Феррозондовый магнитометр

Союз СоаетсиикСоциалистичесни кРеспублик ОП ИСАНИ Е (п)930176ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ.(Ьеударствснный квинтет СССР ео делам наевретеннй н открытнй(54) фЕРРОЗОНДОВЫЙ МАГНИТОМЕТР Изобретение относится к геофизическому приборостроению, а точнее к магнитометрам, предназначенным для измерений компонент и полного вектора напряженности магнитного поля Земли (МПЗ).Известны феррозондовые магнитометры компенсационного типа, содержащее терхкомпонентный феррозондный датчик, устройства выделения и преобразования, элементы цепи обратной связи и регулирующий прибор 1.11.Трехкомпонентные магнитометры позволяют измерять компоненты вектора индукции магнитного поля Земли. В настоящее время эти устройства находят широкое применение в автономных измерительных системах получения информации о составляющих вектора индукции магнитного поля Земли.Недостатками этих устройств являются невозможность обеспечения непрерывной выдачи информации о величине модуля вектора индукции магнитного поля Земли, .отсутствие автоматического непрерывного контроля и малая глубина контроля исправности.Известны также устройства, содержащие цифровые, аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи, в которых осуществляется автоматическая тестовая проверка исправности преобразователей путем передачи через цепь этих последовательно соединенных преобразователей тестового сигнала при отключенном входном измеряемом сигнале 121.Недостатком таких устройств являются прерывание измерения входного сигнала датчика во время контроля, отсутствие контроля неисправности самих датчиков и сравнительно большие аппаратурные затраты на реализацию контроля.Наиболее близким по технической сущности к изобретению является цифровой ферроэондовый магнитометр для измерения трех взаимно перпендику3 93017 лярных составляющих вектора напряженности магнитного поля, который имеет три измерительных канала, представляющих собой аналого-цифровые преобразователи следящего последовательного уравновешивания, основными узлами ко.- торых являются Феррозондовое сравнивающее устройство (ФСУ), устройство управления, представляющее собой цифровой интегратор, выполненный на ре версивном счетчике, и преобразователь кода в постоянный компенсирующий ток, В зависимости от, формы выходного сигнала Феррозондовые сравнивающие уст- ройства могут быть с выходом в виде 15 постоянного напряжения.или с частот,ньу выходом 3.Каждый канал измерения работает следующим образом.При наличии разности между из- щ меряемым и компенсирующим магнитными полями на выхЬде Феррозондового.сравнивающего устройства появляется вели-. чина рассогласования, которая цифро" вым интегратором, преобразуется в код. р 5 Преобразователь кода в ток, управляемый цифровым ийтегратором,. Формирует постоянный ток, пропорциональный коду, подаваемый в компенсационную"обмотку Феррозондового сравнивающего устройства и создающий там поле компенсации.В момент полной компенсации измеряемого поля компенсирующим код цифрового интегратора равен величине35 компоненты вектора напряженности магнитного поля. Код цифрового интегратора поступает на регистрирующее устройство, Цифровой магнитометр следящего уоавновешивания имеет высокие40 метрологические характеристики.Однако недостатками известного устройства являются отсутствие непрерывной выдачи информации о самой велйчине модуля вектора напряженности маг 15 нитного поля Земли, отсутствие автоматического непрерывного контроля и малая глубина контроля неисправности.Цель изобретения - повышение точности и быстродействия измерений.Поставленная цель достигается тем,50 что в феррозондовый магнитометр, содержащий три измерительных канала, каждый из которых выполнен в виде последовательно соединенных феррозондового сравнивающего блока с феррозондовым датчиком, цифрового интегратора и преобразователя кода в постоянный ток, выход которого подключен к 6 4компенсационной обмотке датчика феррозондового сравнивающего блока, дополнительно введены цифровой вычисли тель, управляемый преобразователь ко да в ток, а в каждый датчик феррозондового сравнивающего блока введена контрольная обмотка, причем выходы цифровых интеграторов подключены ко входам цифрового вычислителя, выход которого подключен ко входу управляемого преобразователя кода в ток, первый, второй и третий выходы которого подключены соответственно к контрольным обмоткам первого, второго и третьего Феррозондовых сравнивающих блоков.На чертеже показана структурная схема предлагаемого феррозондового магнитометра.феррозондовый магнитометр состоит из трех измерительных каналов 1, 2 и 3, каждый из которых содержит последовательно включенные феррозондовый сравнивающий блок 1 с контрольной обмоткой 5 феррозондового датчика,цифровой интегратор 6 и преобразователь 7. Выходы цифровых интеграторов 6 подключены ко входу цифрового вычислителя .8, выход которого подключен ко входу управляемого. преобразователя 9 кода в ток. Три выхода управляемого преобразователя 9 кода в ток подключены к контрольным обмоткам 5 феррозондового датчика каждого .из каналов 1, 2 и 3Устройство работает в следующих двух режимах: в основном или рабочем и в режиме контроля.В рабочем режиме осуществляется измерение модуля вектора напряженности магнитного поля Земли.Каждая компонента. Н вектора измеряется соответствующим измерительным каналом 1, 2, 3 (1 = 1, 2, 3 обозна", чает номер канала) путем преобразования цифровым интегратором разности между измеряемым и компенсирующим магнитными полями на выходе феррозондового сравнивающего устройства в виде величины рассогласования в код,В зависимости от типа выбранного феррозондового сравнивающего устройства величина рассогласования может быть в виде частоты повторения импульсов или в виде постоянного напряжения. Э первом случае интегрирование величины рассогласования осуществляется путем подсчета импульсов на реверсивном счетчике цифрового3где й 1= К 4 Н, К.= К,2 Нз, й= КНз- ко- .2 оды компонент вектора ЙПЗ;К 4, К , К- коэффициенты преобразования компонент вектора ИПЗ.Благодаря высокой скорости вычислительного процесса, обеспечиваемого цифровым вычислителем 8, осуществляется непрерывный процесс измерения модуля вектора ИПЗ и выдача результата потребителям;Контроль исправности устройства за- зз ключается в периодической проверке величин коэффициентов К 4, К , К так , как отказ любого входящего узла йзме-. рительного канала 1, 2, 3 .вызывает изменение величины соответствующего коэффициента передачи.Контроль устройства осуществляется следующим образом.В цифровом вычисЛителе 8 формируются. тестовые эталонные сигналы в виде знакопеременных кодов М О,1, Йй 0,2, + й 0,3, подаваемые через управляемый преобразователь 9 кода в ток соответственно в обмотки 5 ферро-. зондовых сравнивающих блоков 4. За 4 полный период (такт) контроля каждого измерительного канала 1, 2, 3 подача тестовых сигналов осуществляется два раза.В течение первого полупериода подается, например, положительный тестовый сигнал (+МО 1), во втором полупериоде - отрицательной полярности (-йо). При этом в соответствующей(контрольной обмотке 5 датчика феррозондового сравнивающего блока 4 наводится магнитное поле в зависимости от полярности измеряемой компоненты поля, в одном полупериоде совпадающее НоБм 1 откуд ленсловии азом, пр ия измер реальных водится ествляет я путем и что т Таким обного измене5выполнимо Ввременно прны Ни осулов измерен1й 01 и й и яемого пол условиях) измерение ся контрол сравнения о же самоедно еличи кана 5интегратора 6, во втором случае в цифровом интеграторе 6 осуществляется предварительное преобразование выходного .аналогового сигнала феррозондового сравнивающего блока 4 в частотно-импульсную форму.В момент полной компенсации измеряемого поля компенсирующим (т,е. в ,момент равенства их абсолютных величин), код й с цифрового интегратора 6 пронорциойален величине. соответствующей компоненты вектора напряженности ИПЗ.В цифровом вычислителе 8 определяется код величины модуля вектора напряженности ИПЗ путем вычисления следующей зависимости 930176 6по знаку с измеряемым, а в другомпротивоположное по знаку, В том идругом случаях происходит алгебраическое суммирование измеряемого поля,компенсирующего и поля, наводимогоэталонным тестовым сигналом. В моментполной компенсации измеряемого и тестового магнитных полей полем компенсационной обмотки в обоих полуперио 1 О дах контрольного такта происходит запись в цифровой вычислитель 8 вели( рчин М и й соответствующего им измерительного канала. Результаты измере-.ний Ми й, соответствующие первому15 и второму полупериодам контрольноготакта, можно представить в следующемвиде14 +1 ео 11 +к 1 пкт козчв я1 1 0,1 1 ВКТ ОБМЯ 0,1,где0,1 1 Окт Об М.1 0,1к" цо,= 111(пкт 1 оьмРо,1 -результаты преобразования тестовых сигналов соответствующегоим измерительного канала в первоми втором соответственно полупериоде контрольного такта;К, - коэффициент преобразованйя управляемого преобразователя9 кода в ток,.Корд 1 - коэффициент преобразования тока в напряженность магнитного поля контрольной обмотки 5 соответствующего ей измерительногоканала 1, 2, 3 (эта величина.практячески одинакова и постоянна во всех контрольных обмотках),Путем суммирования и вычитаниявеличин М и й в цифровом вычислителе 8 осуществляется разделение измеряемой к контрольной величинЙ+930176 8ность работы при серийном выпускеизделий, содержащих эти устройства,ипроизводительность регламентных работ.Математические возможности цифрового вычислителя позволяют такжеобеспечить автоматическую коррекциюкоэффициентов преобразования путемформирования корректирующих поправок,1 О вносимых в процессе вычисления модуля вектора напряженности МПЗ. Формула изобретения 20 с"0,1 - вскс-где й к - код предельно допустимогомаксзначения измеряемой величины МПЗ.25Математическая задача, включающаяоперации вычисления вектора МПЗ, приема и выдачи информации, формированиятестовых кодов и измерение коэффициентов преобразования каналов выполнима любым вычислителем, выполненнымпо стандартной структуре; включающейустройства ввода-вывода, арифметико-.логическое, запоминающее и устройство управления,Кроме того, возможен вариант использования специализированного микропроцессора, выполненного на наборестандартных микросборок.Для выполнения предназначенныхфункций управляемый преобразователь109 кода в ток содержит стандартныйпреобразователь кода в ток и коммутатор каналов.Воэможность автоматического измерения коэффициентов преобразованияК каналов 1, 2, 3 в свою очередьобеспечивает возможность автоматизации процесса регулировки в нормальныхклиматических условиях, что значительно может повысить производитель. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1, Логачев А.А. и др. Магниторазведка. Л., "Недра" 1979 с. 79-85. 2. Авторское свидетельство СССР И 708341, кл. С Об Г 3/04, 1977 3. Семенов Н.М., Яковлев Н.И. Цифровые феррозондовые магнитометры,50 Л., "Знергия", 1978, с. 130-136, тем сравнения измеренных значений коэффициентов преобразования К измерительных каналов 1, .2, 3 с теоретическим значением, хранимом в цифровом вычислителе.В данном устройстве контроль измерительных каналов 1, 2, 3 можно проводить как путем последовательной, так и путем одновременной подачи тестовых сигналов во все контрольные обмотки 5 Фазосдвигающих сравнивающих блоков 4.,Кроме того, имеется возможность выбора (программным способом) в процессе работы оптимального значения величин тестовых сигналов в зависимости от текущего значения измеряемой величины МПЗ, при этом величины тес", товых сигналов должны удовлетворять следующему требованию феррозондовый магнитометр, содержащий три измерительных канала, каждый из которых выполнен в виде последовательно соединенных феррозбндового сравнивающего блока с Феррозондовым датчиком, цифрового интегратора и преобразователя кода в постоянный ток, выход которого подключен к компенсационной обмотке датчика феррозондового сравнивающего блока, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности и быстродействия измерений, дополнительно введены цифровой вычислитель, управляемый преобразователь кода в ток, а в каждый датчик феррозондового сравнивающего блока введена контрольная обмотка, причем выходы цифровых интеграторов подключены ко входам цифрового вычислителя, выход которого подключен ко входу управляемого преобразователя кода в ток, первый, второй и третий выходы которого подключены соответственно к контрольным обмоткам первого, второго и третьего феррозондовых сравнивающих блоков.930176 ль Г. Семфанта СоставЛазаренко Техред ектор М. Демчи Редакто каз филиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная,О/5 о Тираж 7198 НИИПИ Государственного комитетпо делам изобретений и открыт 113035, Москва, Ж, Рауаская ПодписноСССРйаб., д. 4/5