Oblast techniky

Vynález se týká způsobu vysoce přesného měření geomagnetických vektorů v terénu ve fýzikální geografii a zejména se týká způsobu vysoce přesného měření geomagnetických vektorů v terénu a zařízení pro provedení tohoto způsobu měření.

Dosavadní stav techniky

Měření geomagnetického vektoru může účinně snížit mnohotvárnost v inverzi geofyzikálního průzkumu a přispět ke kvalitativnímu a kvantitativnímu vysvětlení magnetické podstaty. V současné době zahrnují běžná geomagnetická měřicí zařízení, která se používají pro fyzikálně geografické výzkumy doma i v zahraničí, protonový magnetometr, magnetometr s optickým čerpáním nebo Overhauserův protonový magnetometr. Používat tyto magnetometry na volném prostranství je velmi jednoduché, přesnost měření již dosáhla nebo i překročila 1 nT, mohou měřit skalární hodnotu intenzity výsledného geomagnetického pole, nicméně, magnetometr pro měření celkového magnetického pole nemůže měřit vektory geomagnetického pole. Při měření geomagnetického vektoru na volném prostranství je možné použít jen fluxgate tříkomponentový magnetometr s nízkou přesností a chybou měření až 10 nT. Tento typ magnetometru nemůže uspokojit potřeby profesionálního geofyzikálního výzkumu. V současné době je znám komerčně dostupný vektorový magnetometr didD vyráběný firmou CEM Corporation (Canada). Tento magnetometr představuje mezinárodně pokročilou úroveň měření geomagnetického vektoru. Způsob měření používaný u vektorového magnetometru didD je následující: přimontují se dvě sady ortonormálních cívek na sondu vysoce přesného magnetometru pro měření celkového magnetického pole, osy ortogonálních cívek jsou orientovány ortogonálně s vektorem F geomagnetického pole v horizontální rovině ameridiální rovině. Nejprve se zaznamená výsledné magnetické pole T bez klidového proudu, pak se vstupními klidovými proudy o stejné velikosti, ale v opačném směru závitů cívky, kde axiální osy jsou kolmé k T v meridiánové rovině, přesněji cívky magnetické inklinace (I), zaznamená se výsledné magnetické pole mezi magnetickým vychylovacím polem, které bylo vytvořeno dvěma klidovými proudy a geomagnetickým polem, s názvy Ip a Im, stejným způsobem se provede vstup klidových hodnotově shodných proudů stejné hodnoty, které jsou směrově opačné v cívkách v axiálním směru kolmo k T v horizontální rovině, přesněji magnetická deklinace (D), záznam výsledného magnetického pole mezi výchylkou magnetického pole způsobenou těmito dvěma klidovými proudy a geomagnetického pole, zvané D_p a D_m, a pak na základě výpočtu stanovení změn dl a dD inklinace (I) a deklinace (D) magnetického pole T (http://www.gemsvs.ca/products/vecrot-magneromerets/). Při měření didD vektorovým magnetometrem vyrobeným společností GME Corporation není třeba vytvářet kompletní náhradu složek geomagnetismu, takže zařízení je relativně jednoduché. Nicméně, ortogonální osu cívky sondy je třeba předem nastavit ortonormálně ke geomagnetickému vektoru T pro měření v horizontální rovině a meridiánové rovině, takže přípravné práce pro instalaci a nastavení přístroje jsou složité a zdlouhavé, proto může být použit pouze pro měření změn odchylek geometrické inklinace I a deklinace D v průběhu času u stacionárního typu stanice seismologické a geomagnetické observatoře. Z tohoto důvodu není měřicí zařízení pro geomagnetický vektor a technologie stavu techniky použitelné pro vysoce přesná měření v oblastech s výskytem rud.

Podstata vynálezu

Předmětem vynálezu je poskytnout způsob vysoce přesného měření geomagnetických vektorů v terénu a zařízení pro provedení tohoto měření.

- 1 CZ 308096 B6

Dosažení výše uvedeného je možné pomocí technického řešení podle vynálezu.

Předmětem vynálezu je způsob vysoce přesného měření geomagnetických vektorů v terénu, kdy se změří běžné geomagnetické pole To bez přídavného magnetického pole a 2 hodnoty výsledného magnetického pole T_i a T_2 a kdy se ke geomagnetickému poli přidá magnetické pole Tf směřující vzhůru a dvojnásobné magnetické pole 2Tf směrem vzhůru s využitím stativu, svislé cívky a magnetometru pro měření celkového pole a vypočte se vertikální Z a horizontální H složka magnetického pole a geomagnetická inklinace I dle následujících vztahů:

_z,, H cos(l) ~

Horizontální cívka se nastaví tak, aby se geometrické středy vertikální a horizontální cívky překrývaly; změří se 2 hodnoty výsledného magnetického pole T₊n a T_n poté, co se ke geomagnetickému poli přidá horizontální dopředně magnetické pole a zpětné horizontální magnetické pole s využitím magnetometru pro měření výsledného magnetického pole; a vypočítá se geomagnetická deklinace dle následujícího vztahu:

Geomagnetická deklinace D = D0-D1 kde DO je přednastavená hodnota rovná úhlu mezi horizontální osou cívky a geografickým severem.

Způsob vysoce přesného měření geomagnetických vektorů v terénu zahrnuje následující kroky:

umístění senzoru magnetometru pro měření výsledného magnetického pole na střední část vertikální cívky, připevnění vertikální cívky na stativ, kde vertikální cívkou je Helmholtzova cívka;

připojení vertikální cívky ke zdroji pomocí drátů a nainstalování přepínače na zdroj elektrické energie;

nastavení vypínače tak, aby vertikální cívka nebyla připojena ke zdroji napájení a změření magnetického pole To bez přídavného magnetického pole pomocí magnetometru pro měření výsledného magnetického pole;

nastavení vypínače tak, že vertikální cívka je napájena zpětně proudem o intenzitě I a generuje magnetické pole Tf směřující vzhůru. Změření výsledného magnetické pole T_i magnetického pole Tf a geomagnetického pole pomocí magnetometru pro měření výsledného magnetického pole.

-2CZ 308096 B6 nastavení vypínače tak, že vertikální cívka je napájena zpětně proudem o intenzitě 21 a generuje magnetické pole 2Tf rovně vzhůru. Změření výsledného magnetické pole T_2 magnetického pole 2Tf a geomagnetického pole pomocí magnetometru pro měření výsledného magnetického pole a s použitím To, T-i a T_2 a výpočet vertikální složky Z, horizontální složky H a geomagnetické inklinace I magnetického pole dle následujících vztahů:

Horizontální cívka se připevní na vertikální cívku tak, aby se geometrické středy cívek překrývaly; senzor magnetometru pro měření výsledného magnetického pole se umístí na oblast překryvu geometrických středů cívek, kde horizontální cívka je Helmholtzova cívka; změří se výsledné magnetické pole geomagnetického pole s dopředným horizontálním magnetickým polem Τ+Π a zpětným horizontálním magnetickým polem T_n s pomocí magnetometru pro měření výsledného magnetického pole a vypočte se geomagnetická deklinace dle následujícího vztahu:

cos(Dl) = — .....

+T1* -2T*)

Geomagnetická deklinace D = D0-D1 kde DO je přednastavená hodnota rovná úhlu mezi horizontální osou cívky a geografickým severem.

Způsob vysoce přesného měření geomagnetických vektorů v terénu zahrnuje následující kroky:

umístění senzoru magnetometru pro měření výsledného magnetického pole na prostřední část vertikální cívky a připevnění vertikální cívky na stativ, kde vertikální cívkou je Helmholtzova cívka;

připojení vertikální cívky ke zdroji pomocí drátů a nainstalování přepínače na elektrickou energii;

nastavení vypínače tak, že vertikální cívka není připojena ke zdroji napájení, změření geomagnetického pole To bez přídavného magnetického pole pomocí magnetometru pro měření výsledného magnetického pole;

nastavení vypínače tak, že vertikální cívka je napájena zpětně proudem o intenzitě I a generuje magnetické pole Tf směřující vzhůru; změření výsledného magnetické pole T_i mezi magnetickým polem Tf a geomagnetickým polem pomocí magnetometru pro měření výsledného magnetického pole;

nastavení vypínače tak, aby vertikální cívka byla napájena zpětně proudem o intenzitě 21 a generovala magnetické pole 2Tf_; změření výsledného magnetického pole T_2 magnetického pole 2Tf a geomagnetického pole pomocí magnetometru pro měření výsledného magnetického pole a s použitím To, T-i a T_2 výpočet vertikální složky Z, horizontální složky H a geomagnetické inklinace I magnetického pole dle následujících vztahů:

-3CZ 308096 B6 připevnění horizontální cívky na vertikální cívku tak, aby se geometrické středy cívek překrývaly a připojení napájení na horizontální cívku, kde horizontální cívkou je Helmholtzova cívka;

nastavení vypínače tak, aby horizontální cívka byla připojena ke zdroji napájení na kladný pól; změření výsledného magnetického pole T₊n mezi dopředným magnetickým polem horizontální cívky a geomagnetickým polem pomocí magnetometru pro měření výsledného magnetického pole;

nastavení vypínače tak, aby horizontální cívka byla připojena ke zdroji napájení na záporný pól, změření výsledného magnetické pole T_n mezi zpětným magnetickým polem horizontální cívky a geomagnetickým polem s pomocí magnetometru pro měření výsledného magnetického pole; s použitím To, T-i T-2, T₊n a T_n vypočtení vertikální Z, horizontální H složky magnetického pole a také geomagnetické inklinace I a geomagnetické deklinace D dle následujících vztahů:

Geomagnetická deklinace D = D0-D1 kde DO je přednastavená hodnota rovná úhlu mezi horizontální osou cívky a geografickým severem.

Zařízení pro provedení způsobu vysoce přesného měření geomagnetických vektorů v terénu obsahuje stativ, horizontální regulátor připevněný na stativ, buben připevněný na horizontální regulátor; pevný stojan připevněný k bubnu; držák cívky připevněný na pevný stojan, konzoly poloos připevněné na držák cívky, osové hřídele připevněné na vrchol příslušné konzoly poloosy, osová hřídel je spojena s formou vertikální cívky pomocí spojovací desky, a forma vertikální cívky je spojena s formou horizontální cívky, horizontální cívka je obtočena kolem formy horizontální cívky a vertikální cívka je obtočena kolem formy vertikální cívky, geometrické středy horizontální cívky a vertikální cívky se překrývají a horizontální cívka i vertikální cívka je připojena ke zdroji napětí pomocí drátů; senzor magnetometru pro měření výsledného magnetického pole se připevní na místo, kde se geometrické středy horizontální cívky a vertikální cívky překrývají;

-4CZ 308096 B6 senzor magnetometru pro měření výsledného magnetického pole se připevní k magnetometru pro měření výsledného magnetického pole pomocí drátů; montážní deska se připevní na formu horizontální cívky, dvě vzájemně kolmé vodováhy se připevní na montážní desku tak, že horizontální roviny těchto dvou vodováh jsou rovnoběžně s rovinou vertikální cívky; forma vertikální cívky a forma horizontální cívky je namontovaná ortogonálně na osovou hřídel držáku cívky a formy cívky jsou schopny otáčet se svisle kolem vodorovné osové hřídele v rozmezí 180° a držák cívky je schopen otáčet se vodorovně kolem pevného stojanu v rozmezí 180°.

Způsob vysoce přesného měření geomagnetických vektorů v terénu zahrnuje následující kroky:

připevnění stativu na místo pozorování, připevnění horizontálního regulátoru na stativ, připevnění bubnu na horizontální regulátor; připojení pevného stojanu k bubnu; připojení držáku cívky na pevný stojan, připevnění konzoly poloosy na držák cívky a následné připevnění odpovídající osové hřídele na vrcholy konzol poloos; osové hřídele jsou spojeny s formou vertikální cívky pomocí spojovací desky a rám vertikální cívky je spojen s rámem horizontální cívky, horizontální cívka je obtočena podél rámu horizontální cívky, vertikální cívka je obtočena podél rámu vertikální cívky, geometrické středy horizontální cívky a vertikální cívky se překrývají a horizontální cívka i vertikální cívka je připojena ke zdroji napětí pomocí drátů; připevnění senzoru magnetometru pro měření výsledného magnetického pole na místo, kde se geometrické středy vertikální cívky a horizontální cívky překrývají a připojení senzoru k magnetometru pro měření výsledného magnetického pole pomocí drátů;

nastavení stativu tak, aby vertikální cívka byla ve svislé poloze a horizontální cívka v horizontální poloze, kde azimut horizontální cívky je DO, přičemž vertikální cívka i horizontální cívka je Helmholtzova cívka;

nastavení vypínače tak, aby vertikální cívka nebyla připojena ke zdroji napájení; změření geomagnetického pole To bez přídavného magnetického pole pomocí magnetometru pro měření výsledného magnetického pole;

Nastavení vypínače tak, že vertikální cívka je napájena zpětně proudem o intenzitě I a generuje magnetické pole Tf směřující vzhůru a změření výsledného magnetického pole T_i mezi magnetickým polem Tf a geomagnetickým polem pomocí magnetometru pro měření výsledného magnetického pole;

nastavení vypínače tak, aby vertikální cívka byla napájena zpětně proudem o intenzitě 21 a generovala magnetické pole 2Tf rovně vzhůru, změření výsledného magnetického pole T_2 magnetického pole 2Tf a geomagnetického pole pomocí magnetometru pro měření výsledného magnetického pole a výpočet vertikální složky Z, horizontální složky H a geomagnetické inklinace I s použitím To, T_i a T_2 dle následujících vztahů:

-5CZ 308096 B6 připevnění horizontální cívky na vertikální cívku tak, aby se geometrické středy cívek překrývaly; připojení napájení na horizontální cívku; kde horizontální cívka je Helmholtzova cívka;

nastavení vypínače tak, že horizontální cívka je připojena ke zdroji napájení na kladný pól; změření výsledného magnetického pole T₊n mezi dopředným magnetickým polem horizontální cívky a geomagnetickým polem pomocí magnetometru pro měření výsledného magnetického pole;

nastavení vypínače tak, že horizontální cívka je připojena ke zdroji napájení na záporný pól; změření výsledného magnetického pole T_n mezi zpětným horizontálním magnetickým polem horizontální cívky a geomagnetickým polem s pomocí magnetometru pro měření výsledného magnetického pole; vypočtení vertikální Z a horizontální H složky magnetického pole, geomagnetické inklinace I a geomagnetické deklinace D s použitím naměřených hodnot To, T_i, T-2, Tm a T-π dle následujících vztahů:

Geomagnetická deklinace D = D0-D1 kde DO je přednastavená hodnota rovná úhlu mezi horizontální osou cívky a geografickým severem.

Metoda měření pomocí tohoto vynálezu je vhodná pro geomagnetické měření ve středně vysokých zeměpisných šířkách. S pomocí této metody měření je třeba pouze nastavit cívku přídavného magnetického pole do horizontální nebo vertikální polohy, čímž se přípravné práce před pozorováním usnadňují. Kromě rychlého venkovního měření vektoru geomagnetického pole na rozsáhlých územích během geofyzikálního průzkumu může být tato metoda také použita v místě statického pozorování pevných stanic s cílem zlepšit účinnost měření. Měřicí zařízení podle tohoto vynálezu vyžaduje pouze přídavné magnetické pole s dvojnásobnou hodnotou v krátké době a orientované opačným směrem k vertikální složce geomagnetického pole, přičemž přídavné magnetické pole by nemělo překročit sílu 2000 nT. Přesná kompenzace vertikální složky geomagnetického pole není nutná. Není nutné, aby byl v cívce udržován silný stálý proud po dlouhou dobu vytvářející přídavné magnetické pole. Zařízení je vhodné pro mobilní venkovní měření a může být také použito pro sledování pevných stanic při výrazném snížení spotřeby energie. Díky využití cívek s vertikálním a horizontálním magnetickým polem v kombinaci magnetometru pro měření výsledného magnetického pole mohou být tímto zařízením rychle naměřeny různé složky vektorů magnetického pole, včetně vertikální složky Z, horizontální složky H, inklinace I a deklinace D, a tudíž je možné provést kalkulaci jednotlivých složek geomagnetického pole v libovolném směru. V případě měření několika vektorů geomagnetického poleje nutné pouze provést horizontální seřízení a nastavení orientace cívky, přípravná práce před samotným měřením je tedy poměrně jednoduchá. Vynález je vhodný pro přesné měření v sekčním geofyzikálním průzkumu. Podle vynálezu je možné použít skupinu cívek s vertikálním magnetickým polem v koordinaci s magnetometrem pro měření výsledného magnetického pole pro měření složek geomagnetického pole, jiných než magnetické deklinace D, včetně vertikální složky Z, horizontální složky H a inklinace. Před měřením je pouze potřeba provést horizontální seřízení cívky, čímž je toto zařízení vhodné pro rychlé změření velkých ploch při obecném

-6CZ 308096 B6 terénním geofyzikálním průzkumu. Přesnost měření vektoru geomagnetického poleje přímo úměrná přesnosti připojeného magnetometru pro měření výsledného magnetického pole. V případě, že je magnetometr pro měření výsledného magnetického pole vybaven Overhauserovým protonovým magnetometrem nebo optickým čerpadlovým magnetometrem s přesností měření 0,01 nT nebo vyšší, bude přesnost měření vektoru geomagnetického pole podle tohoto vynálezu mnohem lepší, než u třísložkového fluxgate magnetometru s odchylkou měření několik 10 nT.

Objasnění výkresů

Obrázek 1 zobrazuje principiální schéma měření geomagnetických vektorů podle tohoto vynálezu. Obrázek 1 zobrazuje vertikální rovinu procházející vektorem T geomagnetického pole a osou vertikální cívky, kde H je horizontální složka, Z je vertikální složka, Tf a 2Tf jsou přidaná vertikální magnetická pole s dvojnásobným rozdílem a opačným směrem k vertikální složce výsledného magnetického pole vertikální složky, Z - Tf jsou vertikální složky výsledného magnetického pole po uplatnění přídavného zpětného magnetického pole, Z - 2Tf jsou vertikální složky po uplatnění přídavného zpětného magnetického pole s dvojnásobnou silou, To je normální geomagnetické pole bez přídavného magnetického pole, T_i a T_₂ jsou výsledná magnetická pole vzniklá přidáním zpětného vertikálního magnetického pole a zpětného vertikálního magnetického pole s dvojnásobnou silou.

Obrázek 2 zobrazuje strukturální schéma měřicího zařízení použitého v terénním měření vektoru geomagnetického pole podle tohoto vynálezu.

Obrázek 3 zobrazuje zvětšené strukturální schéma části I z obrázku 2;

Obrázek 4 znázorňuje strukturované schéma obrázku 3 ve směru A.

Příklady uskutečnění vynálezu

Při použití způsobu vysoce přesného měření geomagnetických vektorů v terénu podle tohoto vynálezu se změří běžné magnetické pole To bez doplňujícího magnetického pole a 2 hodnoty výsledného magnetického pole T_i a T_₂, kdy se ke geomagnetickému poli přidá vertikální vzestupné magnetické pole Tf a dvojnásobné vzestupné vertikální magnetické pole 2Tf s využitím stativu, vertikální cívky a magnetometru pro měření výsledného magnetického pole a vypočte se vertikální Z, horizontální H složka magnetického pole a geomagnetická inklinace I dle následujících vztahů:

Podle způsobu vysoce přesného měření geomagnetických vektorů v terénu podle vynálezu se nastaví horizontální cívka tak, aby se geometrické středy vertikální a horizontální cívky překrývaly; změří se 2 hodnoty výsledného magnetického pole T₊n a T_n poté, co se geomagnetické pole přidalo k horizontálnímu dopřednému magnetickému poli a zpětnému

-7CZ 308096 B6 horizontálnímu magnetickému poli s využitím magnetometru pro měření výsledného magnetického pole; a vypočítá se geomagnetická deklinace dle následujícího vztahu:

T* ... T*^:

Geomagnetická deklinace D = D0-D1 kde DO je přednastavená hodnota rovná úhlu mezi horizontální osou cívky a geografickým severem.

Způsob vysoce přesného měření geomagnetických vektorů v terénu podle vynálezu zahrnuje následující kroky:

umístění senzoru magnetometru pro měření výsledného magnetického pole na střední část vertikální cívky, připevnění vertikální cívky na stativ, kde vertikální cívkou je Helmholtzova cívka;

připojení vertikální cívky ke zdroji pomocí drátů a nainstalování přepínače na zdroj elektrické energie;

nastavení vypínače tak, aby vertikální cívka nebyla připojena ke zdroji napájení a změření geomagnetického pole To bez přídavného magnetického pole pomocí magnetometru pro měření výsledného magnetického pole;

nastavení vypínače tak, že vertikální cívka je napájena zpětně proudem o intenzitě I a generuje magnetické pole Tf směřující vzhůru. Změření výsledného magnetické pole T_i mezi magnetickým polem Tf a geomagnetickým polem pomocí magnetometru pro měření výsledného magnetického pole;

nastavení vypínače tak, že vertikální cívka je napájena zpětně proudem o intenzitě 21 a generuje magnetické pole 2Tf rovně vzhůru; změření výsledného magnetické pole T_2 magnetického pole 2Tf a geomagnetického pole pomocí magnetometru pro měření výsledného magnetického pole a s použitím To, T-i a T_2 výpočet vertikální složky Z, horizontální složky H a geomagnetické inklinace I magnetického pole dle následujících vztahů:

T připevnění horizontální cívky podle vynálezu na vertikální cívku tak, aby se geometrické středy cívek překrývaly; senzor magnetometru pro měření výsledného magnetického pole se umístí na oblast překryvu středů cívek, kde horizontální cívka je Helmholtzova cívka; změření výsledného magnetického pole geomagnetického pole s dopředným horizontálním magnetickým polem T₊n a zpětným horizontálním magnetickým polem T_n s pomocí magnetometru pro měření výsledného magnetického pole; a výpočet geomagnetické deklinace dle následujícího vztahu:

-8CZ 308096 B6

Geomagnetická deklinace D = D0-D1 kde DO je přednastavená hodnota rovná úhlu mezi horizontální osou cívky a geografickým severem.

Způsob vysoce přesného měření geomagnetických vektorů v terénu zahrnuje následující kroky: umístění senzoru magnetometru pro měření výsledného magnetického pole na prostřední část vertikální cívky a připevnění na stativu, kde vertikální cívkou je Helmholtzova cívka;

připojení vertikální cívky ke zdroji pomocí drátů a nainstalování přepínače na elektrickou energii;

nastavení vypínače tak, že vertikální cívka není připojena ke zdroji napájení, změření geomagnetického pole To bez přídavného magnetického pole pomocí magnetometru pro měření výsledného magnetického pole;

nastavení vypínače tak, že vertikální cívka je napájena zpětně proudem o intenzitě I a generuje magnetické pole Tf směřující vzhůru; změření výsledného magnetického pole T_i mezi magnetickým polem Tf a geomagnetickým polem pomocí magnetometru pro měření výsledného magnetického pole, nastavení vypínače tak, aby vertikální cívka byla napájena zpětně proudem o intenzitě 21 a generovala magnetické pole 2Tg změření výsledného magnetického pole T_₂ magnetického pole 2Tf a geomagnetického pole pomocí magnetometru pro měření výsledného magnetického pole a s použitím To, T-i a T_₂ výpočet vertikální složky Z, horizontální složky H a geomagnetické inklinace I magnetického pole dle následujících vztahů:

připevnění horizontální cívky na vertikální cívku tak, aby se geometrické středy cívek překrývaly a připojení napájení na horizontální cívku, kde horizontální cívkou je Helmholtzova cívka;

nastavení vypínače tak, aby horizontální cívka byla připojena ke zdroji napájení na kladný pól; změření výsledného magnetického pole T₊n magnetického pole mezi dopředným magnetickým polem horizontální cívky a geomagnetickým polem pomocí magnetometru pro měření výsledného magnetického pole;

nastavení vypínače tak, aby horizontální cívka byla připojena ke zdroji napájení na záporný pól, změření výsledného magnetické pole T_n mezi zpětným magnetickým polem horizontální cívky a geomagnetickým polem s pomocí magnetometru pro měření výsledného magnetického pole; s použitím To, T-i, T_₂, T₊n a T_n vypočtení vertikální Z a horizontální H složky magnetického pole a také geomagnetické inklinace I a geomagnetické deklinace D dle následujících vztahů:

-9CZ 308096 B6

Dá | ~ ---------'“sssššSssíss^^

Geomagnetická deklinace D = D0-D1 kde DO je přednastavená hodnota rovná úhlu mezi horizontální osou cívky a geografickým severem.

Zařízení pro provedení způsobu vysoce přesného měření geomagnetických vektorů v terénu se vyznačuje tím. že obsahuje stativ 1, horizontální regulátor 3 připevněný na stativ 1, buben 6 připevněný na horizontální regulátor 3, pevný stojan 9 připevněný k bubnu 6; držák cívky 8 připevněný na pevný stojan 9, konzoly 25; 26 poloos připevněné na držák 8 cívky, osovou hřídel připevněnou na vrchol příslušné konzoly 25; 26 poloos, osové hřídele jsou spojeny s formou 12 vertikální cívky pomocí spojovací desky a vertikální forma 12 cívky je spojena s formou 11 horizontální cívky, horizontální cívka 21 je obtočena podél formy 11 horizontální cívky a vertikální cívka 20 je obtočena podél formy 12 vertikální cívky, geometrické středy horizontální cívky 21 a vertikální cívky 20 se překrývají a horizontální cívka 21 i vertikální cívka 20 je připojena ke zdroji napětí pomocí drátů; senzor 14 magnetometru pro měření výsledného magnetického pole se připevní na místo, kde se geometrické středy horizontální cívky 21 a vertikální cívky 20 překrývají a připojí se senzor 14 magnetometru pro měření výsledného magnetického pole k magnetometru 22 pro měření výsledného magnetického pole pomocí drátů; vodováha 18 se připevní na vnější okraj horizontálního regulátoru 3;

Výhodné provedení zařízení pro provedení vysoce přesného měření geomagnetických vektorů v terénu způsobem podle vynálezu představuje montážní desku 16 připevněnou na formu 11 horizontální cívky, dvě vzájemně kolmé vodováhy 23 a 24 připevněné na montážní desku 16 tak, že horizontální roviny těchto vodováh jsou rovnoběžně s rovinou vertikální cívky; otočná sedla 5 jsou připevněna na horní konec horizontálního regulátoru 3 a okraj bubnu 6, kde horní konce otočných sedel 5 jsou spojeny s držákem cívky 8 a kotvicí šrouby 10 jsou namontovány na strany otočných sedel 5; vertikální forma 12 cívky a horizontální forma 11 cívky je namontovaná ortogonálně na osovou hřídel držáku 8 cívky a formy cívky jsou schopny otáčet se svisle kolem vodorovné osové hřídele v rozmezí 180° a držák 8 cívky je schopen otáčet se vodorovně kolem pevného stojanu 9 v rozmezí 180°.

Ve způsobu vysoce přesného měření geomagnetických vektorů v terénu podle vynálezu zahrnuje výhodné integrované provedení měřicí metody po kombinaci vertikální cívky a horizontální cívky následující kroky:

připevnění stativu 1 na místo pozorování, připevnění horizontálního regulátoru 3 na stativ 1, připevnění bubnu 6 na horizontální regulátor 3; připojení pevného stojanu 9 k bubnu 6; připojení držáku 8 cívky na pevný stojan 9, připevnění konzol 25; 26 poloos na držák 8 cívky a následné

- 10CZ 308096 B6 připevnění odpovídající osové hřídele na vrcholy konzol 25; 26 poloos; osové hřídele jsou spojeny s formou 12 vertikální cívky pomocí spojovací desky a forma 12 vertikální cívky je spojena s formou 11 horizontální cívky, horizontální cívka 21 je obtočena podél formy 11 horizontální cívky, vertikální cívka 20 je obtočena podél formy 12 vertikální cívky 20, geometrické středy horizontální cívky 21 a vertikální cívky 20 se překrývají a horizontální cívka 21 i vertikální cívka 20 je připojena ke zdroji napětí pomocí drátů; připevnění senzoru 14 magnetometru pro měření výsledného magnetického pole na místo, kde se geometrické středy vertikální cívky 20 a horizontální cívky 21 překrývají a připojení senzoru 14 k magnetometru pro měření výsledného magnetického pole 22 pomocí drátů;

nastavení stativu tak, aby vertikální cívka byla ve svislé poloze a horizontální cívka v horizontální poloze, kde azimut horizontální cívky je DO, přičemž vertikální cívka i horizontální cívka je Helmholtzova cívka;

nastavení vypínače tak, aby vertikální cívka nebyla připojena ke zdroji napájení. Změření geomagnetického pole To bez přídavného magnetického pole pomocí magnetometru pro měření výsledného magnetického pole;

nastavení vypínače tak, že vertikální cívka je napájena zpětně proudem o intenzitě I a generuje magnetické pole Tf směřující vzhůru a změření výsledného magnetického pole T_i mezi magnetickým polem Tf a geomagnetickým polem pomocí magnetometru pro měření výsledného magnetického pole;

nastavení vypínače tak, aby vertikální cívka byla napájena zpětně proudem o intenzitě 21 a generovala magnetické pole 2Tf rovně vzhůru, změření výsledného magnetického pole T_₂ magnetického pole 2Tf a geomagnetického pole pomocí magnetometru pro měření výsledného magnetického pole a výpočet vertikální složky Z, horizontální složky H a geomagnetické inklinace I s použitím To, T_i a T_₂ dle následujících vztahů:

4ť₃+3To

cosíD ~ -— %

připevnění horizontální cívky na vertikální cívku tak, aby se geometrické středy cívek překrývaly; připojení napájení na horizontální cívku; kde horizontální cívka je Helmholtzova cívka;

nastavení vypínače tak, že horizontální cívka je připojena ke zdroji napájení na kladný pól; změření výsledného magnetického pole T₊n mezi dopředným magnetickým polem horizontální cívky a geomagnetickým polem pomocí magnetometru pro měření výsledného magnetického pole;

nastavení vypínače tak, že horizontální cívka je připojena ke zdroji napájení na záporný pól; změření výsledného magnetického pole T_n mezi zpětným horizontálním magnetickým polem horizontální cívky a geomagnetickým polem s pomocí magnetometru pro měření výsledného magnetického pole; vypočtení vertikální Z a horizontální H složky magnetického pole,

- 11 CZ 308096 B6 geomagnetické inklinace I a geomagnetické deklinace D s použitím naměřených hodnot To, Τ_ι, T-2, T+ii a Τ-π dle následujících vztahů:

eos(I) íx>s(DI) ~

Geomagnetická deklinace D = D0-D1 kde DO je přednastavená hodnota rovná úhlu mezi horizontální osou cívky a geografickým severem.

Pomocí způsobu vysoce přesného měření geomagnetických vektorů v terénu, popsaného v tomto vynálezu, je možné snadno změřit vertikální složku Z, horizontální složku geomagnetického pole H, geomagnetickou inklinaci I individuálním použitím vertikálních cívek a měřit vertikální složku Z, horizontální složku geomagnetického pole H a také geomagnetickou inklinaci I a geomagnetickou deklinaci D za použití kombinace vertikální a horizontální cívky.

Příklad 1

Při použití zařízení pro metodu vysoce přesného měření pole pro magnetické vektory se trojnožka zařízení umístí na zamýšleném pozorovacím místě tak, aby rovina vodováhy 18 v horní části trojnožky byla přibližně ve středu; stavěči šroub 10 trojnožky se nastaví tak, aby byly bubliny vertikální i horizontální vodováhy 23; 24 na vertikální cívce 20 uprostřed; přednastavení směrové značky terénu podle sekčního azimutu DO se změří pomocí zaměřovače 17; přičemž je azimut horizontální cívky DO; kde měření zahrnuje následující kroky:

připevnění senzoru 14 magnetometru pro měření výsledného magnetického pole na místo, kde se geometrické středy vertikální cívky 20 a horizontální cívky 21 překrývají a připojení senzoru 14 magnetometru proměření výsledného magnetického pole k magnetometru 22 pomocí drátů;

nastavení stativu pomocí stavěcího šroubu tak, aby vertikální cívka byla ve vertikální poloze a horizontální cívka v horizontální poloze, kde azimut horizontální cívky je DO;

nastavení vypínače tak, aby vertikální cívka nebyla připojena ke zdroji napájení. Změření geomagnetického pole To bez přídavného magnetického pole pomocí magnetometru pro měření výsledného magnetického pole.

nastavení vypínače tak, že vertikální cívka je napájena zpětně proudem o intenzitě I a generuje magnetické pole Tf směřující vzhůru a změření výsledného magnetického pole T_i mezi magnetickým polem Tf a geomagnetickým polem pomocí magnetometru pro měření výsledného magnetického pole;

- 12 CZ 308096 B6 nastavení vypínače tak, aby vertikální cívka byla napájena zpětně proudem o intenzitě 21 a generovala magnetické pole 2Tf rovně vzhůru, změření výsledného magnetického pole T_2 magnetického pole 2Tf a geomagnetického pole pomocí magnetometru pro měření výsledného magnetického pole a výpočet vertikální složky Z, horizontální složky H a geomagnetické inklinace I s použitím To, T_i a T_₂ dle následujících vztahů:

cos(l) “ připevnění horizontální cívky na vertikální cívku tak, aby se geometrické středy cívek překrývaly; připojení napájení na horizontální cívku; kde horizontální cívka je Helmholtzova cívka;

nastavení vypínače tak, že horizontální cívka je připojena ke zdroji napájení na kladný pól; změření výsledného magnetického pole T₊n mezi dopředným magnetickým polem horizontální cívky a geomagnetickým polem pomocí magnetometru pro měření výsledného magnetického pole, nastavení vypínače tak, že horizontální cívka je připojena ke zdroji napájení na záporný pól; změření výsledného magnetického pole T_n mezi zpětným horizontálním magnetickým polem horizontální cívky a geomagnetickým polem s pomocí magnetometru pro měření výsledného magnetického pole; vypočtení vertikální Z a horizontální H složky magnetického pole, geomagnetické inklinace I a geomagnetické deklinace D s použitím naměřených hodnot To, T_i, T-2, T+ii a T-π dle následujících vztahů:

T;.,, cos/Dl) __________

Geomagnetická deklinace D = D0-D1 kde DO je přednastavená hodnota rovná úhlu mezi horizontální osou cívky a geografickým severem.

Měření složek geomagnetického poleje provedením výše uvedených kroků dokončeno. Měření v dalším měřicím místě je možné provést opakováním výše uvedených kroků.

- 13 CZ 308096 B6

Jak horizontální, tak vertikální cívka je Helmholtzova cívka.

Pro snížení vlivu azimutální chyby a nivelační chyby se opakovaně provede nastavení přepínače budicího napětí po horizontálním otočení držáku cívky o 180° tak, aby budicí napětí napájelo vertikální cívku zpětně a s dvojnásobným proudem, na vertikální cívce; zvláště pomocí magnetometru pro měření výsledného magnetického pole se změří výsledná magnetická pole T_i a T-2, která jsou generována mezi dvěma zpětnými magnetickými poli vertikální cívky a geomagnetickým polem; opakovaně se nastaví vypínač budicího napětí po vertikálním otočení horizontální cívky o 180° tak, že budicí napětí napájí horizontální cívku pozitivně a zpětně, s použitím magnetometru pro měření výsledného magnetického pole se změří výsledná magnetická pole T₊// a T_//, která jsou generována mezi dopředným/zpětným magnetickým polem horizontální cívky a geomagnetickým polem; výsledkem měření je průměrná hodnota naměřených hodnot před otočením.

Příklad 2

Při použití metody vysoce přesného měření pole pro magnetické vektory se troj nožka zařízení umístí na zamýšleném pozorovacím místě tak, aby rovina vodováhy 18 v horní části trojnožky byla přibližně ve středu; stavěči šroub 4 trojnožky se nastaví tak, aby roviny vertikální i horizontální vodováhy 23; 24 na vertikální cívce 20 byly vycentrovány; osa vertikální cívky 20 je ve vertikální poloze; kde měření zahrnuje následující kroky:

Umístění senzoru 14 magnetometru pro měření výsledného magnetického pole do středové části vertikální cívky 20 a připevnění vertikální cívky 20 na stativ, kde vertikální cívka 20 je Helmholtzova cívka;

Připojení vertikální cívky 20 ke zdroji napětí pomocí drátu a nastavení přepínače na zdroji napětí;

nastavení vypínače tak, že vertikální cívka 20 není napájena zdrojem napětí a změření geomagnetického pole To bez přídavného magnetického pole pomocí magnetometru pro měření výsledného magnetického pole;

nastavení vypínače tak, že vertikální cívka 20 je napájena zpětně proudem o intenzitě I a generuje magnetické pole Tf směřující vzhůru a změření výsledného magnetického pole T_i mezi magnetickým polem Tf a geomagnetickým polem pomocí magnetometru pro měření výsledného magnetického pole;

nastavení vypínače tak, aby vertikální cívka 20 byla napájena zpětně proudem o intenzitě 21 a generovala magnetické pole 2Tf rovně vzhůru, změření výsledného magnetického pole T_2 magnetického pole 2Tf a geomagnetického pole pomocí magnetometru pro měření výsledného magnetického pole a výpočet vertikální složky Z, horizontální složky H a geomagnetické inklinace I s použitím To, T_i T_2 dle následujících vztahů:

I s -s — ‘8

- 14CZ 308096 B6

Měření složek geomagnetického pole je provedením výše uvedených kroků dokončeno. Měření v dalším měřicím bodě je možné provést opakováním výše uvedených kroků.

Pro snížení dopadu azimutální chyby a nivelační chyby je třeba opakovaně provést nastavení přepínače budicího napětí po horizontálním otočení držáku cívky o 180° tak, aby budicí napětí napájelo vertikální cívku zpětně s pomocí magnetometru 22 pro měření výsledného magnetického pole a změří se výsledné magnetické pole T_i, které je generováno mezi zpětným magnetickým polem vertikální cívky 20 a geomagnetickým polem; nastaví se vypínač budicího napětí tak, aby budicí napětí napájelo vertikální cívku 20 dvojnásobným proudem, s použitím magnetometru 22 pro měření výsledného magnetického pole se změří výsledné magnetické pole T-2 generované mezi zpětným magnetickým polem vertikální cívky 20 a geomagnetickým polem; výsledkem měření je průměrná hodnota.

Princip měření vektoru geomagnetického pole způsobem měření podle vynálezu je znázorněn na obrázku 1 a princip výpočtu vertikální složky Z, horizontální složky H, geomagnetické inklinace I a geomagnetické deklinace D geomagnetického pole je následující: na sondě 14 magnetometru pro měření výsledného magnetického pole, při vystavení magnetickému poli v opačném směru k vertikální složce geomagnetického pole a intenzitě proudu Tf a 2Tf se změří vždy příslušné geomagnetické pole To, kdy není přítomné žádné přídavné magnetické pole, výsledné magnetické pole T-i s přídavným magnetickým polem Tf a výsledné magnetické pole T_₂ s přídavným magnetickým polem 2Tf pomocí magnetometru 22 pro měření výsledného magnetického pole; shora uvedené hodnoty polí jsou v souladu s následující rovnicí (obrázek 1):

A *s. — M \-íL< λ s/

Vyřešením rovnice můžeme dostat následující výsledek:

Pří práci ve středně vysokých zeměpisných šířkách je normální geomagnetická inklinace relativně vyšší a efekt vertikálního přídavného magnetického pole na magnetickou inklinaci je relativně nižší; zpětné vertikální přídavné pole a zpětně dvojnásobné vertikální přídavné pole může účinně zlepšit dopad vertikálního přídavného magnetického pole.

- 15 CZ 308096 B6

Τ₊// představuje výsledné magnetické pole změřené po přídavném pozitivním horizontálním magnetickém poli; T_// představuje výsledné magnetické pole změřené po přídavném zpětném horizontálním magnetickém poli; předpokládejme, že axiální osa horizontální cívky je orientována ve směru jakéhokoliv známého DO. Díky analýze prostorové geometrie podobně jako na obrázku 1 je možné odvodit:

+ Tt - 21*) ^J

Geomagnetická deklinace D = D0-D1 kde DO je přednastavená hodnota rovná úhlu mezi osou horizontální cívky a zeměpisným severem.

To označuje normální geometrické pole v případě, kdy neexistuje žádné přídavné magnetické pole;

T-i označuje výsledné magnetické pole měřené pomocí magnetometru pro měření výsledného magnetického pole, když je vertikální cívka napájena zpětně;

T-2 označuje výsledné magnetické pole měřené pomocí magnetometru pro měření výsledného magnetického pole, když je vertikální cívka napájena dvojnásobně zpětně;

T₊// označuje výsledné magnetické pole měřené pomocí magnetometru pro měření výsledného magnetického pole, když je horizontální cívka napájena pozitivním napětím;

T-// označuje výsledné magnetické pole měřené pomocí magnetometru pro měření výsledného magnetického pole, když je horizontální cívka napájena zpětně;

Budicí napětí cívek popsané v tomto vynálezu může poskytovat stálý proud 1-100 mA, budicí napětí může generovat v cívce magnetické pole 100-2000 nT. Zmíněný magnetometr pro měření výsledného magnetického pole může být optický čerpadlový magnetometr s Overhauserovým efektem nebo běžný protonový magnetometr.

Změřené hodnoty To, T_i, T_2, T₊//, T_// pomocí metody popsané v tomto vynálezu je možné také získat pomocí jednočipového mikropočítače a řídicího obvodu SPC a je možné automaticky vypočítat naměřené vektory geomagnetického pole.

Průmyslová využitelnost

Způsob měření geomagnetických vektorů v terénu podle vynálezu a zařízení pro provedení tohoto způsobu je využitelné pro velkou škálu geofýzikálních a terénních měření. Umožňuje rychlé venkovní měření vektorů geomagnetického pole na rozsáhlých územích během geofyzikálního průzkumu. Metoda může být také použita v místě statického pozorování pevných stanic s cílem zlepšit účinnost měření.

PATENTOVÉ NÁROKY