RU2091807C1

RU2091807C1 - Gradiometer

Info

Publication number: RU2091807C1
Application number: RU94035140A
Authority: RU
Inventors: Борис Михайлович Смирнов
Original assignee: Борис Михайлович Смирнов
Priority date: 1994-09-20
Filing date: 1994-09-20
Publication date: 1997-09-27
Also published as: RU94035140A

Abstract

FIELD: measurement technology. SUBSTANCE: proposed gradiometer provides for detection of inhomogeneity of magnetic field close to sensors of sources of magnetic field against background of inhomogeneity of magnetic field of more active sources of magnetic field but most distant from sensors. Gradiometer includes three sensors, three amplification-conversion units and three compensation windings connected in series. Gradiometer operates efficiency thanks to compensation of magnetic field of sensors by way of certain connection of compensation windings, sensors and amplification- conversion units. EFFECT: stable and efficient operation of gradiometer. 1 dwg

Description

Изобретение относится к области измерительной техники и предназначено для поиска кабельной линий с током, утерянных трубопроводов и буров в геологических скважинах, обнаружения дефектов печатных плат, поиска намагниченных предметов в теле человека, для обнаружения скрытого оружия на контрольных пунктах и т.д. The invention relates to the field of measurement technology and is intended to search for cable lines with current, lost pipelines and drills in geological wells, to detect defects in printed circuit boards, to search for magnetized objects in the human body, to detect hidden weapons at control points, etc.

Известен градиентометр (пат. США, N 4068164, 1978), состоящий из двух кольцевых феррозондов (магниточувствительных датчиков), расположенных на жестком немагнитном основании, блока электроники, включающего узел генератора переменной ЭДС и усилитель-преобразователь с регулировкой нуля, подключенного к выходам упомянутых датчиков, и регистрирующий прибор, подключенный к выходу блока электроники, с которого поступает сигнал, пропорциональный разности проекций векторов магнитной индукции, измеренный датчиками и преобразованный усилителем-преобразователем в форму удобную для регистрации. Known gradiometer (US Pat. US, N 4068164, 1978), consisting of two annular flux gates (magnetosensitive sensors) located on a rigid non-magnetic base, an electronics unit including a variable emf generator assembly and a zero-adjustable amplifier converter connected to the outputs of the said sensors and a recording device connected to the output of the electronics block from which a signal is proportional to the difference of the projections of the magnetic induction vectors, measured by sensors and converted by an amplifier azovatelem in the form convenient for registration.

Известным градиентометром невозможно обнаружить полезный сигнал, созданный близлежащим от датчиков источником магнитного поля, когда этот сигнал равен или меньше сигнала, созданного дальним источником (дальними источниками) поля, например, металлическими конструкциями в помещении или на улице, городским, воздушным, железнодорожным транспортом, высоковольтной линией электропередачи и т. д. It is impossible to detect a useful signal by a known gradiometer generated by a source of a magnetic field adjacent to the sensors when this signal is equal to or less than a signal created by a distant source (distant sources) of a field, for example, metal structures in a room or on a street, city, air, rail, high-voltage power line, etc.

Известен градиентометр (авт. св. N 1659942, БИ N 24, 1991), который по совокупности существенных признаков наиболее близок предлагаемому и принят за прототип. Известное устройство состоит из первого, второго, третьего и четвертого магниточувствительных преобразователей (датчиков), помещенных на жестком немагнитном основании последовательно вдоль одной оси, четырех усилительно-преобразовательных блоков, первые входы которых подключены к выходам соответствующих датчиков, а выходы подключены к соответствующим входам этих датчиков, генератор переменной ЭДС, выходы которого подключены ко вторым входам датчиков и усилительно-преобразовательных блоков, двух включенных последовательно и встречно градиентных обмоток, каждая из которых расположена на одном из наиболее удаленных друг от друга датчиков (на одном из крайних датчиков), двух включенных последовательно и согласно дополнительных обмоток (обмоток компенсации), каждая из которых расположена на одном из крайних датчиков, двух блоков вычитания, одного блока сложения и регистрирующего прибора, при этом выходы усилительно-преобразовательных блоков крайних датчиков подключены ко входам второго блока вычитания, выход которого подключен к регистрирующему прибору, выходы усилительно-преобразовательных блоков двух средних датчиков подключены ко входам блока сложения и входам первого блока вычитания, выходы которого подключены к встречно включенным градиентам обмоткам, а выходы блока сложения подключены к последовательно включенным обмоткам компенсации. A known gradiometer (ed. St. N 1659942, BI N 24, 1991), which in terms of the set of essential features is closest to the proposed and adopted as a prototype. The known device consists of the first, second, third and fourth magnetosensitive transducers (sensors) placed on a rigid non-magnetic base sequentially along one axis, four amplifier-conversion units, the first inputs of which are connected to the outputs of the respective sensors, and the outputs are connected to the corresponding inputs of these sensors , a variable emf generator, the outputs of which are connected to the second inputs of the sensors and amplification-conversion blocks, two connected in series and meetings but gradient windings, each of which is located on one of the most remote sensors (on one of the extreme sensors), two connected in series and according to additional windings (compensation windings), each of which is located on one of the extreme sensors, two subtraction units , one addition unit and a recording device, while the outputs of the amplifier-converter blocks of the extreme sensors are connected to the inputs of the second subtraction unit, the output of which is connected to the recording device, the outputs of the amplifier itelno-converting blocks of the two middle sensors are connected to the inputs of addition inputs of the first unit and the subtracting unit, whose outputs are connected to opposite gradients coils included, and outputs the addition unit are connected to the windings sequentially enabled payment.

Известное устройство работает следующим образом. The known device operates as follows.

На вторые входы четырех магниточувствительных датчиков подается с генератора переменной ЭДС возбуждающее напряжение. В результате этого на выходе каждого датчика появляется ЭДС второй гармоники, пропорциональная значению составляющей вектора магнитной индукции, воздействующей на соответствующий датчик. Выходные сигналы с датчиков усиливаются и детектируются в соответствующих усилительно-преобразовательных блоках, а затем подаются на первые входы соответствующих датчиков, обеспечивая отрицательную обратную связь по измеряемым составляющим векторов магнитной индукции. Выходные сигналы с усилительно-преобразовательных блоков, подключенных к средним датчикам, поступают на выходы первого блока вычитания и блока сложения. С выхода первого блока вычетания сигнал, пропорциональный измеряемый пространственной производной магнитной индукции, созданной наиболее удаленными источниками магнитного поля помехи и магнитным полем близлежащего источника полезного сигнала, поступает на градиентные обмотки, осуществляя в крайних датчиках полную компенсацию неоднородности магнитного поля от наиболее удаленного и частичную компенсацию от близлежащего источника магнитного поля. Выходной сигнал с блока сложения, пропорциональный однородному магнитному полю, поступает на обмотки компенсацию поля в крайних датчиках. Тем самым осуществляется компенсация составляющих внешнего однородного магнитного поля в крайних датчиках. Выходные сигналы с выходов усилительно-преобразовательных блоков крайних датчиков, пропорциональные составляющим векторов магнитной индукции, созданной близлежащим источником магнитного поля, поступает на второй блок вычитания, выходной сигнал с которого, пропорциональный неоднородности магнитного поля близлежащего источника поля, поступает на регистрирующий прибор. Exciting voltage is supplied to the second inputs of the four magnetosensitive sensors from a variable EMF generator. As a result of this, the second harmonic emf appears at the output of each sensor, proportional to the value of the component of the magnetic induction vector acting on the corresponding sensor. The output signals from the sensors are amplified and detected in the corresponding amplifier-converter blocks, and then fed to the first inputs of the corresponding sensors, providing negative feedback on the measured components of the magnetic induction vectors. The output signals from the amplifier-conversion units connected to the middle sensors are fed to the outputs of the first subtraction unit and the addition unit. From the output of the first subtraction unit, a signal proportional to the measured spatial derivative of the magnetic induction created by the most distant sources of the magnetic field of the interference and the magnetic field of the nearest source of the useful signal is fed to the gradient windings, providing in the extreme sensors full compensation of the inhomogeneity of the magnetic field from the most distant and partial compensation from nearby source of magnetic field. The output signal from the addition unit, proportional to the uniform magnetic field, is supplied to the windings by field compensation in the extreme sensors. Thereby, the components of the external uniform magnetic field are compensated in the extreme sensors. The output signals from the outputs of the amplification-conversion blocks of the extreme sensors, proportional to the components of the magnetic induction vectors created by the nearby magnetic field source, are fed to the second subtraction unit, the output signal from which, proportional to the magnetic field inhomogeneity of the nearby field source, is fed to the recording device.

Однако известные устройство (авт.св. N 1659942, БИ N 24, 1991) отличается сложностью конструкции и достаточно значительным потреблением мощности. Переносимые человеком градиентометры, в частности, предназначенные для обнаружения скрытого оружия или обнаружения попавших в тело человека ферромагнитных предметов имеют автономное питание, например, электрические батареи, аккумуляторы. Следовательно, снижение потребляемой мощности, упрощение конструкции, а, значит, и снижение веса, габаритов таких градиентометров является задачей актуальной. However, the known device (ed. St. N 1659942, BI N 24, 1991) is notable for the complexity of the design and quite significant power consumption. Gradient transducers transported by humans, in particular those designed to detect hidden weapons or to detect ferromagnetic objects that have fallen into the human body, are self-powered, for example, electric batteries, batteries. Therefore, reducing power consumption, simplifying the design, and, therefore, reducing the weight and dimensions of such gradiometers is an urgent task.

Задачей предлагаемого изобретения является создание градиентометра, отличающегося от прототипа (авт.св. N 1659942, БИ N 24, 1991) более простой конструкцией и меньшим потреблением мощности, но обеспечивающего, как и прототип, обнаружение неоднородности магнитного поля, созданного близлежащим источником поля на фоне неоднородности магнитного поля наиболее удаленных, но существенно более интенсивных сторонних источников магнитного поля. Поставленная задача решается за счет компенсации однородного магнитного поля, измеренного одним датчиком в местах расположения двух других датчиков, компенсации неоднородности магнитного поля, созданной источниками магнитного поля помехи наиболее удаленными от этих трех датчиков, и в частичной компенсацией неоднородности магнитного поля близлежащего источника, измеренного вторым датчиком, в месте расположения третьего датчика. The objective of the invention is the creation of a gradiometer that differs from the prototype (ed. St. N 1659942, BI N 24, 1991) with a simpler design and lower power consumption, but providing, like the prototype, the detection of magnetic field inhomogeneity created by a nearby field source in the background inhomogeneities of the magnetic field of the most distant, but substantially more intense external sources of the magnetic field. The problem is solved by compensating for the uniform magnetic field measured by one sensor at the locations of two other sensors, compensating for the inhomogeneity of the magnetic field created by the interfering magnetic field sources farthest from these three sensors, and partially compensating for the heterogeneity of the magnetic field of the nearby source measured by the second at the location of the third sensor.

Предлагаемый градиентометр, содержащий первый, второй и третий магниточувствительные датчики с коллинеарно ориентированными осями, помещенные на жестком немагнитном основании последовательно вдоль одной оси основания, первый, второй и третий усилительно-преобразовательные блоки, первые входы которых подключены к выходам соответствующих датчиков, генератор переменной ЭДС, выходы которого подключены ко входам магниточувствительных датчиков и ко вторым входам усилительно-преобразовательных блоков, две обмотки компенсации, одна из которых охватывает первый, а вторая третий магниточувствительные датчики, и регистрирующий прибор, снабжен третьей обмоткой компенсации, охватывающей второй магниточувствительный датчик, один вывод которой подключен к одному выводу первой обмотки компенсации, а второй вывод подключен к одному выводу второй обмотки компенсации, выход первого усилительно-преобразовательного блока подключен ко второму выводу первой обмотки компенсации, выход второго усилительно-преобразовательного блока подключен к общему контакту второй и третьей обмоток компенсации, второй вывод второй обмотки компенсации подключен к общему контакту градиентометра. The proposed gradiometer, containing the first, second and third magnetosensitive sensors with collinear oriented axes, placed on a rigid non-magnetic base sequentially along one axis of the base, the first, second and third amplification-conversion blocks, the first inputs of which are connected to the outputs of the respective sensors, a variable emf generator, the outputs of which are connected to the inputs of magnetosensitive sensors and to the second inputs of the amplifier-conversion units, two compensation windings, one of which The first and second third magnetosensitive sensors and the recording device are equipped with a third compensation winding, covering the second magnetosensitive sensor, one terminal of which is connected to one terminal of the first compensation winding, and the second terminal is connected to one terminal of the second compensation winding, the output of the first amplifier the converter unit is connected to the second terminal of the first compensation winding, the output of the second amplifier-converter unit is connected to a common terminal of the second and third compensation current, a second terminal of the second compensation winding connected to the common contact gradiometer.

В предлагаемом градиентометре по сравнению с прототипом (авт.св. N 1659942, БИ N 24, 1991) добавлена только одна обмотка компенсации, но исключены: один датчик, усилительно-преобразовательный блок, два блока вычитания, один блок сложения и две градиентные обмотки, т.е. количество блоков, датчиков и обмоток в совокупности уменьшилось на 35 что упростило конструкцию градиентометра. Основная мощность в градиентометре, в частности, феррозондовом градиентометре расходуется на перемагничивание магниточувствительных элементов датчиков (Афанасьев Ю.В. Феррозондовые приборы. Л. Энергоатомиздат, 1986, с. 127-139). Применение в предлагаемом градиентометре только трех датчиков, а также только трех усилительно-преобразовательных блоков, трех последовательно соединенных обмоток компенсации, генератора переменной ЭДС и регистрирующего прибора позволило снизить потребляемую мощность примерно на 30% по сравнению с техническим решением принятым за прототип (авт.св. N 1659942, БИ N 24, 1991). Кроме того, предлагаемый градиентометр, как и известное техническое решение (авт.св. N 1659942, БИ N 24, 1991) обеспечивает обнаружение неоднородности магнитного поля близлежащего от датчиков источника поля на фоне неоднородности магнитного поля наиболее удаленных от этих датчиков, но более интенсивных источников магнитного поля. Это осуществляется благодаря компенсации магнитного поля, измеренного одним крайним (первым) датчиком, в местах расположения двух других (второго и третьего) датчиков, компенсации неоднородности магнитного поля, созданного источниками магнитного поля помехи наиболее удаленными от этих трех датчиков, и источников, и частичной компенсации неоднородности магнитного поля близлежащего источника, измеренного вторым датчиком, в месте расположения третьего датчика. Т.е. предлагаемый градиентометр решает ту же самую задачу, что и прототип, но более простыми средствами и меньшими затратами мощности. Действительно неоднородность магнитной индукции наиболее удаленных источников магнитного поля от датчиков градиентометра носит линейный характер между первым и вторым, первым и третьим датчиками. При этом за наиболее удаленный источник магнитного поля принимают тот источник, расстояние от которого до каждого из датчиков удовлетворяет требуемой погрешности определения пространственной производительной индукции между крайними (первым и третьим) датчиками. Так, например, при расстоянии от источника магнитного поля до каждого из трех датчиков не менее 3l₁₃, l₁₃ расстояние между крайними датчиками, погрешность определения пространственной производной по измеренной разности магнитной индукции между крайними датчиками уже не превышает 5% (Тамберг Ю.Г. Оценка погрешности дипольного приближения для двух разнополярных источников. Л. "Труды ВHИИЭП", N 2(6), 1969, с.168-173). Таким образом, при наличии внешнего однородного магнитного поля, например магнитного поля Земли, и существенно удаленного от каждого из трех датчиков источника поля разность векторов магнитной индукции между первым и третьим датчиками равна разности векторов магнитной индукции между первым и вторым датчиками, умноженной на отношение l₁₃/l₁₂, l₁₂- расстояние между первым и вторым датчиками.In the proposed gradiometer, compared with the prototype (ed. St. N 1659942, BI N 24, 1991), only one compensation winding was added, but excluded: one sensor, amplifier-conversion unit, two subtraction units, one addition unit and two gradient windings, those. the number of blocks, sensors and windings in total decreased by 35, which simplified the design of the gradiometer. The main power in the gradiometer, in particular, the fluxgate gradient meter, is spent on the magnetization reversal of the magnetically sensitive elements of the sensors (Afanasyev Yu.V. Ferrozond devices. L. Energoatomizdat, 1986, pp. 127-139). The use of only three sensors in the proposed gradiometer, as well as only three amplification-conversion blocks, three series-connected compensation windings, a variable emf generator and a recording device, made it possible to reduce power consumption by about 30% compared with the technical solution adopted for the prototype (ed. N 1659942, BI N 24, 1991). In addition, the proposed gradiometer, like the well-known technical solution (ed. St. N 1659942, BI N 24, 1991), provides for the detection of magnetic field inhomogeneity of a field source adjacent to the sensors against the background of magnetic field inhomogeneity of the most distant but more intense sources magnetic field. This is due to the compensation of the magnetic field measured by one extreme (first) sensor at the locations of the other two (second and third) sensors, compensation of the inhomogeneity of the magnetic field created by the sources of the magnetic field of the interference farthest from these three sensors, and sources, and partial compensation heterogeneity of the magnetic field of a nearby source, measured by the second sensor, at the location of the third sensor. Those. the proposed gradiometer solves the same problem as the prototype, but with simpler means and lower power consumption. Indeed, the magnetic induction of the most distant sources of the magnetic field from the gradiometer sensors is linear between the first and second, first and third sensors. Moreover, for the most distant source of the magnetic field take the source, the distance from which to each of the sensors satisfies the required error in determining the spatial productive induction between the extreme (first and third) sensors. So, for example, when the distance from the magnetic field source to each of the three sensors is not less than 3l ₁₃ , l _{13, the} distance between the extreme sensors, the error in determining the spatial derivative from the measured magnetic induction difference between the extreme sensors no longer exceeds 5% (Tamberg Yu.G. Error estimation of the dipole approximation for two bipolar sources. L. "Transactions of VNIIEP", N 2 (6), 1969, p.168-173). Thus, in the presence of an external uniform magnetic field, for example, the Earth’s magnetic field, and the magnetic induction vector difference between the first and third sensors substantially remote from each of the three field source sensors, the difference between the magnetic induction vectors between the first and second sensors times l ₁₃ / l ₁₂ , l ₁₂ is the distance between the first and second sensors.

При наличии близлежащего источника неоднородности магнитной индукции от первого или третьего датчика разность магнитной индукции между первым и вторым датчиками носит линейный характер и пропорциональна пространственной производной. Разность же магнитной индукции между первым и третьим датчиками, расстояние между которыми больше чем расстояние между первым и вторым датчиками, носит нелинейный характер и не пропорциональна пространственной производной. При этом за близлежащий источник магнитного поля принимают тот, от которого расстояние до одного из датчиков не превышает 3l₁₃ и выбирается в зависимости от требуемой точности измерения разностей магнитной индукции первым и третьим датчиками от удаленности и интенсивности предполагаемых сторонних источников магнитного поля. При наличии близлежащего источника магнитного поля разность магнитной индукции между первым и третьим датчиками B₄, равная B₃₁ B₃ B₁, где B₁ и B₃ значения магнитной индукции, измеренные соответственно первым и третьим датчиками. С учетом компенсирующего поля, равного разности магнитной индукции B₂₁ B₂ B₁, где B₂ значение магнитной индукции, измеренное вторым датчиком, умноженной на отношение l₁₃/l₁₂, где l₁₂ расстояние между первым и вторым датчиком, B₄ будет иметь значение, которое можно представить в виде следующего выражения
B₄ B₃₁-B₂₁•l₁₃/l₁₂.In the presence of a nearby source of magnetic induction inhomogeneity from the first or third sensor, the difference in magnetic induction between the first and second sensors is linear and proportional to the spatial derivative. The difference in magnetic induction between the first and third sensors, the distance between which is greater than the distance between the first and second sensors, is non-linear and not proportional to the spatial derivative. Moreover, for a nearby source of a magnetic field, take the one from which the distance to one of the sensors does not exceed 3l ₁₃ and is selected depending on the required accuracy of measuring the differences in magnetic induction by the first and third sensors from the distance and intensity of the alleged third-party magnetic field sources. If there is a nearby source of magnetic field, the difference in magnetic induction between the first and third sensors B ₄ is equal to B ₃₁ B ₃ B ₁ , where B ₁ and B _{3 are the} values of magnetic induction measured respectively by the first and third sensors. Given a compensating field equal to the difference in magnetic induction B ₂₁ B ₂ B ₁ , where B ₂ is the magnetic induction measured by the second sensor multiplied by the ratio l ₁₃ / l ₁₂ , where l _{12 is the} distance between the first and second sensors, B ₄ will have value that can be represented as the following expression
B ₄ B ₃₁ -B ₂₁ • l ₁₃ / l ₁₂ .

Для этого в месте расположения третьего датчика воспроизводится магнитная индукция, равная значению -B₂₁•l₁₃/l₁₂, обеспечивающая компенсацию магнитной индукции, созданной наиболее удаленным источником магнитного поля и частичную компенсацию магнитной индукции, созданной близлежащим источником поля. Сигнал, пропорциональный магнитной индукции -B₂₁•l₁₃/l₁₂, подается с выхода второго усилительно-преобразовательного блока и поступает в обмотку компенсации третьего датчика, которая воспроизводит в месте расположения этого датчика магнитную индукцию -B₂₁•l₁₃/l₁₂. В таком случае сигнал с выхода третьего датчика, поступающий на третий усилительно преобразовательный блок, пропорционален магнитной индукции, созданной только близлежащим источником магнитного поля.To do this, at the location of the third sensor, magnetic induction is reproduced, equal to the value -B ₂₁ • l ₁₃ / l ₁₂ , providing compensation for the magnetic induction created by the most distant source of the magnetic field and partial compensation of the magnetic induction created by the nearby field source. The signal proportional to the magnetic induction -B ₂₁ • l ₁₃ / l ₁₂ is supplied from the output of the second amplifier-converter unit and enters the compensation winding of the third sensor, which reproduces the magnetic induction -B ₂₁ • l ₁₃ / l ₁₂ at the location of this sensor. In this case, the signal from the output of the third sensor arriving at the third amplifier-converter unit is proportional to the magnetic induction created only by the nearby source of the magnetic field.

Таким образом, технический результат предлагаемого градиентометра выражается в упрощении конструкции и уменьшении потребляемой мощности при обеспечении обнаруженная неоднородности магнитного поля, созданного близлежащим источником магнитного поля на фоне неоднородности магнитного поля наиболее удаленных, но существенно более интенсивных сторонних источников магнитного поля. Thus, the technical result of the proposed gradiometer is expressed in simplifying the design and reducing the power consumption while ensuring the detected heterogeneity of the magnetic field created by a nearby magnetic field source against the background of the magnetic field heterogeneity of the most distant, but substantially more intense external sources of the magnetic field.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется следующими графическими материалами. The essence of the invention is illustrated by the following graphic materials.

На чертеже изображена структурная схема градиентометра. The drawing shows a structural diagram of a gradiometer.

Предлагаемый градиентометр состоит из трех однокомпонентных магниточувствительных датчиков 1-3 с коллинеарно ориентированными осями, трех усилительно-преобразовательных блока 4-6, первые входы которых подключены к выходам соответствующих датчиков 1-3, генератора переменной ЭДС 7, выходы которого подключены ко входам датчиков 1-3 и вторым входам блоков 4-6, трех обмоток компенсации 8-10, каждая из которых охватывает соответствующий датчик 1-3, регистрирующий прибор 11, подключенный к выходу блока 6, и жесткого немагнитного основания 12, на котором помещены датчики 1-3 с обмоткой компенсации 8-10 последовательно вдоль одной оси LN, при этом один вывод обмотки 8 подключен к одному выводу обмотки 9, второй вывод обмотки 9 подключен к выходу блока 5 и к одному выводу обмотки 10, второй вывод обмотки 10 подключен к общему контакту градиентометра, а второй вывод обмотки 8 подключен к выходу блока 4. The proposed gradiometer consists of three one-component magnetosensitive sensors 1-3 with collinear oriented axes, three amplifier-converter blocks 4-6, the first inputs of which are connected to the outputs of the corresponding sensors 1-3, a variable emf generator 7, the outputs of which are connected to the inputs of the sensors 1- 3 and the second inputs of blocks 4-6, three compensation windings 8-10, each of which covers a corresponding sensor 1-3, a recording device 11 connected to the output of block 6, and a hard non-magnetic base 12, on which sensors 1-3 are replaced with compensation winding 8-10 sequentially along one axis LN, while one output of winding 8 is connected to one output of winding 9, the second output of winding 9 is connected to the output of block 5 and to one output of winding 10, the second output of winding 10 connected to the common contact of the gradiometer, and the second output of the winding 8 is connected to the output of block 4.

Предполагаемый градиентометр работает следующим образом. The proposed gradiometer works as follows.

На входы датчиков 1-3 подается с генератора 7 напряжение, возбуждающее эти датчики. В результате этого на выходе каждого датчика 1-3 появляется ЭДС второй гармоники, пропорциональная проекции вектора магнитной индукции на магнитную ось соответствующего датчика (Афанасьев Ю.В. Феррозондовые приборы. Л. Энергоатомиздат, 1986, с.66). Выходные сигналы с датчиков 1-3 усиливаются и детектируются в соответствующих блоках 4-6. Для детектирования сигнала на вторые входы блоков 4-6 подается переменное напряжение с генератора 7. При этом каждый усилительно-преобразовательный блок состоит из избирательного усилителя и синхронного детектора (Афанасьев Ю.В. Феррозондовые приборы. Л. Энергоатомиздат, 1986, с. 108, рис.4.1, с.117, рис.4.8). Выходной сигнал с блока 4 подается на последовательно и согласно включенные обмотки 8-10. В результате этого канал, состоящий из датчика 1 с обмоткой 8 и блока 4, охвачен глубокой отрицательной обратной связью по магнитному полю, действующему на датчик 1. Обмотки 9 и 10, как и обмотка 8, воспроизводят магнитное поле равное по величине, но противоположное по направлению магнитному полю, измеренному датчиком 1, поэтому сигнал с выхода блока 5 пропорционален разности проекций векторов магнитной индукции B₂₁ на ось LN, измеренной датчиками 2 и 1, а сигнал с выхода блока 6 пропорционален разности векторов магнитной индукции B₃₁ на ось LN, измеренной датчиками 3 и 1, если отключить выход блока 5 от общего контакта обмоток 9 и 10. Следовательно, если отключить выход блока 5 от общего контакта обмоток 9 и 10, то сигналы с выходов блоков 5 и 6 пропорциональны пространственной производной магнитной индукции, созданной источниками магнитного поля помехи (наиболее удаленными источниками) при отсутствии близлежащего источника магнитного поля. При подключении выхода блока 5 к общему контакту обмоток 9 и 10 и при наличии как магнитного поля помехи, созданного наиболее удаленными источниками, так и магнитного поля полезного сигнала, созданного близлежащим источником, выходной сигнал с блока 5 пропорционален пространственной производной магнитной индукции, созданной источниками магнитного поля помехи и полезного сигнала. Этот сигнал подается в обмотку 10, осуществляя компенсацию неоднородности магнитного поля от наиболее удаленного и частичную компенсацию от близлежащего источников магнитного поля. Выходной сигнал с блока 6, пропорциональный неоднородности магнитного поля близлежащего источника поля, поступает на регистрирующий прибор 11. Таким образом, предлагаемый градиентометр, имея более простую конструкцию и меньшие затраты мощности по сравнению с устройством, которое принято за прототип, обеспечивает, как и упомянутое устройство (авт. св. N 1659942, БИ N 24, 1991), обнаружение неоднородности магнитного поля близлежащего источника от датчиков градиентометра на фоне однородного магнитного поля и неоднородного магнитного поля, помех, созданных наиболее удаленными источниками магнитного поля от датчиков упомянутого градиентометра.The inputs of the sensors 1-3 are supplied from the generator 7 voltage, exciting these sensors. As a result of this, at the output of each sensor 1–3, the second-harmonic emf appears, which is proportional to the projection of the magnetic induction vector onto the magnetic axis of the corresponding sensor (Afanasyev Yu.V. Flux-gate devices. L. Energoatomizdat, 1986, p.66). The output signals from sensors 1-3 are amplified and detected in the corresponding blocks 4-6. To detect the signal, the second inputs of blocks 4-6 are supplied with alternating voltage from the generator 7. Moreover, each amplifier-converter block consists of a selective amplifier and a synchronous detector (Afanasyev Yu.V. Ferrozond devices. L. Energoatomizdat, 1986, p. 108, fig. 4.1, p. 117, fig. 4.8). The output signal from block 4 is fed to sequentially and according to the included windings 8-10. As a result of this, the channel, consisting of a sensor 1 with a winding 8 and block 4, is covered by deep negative feedback on the magnetic field acting on the sensor 1. The windings 9 and 10, like winding 8, reproduce a magnetic field that is equal in magnitude but opposite in magnitude the direction of the magnetic field measured by the sensor 1, therefore, the signal from the output of block 5 is proportional to the difference between the projections of the magnetic induction vectors B ₂₁ on the LN axis measured by sensors 2 and 1, and the signal from the output of block 6 is proportional to the difference in the projections of the magnetic induction B ₃₁ on the LN axis, measured sensors 3 and 1, if you disconnect the output of block 5 from the common contact of the windings 9 and 10. Therefore, if you disconnect the output of block 5 from the common contact of the windings 9 and 10, then the signals from the outputs of blocks 5 and 6 are proportional to the spatial derivative of the magnetic induction created by the sources interference magnetic field (by the most distant sources) in the absence of a nearby magnetic field source. When connecting the output of block 5 to the common contact of the windings 9 and 10 and in the presence of both a magnetic field of interference created by the most distant sources and a magnetic field of a useful signal created by a nearby source, the output signal from block 5 is proportional to the spatial derivative of magnetic induction created by the sources of magnetic field interference and useful signal. This signal is fed to the winding 10, compensating for the inhomogeneity of the magnetic field from the most distant and partial compensation from nearby sources of the magnetic field. The output signal from block 6, which is proportional to the magnetic field inhomogeneity of the nearby field source, is supplied to the recording device 11. Thus, the proposed gradiometer, having a simpler design and lower power consumption compared to the device that is taken as a prototype, provides, as mentioned above (ed. St. N 1659942, BI N 24, 1991), the detection of magnetic field inhomogeneity of a nearby source from gradiometer sensors against a background of a uniform magnetic field and an inhomogeneous magnetic field, interference, cos data from the most distant sources of magnetic field from the sensors of the mentioned gradiometer.

Для реализации предлагаемого градиентометра могут быть использованы феррозондовые датчики, генератор переменной ЭДС и усилительнопреобразовательный блок приведенные в известной работе (Афанасьев Ю.В. Феррозондовые приборы. Л. Энергоатомиздат, 1986, с.127-138, рис.5.1, 5.3-5,6). To implement the proposed gradiometer, flux-gage sensors, a variable emf generator, and an amplifier-conversion unit described in the well-known work (Afanasyev Yu.V. Ferrozond devices. L. Energoatomizdat, 1986, p.127-138, Fig. 5.1, 5.3-5.6 )

Claims

Gradientometer containing first, second and third magnetosensitive sensors with collinear oriented axes, placed on a rigid non-magnetic base sequentially along one axis of the base, first, second and third amplification-conversion blocks, the first inputs of which are connected to the outputs of the respective sensors, a variable emf generator, outputs which are connected to the inputs of magnetosensitive sensors and to the second inputs of the amplifier-conversion units, two compensation windings, one of which covers the first and second third magnetosensitive sensors, and a recording device, characterized in that it is equipped with a third compensation winding, covering the second magnetosensitive sensor, one terminal of which is connected to one terminal of the first compensation winding, and the second terminal is connected to one terminal of the second compensation winding, the output of the first amplifier-converter unit is connected to the second output of the first compensation winding, the output of the second amplifier-converter unit is connected to a common contact of the second and third Its winding compensation. the second terminal of the second compensation winding is connected to a common contact of the gradiometer.