Градиентометр

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК за) С 01 К 33/02 ЕТЕНИ ЬСТВ СВИД АВТОРСН(6 (2 (2 ство С ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ПИСАНИЕ ИЗ 1) 7899491) 2782184/18-212) 25.06.79(56) 1. Авторское свидетель ССР В 789949.(54)(57) ГРАДИЕНТОМЕТР по авт.св. В 789949, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повьппения точности определения координат магнитного диполя, его магнитного момента и параметров магнитного поля, он снабжен дополнительными синхронными детекторами и группами дополнительных магнитометрических преобразователей, размещенных на жесткой немагнитной опо" ре по два дополнительных преобразователя в группе, ось одного из дополнительных магнитометрических преобразователей в каждой группе параллельна, а ось другого перпендикулярна той оси пространственной прямоугольной системы координат, с которой совпадают оси основных магнитометрических преобразователей, группы дополнительных магнитометрических преобразователей расположены симмет,801095117 А рично относительно упомянутой оси, с которой совпадают оси основных магнитометрических преобразователей, так, что дополнительные магнитометрические преобразователи одной группы симметричны дополнительным магнитометрическим преобразователям другой группы, а плоскость, в которой расположены параллельные оси дополнительных магнитометрических преобразователей любой иэ двух симметрично расположенных групп, ортогональна по крайней мере одной из плоскостей, в которой расположены параллельные оси дОполнительных магнитометрических преобразователей двух других симмет- Е рично расположенных групп, выходы каждых двух симметрично расположенных дополнительнык магнитометрических преобразователей подключены к первым двум входам одного из дополнительных ф синхронных детекторов, выходы всех дополнительных синхронных детекторов подключены к вычислительному блоку, а входы коммутации этих детекторов - к источнику переменного тока, выходы которого подключены к входам дополнительных магнитометрических преобразователей,1Изобретение относится к измерительи параметров магнитного поля, созданных этим диполем в точках пространст 1 О 15 20 25 пространственной прямоугольной систе Омы координат, ось второго параллель 45 50 ной технике и может быть использовано для определения координат магнитного диполя, его магнитного момента ва, например, в геофизике для проведения наземных магниторазведочныхработ, в навигации для обеспечениябезаварийного плавания, в медицинедля определения координат инородныхметаллических предметов в теле человека, для диагностики сердечно-сосудистых заболеваний, в промышленности для автоматизации производственных процессов и т.д. По основному авт.св.789949, известен градиентометр, содержащий жесткую немагнитную опору, основные однокомпонентные магнитометрические преобразователи, синхронные детекторы, источник опорного напряжения, источник переменного тока, регистрирующие приборы дальности, направления, магнитного момента и магнитного поля, поворотную систему, соединенную с жесткой немагнитной опорой,ивычислительный блок, входы которогоподключены к выходам синхронных детекторов и источника опорного напряжения, а выходы - к регистрирующимприборам, при этом все основные магнитометрические преобразователи расположены на жесткой немагнитной опоре группами, каждая из которых состоит из трех основных магнитометрических преобразователей, ось одного изкоторых совпадает с одной из осей на второй оси, и ось третьего параллельна третьей оси этой системы координат. Основные магнитометрическиепреобразователи каждой группы расположены симметрично основным магнитометрическим преобразователям любой другой группы, Выходы основных магнитометрических преобразователей каждых двух групп, оси которых параллельны или соосны, подключены к первым двум входам синхронных детекторов. Входы коммутации синхронных детекторов подключены к источнику переменного тока, выходы которого подключены к входам основных магнитометрических преобразователей 1 .Недостатком известного градиентометра является низкая точность опреЗО 35 деления направления на магнитный диполь. Эта точность тем меньше,чем больше расстояние от градиентометра до магнитного диполя.Цель изобретения - повышение точности определения координат магнитного диполя, его магнитного момента и параметров магнитного поля.Эта цель достигается тем, что градиентометр, содержащий однокомпонентные магнитометрические преобразователи, расположенные на жесткой не- магнитной опоре группами, одни из которых содержат основные магнитометрические преобразователи по три преобразователя в группе, а другие - дополнительные магнитометрические преобразователи по два преобразователя в группе, оси одних основных магнитометрических преобразователей в группах параллельны, а оси других соосны, основные магнитометрические преобразователи каждой группы расположены симметрично магнитометрическим преобразователям любой другой группы, включающей основные преобразователи, .при этом дополнительные магнитометрические преобразователи в каждой группе расположены так, что ось одного из них параллельна, а ось другого перпендикулярна той оси пространст" венной прямоугольной системы координат, с которой совпадают оси основных магнитометрических преобразователей, группы дополнительных магнитометрических преобразователей расположены симметрично упомянутой оси, с которой совпадают оси основных магнитометрических преобразователей, основные и дополнительные магнитометрические преобразователи, расположенные группами на жесткой немагнитной опоре с возможностью ее вращения в двух ортовональных плоскостях, снабжен дополнительными синхронными детекторами и группами дополнительных магнитометрических преобразователей, размещенных на жесткой немагнитной опоре по два дополнительных преобразователя в группе, ось одного из,дополнительных магнитометрических преобразователей в каждой группе параллельна, а ось другого перпендикулярна той оси пространственной прямоугольной системы координат, с которой совпадают оси основных магнитометрических преобразователей, группы дополнительных магнитомет95117 4преобразователей 1, 2, 7 и 8 совпадают с осью 02 пространственной прямоугольной системы координат Х ,У2 с осями ОХ, ОТ, 02, при этомупомянутая система координат жесткосвязана с немагнитной опорой 38.Оси основных преобразователей 5 и 6,11 и 12 параллельны оси ОХ, а осипреобразователей 3 и 4, 9 и 10 па раллельны оси ОТ , Оси дополнительных преобразователей 13 и 14, 17 и18 параллельны, а оси преобразователей 15 и 16, 19 и 20 перпендикулярны оси 02 . Выходы преобразова телей 1 и 2 соединены с двумя первыми входами синхронного детектора21, выходы преобразователей 3 и 4соединены с двумя первыми входамидетектора 22, выходы преобразователей 5 и б соединены с двумя первымивходами детектора 23, выходы преобразователей 7 в 8 соединены с двумяпервыми входами детектора 24, выходыпреобразователей 9 и 10 соединены с 25 двумя первыми входами детектора 25,выходы преобразователей 11 и 12соединены с двумя первыми входамидетектора 26, выходы преобразователей 13 и 14 соединены с двумя пер-,выми входами детектора 27, выходыпреобразователей 15 и 16 соединеныс двумя первыми входами детектора,28, выходы преобразователей 17 и 18соединены с двумя первыми входамидетектора 29, выходы преобразователей 19 и 20 соединены с двумя первыми входами детектора 30, Выходы Э 10рических преобразователей расположены симметрично относительно упомянутой оси, с которой совпадают осиосновных магнитометрических преобразователей, так, что дополнительные магнитометрические преобразователи одной группы симметричны дополнительным магнитометрическим преобразователям другой группы, а плоскость, в которой расположены параллельные оси дополнительных магнитометрических преобразователей любойиз двух симметрично расположенныхгрупп, ортогональна по крайней мереодной из плоскостей, в которой расположены параллельные оси дополнительных магнитометрических преобразователей двух других симметричнорасположенных групп, выходы каждых двух симметрично расположенныхдополнительных магнитометрическихпреобразователей подключены к первымдвум входам одного из дополнительныхсинхронных детекторов, выходы всехдополнительных синхронных детекторов подключены к вычислительномублоку,а входы коммутации этих детекторов - к источнику переменноготока, выходы которого подключены квходам дополнительных магнитометрических преобразователей.На чертеже изображена структурная. схема градиентометра,Градиентометр содержит основныемагнитометрические преобразователи1 - 12, дополнительные магнитометрические преобразователи 13 - 20, синхронные детекторы 21 - 26, дополнительные синхронные детекторы 27 - 30,источник переменного тока 31, выходыкоторого подключены к входам преобразователей 1 - 20, источник опорного напряжения 32, регистрирующиеприборы дальности 33, направления34, магнитного момента 35 и магнит 45ного поля 36, вычислительный блок37, входы которого подключены к выходам детекторов 21 - 30, а выходык регистрирующим приборам 33 - 36,жесткую немагнитную опору 38, поворотную систему 39, соединенную с опо"рой 38 в точке О, которая являетсяначалом пространственной прямоуголь-ной системы координат Х,У,2 с осямиОХ, 07, 02, при этом жесткая немаг 55нитная опора 38 выполнена с возможностью вращения относительно упомянутой системы координат. Оси основных коммутации синхронных детекторов21 - 30 подключены к источнику переменного тока 31. Все магнитометрические преобразователи расположены нажесткой немагнитной опоре 38 группами. Одни из групп содержат основные магнитометрические преобразователи потри магнитометрических преобразователя в группе (1,3,5), (2,4,6),(,9, 11) и (8, 10, 12), другие - дополнительные магнитометрические преобразователи по два преобразователя в группе ( 13, 15), ( 14, 16),(17, 19)и (18, 20). На чертеже изображенытолько четыре группы, содержащие дополнительные магнитометрические преобразователи. Группы, содержащие основные преобразователи (1,3,5),(2,4,6), (7, 9, 11) и (8, 1 О, 12), измеряют параметры магнитного поля в объемах, ограниченных одинаковыми геометрическими фигурами, центры которых .К, Ь, М и И расположены на оси ОЕ, Длина каждого из отрезков КЬ и МИ имеет значение равное 3. Расстояние между точками А и Р, расположенными 5 на серединах отрезков КЬ и ММ, имеет значение равное Ь, а расстояние между точками О и Р - с 1. Группы дополнительных. преобразователей ( 13, 15), (14, 16), (17, 19) и (18,20) расположены симметрично относительно оси ОЕ так,( что преобразователи 13 и 14, 15 и 16, 17 и 18, 19 и 20 симметрично распо 1 ложены относительно оси 02 . Оси преобразователей 15 и 16 расположены в 15 плоскости У 02, а оси преобразователей 19 и 20 - в плоскости Х ОЕЧисло групп, содержащих основные магнитометрические преобразователи, в предлагаемом устройстве зависят 20 от того, движется магнитный диполь 40 или нет. Для определения координат движущегося диполя 40, его магнитного момента и магнитной индукции этого диопля необходимы четыре группы/5 содержащие основные магнитометрические преобразователи, а для определения тех же параметров неподвижного диполя 40 достаточны две группы, состоящие из упомянутых преобра- ЗО эователей.Для определения направления на магнитный диполь 40 достаточно четырех групп (13, 15), (14,16), (17, 19) и (18,20),содержащих дополнительные преобразователи. Однако для обеспечения повышения точности определения направления на магнитный диполь 40 целесообразно применять несколько таких групп. При этом каждая упомянуО тая четверка групп дополнительных преобразователей отличается одна отдругой только расстояниями междусимметрично расположенными относительно оси 02 группами дополнитель-,45 ных преобразователей. Чем дальше магнитный диполь 40 удален от градиентометра, тем точнее определить направление на него той четверкой групп дополнительных магнитометрических 50 преобразователей, которая имеет большие расстояния между симметрично расположенными относительно оси 02группами дополнительных магнитометрических преобразователей55 Градиентометр работает следующимобразом. Каждый из магнитометрических преобразователей 1 - 20 реагирует только на проекцию вектора магнитной индукции на свою ось, С выходов каждой пары преобразователей 1 и 2, 3 и 4, 5 и 6, 7 и 8, 9 и 10, 11 и 12, 13 и 14, 15 и 16, 17 и 18, 19 и 20 поступают сигналы на первые входы синхронных детекторов 21 - 30, пропорциональные разностям проекций векторов магнитных индукций на оси упомянутых преобразователей. В таком случае на первые входы синхронного детектора 21 поступает сигнал, пропорциональный ЬВ на первые входы сннхрон/г фного детектора 22 поступает сигнал, пропорциональный ЬВ 1, на первые входы детектора 23 поступает сигнал, пропорциональный Ь В, з на первые входы синхронного детектора 24 поступает сигнал, пропорциональный ЬВ 2, на первые входы детектора 25 поступает сигнал, пропорциональный ЬВ 2, на первые входы детектора 26 поступает сигнал, пропорциональный ЬВ 2, на первые входы детектора 27 поступает сигнал, пропорциональный ЬВуз на первые входы детектора 28 поступает сигнал, пропорциональный ЬВЕ, на первые входы детектора 29 поступает сигнал, пропорциональный Л Ву, и на первые входы детектора 30 поступает сигнал, пропорциональный ЬВХ Выходные сигналы с синхронных детек,торов 21 - 30 поступают на магнитометрические преобразователи 1 - 20 для обеспечения .отрицательной обратной связи по измеряемым разностям магнитных индукций (не показано). С выходов синхронных детекторов 21 30 сигналы в виде постоянных или медленно изменяющихся напряжений поступают на вычислительный блок 37. С выхода источника опорного напряжения 32 на вход блока 37 поступают сигналы, пропорциональные значениям постоянных коэффициентов. С вычислительного блока 37 сигналы, пропорциональные значениям моаунейаВ я х Ь ВЕ,и 1 Ь Ву х ДВ , поступают на регистрирующйй прибор направления 34. Поворотная система 39 обеспечивает вращение жесткой немагнитнойопоры 38 относительно точки 0 вдвух ортогональных плоскостях ХОЕ и 702 пространственной прямоугольной системы координат с осями ОХ ОУ, 02, осуществляя поиск такого109517направления оси ОЕ, когда значейия6 В ,х ЬВ и ЬВ х дВ(, минимальные, при этом максимальйыеезначения 1 ЬВ, хЬВ, иЬВХу х Ь ВВсоответствуют наименьшему угловому . 5перемещению жесткой немагнитнойопоры 38 от занимаемого ею положения, когда ось ОЕнаправлена на диполь 40. Отклонение оси ОЕ , неподвижной относительно опоры 38, от0направления на диполь 40, приводитк увеличению значенийЬВ ухдВи ЬВ х ЬВуВ вычислительном блоке 37 осуществ.ляется также определение модулей 15разностей векторов магнитных индукций, созданных диполем 40 между точками К и Ь, М и М.При угловом перемещении жесткойнемагннтной опоры 38 в вычислительном блоке 37 осуществляется сравнение значений сигналов ЬВ 1 и ЬВ 2.Как только ДВ, становится равным илипревосходит ЬВ., на регистрирующийприбор направления 34 вместо сигналов 25( ЙВтх ВВуз,м)В В Вх а ВВВпоступают сигналы определенных значений,например равные нулю. Это позволяетполучить в плоскости, проходящей че-,рез ось ОЕ , направленной на диполь 30140, двухлепестковую диаграмму направленности системы градиентометр -магнитный диполь, что значительнооблегчает определение направленияна диполь 40 по сравнению с тем,если бы упомянутые сигналы определенных значений, например равные нулю,не поступали на прибор 34 и диаграмма направленности системы градиентометр - магнитный диполь была бы че Отырехлепестковой.Регистрирующий прибор направления34 показывает, кроме )ЛВ лтхВВттиДВХ 1 х ЬВ Хг 1, также угловоеположение оси ОЕ в пространственной 45прямоугольной системе координат сосями ОХ, ОУ, ОЕ. Для этого с выходаповоротной системы 39 поступают наблок 37 сигналы (не показано) пропорциональные положению опоры 38(осей ОХ, 07, ОЕ ) в системе координат с осями ОХ, 07, ОЕ.В вычислительном блоке 37 осуществляется определение расстояния додиполя 40, При этом за истинное значение расстояния до диполя 40 отточки Р принимается значение г 1т.е. расстояние, когда ось ОЕ направ 17лена на упомянутый диполь, Вектор магнитного момента Р магнитного диполя 40 можно заменить тремя его составляющими Р, Р,1 и Р , получеиными при разложении упомяяутого вектора Р по осям ОХ, Оф, ОЕ. В этом случае, когда ось ОЕ направлена на диполь 40, на вектор Р 1 реагируют из основных иагнитоиетрических пре", образователей только преобразователи 1, 2, 7 и 8, на вектор Ф- только,преобразователи 3, 4, 9 и 10, а на вектор Р ,Х 1 - только преобразователи 5, 6, 11 и 12. Предполагая вначале наличие только вектора Р, , потом вектора Р , а затеи вектора Р,х) (по принципу суперпозиции), рассмотрим их действия на основные магнитометрические преобразователи градиентометра.При наличии только вектора Р 2 и при условии, что ось ОЕнаправлена на диполь 40, значение расстояния от точки Р до диполя 40 равнос.- - Ь,1 щ 1-.с где с = - ф-При наличии только вектора Рпи при условии, что ось ОЕ направлена на диполь 40, значение расстояния от точки Р до диполя 40 равноРг . = -Ь1301 п41 ВЧгде ПВуПри наличии только вектора Р,Х и при условии, что ось ОЕ направлена на диполь 40, значение расстояния от точки Р до диполя 40 равно Ег,= - Ь,"1 п 11 п 1-Ефгде Е = --1 ХИз полученных выражений значенияг 1 видно, что коэффициенты при ЬЬЦ 2 Хны т.е, с 1 Е или2 У 221 Хв том случае, когда1 у 12,ось направлена на диполь 40. Этоусловие выполнимо при соблюдении,например, ряда условий." строгой ортогональности осей преобразователей1 - 12, совмещенном магнитном центрекаждой тройки преобразователей(1,3,5), (2,4,6), (7,9,11) и (8,10, 12); идентичности чувствительностей преобразователей.Значение г определяется в вычис 1 пЬ5 лительном блоке 37 по значению Ь и по наибольшим из значений дВ 11 и ЬВдВиДВ 2, ДВ 1 иДВ 2. В2 У1 Услучае если значения дВ ,дВи цВравны, то г . определяется в бло 11ф 1 Мп10 ке 37 по значению Ь и по одной из пар значений ДВ 1 и ДВ 2,ДВи 1 ф 2 У ф В 1 и днуЕсли две разности проекций векторов магнитных индукций на оси ОХ,15 ОУили ОЕ между точками К и Ь не равны, то расстояние г ; определяется в блоке 37 по значеййю Ь и по той паре упомянутых разностей магнитных индукций, значения которых мак 20 симальны, Сигнал, пропорциональный г , с выхода блока 37 поступает на1 П 11регистрирующий прибор дальности 33. При этом за истинное значение г,1 принимают такое расстояние от точки25 Р до диполя 40, при котором показания регистрирующего прибора напрарления 34 минимальны, а отклонение оси 02 в любом направлении приводит к увеличению каждого из произведений аВ х х ДВ,и ЬВ,х ДВ 2В вычислительном блоке 37 осуществляется также определение составляющих вектора магнитного момента висистеме координат Х , У , 2 и составляющих вектора магнитной индукции в точке Р в системе координат Х , У , 2 .С выхода поворотной системы 39 поступают на вход блока 37 сигналы (не показано) пропорциональные поло- . жению опоры 38 (осей ОХ,ОУ, 02) в системе координат с осями ОХ, ОУ, и ОЕ, поэтому в блоке 37 осуществляется пересчет составляющих вектора магнитного момента и вектора магнитной индукции, измеренной в точке Р от системы координат с осями ОХ ,ОУ1 02 к системе координат с осями ОХ, ОУ, 02. С блока 37 поступают сигналы, пропорциональные составляющим вектора магнитного момента и составляющим вектора магнитной индукции, на входы регистрирующих приборов магнитного момента 35 и магнитного поля 36 в системе координат с осями ОХ,07,02. Филиал ППП "Патент",г. Ужгоррд, ул. Проектная, 4