрических преобразователей расположены параллельно вертикальной оси пространственной прямоугольной системы координат, причем первые выводы первого, третьего и пятого магнитометрических преобразователей соединены соответственно с первыми выводами второго, четвертого и шестого магнитометрических преобразователей, вторые выводы первого, второго, пятого и шестого, третьего и четвертого магнитометрических преобразователей соединены, соответственно, с первым и вторым контактами первой пары входных контактов, первым и вторым контакта 20779 . 6 ми второй пары входных контактов ипервым и вторым контактами третьейпары входных контактов первого коммутатора, первый контакт четвертойпары входных контактов которого соединен с первым выводом седьмого магнитометрического преобразователя,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, сцелью повышения точности измерений, Ю центр симметрии третьего магнитометрического преобразователя расположенв вершине равностороннего треугольника, основанием которого является отрезок, соединяющий центры симметрии 15 первого и.второго магнитометрическихпреобразователей, центр симметриичетвертого магнитометрического пре рбраэователя расположен в вершине тетраэдра, основанием которого являетсяуказанный равносторонний треугольник,центры симметрии пятого и шестогомагнитометрических преобразователейрасположены на вертикальных прямых,проходящих через центры симметрии со ответственно первого и второго магнитометрических преобразователей, надними, центр симметрии седьмого магнитометрического преобразователя расположен на вертикальной оси простран- ЗО ственной прямоугольной системы координат в вершине равностороннего треугольника, основанием которого служит горизонтальный отрезок прямой,соединяющей центры симметрии пятогои шестого магнитометрических преобразователей, причем первые выводы третьего и четвертого магнитометрических преобразователей соединены с первыми выводами третьего и четвертого 40 магнитометрических преобразователей,первый вывод седьмого магнитометрического преобразователя соединен спервыми выводами пятого и шестогомагнитометрическихпреобразователей, 45 второй вывод - с первыми контактамичетвертой и пятой пар входных контактов первого коммутатора, первые контакты шестой и седьмой пары входныхконтактов первого коммутатора соеди О нены соответственно с вторыми выводами первого и второго магнитометрических преобразователей первые контактывосьмой и девятой пар входных контактов соединены с вторыми выводами тре тьего магнитометрического преобразователя, вторые контакты третьей ичетвертой пар входных контактов соединены соответственно с вторыми выводами пятого и шестого магнитометри1320779 . 8и девятой пары входных контактов первого коммутаторасоединены, соответственно, с вторыми выводами первого б- и второго магнитометрических преобразователей. 7ческих преобразователей, а вторые контакты шестой и седьмой пар входных контактов - с вторыми выводами четвертого магнитометрического прео разователя, вторые контакты восьмой оставитель Е. А ехред В.Кадара Корректор М. Шарош едактор Е. Копаказ 2657/50 Тираж 730 сударствен изобретен Ж, Ра Подписиого комитета СССРий и открытийушская наб., д. 4/5 ВНИИПИ по дел 13035, Моск изв венно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектна