Градиентометр

 

t N7Ho-Tекнн Фее ы.;.лжотеиы Мk.". À М»-4»» .. 1» Ф

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ИТВЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

73?893 (61) Дополнительное к ввт. свид-ву—

I (22) Заявлено 01.12,77 (21) 2549779/18-21 (51}М Кл

G R 33/00 а О1 Ч 3/ОО с присоединением заявки М

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 3005ВО Бюллетень Н9 20

Дата опубликовани я описания 05. 06, 80 (53}УДК 621,317.44:

550.838 (088.8) (72) Автор изобретения

Л. И. Князев

Всесоюзный научно-исследовательский институт геофизических методов разведки (71) Заявитель (54) ГРАДИЕНТОМЕТР

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для измерения градиента слабо неоднородных магнитных полей, например геомагнитного поля.

Известен парорубидиевый градиентометр-магнитометр, содержащий блок датчиков, измерительный блок и блок вспомогательной электроники. Блок датчиков состоит из двух датчиковполимеров, закрепленных вместе с ВЧгенераторами возбуждения лампы на жесткой ориентируемой вручную базе. Генераторы возбуждения отнесены от датчиков на 0,8-1,2 м. Квантовый датчик-1з полимер содержит оптическую систему, головку излучателя,,комплект магнито чувствительного элемента и вакуумные элементы — излучатель и камеру поглощения f,1). 20

Принцип измерения градиента общепринятый. Погрешность измерений градиента в стационарном режиме составляет 0,1 r. Минимальное базовое расстояние равно, примерно, 1 м, . 25 . Однако этот градиентометр обладает ограниченными функциональными возможностями и имеет низкий информативный выход. База градиентометра не может быть уменьшена менее 1 м вслед- ЗО

Ъ ствие габаритных ограничений и, взаимного влияния двух датчиков, Известен также грациентометр, содержащий электронную пушку с модулятором, электростатический разделитель, смеситель, формирователь импуль" сов, коммутатор, две пары идентичных соосных колец Гельмгольца, соединенных последовательно и встречно, и два идентичных приемника пучка элек-. тронов, каждый из которых состоит иа экране с отверстием и электронного умножителя, причем смеситель соединен с выходами ббоих электронных умножителей, формирователь импульсов соединен с модулятором электронной пушки, электростатическим разделителем н входом коммутатора, а выходы коммутатора соединены с обеими парами колец Гельмгольца (2).

Пакет электронов, сформированный электронной пушкой, расщепляют электростатическим разделителем в продольном направлении и одновременно выводят обе половины на круговые орбиты в однородных Полях двух riap идентичных, соосных и встречно включенных колец Гельмгольца. Обращающиеся пакеты зондируют с помощью расщепленного электронного пучка, сфор.737893

45 ййрованного той же пушкой, и фиксируют с помощью двух идентичных электронных умножителей импульсов, частота следования которых находится в ли нейной зависимости от индукции измеряемого магнитного поля. Дифференциальная схема градиентометра позволяет исключить влияние собственных магнитных полей колец.

Помимо использования в магнитомет. рическом режиме: данный прибор может быть применен для измерения малых градиентов неоднородного магнитного поля, если обе пары колец Гельмгольца соединены не встречно, а согласно.

В этом случае разностный сигнал пропорционален разности усредненных на площади орбит иэмеряеьнх полей для двух пар колец Гельмгольца. Погрешность измерений градиентометра оценивается как двойная погрешность его магнитометрического канала и составляет 0,02 г в стационарном режиме (2), Однако этот Градиентометр обладает также ограниченными функциональными возможностями и низкой информативностью результатов наблюдений, так как при изучении полей с большими значениями третьей производной магнитного потенциала, градиентометрические измерения осуществляются на очень малой базе, однако двухдатчиковая установка не позволяет сблизить датчики, вследствие их взаимного влияния и габаритных ограничений.

Цель изобретения — повышение информативности результатов наблюдений.

Поставленная цель достигается тем, что в градиентометр, содержащий электронную пушку с модулятором, подключенным к выходу формирователя импульсов, вход которого соединен с одним из выходов коммутатора, и кольца

Гельмгольца, подключенные к другим выходам коммутатора, введены плоский конденсатор, пластины которого размещены перпендикулярно оси колец Гельмгольца и соединены с третьими выходами коммутатора, и размещенный перпендикулярно оси колец Гельмгольца плоский флуоресцируюший экран с жестко укрепленной на нем прозрачной шкалой с кольцевыми и радиальными делениями, центр которой совмещен с осью колец

Гельмгольца, при этом ось электронной пушки ориентирована в плоскости, перпендикулярной к оси колец Гельмгольца.

На чертеже представлена функциональная схема данного градиентометра.

Градиентометр содержит электронную пушку 1 с .,модулятором 2, подключенным к выходу формирователя 3 импульсов, вход которого соединен с одним иэ . выходов коммутатора 4, кольца

Гельмгольца 5 и б, подключенные к другим выходам коммутатора 4, плоский конденсатор, состоящий из пластин 7 и 8, размещенных перпендикуляр но оси колец Гельмгольца 5 и б и соединенных с третьими выходами коммутатора 4, а также размещенный перпендикулярно оси, колец Гельмгольца плоский флуоресцирующий экран 9 с жестко укрепленной на нем прозрачной шкалой 10 с кольцевыми и радиальными делениями, центр которой совмещен с осью колец Гельмгольца, а ось электронной пушки ориентирована в плоскости, перпендикулярной к оси колец

Гельмгольца 5 и б, Градиентометр работает следующим образом.

Когда с формирЬвателя 3 импульсов подается соответствующий импульс на модулятор 2 электронной пушки 1, последняя формирует пакет электронов, которыЯ вводят в область однородного магнитного поля колец Гельмгольца 5 и 6. Поле колец Гельмгольца 5 и 6 определяется током, первоначально заданным коммутатором 4. Пакет вводят в периферийной части экваториальной плоскости колец Гельмгольца 5 и 6 под прямым углом к направлению поля колец. Одновременно формирователь -3 импульсов формирует калиброванный по форме и длительности импульс, в результате чего коммутатор 4 задает в кольцах Гельмгольца 5 и 6 быстро нарастающий ток. Благодаря этому, пакет электронов выводится по спиральной траектории на начальную круговую орбиту, соосную с кольцами Гельмгольца 5 и 6. Ток в кольцах поддерживается коммутатором 4 на заданном максимуме.

При наличии слабого неоднородного исследуемого магнитного поля, направленного вцоль оси колец Гельмгольца

5 и 6, пакет электронов начинает двигаться по трохоидальной траектории в экваториальной плоскости колец. Для малых градиентов поля такая траектория на протяжении интервала времени, равного периоду обращения пакета, представляет собой незначительно деформированную окружность, центр которой дрейфует с определенной скоростью в направлении, перпендикулярном к проекции градиента на экваториальную плоскость колец, т. е, по изолинии.

Через постоянный строго фиксированный интервал времени С с коммутатора

4,управляемого формирователем импульсов 3, подается определенная разность потенциалов на пластины 7 и 8 плоского конденсатора. В параллельных электрическом поле конденсатора и магнитном поле колец Гельмгольца 5 и б пакет электронов движется по винтовой линии с возрастающим шагом в направлении положительно заряженной пластины 7 или 8 конденсатора и при встрече с флуоресцирука им экраном 9 высвечивает пятно, Вследствие малых флуктуаций низшего порядка тех параметров, от которйх зависит скорость

737893 дрейфа, а именно: анодного напряжения электронно-вакуумного прибора, магнитного поля колец и изучаемого

Ноля и интервала времени С, — при последовательном запуске серии пакетов с большой частотой следования на флуоресцирующем экране 9 высвечивается группа пятен, образующих окружность. Так как временем перемещения пакета от экваториальной плоскости колец Гельмгольца 5 н 6 до флуоресцирующего экрана 9 и дрейфом за это время можно за малостью пренебречь, то высвечиваемую окружность можно считать фотографией отрезка, трохоидальной траектории пакета за время экспозиции, равное периоду обращения. Следовательно, положение центра этой окружности относительно оси колец Гельмгольца 5 и 6, фиксируемое через постоянное время T c помощью прозрачной шкалы 10, характеризует скорость дрейфа пакета.

Метрической основой прибора является линейная зависимость величины трохоидального дрейфа пакета электронов D за фиксированное время Г от модуля проекции градиента grad В иа экваториальную плоскость колец Гельмгольца 5 и 6

В= Ч вЂ” =, у-ааВ, а гад В Оа 1 где Ч вЂ” скорость пакета на орбите (при отсутствии электрического поля);

 — и нду кци я с уммар ного ге ома гнитного поля и поля колец Гельмгольца 5 и 6, усредненная на площади круговой орбиты; r — радиус круговой орбиты, соответствующий индукции В и скорости V;

U — анодное напряжение электронновакуумного пр 1бора. Отсюда Чувствительность аэ од г дф1.ад 3) ъ

Для облегчения определения место-нахождения центра высвечиваемой окружности возйожно использование оптйчес кой системы с линейной шкалой с нулем посередине, поворачиваемой вокруг оси колец Гельмгольца 5 и 6. После совме= щения продольной оси шкалы 10 с диаметром высвечиваемой окружности берут два отсчета, соответствующие точкам пересечения окружности с осью шкалы

® 10. Полусумма отсчетов дает искомый ответ °

Формула изобретения

Градиентометр, содержащий электрон1S ную пушку с модулятором, подключенным к выходу формирователя импульсов, выход которого соединен с одним иэ выходов коммутатора, кольца Гельмгольца, подключенные к другим выходам

Щ коммутатора, отличающийся тем, что, с целью повышения информа-тивности результатов наблюдений, в него введены плоский конденсатор, пластины которого размещены перпенди25 кулярно оси колец Гельмгольца и соединены с третьими выходами коммутатора, и размещенный перпендикулярно оси колец Гельмгольца плоский флуоресцирующий экран с жестко укрепленной на нем прозрачной шкалой с кольцевыми и радиальными делениями, центр которой совмещен с осью колец Гельмгольца, при этом ось электронной пушки ориентирована в плоскости, перпендикулярной к оси колец Гельмгольца.

35 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Васюточкин Г. С. и др. Парорубидиевый градиентометр-магнитометр.-Сб. Методы разведочной геофизики, 4О вып; 23. Л., 1976, с. 3-12.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке 9 2422586, кл. G 01 R 33/00;

1977. 737893

Составитель С. ЛукинЬкая

Редактор A. Долинич Техред М.Кузьма Корректор B. Синицкая

ФВ&44ийзВйь Ф..амч м. —.

Заказ 2563/7 Тираж 1019 Подписное

-:-ЦНИИПИ Государственного комитета СССР ао делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4