Ядерно-магнитометрическое устройство

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДВТВЛЬСТВУ,,г. ii 661475

С©юа Соавтскмк

Соыйалистммвсии» республик г (51) М. Кл.

G 01 Ч 3/14 (61) Дополнительное к авт. свил-ву

1 (22) Заявлено 18.04.77 (21) 2476750/18-25 с присоединеынек заявки М йеуйаретееееюй еенетет

СССР ее лелея езебретееее е еткрнтей (28) Приоритет

Опубликовано05.05.79рюллетень М 17

Дата опубликования описания 30.05.79 (53) УДК 550.838 (088.8) (72) А вторн изобретения

В. М. Рыжков н E. В. Таширов

Ордена Трудового Красного Знамени институт геофизики

Уральского научного центра АН СССР (71) Заявитель (54) ЯДЕРНО-МАГЯИТОМЕТРИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО

Изобретение относится к областн магнитных измерений, основанных на принципе ядерного магнитного резонанса н, в частности, на принципе свободной ядерной процессии, и может быть нспользовано в

r å0ôèçè÷eñKèõ обсерваториях, прн проведении компонентных измерений магнитного поля Земли, а также при физических нсследованнях, где необходимо измерение составляющих постоянных -магннтвых itoлей. 1в

Так как последние измерения аналогнчвт компонентным измерениям магнит-: ного поля Земли, то ниже будет идти речь только о компонентных геомагннтных нз13 мереннях.

Приборы для измерения магнитного поля Земли на принципе ядерного магнитного резонанса измеряют модуль полного вектора Земного поля. Для более полного изучення магнитного поля необходимо знать вертикальную я горизонтальную состгавляющие (нлн угол между горизонтальной составляклцей н полым вектором, называэ2 мый наклонением) и склонение геомагнитного поля (угол между магнитным н географическнм меридианом);

Существуют два основных метода компонентных измерений; метод Компенсации и метод 3-х модулей (нлн метод всцомогательного поля). Метод компенсации ме- нее точен, поэтому он в основном сейчас не используется.

Метод 3-х модулей имеет несколько разновидностей, нэ нанболее прнемлемым для автоматических измерений является метод, предложенный Беконом fl)

Во всех втнх приборах нспользуются колечные системы для создания дополнительного магнитного поля я делаются тря измерения поля: ври от6утствнн тока в кольцах; при наличии тока в кольцах; пря наличии тока обратного нли кратного пер« вому.

По трем измерениям определяются со» ставляющие поля.

Недостаток всех этих магнитометров заключается в том, что равенство яли

661475 кратность токов нужно выдержать с очень высокой точностью, что усложняет изме рения, а невыполнение этого условия увеличивает погрешность измерений.

Известно ядерно-магнитометрическое 6 устройство для измерения элементов геомагнитного поля методом вспомогательного поля, содержащее ядерный Магнитометр с датчиком внутри колечной системы (2).

В данном устройстве для, определения тг угла наклонения датчик прибора помещается в ориентированные по магнитному меь ридиану кольца и производятсй три измерения магнитного поля ядерным магнитометром:

t3

1) при отсутствии тока в кольцах (определяют величину истинного магнитного поля То);

2) при наличии в кольцах одного направления (определяют величину поля (Т1) =(Т +Н,);

3) при наличий такого же тока в коль цах обратного направления (.Определяют величину (Т . ) = (Т„+ Н1) переключение . тока производится коммутатором поля. .Затем вычисляют угол наклонения (, по формуле:

Т,-т (or ccos

2.7 ГТ (т + 7 )-47

Известный ядерно-резонансный прибор имеет следующие недостатки.

Неодновременность измерений Т,, Т1, Т>, что увеличивает погрешность изме35 рений угла склонения за счет непостоянства То, так как расчеты угла склонения справедливы s предположении, что магнитное поле Тт за пеРиод 3--х измеРений не изменяется.

Необходимо выдержать равенство прямого и,обратного тока в кольцах (Н1 =

=Н ) с высокой точностью, т.е. нужно следить за током при измерениях и при необходимости регулировать его величину. Реализация этого требования усложняется тем, что при переключении направления тока может меняться пермгодное сопротивление контактов.

Большой диапазон измеряемых полей, которыи должен обладать используемый ядерный магнитометр.. Например, чтобы определять составляющие измеряеМого поо ля при угле наклонения 72 с погрешностью

0,1 нужно чтобы Т1 1,68 То, а Тт =

И

=2.22 То, таким образом диапазон составит" от 55000 до 122000 или,по час тоте процессии от 2340 Гц до 5190 Гц. диапазон работы ядерного магннтомотра беэ переключения составляет 2500 (или

100 Гц), поэтому при проведении измерений ядерньм магннтометром необходимо переключение в нем поддиапаэонов измерений одновременно с коммутацией тока.

Бель предлагаемого изобретения - повьпцение точности и упрощение процесса измерения всех составляюших напряженности MG1 нитного поляг

Для этого в ядерно»магнитометрическое устройство дополнительно включены три ядерных магнитометра с датчиками в кольцах и один магнитометр с датчикам вне колец, при этом колечные системы соединены попарно со взаимно встречным способом намоткиг оРиентиРОваны гоРиэонгально во взаимно-:перпендикулярных плоскостях и подключены к источнику тока.

При определении магнитного наклонения используются идентичные системы колец (например, кольца Браунбека), создающие дополнительные магнитные поля. Эти системы ориентируются, например, в плоскости географического меридиана и пос-, ледовательно соединены между собой, причем направление намотки колец во 2-й системе противоположно направлению намотки колец 1-й системы. Кольца расположен@| в разных пунктах на гаком расстоянии, чтобы исключить их взаимное влияние, магнитные поля в этих пунктах одинаковы. Поэтому, если подключить кольца к источнику тока, ro в этих 2-х ко-. лечных системах будут созданы равные по величине (гак как ток один и тот же) и противоположные по направлению магнигные поля. Таким образом, условие равенства дополнительных полей (Н g =Н g ) выполняется автоматически.,Пля измерения суммарного поля в кольцах используются два ядерных магнигометра, датчики которых помещаются в кольца; для определения модуля измеряемого поля применяется третий магнитометр, датчик которого находится вне колец.

Лля определения угла склонения используются еше две системы идентичных колец, ориентированных в плоскости, перпендикулярной плоскости ориентации первой пары колец, например, в плоскости, перпендикулярной плоскости географического меридиана. Принцип намотки этой пары колец и их соединение аналогичны описанным . выше.

Фиг. 1, 2, 3 поясняют принцип измерения и расчета искомых параметров; на

661475 фиг. 4 представлена принципиальная схема предлагаемого устройства. фиг. 1 поясняет принцип измерения и расчета составляющих магнитного поля.

Здесь а Ь С d - плоскость .географического меридиана; age) - плоскость магнитного меридиана; Г - вектор измеряемого магнитного поля; 2, - вертикальная составляющая магнитного поля; H - горизонтальная составляющая.

tO

В направлении географического меридиана в горизонтальной плоскости создаются два взаимно пуативоположных вспомогательных поля Я1 и Н> с помощью описанных выше колец. Из трех измеренных величин Тр, Т, Т лежащих в одной плоскости {фиг. 2), можно определить горизонтальную Х вЂ” компоненту поля Тр (вдоль географического меридиана} по формуле

Ядерно магнитометрическое устройство для измерения элементов геомагнитного поля методом вспомогательного поля, содержащее ядерный магнитометр с датчиком внутри колечной системы, о т л и ч ающ е ес ятем, что, с цельюповышения точности и упрощения процесса измерения всех составляющи с иапряженнос3 е ти магнитного поля, в нег дополнительно включены три ядерных магнитометра с датчиками в кольцах а один магнитометр с датчиком вне.колец, при этом колечные системы соединены попарно со встречным

:направлением намотки, ориентированы горизонтально во взаимно перпендикулярных плоскостях и подключены к источнику тока.

В направлении, перпендикулярном географическому меридиану, в горизонтальной плоскости создаются два взаимно пуотивоположных вспомогательных поля Н и

Й4 с помощью описанных выше колец. Из трех измеренных величин То, Т, ТА, лежащих в одной пппоскости, можно определить горизонтальную я -компоненту поля Тр (перпендикулярную географическому меридиану) по формуле

, -т, ГГ

)O

3

Зная х, у и То, можно определить

40 все компоненты измеряемого поля.

Горизонтальная составляющая Ню х ц

Вертяяальяая составляющая щ= ся Р. н

Наклонение магнитного Ilolls!=ar cCos+. у 45

Склонение магнитного поля0 аоС16-.

Ю Х

Добавочные поля выбираются такими, чтобы погрешность измерения составляющих была не больше погрешности измеSO рения модуля напряженности измеряемого магнитного поля. Например, если измерение модуля происходит с погрешностью О;1, то, чтобы погрешность измерения составляющих быпа такой же величины, необходимо, чтобы одобавочные поо ля {для 1»72 H . 1 2 ) соответствовали равенствам Н Н » 1,7 Тэ, Н Н4 121 То °

На фиг. 4 доказана структурная ere ° ма компонентной ядерно-магнитометрической системы.

Кольца 1, создающие добавочны. поля, ориентированы в горизонтальной плоскости и плоскости географического меридиана.

Кольца 2, создающие добавочные поля

Н> и Н, ориентированы в горизонтальной плоскости и в плоскости, перпендикулярной плоскости географического мерядиана.

Для измерения напряженности полей

Т1, Т, Т, Т, и То имеется пять ядерных магнитометров 3, четыре датчика 4 которых помещены в описанные выше кольца, а один датчик 5 находится вне колец (для измерения Тр ), Измерения магиитометрами происходит в один и тот же момент времени, что достигается запуском магнитометров, работающих автоматически, от одного реле 6 времени. Отсчетиые значения пяти магнитометров поступают s

ЭВМ 7, которая производит описанные выше вычисления и выдает значения нужных элементов поля.

Таким образом, наличие двух пар колечных систем со взаимно противоположной системой намотки и пяти магнитометров позволяет проводить одновременные измерения пяти модулей и определять по ним мгновенные значения составляющих поля с погрешностью, не превышающей погрешность измерения модуля, без переключения диапазонов в магнитометрах. формула изобретения

7 66 1475 8

Источники информации, принятые во rernents a declination, MaSter s Theвнимание пои экспертизе Sis,0.5.Моча E ostДraduate School

Monte> ey, Соб1,М5.

1 Stean F. g. Adaptatian Of a 1гуа 2 Авторское свидетельство (ЖСР есеае о magnsto eteP 1о веонно- и 113421, кл. С, 01У 3/14, 1957, ПНИИПИ Заказ 2460/47 Тираж 696- ПодписнЬе

Филиал ЙПП Патент, z; Ужгород, ул Проектная, 4