Способ настройки квантового самогенерирующего магнитометра

 

Изобретение относится к области магнитных измерений, в частности кспособам настройки квантовых само— генерирующих магнитометров. Цель изобретения - снижение ориентационных погрешностей и повьпиение абсолютной точности измерений. КвантовьпЧ самогенерирующий магнитометр вращают вокруг его продольной оси и с помощью двух поперечных взаимно ортогональных постоянных магнитных полей, компенсируют возникающие при этом приращения магнитной индукции. После этого отклоняют продольн5'10 ось от оптимального .положения относительно вектора магнитной ивдукции (под углом 45^), с помощью продольного постоянного магнитного ПОЛЯ компенсируют приращения магнитной индукции и завершают на^ стройкуо 3 ил о

сОюз соВетских социАлистических

PECflYSЛИК

SU .59694 (51)5

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ по изовРетениям и открытиям

ПРИ ГКНТ СССР (46) 30.05.91. Бюл. Р 20 (21) 4654010/25 (22) 23.02.89 (71) Научно-производственное объединение "Рудгеофизика" (72) О.П.Хвостов, В.B.Àâåðêèåâ и Б.И.Гинзбург .(53) 550.83(088.8) (56) Bloom А. Principles of Орега1дon of the vapor magnetometer. Applied Optics, 1961, v, I, Р 1, р,6168.

Авторское свидетельство СССР

И 685017, кл. G 01 V 3/14, 1980, е (54) СПОСОБ НАСТРОЙКИ КВАНТОВОГО САМОГЕНЕРИРУК@ЕГО МАГНИТОМЕТРА (57) Изобретение относится к области магнитных измерений, в частности к

Изобретение относится к области магнитных измерений, в частности к способам настройки квантовых самогенерйрующих магнитометров (КСМ), и мо-. жет быть использовано в магниторазведке.

Целью изобретения является повышение точности настройки путем компенсации составляющей ориентационной погрешности, вызванной вращением

KCM вокруг его продольной оси, а также погрешности, обусловленной остаточным намагничиванием элементов конструкции КСМ.

На фиг.1 приведена функциональная схема одного из возможных вариантов. устройства для осуществления способа; на фиг.2 — иэображение векторов и сисспособам настройки квантовых самогенерирующих магнитометров, Цель изобретения — снижение ориентациониых погрешностей и повышение абсолютной точности измерений. Квантовый самогенерирующий магнитометр вращают вокруг его продольной оси и с помощью . двух поперечных взаимно ортогональных постоянных магнитных полей, компенсируют возникающие при этом приращения магнитной индукции. После этого отклоняют продмпную ось от оптимального положения относительно вектора о магнитной индукции (под углом 45 ), с помощью продольного постоянного маг" нитного поля компенсируют приращения . д магнитной индукции и завершают на.стройку. 3 ил. системы координат; на фиг.3 - графики ориентационных зависимостей индукции до и после настройки.

Устройство (фиг.1) содержит гене-, ратор 1 возбуждения, преобразователь

2 индукции в частоту, состоящий из источника 3 излучения, поляроида 4, ячейки поглощения 5, соосной с ней катушки 6 обратной связи и фотоприемника 7, широкополосный усилитель 8 ° преобразователь 9 частоты в код, источник питания 10, регулируемые делители тока 11-13 и катушки 14 и 15 постоянного тока, оси которых взаимно ортогональны н ориентированы в попе. речном направлении к оси катушки 6 обратной связи, совпадающей с продольной осью КСМ.

1596948

Выход генератора 1 возбуждения соединен с источником 3 излучения, вход широкополосного усилителя 8 соединен с выходом фотоприемника 7,- а а выход соединен с катушкой 6 обрат ной cBRsn и с входом преобраэова« теля 9 частоты в код. Катушка б обратной связи и катушки 14 и 15 постоянного тока подключены к источнику 1р питания 1О через регулируемые делители тока 11-13.

Источниками ориентационных и абсолютной погрешности КСМ являются световые сдвиги частоты, несоос- . ность оптической оси КСМ (луча света накачки} и продольной оси КСМ (оси. катушки обратной связи), а также собственное магнитное поле КСМ, обусловленное намагниченностью всей суммы 2О элементов его конструкции.

Для компенсации погрешностей, ОбуслЬвленных световыми сдвигами

«густоты, требуется создание постоянного магнитного поля, направленного по 2S продольной оси КСМ, для компенсации погрешностей, обусловленных несоосностью продольной и оптической осей

КСМ, необходимо создание поперечного продольной оси КСИ постоянного маг- З0 нитного поля, Для компенсации погрешностей, обусловлейных остаточным намагничиванием, необходимо создание постоянного магнитного поля как в направлеции продольной оси КСМ, так и и поперечном продольной оси направлении.

Поскольку направление вектора поперечного компенсирующего поля заранее 40 неизвестно, для настройки КСМ испольэуют три катушки, питаемые постоянным током. Для создания продольного кОмпенсирующего пОля используют катуш» ку 6 Обратной связи (фиг.1), а попе-,45 р чные постоянные поля создают с помощью катушек 14 и 15 постоянного тока, плоскости витков которых взаимно ортогональны, а создаваемые ими постоянные магнитные поля ориентированы 50 поперек продольной оси КСИ. Такая система катушек позволяет создавать постоянное магнитное поле любого заданного направления, что обеспечивает компенсацию погрешностей КСИ при любом сочетании всех трех источников погрешНОСТИо

Конкретный пример реализации спосо, ба Поясняется примером настройки

КСМ, функциональная схема которого изображена на фиг.l.

После включения и прогрева генератора 1 возбуждения и преобразователя 2 индукции в частоту на выходе, широкополосного усилителя 8 возникают устойчивые колебания с частотой, пропорциональной модулю вектора магнитной индукции ВМИ. Сигнал с выхода широкополосного усилителя 8 поступает на вход преобразователя 9 частоты в код и на его выходе формируется электрический сигнал в виде кода, значение которого градуировано в единицах магнитной индукции (нТл).

Для настройки КСМ, назначение ко" торой состоит в снижении ориентационных и абсолютной погрешностей, выполняют следующие операции. На настроечном стенде устанавливают преобразователь 2 индукции в частоту в положе-. ние, при котором его продольная ось, совпадающая с осью катушки 6 обрат-. ной связи, расположена в плоскости магнитного меридиана под оптимальным углом <=45 к вектору магнитной индукции, а ось катушки 15 посто" янного тока Ортогональна плоскости магнитного меридиана. В этом положении угол поворота I 0 (фиг.2). По значению кода на выходе преобразователя 9 частоты в код определяют значение модуля ВМИ В . После этого поочередно поворачивают преобразователь

2 индукции в частоту из исходного по ложения вокруг продольной оси по часо" вой стрелке (если смотреть ceepxy) на углы 8 =90s 180 и 270 и при каждом значении угла -4 определяют соответствующие значения модулей ВМИ

В ", В " и В „По измеренным значениям определяют приращения магнитной индукции дВ (-В +В ) .(В

-В ) и рассчнтйвают значения силы тока Х и Х у катушек постоянного тока 14 и 15 соответственно

at (»B +В lie )»» ° а

Х

42 n„

Ху - (В9 - В ) - — у

Г2-nnó

Здесь п„и n> - постоянные катушек 14 и.15 соответственно, Расчетные значения токов устанавливают с помощью регулируемых делителей тока 12 и 1Э, создавая, тем самым два взаимно ортогональных постояи!

596948 ных магнитных поля в поперечных продольной оси КСМ направлениях. Эти поля компенсируют приращения магнит-

1. ной индукции (-В -+В ) и (В "В ) . о у, 9о н

После этого вновь устанавливают преобразователь 2 индукции в частоту в исходное положение (/=О), отклоняют преобразователь 2 в плоскости магнитного меридиана иэ оптимального положения (o(= 45 ) на угол dg и определяют значение модуля ВМИ В 1, отклоняют преобразователь 2 из исходного положения на угол - da(n определяют значение модуля ВМИ В . По измеренным значениям рассчитывают силу тока

I катушки б обратной связи до(-ло(1

Х = (ы -В ) — — — — -- -(2)

2 20

1Г2 п зiпд,(Здесь п — постоянная катушки обратной связи. Расчетное значение постоянного тока устанавливают с помощью регулируемого делителя тока

Ю

11 При этом создаваемое катушкой 6 обратной связи постоянное магнитное поле в направлении продольной оси снижает погрешность, обусловленную. световыми сдвигами частоты, компенсируя разность

dB = (В - В )

-Ло( ( Если после установки расчетных значений тока снижение погрешностей - З5 недостаточно, вновь выполняют измерения приращений магнитной индукции, рассчитывают необходимые приращения токов и корректируют первоначальные значения токов методом последовательных приближений. Важно при этом строгое соблюдение последовательности операций настройки. Сначала снижают погрешности при вращении вокруг продольной оси и только после завершения этих операций приступают.к операциям настройки при отклонении продольной оси от оптимального угла, На фиг,З проиллюстрированы этапы снижения ориентационных погрешностей

КСМ, зависимость 16 «: приращения

ВМИ дВ с компенсацией только .no продальной оси, зависимость 17 - с дополнительной компенсацией по одной ортогональной оси. зависимость 18 - с доволнительной компенсацией по двум ортогональным осям.

Осуществление дополнительной компенсации по двум ортогональным осям позволяет обеспечить снижение зависимости показаний КСМ от угла б(на всех курсах (угол поворота К), что, в свою очередь, позволит выполнять высокоточные аэромагнитные исследования, Формула изобретения

Способ настройки квантового самогенерирующего магнитометра (КСМ), включающий ориентацию продольной оси КСМ в исходное положение под заданным углом к вектору магнитной индукции

ВМИ, преимущественно под углом 45, определение модуля ВМИ, отклонение продольной оси КСМ от исходного положения с одновременным измерением величины 4 Ф отклонения, определение модуля ВМИ и приращения модуля ВМИ d В =Г„(а(), создание в направлении продольной оси

КСМ постоянного магнитного поля, компенсирующего приращение dЛ, модуля

ВМИ, отличающийся тем,, что, с целью повышения точности настройки путем компенсации составляющей ориентационной погрешности,. вызванной вращением КСМ вокруг его продольной оси, а также погрешности, обусловленной остаточным намагничением зле. ментов конструкции КСМ, предварительно из исходного положения осуществляют полный разворот l(CN вокруг его.продольной оси дискретно с шагом М/2, од-. одновременно. в каждом положении КСИ измеряя угол поворота Р и определяя модуль ВМИ, находят приращения ЗВ =

=f (Р модуля ВМЯ для двух взаимно ортогональных награвлений в плоскости вращения, перпендикулярной продольной оси КСМ, создают в указанных направлениях дополнительные постоянные магнитные поля, компенсирующие приращения модуля ВМИ по каждому иэ направлений, затем ориентируют про" дольную ось КСМ в исходное положение, а компенсацию приращения модуля

ВМИ за счет отклонения д продолькой оси от исходного положения осуществляют при действии дополнительно соз- данных магнитных полей.

1596948

1ф б

0 я7

/УЦШФ

0,Ю

-0,5 иг.Г

Составитель Л.Торопова

Редактор Н.Коляда Техред Л.Кравчук Корректор М.Шароши

ЮМ »« °

Заказ 2561 . Тираж 351 Подписное

ВНКИПИ Государственного комитета по иэобретениям и открьггиям при ГКНТ СЧСР

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

° В ЮВ

Производственно-и здательс кий комбинат, "Патент", г . Ужгород, ул. Гагарина, 101