Устройство для измерения слабых геомагнитных полей

 

Изобретение относится к геофизическому приборостроению, в частности к магнитометрам, предназначенным для измерения постоянных геомагнитных полей, и может быть использовано для регистрации в движении локальных аномалий главного магнитного поля Земли, создаваемых неоднородностями нерудной природы. Целью изобретения . ляется повышение эффективности регистрации в движении слабых магнитных аномалий главного магнитного поля Земли и повышение точности измерения. С этой целью в устройство введен симметричньш синхронный детектор с сумматором, выполненный по двухтактной схеме, вход которого соединен с выходом избирательного усилителя, а выход - с фильтром низких частот. Применен задающий кварцевый генератор с триггерным делителем частоты на интегральных микросхемах. Последовательно и встречно измерительной обмотке феррозонда подключен компенсатор магнитного поля, выполненньй по схеме стабилизатора тока с токовым зеркалом с применением дифференциальной пары транзисторов, выполненных на одной подложке. Синхронный детектор выполнен по компенсационной схе- ;ме на усилителе с коммутацией перемены знака выходного напряжения. 2 3.п. ф-лы, 3 ил. (Л со 4: О О5 ОО

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (19) (111 (sg 4 С 01 V 3/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4105063/24-25 (22) 02. 09. 86 (46) 23. 10.87. Бюл. Р 39 (71) Донецкий филиал Научно-исследовательского горнорудного института (72) Е.Г.Соболев,- В.П.Новиков, Н,В.Хлюстов и И.Л.Андрущенко (53) 550.83 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М- 1170390, кл. G 01 R 33/02, 1985.

Афанасьев Ю.А. Феррозонды. — M.:

Энергия, 1969, с.122, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СЛАБЫХ

ГЕОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ (57) Изобретение относится к геофизическому приборостроению, в частности к магнитометрам, предназначенным для измерения постоянных геомагнитных полей, и может быть использовано для регистрации в движении локальных аномалий главного магнитного поля

Земли, создаваемых неоднородностями нерудной природы. Целью изобретения. вляется повышение эффективности регистрации в движении слабых магнитных аномалий главного магнитного поля Земли и повышение точности измерения. С этой целью в устройство введен симметричный синхронный детектор с сумматором, выполненный по двухтактной схеме, вход которого соединен с выходом избирательного усилителя, а выход — с фильтром низких частот.

Применен задающий кварцевый генератор с триггерным делителем частоты на интегральных микросхемах. Последовательно и встречно измерительной обмотке феррозонда подключен компенсатор магнитного поля, выполненный по схеме стабилизатора тока с токовым зеркалом с применением дифференциальной пары транзисторов, выполненных на одной подложке. Синхронный детектор выполнен по компенсационной схе:,ме на усилителе с коммутацией перемены знака выходного напряжения.

2 з,п. ф-лы, 3 ил.

1347063

Изобретение относится к геофиэическому приборостроению, в частности к магнитометрам, предназначенным для измерения постоянных геомагнитных полей,и может быть использовано для регистрации в движении локальных аномалий главного магнитного поля

Земли, создаваемых неоднородностями нерудной природы. 10

Цель изобретения — повышение эффективности регистрации в движении слабых магнитных аномалий главного магнитного поля Земли (ИПЗ), повышение точности измерения, чувствительности и термостабильности, быстродействия и помехоустойчивости, а также расширение диапазона измерений..

На фиг.1 показана структурная схема предлагаемого устройства, на фиг.?- 2" график изменения вертикальной составляющей магнитного поля Е по исследуемому профилю на фиг.3 — геологический разрез месторождения карбонатного сырья.

Устройство содержит последовательно соединенные задающий кварцевый генератор 1, триггерный делитель 2 частоты, усилитель 3 мощности, фильтр

4 первого порядка, ферроэондовый дат- 80 чик 5, избирательный усилитель 6, симметричный синхронный детектор 7, сумматор 8, фильтр 9 низких частот (интегратор), индикатор 10, самопишущий прибор 11, компенсатор 12 магнитного поля.

На фиг.2 приняты обозначения: фоновые значения 13 магнитной индукции вертикальной составляющей, экстремальные значения 14 магнитнои индук- 40 ции„ а на фиг.3 — тектоническое нарушение 15, суглинки 16, известняк 17.

Устройство работает следующим образом.

Задающий генератор 1 выполнен по дб обычной схеме на инверторах, выведенных в линейный режим, в котором частота генерации стабилизирована кварцевым резонатором, настроенным на частоту 160 кГц. Триггерным делите-- 50 лем 2 частоты на интегральных микросхемах формируются сигналы прямоугольной формы частотой 10 и 20 кГц.

Транзисторный усилитель 3 мощности необходим для раскачки достаточного по величине тока в возбуждающих обмотках феррозондового датчика.

Сформулированный делителем 2 частоты сигнал прямоугольной формы час тотой 10 кГц усиливается 2-х тактным усилителем 3 мощности и поступает на пассивный К-L-С фильтр 4 первого порядка с бесконечно узкой полосой пропускания на частоте 10 кГц. В блоке фильтров 4 происходит преобразование формы сигнала частотой 10 кГц из прямоугольной в синусоидальную, близкую к резонансной частоте феррозондового датчика 5, работающего на этой частоте, В измерительной обмотке феррозондового датчика, который является активным индукционным преобразователем, при наличии постоянного геомагнитного поля возникает ЭДС удвоенной частоты (20 кГц). Эта частота пропорциональна разности измеряемого магнитного поля. Преобразованный в феррозондовом датчике сигнал поступает на вход избирательного усилителя 6, в котором частично выделенный полез ный сигнал усиливается и поступает на вход симметричного синхронного детектора 7, выполненного по компенсационной схеме на усилителе с коммутацией перемены знака выходного напряжения. Использование синхронного симметричного детектора 7, выходным каскадом которого является сумматор

8, позволяет обойтись без избирательных схем, вносящих фоновые искажения в полезный сигнал, уситывая полярность внешнего магнитного поля.

Питание симметричного синхронного детектора осуществляется симметричным сигналом прямоугольной формы. (меандром) частотой 20 кГц, сформулированным триггерным делителем 2 частоты через цепи согласования уровня

ТТЛ с уровнями управления электронными ключами. Последние выполнены на полевых транзисторах. Продетектированный полезный сигнал (вторая гармоника ЭДС феррозонда) симметричным синхронным детектором 7, выходным каскадом которого является сумматор 8, учитывающий полярность внешнего геомагнитного поля, поступает на вход блока фильтров 9 низких частот (ФНЧ второго порядка) ° В фильтрах 9 выделяется постоянная составляющая полезного сигнала, которая регистрируется индикатором 10 и самописцем 11.

Сигнал ЭДС на сумматоре 8 всегда пропорционален измерению геомагнитно- го поля. Поэтому самописец 11 и индикатор 10 регистрируют изменения по1347063 стоянной части естественного геомагнитного поля.

С целью компенсации внешнего МПЗ используется компенсатор 12 внешнего магнитного Поля, выполненный по схеме стабилизатора тока с токовым зеркалом, с применением дифференциальной пары транзисторов, включенных последовательно и вторично к измерительной обмотке феррозондового датчика 5, В компенсаторе МПЗ предусмотрены независимые ступенчатая и плавная регулировки, Использование компенсатора

ИПЗ позволяет феррозондовому датчику постоянно находиться на нулевом поле, что обеспечивает линейность на начальных участках. Применение дифференциальной пары транзисторов, выпол ненных на одной подложке, обеспечи- 2р вает высокую термостабильность предлагаемого устройства, Устройство позволяет регистрировать изменения одной вертикальной (Н ) и двух горизонтальных (Н „ и Н ) 25 составляющих главного МПЗ. Измерения

Н или Н осуществляются путем перемещения датчиков в соответствующих плоскостях.

В качестве прибора-индикатора 10 может использоваться стрелочный прибор электромагнитной системы, в качестве самопишущего прибора 11 — магнитофон соответствующей конструкции.

Феррозонд посредством экранированного коаксиального кабеля переменной длины соединен с регистрирующим устройством индикатором. Регистрирующее устройство помещено в гетинансовый 40 корпус. На лицевой панели корпуса располагаются стрелочный индикатор

10 и выходные клеммы для подключения самописца 11.

Оператор перемещает феррозондовый 45 датчик по исследуемому профилю на высоте до 0,5 м от поверхности Земли.

Второй оператор осуществляет включение и.выключение устройства.

5Р

На участках профилей без неоднородностей вектора магнитной индукции у поверхности Земли (до 0,5 м высоты) располагаются равномерно под одинаковым углом к поверхности Земли.

При наличии неоднородностей у поверхности Земли образуются участки сгущений и разрежений линий геомагнитной индукции.

При пересечении векторов магнитной индукции в феррозондовом датчике возникает разнополярная ЭДС, пропорциональная разности измеряемого геомагнитного поля, значения которой записываются самопишущим прибором.

Таким образом, применение устройства для измерения слабых геомагнитных полей позволит эффективно осуществлять поиск слабомагнитных аномалий главного магнитного поля Земли

40-250 нТл, создаваемых неоднородностями нерудной природы в движении, и давать их количественную оценку.

Кроме того, высокая частота возбуждения феррозонда приводит к расширению информационных возможностей устройства, так как при этом повышается верхняя граничная частота спектра измеряемого поля.

По существу предлагаемое устройство является прецизионным нуль-индикатором, с помощью которого можно измерять компоненты геомагнитного поля. Высокая точность измерения и чувствительность, термостабильность и быстродействие выгодно отличают предлагаемое устройство от известного.

Устройство может использоваться для регистрации магнитных предвестников оползневых процессов и землетрясений. Измерения устройством можно производить и в автомобильном варианте.

Эффективность применения устройства заключается в точном обнаружении тектонических нарушений и карс тов на глубинах 100-150 м.

Формула изобретения

1. Устройство для измерения слабых геомагнитных полей, содержащее последовательно соединенные задающий генератор, усилитель мощности, блок фильтров, феррозондовый датчик, избирательный усилитель, синхронный детектор, фильтр низких частот и измерительный прибор, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью повышения эффективности регистрации в движении слабомагнитных аноманий главного магнитного поля Земли и повышения точности измерения, быстродействия и помехоустойчивости, син1347063

5 хронный детектор выполнен по компенсационной схеме на усилителе с комму. тацией перемены знака выходного напряжения, причем выходным каскадом синхронного детектора является сумматор.

2. Устройство по п.1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения чувствительности и термостабильности, задающий генератор выполнен с кварцевым резонатором и содержит триггерный делитель частоты на интегральных микросхемах.

3. Устройство по п.1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью

5 расширения диапазона измерений, последовательно и встречно измерительной обмотке феррозонда подключен компенсатор магнитного поля, выполненный по схеме стабилизатора тока с токовым зеркалом с применением дифференциальной пары транзисторов, выполненных на одной подложке.

i3470o3

7» н7и

О5 200

05 100 йб 000

10 гаа

Составитель В.Зверев

Техред И.Попович

Корректор Л. Пилипенко .

Редактор И.Горная

Заказ 5119/46 Тираж 729 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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