Компонентный дифференциальный магнитометр

и 739454 ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советски кСоциалмстическикРеспублик(53) УДК 550. 538(088 8) оо делам иэобретекий к открытий(54) КОМПОНЕНТНЫЙ ДИффЕ МАГНИТОМ ЕГРенаци нтометвари Изобретение относится к магнитометрической технике, а точнее, к устройствам для измерения на подвижном основании составляющих вектора геомагнитного поля и их градиентов по направлени движения,Известны устройства для измерения на подвижном основании составляющих вектора геомагнитного поля, содержащие компонентные магнитометры, в которых измерительным элементом является система рртогонально направленных магнитометрических датчиков, привязка которых относительно опорной системы координат осуществляется с помощью системы стабилизации и ориентации в пространстве или магнитометры,содержащие и качестве измерительного элемента один или несколько ме ятометрических датчиков и средство для задания вспомогательного магнитного поля по одной иэ осей в опор ной системе координат, прииялси которых в пространстве задаются с помощью системы стабилизации и ориентации 11 Укаэанные устройства имеют ряд существенных недостатков, Точность измерения составляющих вектора геомагнит;ного поля существенно зависит от точности привязки измерительного элемента5относительно. опорной системы координат,что обусловливает высокие требованияк точности системы стабилизации и оритации в пространстве,оКроме того, не исключено влияниена результаты измерений, а, следовательно, и на точность измерений, вари й,геомагнитного поля,Известны также дифференциальныемаг нитометры (градиентометры) для. измерения модуля вектора геомагнитногополя и разности его значений в 2-х точках вдоль направления движения, содержащие 2 системы магнитометрическихдатчиков, разнесенные на фиксированноерасстояние вдоль направления движения 21Данные магнитометры-грациеры позволяют исключить влияние а9454 а мерений, однако для измерения составляющих геомагнитного поля они непригодны,Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является компонентный дифференциальный магнитометр для измерения в. движении составляющих вектора геомагнитного поляи их градиентов по направлению движения,содержащий систему ортогонально направ - ленных магнитометрических датчикови системы стабилизации и ориентациидатчиков 3К недостаткам известного магнитометра относятся высокие требования,предъявляемые к системам стабилиза-,ции и ориентации, которые и определяют точностьизмерений,Целью изобретения является повышение точности измерений,Поставленная цель достигается тем,что в магнитометр введены последовательно соединенные дополнительное уст- .ройство измерения вектора геомагнитного поля в системе координат подвижного основания и устройство для создания магнитного поля равного по величине и противоположного по направлениюполю,измеренному дополнительным устройством, а магнитометрические датчикиустановлены в магнитном поле, создаваемом указанным устройством, Дополнительное устройство измерения вектора геомагнитного поля в. системе координат .подвижного основания выполнено в виде магнитометра, измеряющего модульвектора геомагнитного поля, и указателянаправления вектора геомагнитного поля,Дополнительное устройство измерения вектора геомагнитного поля выполнено в виде трех ортогональных направленных магнитометрических датчиков, помещенныхсоосно в поле трех жестко связанных сподвижным основанием катушек и включенных с ними по компенсационной схе-.ме,Устройство для создания дополнительного магнитного поля выполнено в видекатушки, например колец Гельмгольца,электрически связанной с магнитометром,измеряющим модуль вектора геомагнит-.ного поля и механически - с указателемнаправления вектора геомагнитного поля,Устройство .для создания дополнительного магнитного поля выполнено в видетрех ортогональных катушек, жестко установленных на подвижном Основании и 10 3 73ций геомагнитного поля на точность изэлектрически связанных через вычислительное и согласующее устройства с до.полнительным устройством измерения вектора геомагнитного поля,На фиг. 1 приведена блок-схема компонентного дифференциального магнитометра, на фиг, 2-4 блок-схема одногоиз возможных вариантов выполнения магнитом етра,Компонентный дифференциальный магнитометр (см, фиг, 1) содержит систему 1трех ортогонально направленных магнитометрических датчиков, систему 2 стабилизации датчиков систему 3 ориентации15 датчиков, устройство 4 для созданиядополнительного магнитного поля, дополнительное устройство 5 измерения вектора геомагнитного поля, согласующее усгройство 6 и вычислительное устройство 7,20 Устройство 4 и дополиительное устройство 5 установлены на подвижном основаниина фиксированном (равном базе) расстоянии друг от друга вдоль направления движения и функциональночерез согласующее устройство 6 связаны друг с другом,Основная измерительная система 1 помещена во вспомогательное магнитное поле и электрически связана с вычислительным устройством 7,В процессе измерения дополнительноеустройство 5, помещенное в опорной точке, для которой значения составляющихвектора геомагнитного поля Т в опорной системе координат (Хо,уо,2 ) из 35вестны, соответственно То,Т,Т иэме 01 07 оряют вектор геомагнитного поля в системекоординат подвижного основания, например модуль вектора и направление век- .тора, Устройство 4 для создания вспо 40 могательного магнитного поля воспройзводит с обратным знаком это магнитное поле в точке, в которой расположенасистема 1 магнитометрических датчиков,Таким образом, в этой точке создается45емагнитное поле д 4= Тм 4- Т, где Тц Э И 4геомагнитное поле в точке расположениясистемы 1 магнитометрических датчиковаТгеомагнитное поле в точке распоМложения дополнительного средства 8, при 50 чем 7 у,- Т ( Т-геомагнитное поле вопорной точке), Составляющие этогомагнитного поля, измеренные системой 1трех ортогонально направленных магнитометрических датчиков в опорной системекоординат будут соответственноЬЧх 4, ДТУ 4, ЬтхиЗначение составляющих вектора геомагнитного поля и их градиентов по направ7 7394равное по величине и противоположноепо направлению магнитному полю, измеренному дополнительным устройством 5,Во втором варианте (см, фигЗ) до-,полнительное устройство измерения вектора геомагнитного поля 5 выполнено ввиде установленных на подвижном осно вании магнитометра ддя измерения модуля вектора геомагнитного поля 5 в и указателя направления вектора геомагнитного поля 5 б, Устройство для созданиявспомогательного магнитного поля выполнейо в виде трех ортогональных катушек 4, жестко установленных на подвиж- .ном основании так, что основная измерительная система 5 при всехколебаниях подвижного основания находится вподе катушек, Положение основной измерительной системы 5 вопорной системе координатзадается системой 2 стабилизации и системой 3 ориентации, Катушки 4 через вычислительноеустройство 6 а и согласующее .устройство 66 электрически связаны с магнито "метром Ва и указателем направления 56Ссновная, измерительная система 1 электрически связана с вычислительным устройством 7. В движении особенность работы данного компонентного дифференциального магнитометрв заключается в том,что в процессе измерения магнитометр 5 а ЗОизмеряет модуль вектора геомагнитногополя 7 1, а указатедь 86 определяет направление вектора геомагнитного поля относительно подвижного основания. Магнитометр 5 в и указатель направления 66 35электрически связаны с вычислительнымустройством ба, Вычислительное устройство 6 а производит вычисление значенийсоставляющих магнитного поля, измеренного магнитометром 5 а и указателем на- Оправления 56, вдоль магнитных осей катушек 4, На входы катушек 4 от вычислительного устройства 6 а через согласующее устройство 66 подаются такие напряжения, которые вызывают в катушках ф 54 электрические токи, создающие магнитные полч, равные по величине и противоположные по направлению соответствуюшим составляющим магнитного поля, измере нного дополнит льным средством 5, Аэторав 50носительно тому, что катушки 4 в целомсоздают магнитное поле, равное по величине и противоположное по направлениюмагнитному полю в точке расположения дополнительного средства 5,55В одном из вариантов (см, фиг, 4) до-полнительное устройство измерения вектора геомагнитного поля 5 выполнено в ви 84 8де трех ортогонально направленных магнитометрических датчиков 5 в, напримерферрозондовых, помещенных соосно в поле трех жестко связанных с подвижнымоснованием катушек 5 г, причем магнитометрические датчики 5 а включены попарно с соответствующими соосными катушками 5 г по компенсационной схеме 5 д.Устройство для создания дополнительногомагнитного поля выполнено в виде трехортогональных катушек 4, жестко установленных на подвижном основании, причемоси катушек 4 расположены параллельно(коллинеарно) сооответствуюшим катушкам 5 г, а основная измерительная система 1 находится в поле катушек 4, Положение основной измерительной системы 1в опорной системе координат задается системой 2 стабилизации и системой 3 ориентации, Катушки 4 через согласующее устройство 6 электрически связаны с со.ответствующими кодлинеарными катушками 8 г, Основная измерительная система1 электрически связана с вычислительным устройством 7, В движении особенность работы таКого компонентногодифференциального магнитометра, заключается в том, что в процессе измеренияблагодаря компенсационной схеме включения системы датчиков 5 в и катушек5 г, в катушках 5 г возникают электрические токи, создаюшие магнитные поля,равные по величине и противоположные понаправлению соответствуюшим составляющим геомагнитного поля в точке расположения дополнительного средства 5, Электрические токи, возникающие в катушках5 г через согласующее устройство 6 передаются на соответствующие катушки 4,В результате этого катушки 4 создаютмагнитное поле, равное по величине и противоцодожное по направлению магнитномуполю в, точке расположения дополнительного устройства 5,Если в качестве магнитометрическиходатчиков 1 и 5 используются индукционные датчики, то средняя квадратическаяпогрешность Я ив выражении 8 мо 4 3 -2жет быть получена ие хуже 10 нТ, Кроме того, примем, что средняя квадратическая погрешность создания вспомогатедьного поля с в выражении 5 также2не превышает Еи Е, т,е, равна 10 нТ,Рассмотрим нв примере измерения вертикальной составляющей вектора геомвгнитного поля, насколько снижаются требования к точности систем отабилиэвции и ориентации, Положим, что средне9 7394кмдратическая погрешность Е, обусловленная погрешностью системы стабилиэа 3-2ции не должна превышать , т,е, 10 нТ,Погрешность Я определяется выражениемЕ=дТ Ф с где ь, - приращениевертикальной составляющей вектора геомагнитного поля, сРс - средняя кмдратическая погрешность системы стабилизации. Тогда, если положить дТ 2 = 1 КГ,а длину базы 1 =1 м, т,е, взять случай 10максимальных;ра дие нтов ге омаг нитногоЬ -2поля1000 нТ/км дЪ= у = 10 град 30,В соответствии с выражейием 5 средняякмдратическая погрешность измерения каждого, измерения составляющих приращения вектора геомагнитного поля будет-2равна с. =210 нТ, Если требуется проводить измерения составляющих геомагнитного поля с погрешностью. 10 нТ, тов соответствии с выражением 6 такая. пог-Орешность накопится только за 500 измерений, начиная от опорной точки,25формула изобретения1, Компонентный дифференциальныймагнитометр для измерения в движениисоставляющих вектора геомагнитного поля и их градиентов по направлению движения, содержащий систему ортогонально1направленных магнитометрических датчиков и системы стабилизации и ориентации датчиков, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения точности З 5измерений, в него введены последовательно соединенные дополнительное устройство измерения вектора геомагнитного поля в системе координат подвижного осномния и устройство для создания магнитного поля, равного по величине и противоположного по направлению полю, измеренному дополнительным устройством,а магнитометрические датчики установлены в магнитном поле, создамемом укаэанным устройством,54 102, Магнитометр по и, 1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что дополнительноеустройство измерения вектора геомагнитного поля выполнено в виде магнитометраизмеряющего модуль векгора геомагнитного поля, и указателя направления векторагеомагнитного поля,3, Магнитометр по п, 1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что дополнительноеустройство измерения вектора геомагнитного поля выполнено в вице трех ортогонально направленных магнитометрических датчиков, помещенных соосно в полетрех жестко связанных с подвижным основанием катушек и включенных с нимипо компенсационной схеме,4. Магнитометр по пп, 1, 2,о т л и -ч а ю щ и й с я тем, что устройстводля создания дополнительного магнитногополя выполнено в виде катушки, например,колец Гельмгольца, электрически связан-.ной с магнитометром, измеряющим модульвектора геомагнитного поля; и механи-,чески - с указателем направления векторагеомагнитного поля,5. Магнитометр по пп, 1, 2, о т л ич а ю щ и й с я тем, что устройство длясоздания дополнительного магнитного полявыполнено в виде трех ортогональньв катушек, жестко установленных на подвижном основании и электрически связанныхчерез вычислительиое и согласующее устройства с дополнительным устройствомизмерения вектора геомагйитного поля,Источники информациипринятые во внимание при экспертизе1. Афанасьев Ю, В, и др,.Магнитометрические преобразователи, приборы, установки, Л"Энергия, 1972.2. Патент США .Мф 3490032,кл, 324-0,5 опублик. 1967.3. Русанова Н, В, Двухкомпонентный магнитометр для морской магнитнойсъемки, Геофизичесюая аппаратуры, Л.739484 Фи Составитель В. Майоршин Тараненко Техред Л, Теслюк Корректор И, МускаТираж 649, Подл Государственного комитета лам изобретений и открытий Москва, Ж 35, Раушская