Магнитометр

Союз Советских СоциалистическихРеспублик ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ рой 5234 К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(51)М. Кл,З 6 01 М 3/40 осударсаенный комитет СССР оо делам нтобретеннй и открытий(53) УДК 550. 838 (088.8) Дата опубликования описания 170281(54 ) МЛГНИТОМЕТР а также невозможность оперативногопреобразования информации в цифровойкод и интерпретацию измерений посредством ЭЦВМ. Кроме того, с цельнт увеличения чувствительности за счет увеличения оптического рычага путем применения нескольких плоских зеркал,с увеличением чистка отражающих зеркальных плоскостей существенно усложняется настройка и тарировка прибора,Известен также автоматическийкварцевый магнитометр, содержащиймагниточувствительный кварцевый элемент с компенсирующей колечной системой, Фотодатчик и аналого-цифровоипреобразователь с регистратором. 4 тиксация перемещения светового луча осуществляется посредством Фотодатчика,который,в зависимости от отклонениясветового луча, выдает на селекторсигналы, управляющие поступлением импульсов тактового генератора на одиниз входов реверсивного счетчика. Вкаждый момент времени значение кс,;а,зафиксированного на выходах реверсивного счетчика, преобразуется в токпреобразователя код-.ток. От преобразователя ток поступает в кольцо компенсирующей системы таким образом,Изобретение относится к геофизике,предназначено для измерения компонентов магнитного поля Земли и можетбыть использовано в стационарных магнитных обсерваториях и при геофизических исследованиях в полевых условиях,Известны оптико-механические магнитометры, содержащие кварцевый магнитный вариометр, осветитель и устройство регистрации, Регистрация .траектории перемещения отраженного светового луча производится, как правило, в аналоговой форме на Фотобумаге,когда координата светового луча пропорциональна углу отклонения плоскости зеркальца магниточувствительногоэлемента вариометра, Протяжка Фотобумаги осуществляется посредствомчасового или электромеханического 20привода. Повышение чувствительностиизвестного устройства достигается засчет увеличения оптического путимногократным отражением светового луча от плоских зеркал 111 и ( 23.Недостатками известных магнитометров являются представлеиие резуль-татов измерений в виде Фотозаписи,требующей фотохимической обработкии дальнейшей трудоемкой расшифровки, 30 В, И. Уткин, В. Н, Овчинников и Д. М. КопыловЙ(" т (Щ.-с;-:- т т фт ":Ри 6т,) 1 4 тт Ай, ц и ".( .ст, дИнститут геофизики Уральского научного центра АН СССРв свою очередь,ь+яи р 5 и (сайф )Ь) дб й,(1 - ) (С,О На Фиг.2 привед унк что компенсирует отклонение светового луча до тех пор, пока световой луч не установится в центре Фотодатчика. Регистрация производится через определенные промежутки времени и осуществляется посредством самопишущего .прибора. Кроме того, информация в циф ровом коде может поступать непосредственно на цифровые регистраторы или на вход ЭЦВМ 3.Недостатком данного магнитометра является применение нестабильного во времени фотодатчика, что снижает разрешающую способность измерения, сложность и ненадежность электронной схемы, ток в цепи обратной связи представляет собой ступенчато-изменяющий ся сигнал, что может привести к автоколебаниям в измерительной системе. Цель изобретения - повышение чувствительности и точности измерения.20Поставленная цель достигается тем,что в магнитометр, содержащий магниточувствительный кварцевый элемент, осветйтель, аналого-циФровой преобразователь с регистратором, оптически 5 связанным с осветителем и магниточувствительным элементом через оптическую систему, введено цилиндрическое зеркало, а аналого-циФровой преобразователь выполнен в виде растрового волоконно-оптического жгута из световодов, на выходном конце которого закреплена интегральная фотоприемная матрица, соединенная выходами с регистратором, при этом входные торцы световодов жгута расположены на окружности, центр которой совпадает с центральной осью симметрии цилиндрического зеркала. Применение цилиндрического зеркала позволяет уменьшить число отражений светового луча при 40 достижении такого же оптического пути, как и получаемого посредством плоских зеркал. Это упрощает настройку и тарировку, и за счет измененения диаметра цилиндрического зерка ла появляется возможность изменения чувствительности магнитометра в шир ком диапазоне. Применение. оптоэлектронного аналого-цифрового преобразователя типа строка-кадр, состоящего из гибкого, волокно-оптического осветительного жгута-преобразователя с диаметром волокон 100 мкм и полупроводниковой интегральной фотоприемной матрицы, позволяет с необходимой точностью регистрировать на строке торцов световодов жгута положение грани перемещающего светового луча, отраженного от цилиндрического зеркала. Кроме того, применение оптоэлектронного аналого-циф рового преобразователя позволяет применять на выходе любое сочетание .серийно выпускаемых различных приборов и устройств вычислительной техники, производить согласование и стыковку с аналогичными устройствами,выдавать информацию в цифровом коде.На фиг.1 представлена геометрияхода светового луча: на фиг.2-графикизменения Функции чувствительности;на Фиг.З " предлагаемый магнитометр,общая схема. Падающий луч счета осветителя 1 (фиг.1) отражается зеркальцем магниточувствительного кварцевого элемента 2 и попадает на наружную поверхность цилиндрического зеркала 3, имеющего радиус К и расположенного на расстоянии от зеркальца магниточувствительного элемента 2, затем световой луч попадает на поверхность 4, концен" трически расположенную относительно цилиндрического зеркала. Из построения фиг.1 вытекают очевидные геометрические соотношенияйэи/ъ ы 11 К уоткуда540 тогда зп к+)ь): - ыи о(.ФЬ+ййОпределены угол р =с 4 гсиП ( лоч оС)- оС(1)Йт Ьугловая -- созей+Ьчувстви-д,Р ). я+ - 1 ) д(С; (2)тельность " () з ф величинаперемещения луча ВС =(й+),/Ь, И) липеи д ВС 2 (р ) ) днаяСО 50 Счувст-ф -)д к (Ч) витель- ;Г" ("Я 7; 2Г ( )ность . РТаким образом, из (3) и (4) следует, что системе с цилиндрическим зеркалом эквивалентна система со сканирующим плоским зеркалом, поворачивающимся на угол 5 вокруг центральной оси симметрии цилиндрического зеркала 3. Иэ требования линейности отсчета вытекает необходимость расположения геометрических мест регистрации светового луча по окружнос" ти с центром, совпадающим с центром цилиндрического зеркала.В известном устройстве (1)при однократном отражении светового луча6 величина чувствительности. равна 2 Ь.В предлагаемом устройстве величина чувствительности определяется следующим выражением М у 1-р - ) -Ьп К-) ь К, /Я+ к(5)ен график изменения чувствительности щсС в ),дьь.д =1 а 1Из кривых графиков ( фиг.2 ) следует,что при одних и тех же габаритахустройства его чувствительность только путем изменения диаметра цилиндрического зеркала возможно дополнительно увеличить в 5-7 раз. Следовательно, применение цилиндрическогозеркала и указанной системы регистрации позволяет при однократном отражении получить световой рычаг, в 5-7 разбольший при меньших габаритах устройства и без заметного ухудшения линейности отсчета, На графиках ( фиг.2)пунктиром отмечена область линейногоотклонения светового луча. Зависимость величины коэффициентаиз формулы (5 ) от изменения угла отклонения светового луча и отношения кратчайшего расстояниямежду зеркальцем магниточувствительного кварцевого элемента 2 к радиусу й цилиндрического, зеркала 3 представлена в таблице20=( (.; /й) 25 5,025 7,05 9,24 5/093 724 953 1,2 1,99 3,67 7,72 формула и ете 3,17 11,84 5 3,15 7,36 0 10 3,69 11,15 5,4 ометр (фиг.3) состоит изского кожуха 1, выполненноагнитнсго материала, внутризакреплены осветитель 2,вствительный кварцевый элефокусирующей линией 4 цикое зеркало 5, растровыйронный аналого-циФровойватель, содержащий волоконские осветительные жгуты"ватели 6 и полупроводниковыные фотоприемные матрицы 7.ометр работает .следующимнный цилиндрическим зеркатовой луч, исходящий из ос 2 и сфокусированный на магвительном кварцевом элементетвом линзы 4, перемещается 5 5 Магнит герметиче го из нем которого магниточу мент 3 с линдричес оптоэлект преобразо но-оптиче преобразо интеграль Магнит образом. Отраже лом 5 све ветителя ниточувст 3 посредс6 9,10 15,13 41,28 10)70 28,60 по торцам световодов волоконно-оптического осветительного жгута-преобразователя 6, пропорционально углу отклонения зеркальца магниточувствительного кварцевого э; змента 3. Торцы световодов на входном конце жгута образуют непрерывную растровую строку с дискретностью шага в 100 мкм, а на втором конце жгута преобразованы в прямоугольный кадр, соответствующий структуре входных характеристик полупроводниковой интегральной Фотоприемной матрицы 7.Кадр матрицы Формируется из входной строки-растра путем последовательного расложения его на строки кадра, который непосредственно стыкуется со входом полупроводниковой интегральной фотоприемной матрицы 7. Адрес отдельного элемента матрицы, в который попадает световой луч, является кодом линейного отклонения светового луча на входных торцах световодов жгута-преобразователя 6.В предлагаемом устройстве в каждый определенный момент времени границы светового пятна и его центр определяются с погрешностью не более +100 мкм. Для достижения еще большей точности в 10-20 раз имеется возможность применять световоды с диаметром волокон 5-10 мкм Магнитометр, содержащий магниточувствительный кварцев.й элемент,осветитель, аналого-циФровой преобразователь с регистратором, оптически связанный с осветителем и м;.гниточувствительным элементом черезоптическую систему, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения чувствительности и точности измерения, в него введено цилиндрическоезеркало, а аналого-циФровой преобразователь выполнен в виде растровоговолоконно-оптического жгута из световодов, на выходном конце которогозакреплена интегральная фотоприемнаяматрица, соединенная выходами с регистратором, при этом входные торцы .световодов жгута расположены по окружности, центр которой совпадаетс центральной осью симметрии цилиндрического зеркала,Источники информации,принятые во внимание гри эксйертизе1. Авторское свидетельство СССРР 166506, кл. О 01 Ч 3/00, 1963.2. Авторское свидетельство СССРР 166510, кл. Я 01 Ч 3/00, 1963.3. Авторское свидетельство СССРР 409175, кл. Я 01 Ч 3/00, 1972/5 филиал ППП фПатент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Заказ 10879/68 , Тир ВИИИПИ Государственного по делам изобретений 113035, Москва, Ж, 743омитета ССоткрытийушская наб