Протонный магнитометр

 

Протонный магнитометр относится к области магнитных измерений. Предназначен для измерения модуля индикации слабых магнитных полей. Цель изобретения - повышение точности измерений при работе в быстроизменяющихся полях с большими градиентами . Для достижения поставленной цели в устройство введены катушка индуктивности 6, блок настройки 7, усилитель 8, блок согласования 9. Кроме того, устройство содержит датчик 1 с блоком настройки, усилитель 2, блок обработки сигнала 3, формирователь тока поляризации 4, командный блок 5. Возможная величина скорости изменения поля при допустимой ошибке синхронизации составляет -1100 Гч/с или 520 н Тл/м. Эта величина превышает практически существующие градиенты геомагнитного поля и не зависит от времени поляризации и, соответственно, от длительности циклов магнитометра, что позволяет работать в полях с градиентами , достигающими нескольких сотен нТл/м, без потери точности. 4 ил. СЛ

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (19) (11) (50 4 G 01 R 33/24

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, К А ВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (54) ПРОТОННЫЙ МАГНИТОМЕТР (57) Протонный магнитометр относится к области магнитных измерений. Предназначен для измерения модуля индикации слабых магнитных полей. Цель изобретения — повышение точности измерений при работе в быстроизме (21) 3891348/24-21 (22). 06.05.85 (46) 30.01.87. Бюл. N - 4 (71) Научно-производственное объединение по рудной геофизике "Рудгеофизика" (72) Б.И.Смирнов, Н.Б.Клепер и Г.Я.Яковлев (53) 621.317.44(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 705989, кл. С 01 К 33/ОО, 1979.

Авторское свидетельство СССР

N -938224, кл. G 01 R 33/00, 1982. няющихся полях с большими градиентами. Для достижения поставленной цели в устройство введены катушка индуктивности 6, блок настройки 7, усилитель 8, блок согласования 9.

Кроме того, устройство содержйт датчик 1 с блоком настройки, усилитель

2, блок обработки сигнала 3, формирователь тока поляризации 4, командный блок 5. Возможная величина скорости изменения поля при допустимой о ошибке синхронизации aq <20 составляет 1100 Гч/с или 520 н Тл/м. Эта величина превышает практически существующие градиенты геомагнитного поля и не зависит от времени поляризации и, соответственно, от длительности циклов магнитометра, что позволяет работать в полях с градиентами, достигающими нескольких сотен нТл/м, без потери точности. 4 ил.

1287065

Изобретение относится к магнитным измерениям и предназначено для измерения модуля индукции слабых магнитных полей и, в частности, может быть использовно для измерения гео- 5 магнитного поля с градиентами, достигающими сотен нТл/м.

Цель изобретения — повышение точ ности измерений при работе в быстроизменяющихся полях! с большими гра- 10 диентами.

На фиг.1 представлена функциональная схема протонного магнитометра; на фиг.2 — временные диаграммы, поясняющие работу протонного магнитометра; на фиг.3 — блок обработки сигнала (вариант); на фиг.4 блок настройки (вариант).

Протонный магнитометр (фиг.1) со- 20 держит датчик 1 с блоком настройки, первый усилитель 2, блок 3 обработки сигнала, формирователь тока поляризации 4, командный блок 5, катушку индуктивности 6, второй блок настрой-25 ки /, второй усилитель 8, блок согласования 9, причем первый вывод 10 катушки индуктивности 6 соединен с выходом второго блока настройки 7, вход которого подключен к третьему 30 выходу командного блока 5, второй вывод 11 катушки индуктивности 6 соединены через блок согласования 9 с выходом первого усилителя 2, третий вывод 12 катушки индуктивности 6 соединен с входом второго усилителя

8, выход которого подключен к третьему входу блока 3 обработки сигнала.

Блок 3 обработки сигнала (фиг.3) состоит из умножителя частоты 13, 40 схемы синхронизации 14, пересчетной схемы 15 и счетчика 16, при этом первый вход блока 3 обработки сигнала служит входом умножителя частоты и первым входом схемы синхронизации, выход умножителя частоты соединен с входом счетчика и вторым входом схемы синхронизации, второй и третий .входы блока обработки сигнала 3 являются соответственно третьим и четвертым входами схемы синхронизации, выход которой соединен со входом пересчетной схемы, выход пересчетной схемы является первым выходом блока обработки сигнала 3, а выход счетчика служит вторым выходом блока 3 обработки сигнала.

Второй блок настройки 7 (фиг.4) состоит из конденсаторов настройки

17, — 17 и ключей 18,-18,, причем все конденсаторы 17, -17ц первыми выводами объединены в общую шину, служащую выходом блока настройки, а вторыми выводами соединяются с первыми рабочими контактами ключей 18,-18, вторые рабочие контакты которых объединены в общую шину, соединенную с землей, а управляющие входы ключей образуют вход блока настройки.

Протонный магнитометр работает следующим образом.

После окончания тока поляризации, создаваемого формирователем 4 тока поляризации, образующийся сигнал ядерной прецессии выделяется колебательным контуром, образованным катушкой и конденсаторами блока настройки датчика в блоке 1. Принципиальная схема блока настройки представлена на фиг.4. Выделенный контуром сигнал усиливается первым усилителем 2, образующим с блоком 1 основной усилительный канал.

Выходной сигнал первого усилителя

2 через блок согласования 9, выполненный, например, в виде резистивного делителя,.не создающего фазовых сдвигов в диапазоне рабочих частот магнитометра, поступает во второй усилительный канал, состоящий из колебательного контура, образованного катушкой индуктивности 6, вторым блоком настройки 7 и вторым усилителем 8 (в частном случае выводы

10-12 катушки индуктивности 6 могут быть объединены). При этом, катушка индуктивности 6 и второй блок настройки 7 обладают электрическими характеристиками, идентичными электрическим характеристикам датчика 1 с блоком настройки, а первый и второй усилители имеют одинаковые фазочастотные характеристики. Таким опразам, при включении од. наковых настроечных элементов в обоих колебательных контурах, оба усилительных канала создают одинаковый фазовый сдвиг у, а разность фаз между их выходными сигналами равна фазовому сдвигу, создаваемому каждым каналом в отдельности, т.е. ьо . Сигналы обоих усилительных каналов с выходов усилителей 2 и 8 поступают в блок обработки сигнала (БОС), выполненный, например, по функциональной схеме, представ. пенной на фиг.З, на входы схемы синхронизации 14, с пелью оrr—

1287065 ределения фазового сдвига p . .Кроме того, сигнал с выхода первого усилителя 2 поступает на вход умножителя 13 частоты, который в совокупности со счетчиком 16 образует преобразователь частоты прецессии в цифровой код магнитной индукции.

Сразу по окончании измерения частоты прецессии командный блок 5 вырабатывает сигнал, разрешающий работу10 схемы синхронизации 14 блока 3 обработки сигнала. Схема синхронизации

14 начинает пропускать импульсы умноженной частоты на вход пересчетной схемы 15 синхронно с ближайшим, например, отрицательным фронтом выходного сигнала первого усилителя 2. ,Пересчетная схема 15 имеет коэффициент пересчета, равный коэффициенту умножения N умножителя 13 частоты, 20 поэтому частота ее выходного сигнала практически совпадает с частотой сигнала прецессии, а фаза определяется начальным состоянием пересчетной схемы 15 и моментом начала поступления на ее вход импульсов умноженной частоты. Начальное состояние пересчетной схемы 15 определяется кодом предварительной установки, который подбирается при настройке при-30 бора и зависит от конкретных характеристик катушки датчика. Этот код может задаваться внешним переключателем или жестко фиксироваться на входах предварительной установки пересчетной схемы 15. Пересчетная схема, представляющая собой делитель частоты, может быть йыполнена, например, на базе четырех разрядных реверсивных двоичных счетчиков типа К155ИЕ7. 49

При этом код начального состояния поступает на установочные входы (Д), а умноженная частота поступает на счетный вход счетчика. Поступление импульсов умноженной частоты на вход 45 пересчетной схемы 15 продолжается до появления ближайшего отрицательного фронта сигнала, поступающего с выхода второго усилителя 8, который прекращает их поступление и, .соответствен- 50 но, работу пересчетной схемы до прихода следующего одноименного фронта сигнала на выходе первого усилителя

2, вновь разрешающего работу пересчетной схемы. Таким образом, вводится опережающий фазовый сдвиг выходного сигнала пересчетной схемы 15 по отношению к сигналу на выходе первого усилителя 2. Этот фазовый сдвиг определяется временным интервалом между одноименными фронтами сигналов первого 2 и второго 8 усилителей, а значит и равен акр (фиг.2). Следовательно, выходной сигнал пересчетной схемы 15 совпадает по фазе с истинным сигналом прецессии. Он включает формирователь тока поляризации 4 своим ближайшим отрицательным фронтом, следующим за командой "Поляризация", поступающей от командного блока 5.

Временная ошибка при включении тока поляризации в устройстве определяется задержкой между моментом запуска схемы синхронизации и моментом начала команды "Поляризация" t, поступающей из командного блока 5.

Эта задержка не превышает 5-10 мс, причем образующийся за это время фазовый сдвиг, вызванный изменением поля, не содержит составляющих, обусловленных начальной частотной расстройкой и фазовыми сдвигами .в канале усиления и преобразования частоты прецессии и определяется по формуле с . 2hg

hp =К вЂ”. Отсюда К = — — где К вЂ” ско2 с<"

d рость изменения поля.

Возможная величина скорости изменения поля при допустимой ошибке синхронизации hq 20 составляет 1100 Гц/с или 520 нТл/м. Эта величина превышает практически существующие градиенты геомагнитного поля и не зависит от времени поляризации и соответственно от длительности циклов магнитометра, что позволяет работать в полях с градиентами, достигающими нескольких сотен нТл/м без потери точности.

Формула изобретения

Протонный магнитометр, содержащий датчик с блоком настройки, первый усилитель, блок обработки сигнала, формирователь тока поляризации и командный блок, причем выход датчика соединен с входом первого усилителя, выход которого подключен к первому входу блока обработки сигнала, первый выход которого соединен с первым входом формирователя тока поляриэации, выход которого соединен с входом датчика, второй вход формирователя тока поляризации подключен к первому выходу командного блока, . второй выход которого соединен с вторым входом блока обработки сигнала, отличающийся тем, 1 287065 что, с целью повышения точности измерения, он снабжен катушкой индуктивности, вторым блоком настройки, вторым усилителем и блоком согласования, причем первый вывод катушки индуктивности соединен с выходом второго блока настройки, вход которого подключен к третьему выходу командного блока, второй вывод катушки индуктинности соединен с выходом блока согласования, вход которого подключен к выходу первого усилителя, третий вывод катушки индуктивности соединен с входом второго

5 усилителя, выход которого подключен к третьему входу блока обработки сигнала, второй выход которого является выходом магнитометра, а четвертый вывод катушки индуктивности соединен, с общей шиной.

12870б5

Составитель В.Шульгин

Редактор И.Сегляник Техред Л.Сердюкова Корректор С.Шекмар Заказ 7712/48

Тираж 730 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретен вi и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная, 4

Ря кОР ОКдиОВО

&e e

РОГ. 3

К еюуаМЕ uk/Рую7ИнЮюи