Магнитодинамический магнитометр

 

Вс ееокотемесв виет и в-те» нече е

О П И С А Н И Е 1и1 593I70

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советских

Социалистическим

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 09.07.75 (21) 2153393/18-25 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 15.02.78. Бюллетень № 6 (45) Дата опубликования описания 28.02.78 (51) М. Кл. G 01V 3/00

Государственный комитет

Совета Мнннстров СССР ао делам изобретений и открычй (53) УДК 550.380.8 (088.8) (72) Авторы изобретения (71) Заявитель

Ю. А. Бурцев и Б. А. Белов

Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн АН СССР (54) МАГН ИТОДИ НАМИ Ч ЕСКИ Й МАГНИТОМЕТР

Изобретение относится к области магнитометрии и может найти применение в научных исследованиях и в разводке полезных ископаемых, Для измерения компонент магнитного поля широко используются магнитометры, основанные на измерении периода свободных колебаний магнита в магнитном поле (1).

Известен магнитодинамический магнитометр для измерения горизонтальной составляющей магнитного поля Земли, содержащий магниточувствительный элемент, состоящий пз IIOстоянного магнита с зеркалом, подвешенного на растяжках, осветитель, фотоэлектрический прибор, периодомер, поворотный круг (2j.

Основным недостатком известного устройства является невозможность одновременного измерения магнитного поля по двум ортогональным направлениям с помощью одного датчика.

Для обеспечения возмо>кности одновременного измерения магнитного поля по двум ортогональным направлениям с помощью одного магниточувствительного элемента в предлагаемый магнитометр введены счетчик импульсов, коммутатор, стабилизатор тока, интегрирующий операционный усилитель, кольца

Гельмгольца, преобразователь ток-частота и триггер, причем вход триггера подключен к выходу фотоэлектрического прибора, а выход к входам периодомера и счетчика импульсов, а также к входу коммутатора, электрически связывающего стабилизатор тока с входом интегрирующего операционного усилителя, вы5 ход последнего через кольца Гельмгольца подключен к входу преобразователя ток — частота, выход которого связан со счетным входом счетчика импульсов.

На чертеже изображена блок-схема предла10 гаемого магнитометра.

Магнитометр содержит кварцевый магниточувствительный элемент 1, состоящий из подвешенного на раскрученных кварцевых растя>кках 2 постоянного магнита 3 с зеркалом

15 4, установленного в центре колец Гельмгольца

5; фотоэлектрический прибор 6 оптически связан с зеркалом 4 светом осветителя 7 прп таком поло>кении зеркала 4, когда угол закручивания растяжек 2 равен нулю, фото20 электрический прибор 6 связан " выходом триггера 8.

Выход триггера 8 связан с управляющими входами периодомера 9 и счетчика импульсов

10, а так же с входом коммутатора 11, элект25 рическп связывающего стабилизатор тока 12

=о входом интегрирующего операционного усилителя 1;. вход и выход которого связаны интегриру сшей емкостью 14, а выход интегрирующего операционного усилителя 13 через

30 кольца Гельмгольца 5 связан со входом пре593170

65 образователя ток-частота 15, выход которого соединен со счетным входом счетчика импульсов 10, Кварцевый магниточувствительный элемент 1, осветитель 7, фотоэлектрический прибор 6 и кольца Гельмгольца закреплены на поворотном круге 16, ось вращения которого 17 параллельно оси поворота магнита 3.

Магнитометр работает следующим образом.

Зеркало 4, поворачиваясь, проходит через положение, которое соответствует нулю угла закручивания растяжек 2 и отражает свет осветителя 7 на фотоэлектрический прибор 6.

На выходе фотоэлектрического прибора 6 возникает электрический импульс, который и переключает триггер 8 в положение «+». В момент переключения импульс с выхода триггера 8 включает периодомер 9 и счетчик импульсов 10, а также под действием потенциала на выходе триггера 8 коммутатор 11 переводит стабилизатор тока 12 в положение заряда емкости 14 интегрирующего операционного усилителя 13. Увеличение напряжения на емкости 14 создает в компенсирующих кольцах

Гельмгольца 5 приращение тока, магнитное поле которого направлено так, чтобы сумма сил, действующих на магнит 3, возвращала его в положение, при котором угол закручиванияя р астяжек 2 р авен нулю.

При вращении магнита 3 в обратном направлении в момент прохождения им положения, соответствующего нулю угла закручивания растяжек 2, зеркало 4 направляет свет осветителя 7 на фотоэлектрический прибор 6, на выходе которого возникает электрический импульс на этот раз переключающий триггер

8 в положение « — ».

Коммутатор 11 под действием потенциала на выходе триггера 8 переводит стабилизатор тока 12 в положение разряда емкости 14 интегрирующего операционного усилителя 13.

Уменьшение заряда на емкости 14 создает в компенсирующих кольцах Гельмгольца 5 приращение тока, магнитное поле которого направлено так, чтобы сумма сил, действующих на магнит 3, возвращала его в положение, соответствующее нулю угла закручивания растяжек 2. В момент прохождения этого положения зеркало 4 отражает свет осветителя 7 на фотоэлектрический прибор 6, на выходе которого возникает электрический импульс, который переключает триггер 8 в положение «+». В момент переключения импульс с выхода триггера 8 останавливает счет на периодомере 9 и счетчике импульсов IO.

Со следующим переключением триггера 8 в положение «+» начинается новый цикл измерений.

В предлагаемом устройстве цепь обратной связи связывает фазу колебаний магнита магниточувствительного элемента с фазой магнитного поля, создаваемого кольцами Гельмгольца. Организованная таким образом кусочно-линейная следящая система обладает следующими особенностями.

Магнитное поле внутри компенсирующих колец Гельмгольца по направлению оси колец, усредненное за период колебаний магниточувствительпого элемента, равно нулю.

В установившемся режиме фаза колебаний магнита магниточувствительного элемента и фаза изменений магнитного поля, создаваемого кольцами Гельмгольца, сдвинуты друг относительно друга на л/2 и частота автоколебательной системы определяется только коэффициентом кручения нити и напряженностью компоненты магнитного поля, перпендикулярной оси колец Гельмгольца.

Ток, текущий в кольцах Гельмгольца, поступает на вход преобразователя ток-частота, а счетчик импульсов ведет счет импульсов за время периода колебаний магнита магниточувствительного элемента. Периодомер, управляемый импульсами триггера, измеряет время, кратное периоду колебаний магнита магниточувствительного элемента. Числа, фиксируемые счетчиком импульсов и пер иодо мер ом, определяют величины двух ортогональных компонент внешнего магнитного поля, усредненные за период колебаний магнита магниточувствительного элемента.

Формула изобретения

Магнитодинамический магнитометр, содержащий магниточувствительный элемент, состоящий из постоянного магнита с зеркалом, подвешенного на растяжках, осветитель, фотоэлектрический прибор, периодомер и поворотный круг, отличающийся тем, что, с целью обеспечения возможности одновременного измерения магнитного поля по двум ортогональным компонентам с помощью одного магниточувствительного элемента, в магнитометр введены счетчик импульсов, коммутатор, стабилизатор тока, интегрирующий операционный усилитель, кольца Гельмгольца, преобразователь ток — частота и триггер, причем вход триггера подключен к выходу фотоэлектрического прибора, а выход — к входам периодомера и счетчика импульсов, а также к входу коммутатора, электрически связывающего стабилизатор тока с входом интегрирующего операционного усилителя, выход последнего через кольца Гельмгольца подключен к входу преобразователя ток †часто, выход которого связан со счетным входом счетчика импульсов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Брюнелли В. E. и др. Высокочувствительная вариационная станция для регистрации короткопериодных колебаний магнитного поля

Земли. Сб. «Научно-техническая информация по геофизическому приборостроению» Изд.

«Мингео», 1960, вып. 5, с. 70 — 85.

2. Яновский Б. М. Земной магнетизм, Изд

«ЛГУ», 1963, т. 2, с. 278.

593170

Составитель С. Рыжих

Техр ед Н. Рыбки на

Редактор И. Шубина

Корректор Л. Орлова

Заказ 520/2 Изд. М 221 Тираж 734

1-1ПО Государственного когиптета Совета Министров СССР по дсзаги изобретений и открытий

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

Г1одпнснос

Типография, нр. Сапунова, 2