Устройство для воспроизведения заданных значений магнитной индукции

СОЮЗ СОВЕТСКИХОЗДВЛавцеснижРЕСГ 1 У БЛИК,3159 6 01 Ч 3/4 Я ФОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯН АВТОБУСНОМУ СВИДПЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Специальное конструкторскоебюро физического приборостроенияАН СССР(56) 1, Алексеев В,В Никонов А.И.Основные результаты по усовершенствованию и созданию геофизическойаппаратуры. В сб, "Геофизическаяаппаратура", Л. "Недра", 1968,вып, 36, с. 16,2. Авторское свидетельство СССРУ 811187, кл. С 01 Ч 3/40, 1981(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ ЗАДАННЫХ ЗНАЧЕНИЙ МАГНИТНОЙИНДУКЦИИ, содержащее ориентированнуюпо магнитному полю Земли эталоннуюкатушку с двумя последовательно согласно включенными секциями, первуюкатушку компенсации, две секции которой включены последовательно согласно, расположены между секциямиэталонной катушки и соосны им, вторую катушку компенсации с двумясекциями, включенными последовательно согласно, расположенными на заданном расстоянии от секций эталонной катушки и соосьыми им, токозадающую катушку с двумя встречно-последовательно включенными секциями,расположенными между секциями второйкатушки компенсации и соосными им,первый и второй регулируемые источники тока, идентичные первый и второйквантовые преобразователи, сумматорчастот, первый и второй фазовые детекторы, а также синтезатор частот,801087943 А при этом выход синтезатора частот соединен с первым входом второго фазового детектора, выходы первого и второго квантовых преобразователей соединены с входами сумматора частот и первого фазового детектора, при этом выход сумматора частот соединен с вторым входом второго фазового детектора, а выход первого фазового детектора соединен с входом второго регулируемого источника тока, при этом эталонная и токозадающая катушки соединены последовательно и образуют цепь первого регулируемого источника тока, а первая и вторая катушки компенсации образуют цепь второго регулируемого источника тока, о т - л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности в условиях интенсивных промьппленных помех, устройство содержит третий квантовый преобразователь, идентичный первому и второму, устройство управления и измерения разностей частот, первый и второй ключи, устройство сравненения и сигнализации, при этом третий квантовый преобразователь расположен на расстоянии от 0,2 до 1,2радиуса эталонной катушки от ее гео. метрического центра, при этом выходы квантовых преобразователей соединены с входами устройства управления и измерения разностей частот, кодовый выход которого соединен с входом устройства сравнения и сигнализации, а выход управления соединен с управляющими входами первого и второго ключей, включенных в цепи соответственно первого и второго регулируемых .источников тока10 В 7943 5Изобретение относится к геофизике, в частности к метрологическому обеспечению геофизических измерений, и может быть использовано для получения эталонных значений магнитной индукции слабых магнитных полей.Известно устройство для воспроизведения заданных значений магнитной индукции, содержащее регулируемый источник, эталонную катушку, исполь- О зуемую при поверке геофизической аппаратуры Г 1 3Недостатком данного устройства является низкая точность. Наиболее близким к изобретениюпо технической сущности являетсяустройство .для воспроизведениязаданных значений магнитной индукции, содержащее ориентированную по20магнитному полю Землю эталонную катушку с двумя последовательно согласно включенными секциями, первую катушку компенсации, две секции которой включены последовательно-соглас"25но, расположены между секциями эталонной катушки и соосны им, вторуюкатушку компенсации с двумя секциями, включенными последовательно согласно, расположенными на заданном30расстоянии от секций эталонной катушки и соосными им, токозадающую катушку с двумя встречно-последовательно включенными секциями, расположенными между секциями второй катушки компенсации и соосными им, пер З 5 вый и второй регулируемые источники тока, идентичные первый и второй квантовые преобразователи, сумматор частот, первый и второй фазовые детекторы, а также синтезатор часО 40 тот, при этом выход синтезатора частот соединен с первым входом второго фазового детектора, выходы первого и второго квантовых преобразователей соединены с входами сумма тора частот и первого фазового детек тора,при этом выход сумматора частот соедйнен с вторым входом второго фазового детектора, а выход первого фазового детектора соединен с входом 50 второго регулируемого источника тока, при этом эталонная и токозадающая катушки соединены последовательно и образуют цепь первого регулируемого источника тока, а первая и вторая катушки компенсации образуют цепь второго регулирующего источникатока 23. 2Недостатком известного устройства является низкая точность в условиях интенсивных промьпвл нных помех, обусловленная нестабильностью неском пенсированного остатка магнитного поля Земли (МПЗ) в рабочем объеме эталонной катушки. Цель изобретения - повышение точности в условиях интенсивныхпромышленных помех.Указанная цель достигается тем, что устройство для воспроизведения заданных значений магнитной индукции, содержащее. ориентированную по магнитному полю Земли эталонную катушку с двумя последовательно соглас но включенными секциями, первую катушку компенсации, две секции которой включены последовательно согласно, расположены между секциями эталонной катушки и соосны им, вторую катушку компенсации с двумя секциями, включенными послсдовательно согласно, расположенными на заданном расстоянии от секций эталонной катушки и соосными им, токозадающую ка.тушку с двумя встречно-последовательно включенными секциями, расположенными между секциями второй катушки компенсации и соосными им, первый и второй регулируемые источники тока, идентичные первый и второй квантовые преобразователи, сумматор частот, первый и второй фазовые детекторы, а также синтезатор частот, при этом выход синтезатора частот соединен с первым входом второго фазового детектора, выходы первого и второ" го квантовых преобразователей соединены с входами сумматора частот и первого фазового детектора, при этом выход сумматора частот соединен с вторым входом второго фазового детектора, а выход первого фазового детектора соединен с входом второго регулируемого источника тока, при этом эталонная и токозадающая катушки соединены последовательно и образуют цепь первого регулируемого источника тока,а первая и вторая катушки компенсации образуют цепь второго регулируемого источника тока, содержит третий квантовый преобразователь, идентичный первому и второму, устройство управления и измерения разностей частот, первый и второй ключи, устройство сравнения и сигнализации, при этом третий квантовый преобразователь расположен на расстоянии от 02 до 1,2 радиуса эталонной катушки от ее геометрического центра, при этом выходы квантовых преобразователей соединены с входами устройства управления и измерения разностей частот, кодовый выход которого соединен с входом устройства срав чения и сигнализации, а выход управления соединен с управляющими входами первого и второго ключей, включен ных в цепи соответственно первого и второго регулируемых источников тока.На чертеже представлена схема предлагаемого устройства,Устройство содержит эталонную катушку 1 магнитной индукции, соосную с первой катушкой 2 компенсации магнитного поля Земли, ориентированные по его направлению. Две идентичные встречно-последовательно вклю. ченные секции 3 и 4 токоэадающей катушки, соосные с второй катушкой 5 компенсации, ориентированы по МПЗ и удалены от эталонной катушки 1 и первой катушки 2 компенсации на расстояние, обеспечивающее исключение влияния системы секции 3 и 4 токозадающей катушки и второй катушкой 5. Устройство содержит также два регу лируемых источника тока 6 и 7.Внутри рабочих объектов секций 3 и 4 токозадающих катушекпомещены идентичные квантовые преобразователи 8 и.9 магнитной индукции в частоту. Кроме того, устройство включает сумматор 10 частот, первый и второй фазовые детекторы 11 и 12, синтезатор 13 частот, квантовый преобразо ватель 14, устройство 15 управления .и измерения разностей частот, ключи 16 и 17, устройство 18 сравнения и сигнализации.Устройство работает. следующим об" разом.Значение тока б эталонной катушки 1 при замкнутом первом ключе 16 стабилизируется первой цепью автома" тического регулирования; состоящей из первого регулируемого источника 6 тока, эталонной катушки 1, секций 3 и 4 токозадающей катушки, квантовых преобразователей 8 и 9, сумматора 10 частот, второго фазового детектора 12 и синтезатора 13 частотВ основу воспроизведения магнитной индукции положено соотношение В =КУ+ЬВ,где К " постоянная эталонной катушЭки, в рабочем объеме кото рой создается заданное зна.чение магнитной индукции;- сила тока, поддерживае"мая с высокой точностьюна заданном определенном 10уровне;ЬВ - нескомпенсированный остатокМПЗ в рабочем объеме эталонной катушки.Благодаря идентичности и встречному включению секций 3 и 4 токозадающей катушки в рабочих объемах последних создается магнитное поле:В= КЗ+дВ, В = К,З-В,20где К,- - постоянная .секций 3 и 4 токозадающей катушки. Квантовые преобразователи 8 и 9 вырабатывают сигналы с частотами:25где Г - фундаментальная константаатомов рабочего. вещества пре 30 образователей,На выходе сумматора 10 частотвыделяется сигнал, частота которого во втором фазовом детекторе 12 сравнивается с опорной частотой, постуЗ 5 пающей с синтезатора 13 частот. С выхода второго фазового детектора 12 вырабатывается сигнал, управляющий первым регулируемым источником 6 то-.ка таким образом, чтобы выполнялось ,10 условие Г = Г 0, багодаря чему значение частоты Г определяет значение тока:12 ГК оЗначение, коэффициента пропорциональности,2, определяется при аттестации устройства.50 Магнитное поле Земли компенсируется при замкнутом втором ключе 175второй цецью автоматического регулирования, состоящей из первой и второй катушек компенсации 2 и 5 второго регулируемого источника 7 тока, секций токозадающей катушки 3 и 4, квантовых преобразователей 8 и 9 и первого фазового детектора 11, Благо1087943 ЬВ 1 з= В- В, ЬВ 1 = В 1 - В 2 Устройство 15 управления и измере ния разности частот измеряет с достаточной точностью разность частот Г - Й и Г - Г за время, пропор 3циональное коэффициенту - , получаяЭтаким образом отсчеты значений ЬВ и ЬВ 1 в единицах магнитной индукции, С выхода цифрового кода устройства 15 управления и измерения разности частот кода значений ДВ 15 и ЬВ 1 поступают вустройство 18 сравнения и сигнализации, где они сравниваются с кодами ЬВ 1 иЬВ 1, полученными ранее.% даря ориентации всех катушек по МПЗ и эквивалентности катушек 2 и 5 компенсации последними создаются одинаковые поля, равные и направленные противоположно МПЗ. Сигнал с выхода 5 первого фазового детектора 11 следит эа изменениями МПЗ, управляя током второго регулируемого источника 7 таким образом, что выполняется условие равенства частот Г = Г, с выходов квантовых преобразователей 8 и 9, что равносильно полной компенсации МПЗ. В рабочем объеме эталонной катушки 1 компенсируется та часть МПЗ, информация о которой получена 15 в области расположения квантовых пре.образователей 8 и 9.В отсутствие промышленных помех изменение ИПЗ в рабочем объеме эталонной катушки 1 идентично с достаточной точностью измерению МПЗ в области расположения квантовых преобразователей 8 и 9 (расстояиие между эталонной катушкой 1 и секциями 3 и 4 токозадающей катушки достигает 10 и 25 м).ВПри наличии промышяенных помех, вызванных, например, передвижением магнитных масс (автомобили, приборы) изменением нагрузки в силовых кабелях, изменением во времени растекания земных токов, и т.д в рабочем объеме эталонной катушки 1 будет компенсироваться только та35 часть помехи, амплитуда которой воздействовала на квантовые преобразователи 8 и 9. Вследствие того, что помеха, вызванная, например, магнитной массой, затухает в кубической зависимости от расстояния, то она по разному проявляется в рабочем объеме эталонной катушки 1 и области расположения квантовых преобразователей 8 и 9Изменение помехи в точках расположения квантовых преобразователей 8 и 9 тоже приведет к ошибке воспроизведения, хотя вероятность появления такой помехи меньше иэ-за малого расстояния между преоб 50 разователями 8 и 9 (оно лежит в пределах 0,4 и 4 м). Слежение за магнитной обстановкой заключается в измерении раэнос 55 ти магнитной индукции между точками расположения квантовых преобразователей 8 и 14, 8 и 9 в режиме отключенных токов компенсации МПЗ и эталонного в соответствии с соотношениями где ЬВи д В - разность значениямагнитной индукции. МП между 8 и 14 и 8 и9 преобразователямисоответственно;ВЗ,В 2,В 3 - значения МПЗ в точкахрасположения квантовых преобразователей8, 9, 14 соответственно.В отсутствие помех величины В,В 2 будут изменяться одинаково,а значения ЬВ иЬВ будут неизменны вовремени,Наличие помех приведет к неодинаковому изменению величины В, В, иВ 3, что в свою очередь приведет к изменению значений ЬВ иЬВ 1 Измеряяпериодически значения Д В 1 з иЬВисравнения их с измеренными ранее значениями, например при аттестации,предупреждают ошибки в воспроизве"дениц заданных значений магнитной индукции, вызванные промышпенными помехами.По заданному циклу устройство 15управления и измерения разности частот вырабатывает по управляющемувыходу сигнал на размыкание первогои второго ключей 16 и 17, в результате чего каждый из квантовых преобразователей находится под воздействием МПЗ и возможной помехи, Частота на выходе каждого из преобразователей равна: ф 2 2 ф 3 31 ф7943 8будет превышать допустимый предел,Пусть, например, помеха затухает на0,1 нТл на расстоянии 1 м, разре"шающая способность измерения разнос.ти равна 0,1 нТл. При базе в 0,4 мпомеха вызовет изменение на 0,04 нТл,а на базе 10 м она вызовет изменение в 1 нТл, что приведет кее регистрации при изменении разнос.1 О ти ЬВ 1. 7 108Если значения Ь В иьВ отличаются от ранее измеренйьм более, чем на заданный предел (предел обычно равен единице младшего разряда кодов ЬВ 1 и ЬВ 1 ), устройство 18 сравнения и сигнализации выл" атывает сигнал об изменившейся магнитной обстановке, указывающей оператору на появление зшибки в значении магнитной индукции, воспроизводимой устройством, Коды ранее измеренных значений йВ 1 и Л В 1 набираются в устройстве 18 сравнения и сигнализации при помощи, например, программных переключателейИспользование трехквантовых преоб разователей позволяет повысить точность воспроизведения значений и индукции, поскольку расстояние между эталонной катушкой 1 и токоэадаю. щимн катушками 3 и 4 лежит в пределах от 10 до 25 м, а расстояние между квантовыми преобразователями 8 и 9 - от 0,4 до 4 м. Магнитная помеха затухает пропорционально кубу расстояния от источника, поэтому , на базе 0,4 м она может быть не заъегистрирована, а на базе 10.м она Возможны случаи возникновенияпомехи, которая.эквидистантна к квантовым преобразователям 8 и 9 и неэк видистантна к квантовому преобразователю 1.4, или же помехи, которая эквивалентна квантовым преобразователям 8 и 14, но затухает в направлении расположения квантовых преоб разователей 8 и 9.Изобретение позволяет повыситьточность воспроизведения заданных значений магнитной индукции в усло" виях интенсивных промышленных помех 25 благодаря использованию, трех квантовьм преобразователей для слежения за магнитной обстановкой.1087943 Состав Техред В. Попадьнта орректор О. Ти едактор С, Льжова 1 одписн иал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная аказ 2 бб/43 Тираж ВНИИПИ Государств по делам изобре 113035, Москва, Жнного кений иРаушс митета СССР крытий я наб., д. 4