Градиентометр

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕИЛЬСТВУ Союз Советским Социвлистическив Республик(51)М К 3 С 01 й 33/022 Государственный комитет СССР но делам изобретений и открытий(54) ГРАДИЕНТОМЕТР а й Ь ВдВгф Ь"у 30 Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для определения местоположения и Магнитного момента магнитного диполя.Известно устройство, содержащее 5 жесткое немагнитное основание, дваквантовых магниточувствительных преобразователя, разнесенных в пространстве и установленных на жестком не- магнитном основании, электронный 1 О блок, входы которого подключены к выходам упомянутых преобразователей, а выход - к регистрирукщему прибору 1 .Недостатком известного устройства является то, что при наличии геомагнитного поля и его вариаций им невозможно определить магнитное поле магнитного диполя, местоположение этого диполя и его магнитный 20 момент, так как выходной сигнал с электронного блока пропорционален не разности магнитных полей созданных только магнитным диполем в месте измерения, а разности модулей 25 сумм векторов геомагнитного поля и. полей магнитного диполя в двух точках пространства, т.е. 2где В - разность модулей векторов индукций магнитных полей в двух точках пространства; Вг - вектор индукции геомагнитного поля; В и Вв векторы магнитных индукций магнитного диполя в двух точках пространства.Наиболее близким к предлагаемому яВляется устройство, которое содер" жит жесткую немагнитную опору, два основных однокомпонентных магниточувствительных преобразователя, расположенных на этой опоре, оси которых совпадают с одной из осей прямоугольной пространственной системы координат, неподвижной относи,тельно жесткой немагнитной опоры, основной синхронный детектор, источник переменного тока, выходы которого подключены к входу коммутации синхронного детектора и входам магниточувствительных преобразователей, три параллельных С - контура, включенные между выходами источника переменного тока и входами магниточувствительных преобразователей.Входы основного синхронного детектора подключены к выходам магниточувствительных преобразователей, В известном устройстве магннточувствительные преобразователи снабженыдвумя сердечниками с последователь-, но соединенными обмотками компенсации и последонательно соединенными эбмотками возбуждения, при этом обмотки возбуждения эашунтированы двумя последовательно соединенными практически равными резисторами, а между общими контактами последовательно соединенных резисторон и обмоток возбуждения включена первичная обмотка трансформатора магнитного поля, Концы последовательно соединенных обмоток возбуждения являются входами и выходами магниточувствительных преобразователей 121.Недостатком предлагаемого устройства является то, что оно не обеспечивает высокой точности определения магнитного поля магнитного диполя, местоположения магнитного диполя и его магнитного момента.Цель изобретения - повышение точности определения магнитного поля магнитного диполя, его местоположения и магнитного момента.Указанная цель достигается тем, что градиентометр, содержащий жесткую немагнитную опору, дна основных однокомпонентных магниточунствительных преобразователя, расположенных на этой опоре, оси которых совпадают с одной из осей прямоугольной пространственной системы координат, неподвижной относительно жесткой немагнитной опоры, основной синхронный детектор, регистрирующие приборы и источник переменного тока, снабжен дополнительными однокомпонентными магниточувствительными преобразователями, дополнительными синхронными детекторами, источником опорного напряжения, поворотной системой, соединенной с жесткой немагнитной опорой, и вычислительным блоком, входы которого подключены к выходам синхронных детекторов и источника опорного напряжения, а выходы в .к входам регистрирующих приборов, при этом все магниточувствительные преобразователи расположены на жесткой немагнитной опоре группами, каждая иэ которых состоит из трех магниточунстнительных преобразователей,ось одного иэ которых совпадает с одной из осей упомянутой системы координат, ось второго параллельна второй ее оси, а ось третьего параллельна третьей ее оси, магниточувствительные преобразователи каждой группы расположены симметрично магниточувстнительным преобразователям любой другой группы, ныходы преобразователей каждых двух групп, оси которых параллельны или соосны подключены к первым двум входам синхронных детекторов, а выходы коммутаций дополнительных синхронных детекторов подключены к источнику переменного тока, выходы которого подключены к;=12(д+-Р), где Еса Число групп магниточувстнительных преобразонателей н предлагаемом устройстве зависит от того, движетея ли диполь 28 или нет, Для определения местоположения движущегося магнитного диполя 28, его магнитного момента и магнитного поля этого ди 65 входам дополнительных преобразова.телей,На чертеже изображена структурнаясхема градиентометра.Градиентометр содержит основныемагниточувствительные преобразователи 1 и 2, дополнительные магниточувствительные преобразователи 3-12,основной синхронный детектор 13 идополнительные синхронные детекторы14-18, источник 19 переменного тока,выходы которого подключены к входампреобразователей 1-12, источник20 опорного напряжения, регистрирующие приборы дальности 21, направления 22, магнитного момента 23 имагнитного поля 24, вычислительныйблок 25, входы которого подключенык выходам детекторов 13 - 18, авыходы - к регисторирующим приборам21 - 24, жесткую немагнитную опору26, поворотную систему 27, соединенную с опорой 26 в точке О, которая является началом прямоугольнойпространственной системы координатх, у, г с осями Ох, Оу, Ог при этомупомянутая система координат неподвижна относительно жесткой немагнитной опоры 26. Оси основныхпреобразователей 1 и 2 и дополнительных преобразователей 7 и 8 совпадаютс осью Ог прямоугольной простран) / уственной системы координат х, у, гс ОсЯми Ох, Оу 02, при этОм УПОмянутая система координат неподвижна относительно жесткой немагнытной опоры 26. Оси дополнительныхпреобразователей 5 и 6, 11 и 12 параллельны оси Ох , а оси преобразователей 3 и 4, 9 и 10 параллельныоси Оу, Все магниточувствительныепреобразователи расположены на жесткой немагнитной опоре 26 группами.Все группы магниточувстнительныхпреобразователей (1,3,5), (2,4,6),(7,9,11) и (8,10,12) измеряет магнитное поле н объемах, ограниченныходинаковыми геометрическими фигурами, центры которых К, , М, М расположены на оси Ог, Длина каждого иэотрезков К 1. и ММ имеет значение равное 1. Расстояние между точками А иР, расположенными на серединах отрезков К(. и М 11 имеет значение равноеа расстояние между точкой 0 и Р -д. Минимальное расстояние между магнитным диполем 28 и точкой Р равнозначениюуг ссЕсЛ 30 35 40 В . ЪФ 2(д+ - а) 1 ти н 2 максимальное зна 5 о8 н ау)и есй4 поля необходимо четыре группы магниточувствительных преобразователей,а для определения тех же параметровнеподвижного дилоля 28 достаточнодве группы упомянутых преобразователей,Градиентометр работает следующимобразом.Каждый из магниточувствительныхпреобразователей реагирует толькона проекцию вектора магнитной индукции на свою ось. С выходов каждой пары преобразователей 1 и 2, 3 и4, 5 и 6, 7 и 8, 9 и 10, 11 и 12поступают сигналы на первые входысинхронных детекторов 13 - 18, пропорциональные разностям проекцийвекторов индукций магнитных полей д, ьбдЬ;ДВ ;ЬВ ;дВ / на оси упомянутых преобразователей,В таком случае на первые входы синхронного детектора 13 поступаетсигнал пропорциональный ДВ, , напервые входы синхронного детектора14 поступает сигнал пропорциональный ДВ,у , на первые входы синхронного детектора 15 поступаетсигнал пропорциональный ЬВгс с напервые входы синхронного детектора16 поступает сигнал пропорциональный Вг на первые входы синхронного детектора 17 поступает сигналпропорциональный ДВ и на первыевходы синхронного детектора 18поступает сигнал пропорциональныйЬВКс, С выхода источника опорногонапряжения 20 подаются постоянныесигналы, на вход блока 25. В вычислительном блоке 25 осуществляетсяопределение модуля разности векторов индукции магнитного поля магнитного дилоля 28 между точками К ипо формуле Значения ДВ с блока 25 подаются на регистрирующий прибор направления 22. Показания прибора 22 пропорциональны ДВ. Поворотная система 27 обеспечивает вращение жесткой немагнитной опоры 26 относительно точки О в двух ортогональных плос.костях хОг и уОг прямоугольной пространственной системы координат с осями Ог, Оу, Ог, осуществляя при этом поиск такогр направления оси Ог , когда значение ДВг будет наибольшим. В этом случае направление на магнитный диполь 8 совладает с направлением оси Ог , таккак 5 10 20 25йЕсли расстояние от магнитного ди- поля 28 до точки Р выбрать из соот- ношения то максимальное значение мОдуля градиента магнитного диполя 28 в точке Р будет в том случдес когда ось Огс проходит через упомянутый дипольНа практике градиент магнитного поля определяют путем деления разности измеренных магнитных полей в двух точках пространства К и ). на расстояние 1 между ними. Выбор значения ) определяется порогом чувствительности преобразователей требуемым порогом чувствительности градиентометра, степенью неоднородности вариаций магнитного поля, обусловленных, например, промышленными помехами и т,д, Поэтому в градиентометре для повышения точности определения направления на магнитный диполь 28 выбирают минимальное расстояние от упомянутого диполя до точки Р иэ соотношенияг, Хг И -Е).гПри этом точка К удалена от диполя 28 на расстоянии В устройстве оси преобразователей 1 и 2, 7 и 8 (ось Ог ) совпадают с направлением градиента диполя 28 в точке Р лишь в тех случаях, когда направление магнитного момента дкполя 28 совладает, противоположно или орстогонально оси Ог.Как уже было замечено ранее, угол между направлением оси Ог на диполь 28 не превышает 14 , поэтому лри чение ДВ будет также в том случае,скогда ось Ог направлена на магнитный диполь 28. Сигнал, пропорциональный Ь Вс с вы хода блока 25 поступает на регистри рующий прибор направления 22. Мак,симальное значение дВс на выходе прибора 22 является индикатором тог что оси преобразователей 1 и 2, 7 и (осьОг ) направлены на диполь 28. Регистрирующий прибор направления 22 показывает также угловое положеение оси Ог в прямоугольной простра ственной системе координат с осями Ох, Оу и Ог. Для этого с выхода поворотной системы 27 поступают на блок 25 сигналы (на чертеже не пок зано) пропорциональные положению опоры 26 (осей Ог, Оуи Ох), в систем координат с осями Ох, Оу и Ог,В вычислительном блоке 25 осуществляется определение расстояния до магнитного диполя 28. При этом за истинное значение расстояния до диполя 28 от точки Р принимается значение ге; , т.е, такое расстояние, когда ось Ол направлена на упомянутый диполь.Значение г 1; определяется в вычислительном блоке 25 по значению Ь и по наибольшей величине одногоиэ значений /ЬВ 4/ЬВ ф//68 /1 х 1 у Ф 1В случае, если значения/ь В, /,/ь В,/АВ /равнй, то г ; определяется в блоке25 по одному из значений 10 15/ЬВ//ВВ, / /ЬВ,/ и значению Ь.Если две разности проекций векторов/ индукций магнитных полей на оси Ох, Оу ,или Огмежду точками К и (. равны, то расстояние гщ, определяется в блоке 25 по одной из упомянутых разностей, которые равны, 25 и по значению Ь. Сигнал, пропорциональный г;, с выхода блока 25 поступает на регистрирующий прибор дальности 21, При этом за истинное значение г 1 принимают 30 такое расстояние от точки Р до диполя 28, при котором показание регистрирующего прибора направления 22 будет максимальным.После нахождения г 1 н; в вычислительном блоке 25 осуществляетсяопределение модулей проекций вектора магнитного момента на оси Ох, Оу и О.Так как с выхода поворотной системы 27 поступают на вход блока 25 4 О сигналы (на чертеже не показано) пропорциональные положению опоры 26( осей Ох , Оу и Ог) в системе координат с осями Ох, Оу и Ог то в бло-.ке 25 осуществляется переход от сисУтемы координат с осями О х , О у и О лк системе координат с осями О х , О у и О г . С блока 2 5 н а вход регистрирующего прибора магнитного момента 23 поступают сигналы, пропорциональ-50 ные модулю магнитного момента диполя 28 и значения углов направляющих косинусов магнитного момента Яе в системе координат с осями Ох, Оу и Ог,В вычислительном блоке 25 осущест вляется также определение магнитного поля диполя .28, например, в точке Р. После определения г и магнитного момента в вычислительном блоке 25 осуществляется нахождение модулей О проекций вектора индукции магнитногополя ВР на оси Ох, Оу и Ог, а затем координат вектора Вр в прямоугольной пространственной системе координат с осями Ох , Оуи Ок. 65 Так как с выхода поворотной системы 27 поступают на вход блока 25сигналы (на чертеже не показано)пропорциональные положению опоры 26(осей Ох , Оу и Ог ) в системе координат, с осями Ох, Оу и Ог, то в блоке 25 осуществляется переход от системы координат с осями Ох , Оу и Огк системе координат с осями Ох, Оуи Ог, С блока 25 на вход регистрирующего прибора магнитного поля 24поступают сигналы, пропорциональныемодулю вектора индукции магнитногополя / Вр/ в точке Р и значения угловнаправляющих косинусов вектора Врв системе координат х ,у и г с осямиОх, Оу и Ог,Для определения местоположениянеподвижного диполя, его магнитногомомента и магнитного поля этого диполя достаточно двух магниточувствительных преобразователей, например,группы 1,3,5 и 2,4,6. В этом случаенаправление на диполь определяют аналогично, как и для четырех групп преобразователей. Определив направлениена диполь, измеряют и запоминают разности магнитных палейЬВ , ЬЬуИ ЬВ между преобразователями 1 и 2,3 и 4, 5 и 6. Системой 27 осуществляют поворот опоры 26оотносительно точки О на 180 и вновь измеряют разности магнитных полейЬВ 2 Х ЬВ 2 у И И междуупомянутыми преобразователями, а затем определяют местоположение диполя, его магнитный момент и магнитное поле этого диполя, например в точке Р,Формула изобретенияГрадиентометр, содержащий жесткую немагнитную опору, два основных однокомпонентных магниточувствительных преобразователя, расположенных на этой опоре, оси которых совпадают с одной из осей прямоугольной пространственной системы координат, неподвижной относительно жесткой немагнитной опоры синхронный детектор, регистрирующие приборы и источник переменного тока, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности определения магнитного поля магнитного диполя, его местоположения и магнитного момента, он снабжен дополнительными однокомпонентными магниточувствительными преобразователями, дополнительными синхронными детекторами, источником опорного напряжения, поворотной системой, соединенной с жесткой немаг-.нитной опорой, и вычислительным блоком, входы которого подключены к выходам синхронных детекторов и ис789949. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Афанасьев Ю. В. и др. Магнитометрические преобразователи, приборы, установки. Л "Энергия", 1972,с. 227-228,2. Патент США Р 3286169, 324-433,15 1973. Тираж 1019 акаэ 9129/76 писное КИПИ ППП фПатент", г. Ужг ул. Проектна точника опорного напряжения, а Рыходы - к входам регистрирующих приборов, при этом все магниточувствительные преобразователи расположенына жесткой немагнитной опоре группами, каждая иэ которых состоит иэтрех магниточувствительных преобразователей, ось одного иэ которыхсовпадает с одной иэ осей упомянутой системы координат, ось второгопараллельна второй ее оси, а осьтретьего параллельна третьей ее оси,магниточувствительные преобразователи каждой, группы расположены симметрично магниточувствительнымпреобразователям любой другой группы, выходы преобразователей каждых двух групп,оси которых параллельныили соосны подключены к первым двумвходам синхронных детекторов, авыходы коммутаций дополнительныхсинхронных детекторов подключенык источнику переменного тока, выходы которого подключены к входамдополнительных преобразователей.