Устройство для измерения пространственных производных поля

 

Изобретение относится к средствам регистрации тонкой структуры магнитного поля в ближней зоне источника и может быть использовано для измерения первых производных пространственных производных компонент вектора напряженности магнитного поля. Цель изобретения - повьшение точности выполняемых измерений. Устройство содержит систему магнитометрических преобразователей 1-7, два коммутатора 8 и 10, усилитель 9 и регистрирующий прибор 11. К существенным преимуществам предложенного устройства для измерения пространственных производных поля является то, что величина базы для всех градиентометров нового устройства постоянна Это дает возможность реализовать оптимальную веi (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) (И) (5D 4 С 01 R 33/022

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

Н ABTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3926791/24-21 (22) 10.07.85 (46) 30.06.87. Бюл. У 24 (71) Ленинградский электротехнический институт им. В.И. Ульянова (Ленина) (72) А.М. Митрофанов, Е.Г. Пащенко, В,В, Тихонов, В.В. Давыдов и Ю.И.Федюковский (53) 621.317,44(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

)) 1095117, кл. G 01 R 33/022, 1979.

Wynn W.M. Frahm С.Р. Advanced Superconolucting gradiometer /magnetometer arrays and à.novel signal processing

technique. IEEE Trans on Magnetics,vol. .МАС-11, Р 2, March 1975 ° (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННЪ|Х ПРОИЗВОДНЪ|Х ПОЛЯ (57) Изобретение относится к средствам регистрации тонкой структуры магнитного поля в ближней зоне источника и может быть использовано для измерения первых производных пространственных производных компонент вектора напряженности магнитного поля.

Цель изобретения — повышение точности выполняемых измерений. Устройство содержит систему магнитометрических преобразователей 1-7, два коммутатора 8 и 10 усилитель 9 и регистрирующий прибор 11. К существенным преимуществам предложенного устройства для измерения пространственных производных поля является то, что величина базы для всех градиентометров нового устройства постоянна. Это дает воэможность реализовать оптимальную ве13 личину базы градиентометра. Кроме того предлагаемое устройство имеет пространственную структуру расположения магнитометрических преобразователей, что уменьшает зависимость точности измерений от взаимного распо20779 ложения источника поля и измерительного устройства. Схема расположения магнитометрических преобразователей

1-7 в пространственной прямоугольной системе координат приводится в описании изобретения. 2 ил.

Изобретение относится к средствам магнитных измерений, а именно к средствам регистрации тонкой структуры магнитного поля в ближней зоне источника, и может быть использовано для измерения первых пространственных производных компонент вектора напряженности магнитного поля, являющихся важным информативным параметром поля с точки зрения возможности дистанционной диагностики параметров источника магнитного поля.

Цель изобретения — повышение точНости измерений пространственных производных напряженности поля. 15

На фиг. 1 изображена схема расположения магнитометрических преобразователей в пространственной прямоугольной системе координат; на фиг.2— функциональная электрическая схема 20 предлагаемого устройства.

Устройство для измерения пространственных производных поля содержит систему магнитометрических преобразователей, размещенных на немагнитном

25 основании так, что центры симметрии первого 1 и второго 2 магнитометрических преобразователей лежат на первой горизонтальной оси пространственной прямоугольной системы координат, 30 центр симметрии третьего магнитооптического преобразователя 3 лежит на второй горизонтальной оси указанной системы координат на одинаковом расстоянии от цейтров симметрии первого и второго 2 магнитометрических преобразователей, а магнитные оси первого 1, второго 2, третьего 3 и четвертого 4 магнитометрических преобразователей параллельны второй горизон- 40 тальной оси системы координат, центры симметрии пятого 5 и шестого 6 магнитометрических преобразователей лежат на горизонтальной прямой, паI

2 раллельной первой горизонтальной оси пространственной прямоугольной системы координат, а магнитные ося пятого

5, шестого 6 и седьмого 7 магнитометрических преобразователей направлены вертикально, причем первые выводы первого 1 и второго 2, третьего 3 и четвертого 4, пятого 5 и шестого 6 магнитометрических преобразователей соединены, первый коммутатор 8, первый и второй контакты первой, второй и третьей пары входных контактов которого соединены соответственно с вторыми выводами первого 1 и второго

2, третьего 3 и четвертого 4, пятого

5 и шестого 6 магнитометрических преобразователей, а первый контакт четвертой пары соединен с вторым выводом седьмого магнитометрического преобразователя 7, и соединенные последовательно с первым коммутатором усилитель 9, второй коммутатор 10 и регистрирующий прибор 11, каждый иэ входов которого подключен к соответствующему выходному контакту второго коммутатора 10 ° Центр симметрии третьего магнитометрического преобразователя 3 расположен в вершине равностороннего треугольника, основанием которого является отрезок, соединяющий центры симметрии первого 1 и второго 2 магнитометрических преобразователей, центр симМетрии четвертого магнитометрического преобразователя расположен в вершине тетраздра, основанием которого является указанный равносторонний треугольник, центры симметрии пятого 5 и шестого 6 магнитометрических преобразователей расположены на вертикальных прямых, проходящих через центры симметрии соответственно первого 1 и второго 2 магнитометрических преобразователей над ними, центр симметрии седьмого магнитометрического

3 1320 преобразователя 7 расположен на вертикальнои оси пространственной прямоугольной системы координат в вершине равностороннего треугольника, основанием которого является гориэонталь5 ный отрезок, соединяющий центры пятого 5 и шестого 6 магнитометрических преобразователей. Первые выводытретьего 3 и четвертого 4 магнитометрических преобразователей подключенык первым 1д выводам первого 1 и второго 2 магнитометрических преобразователей,первый вывод седьмого 7 магнитометрического преобразователя соединен с первыми выводами пятого 5 и шестого 6 магнитометрических преобразователей, второй контакт четвертой пары входных контактов первого коммутатора 8 подключен к второму выводу пятого 5 магнитометрического преобразователя, а первый и второй контакты пятой, шес той, седьмой, восьмой и девятой пары входных контактов первого коммутатора 8 подключены соответственно к вторым выводам седьмого 7 и шестого 6, r5 первого 1 и четвертого 4, второго 2 и четвертого 4, третьего 3 и первого

1, третьего 3 и второго 2 магнитометрических преобразователей.

Устройство работает следующим об- 3О разом.

Напряжение на выходе магнитометрических преобразователей 1 — 4 пропорционально компоненте Н> а напря- i жение на выходе преобразователей 5—

7 пропорционально компоненте Hz напряженности измеряемого магнитного поля. Магнитометрические преобразователи объединены в девять пар и включены встречно. В результате на девять пар входных контактов, первого коммутатора 8 поступают напряжения, пропорциональные разности выходных напряжений магнитометрических преобразователей соответствующей пары

U с6 (Нк — Нк );

Ц = (Н» — Н+)Б о (Н вЂ” Н );, (1) оь(Н вЂ” Н );

v, = (H„ — í„); где U (K=1-9) — йапряжение на К-м входе первого коммутатора 8; кк — чувствительность магнитометрических пре-.

779

4 образовател й, измеряемая в В м/А; — величины компонент вектора напряженности поля в месте установки К-го магнитометрического преобразователя.

Первый коммутатор 8 последовательно подает на вход усилителя 9 напряжения U<, которые затем поступают на вход второго коммутатора 10, работающего синхронно с первым.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет измерить девять величин, U„ пропорциональных производным компонент поля Н, измеренным в различных пространственных направлениях. Существующие алгоритмы определения параметроВ источника поля используют в качестве исходной информации значения пяти независимых компонент тенэоРа Ч, а именно Як„ ». Qxg » и Q», Все перечисленные компоненты могут быть получены из измеренных величин Бк с помощью следующих элементарных операций:

Я 2 (8 )

1 (Ь П »

Q„,=- — — (v, v,++UU,);

1 (2)

Q) =-Й,„+Я„) ae Q = — — (vg + U );

1 4 = "

Перечисленные операции являются составной частью алгоритма решения обратной задачи на ЭВМ.

В устройстве величина базы Ь для всех градиентометров постоянна и на ее минимальную величину не накладывается таких жестких ограничений как в прототипе. Математические операции, необходимые в соответствии с (2) для определения пяти независимых компонент тензора Q по девяти измеренным значениям, увеличивают величины ошибок определения некоторых иэ этих компонент и делают их равными: для

Якк Gxx = 4Т» дЛя Q к - к . = 1, дЛя

Qi -бк = "Г3» для Q> -б„„= 2, для

Оу, -6„, = 1.

Среднеквадратичная ошибка измерения компонент тензора Q определяется по формуле (3) 5 13

Величина базы для всех градиентометров предлагаемого устройства постоянна. Это дает возможность реализовать оптимальную величину базы градиентометра, которая всегда имеет место в реальных условиях при заданных значениях чувствительности градиентометров и дальности до источника.

kpoMe того, новое устройство имеет пространственную структуру расположения магнитометрических преобразователей, что уменьшает зависимость точности измерений от взаимного расположения источника поля и измерительного устройства.

Формула изобретения

Устройство для измерения пространственных производных поля, содержащее первый коммутатор, выход которого соединен через усилитель с входом второго коммутатора, выход которого соединен с входом регистрирующего прибора, и систему магнитометрических преобразователей, размещенных на немагнитном основании, причем центры симметрии первого и второго магнито- метрических преобразователей размещены на первой горизонтальной оси пространственнбй прямоугольной системы координат, магнитные оси первого, второго, третьего и четвертого магнитометрических преобразователей параллельны второй горизонтальной оси пространственной прямоугольной системы координат, а магнитные оси пятого и шестого магнитометрических преобразователей расположены на горизонтальной прямой, параллельной первой горизонтальной оси пространственной прямоугольной системы координат, а магнитные оси пятого, шестого, и седьмого магнитометрических преобразователей расположены параллельно вертикальной оси пространственной прямоугольной системы координат, причем первые выводы первого, третьего и пятого магнитометрических преобразователей соединены соответственно с первыми выводами второго, четвертого и шестого магнитометрических преобразователей, вторые выводы первого, второго, пятого и шестого, третьего и четвертого магнитометрических преобразователей соединены, соответственно, с первым и вторым контактами первой пары входных контактов, первым и вторым контакта20779 . 6 ми второй пары входных контактов и первым и вторым контактами третьей пары входных контактов первого коммутатора, первый контакт четвертой пары входных контактов которого соединен с первым выводом седьмого магнитометрического преобразователя, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений, f0 центр симметрии третьего магнитометрического преобразователя расположен в вершине равностороннего треугольника, основанием которого является отрезок, соединяющий центры симметрии

f5 первого и.второго магнитометрических преобразователей, центр симметрии четвертого магнитометрического пре » рбраэователя расположен в вершине тетраэдра, основанием которого является указанный равносторонний треугольник,„ центры симметрии пятого и шестого магнитометрических преобразователей расположены на вертикальных прямых, проходящих через центры симметрии со35 ответственно первого и второго магнитометрических преобразователей, над ними, центр симметрии седьмого магнитометрического преобразователя расположен на вертикальной оси пространgg ственной прямоугольной системы координат в вершине равностороннего треугольника, основанием которого служит горизонтальный отрезок прямой, соединяющей центры симметрии пятого и шестого магнитометрических преобразователей, причем первые выводы третьего и четвертого магнитометрических преобразователей соединены с первыми выводами третьего и четвертого

40 магнитометрических преобразователей, первый вывод седьмого магнитометрического преобразователя соединен с первыми выводами пятого и шестого магнитометрических преобразователей, 45 второй вывод — с первыми контактами четвертой и пятой пар входных контактов первого коммутатора, первые контакты шестой и седьмой пары входных контактов первого коммутатора соеди5О нены соответственно с вторыми выводами первого и второго магнитометрических преобразователей,, первые контакты восьмой и девятой пар входных контактов соединены с вторыми выводами тре55 тьего магнитометрического преобразователя, вторые контакты третьей и четвертой пар входных контактов соединены соответственно с вторыми выводами пятого и шестого магнитометриСоставитель Е. Аносова

Техред В.Кадар Корректор М. Шароши

Редактор Е. Копча

Заказ 2657/50 Тираж 730 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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

7 ческих преобразователей, а вторые контакты шестой и седьмой пар входных контактов — с вторыми выводами четвертого магнитометрического прео разователя, вторые контакты восьмой

1320779 . 8 и девятой пары входных контактов первого коммутатора соединены, соответственно, с вторыми выводами первого и второго магнитометрических преобразователей.