Устройство для измерения слабых геомагнитных полей

(5"а САНИЕ ИЗОБРЕТЕН ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СЛАБЫХГЕОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ(57) Изобретение относится к геофизическому приборостроению, в частности к магнитометрам, предназначеннымдля измерения постоянных геомагнитныхполей, и может быть использовано длярегистрации в движении локальныханомалий главного магнитного поляЗемли, создаваемых неоднородностяминерудной природы. Целью изобретения вляется повышение эффективности ре гистрации в движении слабых магнитных аномалий главного магнитного по ля Земли и повышение точности измерения. С этой целью в устройство введенсимметричный синхронный детектор ссумматором, выполненный по двухтактной схеме, вход которого соединен свыходом избирательного усилителя, авыход - с фильтром низких частот.Применен задающий кварцевый генератор с триггерным делителем частотына интегральных микросхемах. Последовательно и встречно измерительнойобмотке феррозонда подключен компенсатор магнитного поля, выполненныйпо схеме стабилизатора тока с токовымзеркалом с применением дифференциальной пары транзисторов, выполненныхна одной подложке. Синхронный детектор выполнен по компенсационной схе;ме на усилителе с коммутацией перемены знака выходного напряжения.2 з,п. ф-лы, 3 ил, 1347063Изобретение относится к геофиэическому приборостроению, в частности к магнитометрам, предназначенным для измерения постоянных геомагнитных полей,и может быть использовано для регистрации в движении локальных аномалий главного магнитного поля Земли, создаваемых неоднородностями нерудной природы. 10Цель изобретения - повышение эффективности регистрации в движении слабых магнитных аномалий главного магнитного поля Земли (ИПЗ), повышение точности измерения, чувствительности и термостабильности, быстродействия и помехоустойчивости, а также расширение диапазона измеренийНа фиг,1 показана структурная схема предлагаемого устройства, на Фиг.2- 2"график изменения вертикальной составляющей магнитного поля Е по исследуемому профилю на фиг.3 - геологический разрез месторождения карбонатного сырья.25Устройство содержит последовательно соединенные задающий кварцевыйгенератор 1, триггерный делитель 2частоты, усилитель 3 мощности, фильтр4 первого порядка, Ферроэондовый дат- Зочик 5, избирательный усилитель 6,симметричный синхронный детектор 7,сумматор 8, Фильтр 9 низких частот(интегратор), индикатор 10, самопишущий прибор 11, компенсатор 12 магнитного поля.На Фиг.2 приняты обозначения: Фоновые значения 13 магнитной индукциивертикальной составляющей, экстремальные значения 14 магнитнои индукции а на Фиг.3 - тектоническое нарушение 15, суглинки 16, известняк 17,Устройство работает следующим образом.Задающий генератор 1 выполнен по 45обычной схеме на инверторах, выведенных в линейный режим, в котором частота генерации стабилизирована кварцевым резонатором, настроенным начастоту 160 кГц. Триггерным делите- БОлем 2 частоты на интегральных микросхемах Формируются сигналы прямоугольной формы частотой 10 и 20 кГц.Транзисторный усилитель 3 мощностинеобходим для раскачки достаточногопо величине тока в возбуждающих обмотках феррозондового датчика,Сформулированный делителем 2 частоты сигнал прямоугольной формы частотой 10 кГц усиливается 2-х тактным усилителем 3 мощности и поступает на пассивный К.-С фильтр 4 первого порядка с бесконечно узкой полосой пропускания на частоте 10 кГц. В блоке фильтров 4 происходит преобразование Формы сигнала частотой 10 кГц из пря" моугольной в синусоидальную, близкую к резонансной частоте феррозондового датчика 5, работающего на этой частоте, В измерительной обмотке феррозондового датчика, который является активным индукционным преобразователем, при наличии постоянного геомагнитного поля возникает ЭДС удвоенной частоты (20 кГц). Эта частота пропорциональна разности измеряемого магнитного поля. Преобразованный в феррозондовом датчике сигнал поступает на вход избирательного усилителя 6, в котором частично выделенный полез ный сигнал усиливается и поступает на вход симметричного синхронного детектора 7, выполненного по компенсационной схеме на усилителе с коммутацией перемены знака выходного напряжения, Использование синхронного симметричного детектора 7, выходным каскадом которого является сумматор 8, позволяет обойтись без избирательных схем, вносящих фоновые искажения в полезный сигнал, уситывая полярность внешнего магнитного поля,Питание симметричного синхронного детектора осуществляется симметричным сигналом прямоугольной формы (меандром) частотой 20 кГц, сформулированным триггерным делителем 2 частоты через цепи согласования уровня ТТЛ с уровнями управления электронными ключами. Последние выполнены на полевых транзисторах. Продетектированный полезный сигнал (вторая гармоника ЭДС Феррозонда) симметричным синхронным детектором 7, выходным каскадом которого является сумматор 8, учитывающий полярность внешнего геомагнитного поля, поступает на вход блока фильтров 9 низких частот (ФНЧ второго порядка)В фильтрах 9 выделяется постоянная составляющая полезного сигнала, которая регистрируется индикатором 10 и самописцем 11,Сигнал ЭДС на сумматоре 8 всегда пропорционален измерению геомагнитно- го поля. Поэтому самописец 11 и индикатор 10 регистрируют изменения по1347063 50На участках профилей без неоднородностей вектора магнитной индукции у поверхности Земли (до 0,5 м высоты) располагаются равномерно под одинаковым углом к поверхности Земли. При наличии неоднородностей у поверхности Земли образуются участки сгущений и разрежений линий геомагнитной индукции. стоянной части естественного геомагнитного поля. С целью компенсации внешнего МПЗиспользуется компенсатор 12 внешнегомагнитного Поля, выполненный по схеместабилизатора тока с токовым зеркалом, с применением дифференциальнойпары транзисторов, включенных последовательно и вторично к измерительной обмотке феррозондового датчика 5,В компенсаторе МПЗ предусмотрены независимые ступенчатая и плавная регулировки, Использование компенсатораМПЗ позволяет феррозондовому датчику 15постоянно находиться на нулевом поле,что обеспечивает линейность на начальных участках. Применение дифференциальной пары транзисторов, выполненных на одной подложке, обеспечивает высокую термостабильность предлагаемого устройства.Устройство позволяет регистрировать изменения одной вертикальной(Н ) и двух горизонтальных (Ни Н) 25составляющих главного МПЗ. ИзмеренияНили Н осуществляются путем перемещения датчиков в соответствующихплоскостях,В качестве прибора-индикатора 10 З 0может использоваться стрелочный прибор электромагнитной системы, в качестве самопишущего прибора 11 - магнитофон соответствующей конструкции. 35Феррозонд посредством экранированного коаксиального кабеля переменной длины соединен с регистрирующим устройством индикатором, Регистрирующее устройство помещено в гетинансовый 40 корпус. На лицевой панели корпуса располагаются стрелочный индикатор 10 и выходные клеммы для подключения самописца 11.Оператор перемещает феррозондовый 45 датчик по исследуемому профилю на высоте до 0,5 м от поверхности Земли. Второй оператор осуществляет включение и.выключение устройства. При пересечении векторов магнитной индукции в феррозондовом датчике возникает разнополярная ЭДС, пропорциональная разности измеряемого геомагнитного поля, значения которой записываются самопишущим прибором.Таким образом, применение устройства для измерения слабых геомагнитных полей позволит эффективно осуществлять поиск слабомагнитных аномалий главного магнитного поля Земли 40-250 нТл, создаваемых неоднородностями нерудной природы в движении, и давать их количественную оценку. Кроме того, высокая частота возбуждения феррозонда приводит к расширению информационных возможностей устройства, так как при этом повышается верхняя граничная частота спектра измеряемого поля. По существу предлагаемое устройство является прецизионным нуль-индикатором, с помощью которого можно измерять компоненты геомагнитного поля. Высокая точность измерения и чувствительность, термостабильность и быстродействие выгодно отличают предлагаемое устройство от известного.Устройство может использоваться для регистрации магнитных предвестников оползневых процессов и землетрясений. Измерения устройством можно производить и в автомобильном варианте. Эффективность применения устройства заключается в точном обнаружении тектонических нарушений и карстов на глубинах 100-150 м. формула изобретения 1. Устройство для измерения слабых геомагнитных полей, содержащее последовательно соединенные задающий генератор, усилитель мощности, блок фильтров, феррозондовый датчик, избирательный усилитель, синхронный детектор, фильтр низких частот и измерительный прибор, о т л и ч а ю - щ е е с я тем, что, с целью повышения эффективности регистрации в движении слабомагнитных аноманий главного магнитного поля Земли и повышения точности измерения, быстродействия и помехоустойчивости, син1347063 5хронный детектор выполнен по компенсационной схеме на усилителе с комму тацией перемены знака выходного напряжения, причем выходным каскадом синхронного детектора является сумматор. 2. Устройство по п.1, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения чувствительности и термостабильности, задающий генератор выполнен с кварцевым резонатором и содержит триггерный делитель частотына интегральных микросхемах.3. Устройство по п.1, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что, с целью 5расширения диапазона измерений, последовательно и встречно измерительной обмотке феррозонда подключенкомпенсатор магнитного поля, выполненный по схеме стабилизатора токас токовым зеркалом с применениемдифференциальной пары транзисторов,выполненных на одной подложке..О Составитель В,Зве Техред И,Попович дактор И.Горна орректор Л.Пилипенко. Тираж 729Государственного комитетапо делам изобретений и открытий3035, Москва, Ж, Раушская наб Заказ 5119 одписн СР