RU2497140C2 - Датчиковое устройство измерения магнитного поля - Google Patents

Датчиковое устройство измерения магнитного поля Download PDF

Info

Publication number
RU2497140C2
RU2497140C2 RU2011101412/28A RU2011101412A RU2497140C2 RU 2497140 C2 RU2497140 C2 RU 2497140C2 RU 2011101412/28 A RU2011101412/28 A RU 2011101412/28A RU 2011101412 A RU2011101412 A RU 2011101412A RU 2497140 C2 RU2497140 C2 RU 2497140C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
magnetic field
data
sensor device
magnetic
induced current
Prior art date
Application number
RU2011101412/28A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2011101412A (ru
Inventor
Ясухико НАГАСАКИ
Тосифуми МАЦУОКА
Акира САИТО
Коити ОКУЗУМИ
Original Assignee
Джэпэн Ойл, Гэз Энд Металз Нэшнл Корпорейшн
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Джэпэн Ойл, Гэз Энд Металз Нэшнл Корпорейшн filed Critical Джэпэн Ойл, Гэз Энд Металз Нэшнл Корпорейшн
Publication of RU2011101412A publication Critical patent/RU2011101412A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2497140C2 publication Critical patent/RU2497140C2/ru

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/06—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using galvano-magnetic devices
    • G01R33/063—Magneto-impedance sensors; Nanocristallin sensors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/12—Measuring magnetic properties of articles or specimens of solids or fluids
    • G01R33/18—Measuring magnetostrictive properties

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Measuring Magnetic Variables (AREA)
  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)

Abstract

Изобретение относится к датчиковому устройству измерения магнитного поля. Датчиковое устройство измерения магнитного поля содержит датчиковую часть, которая включает в себя магнитоимпедансное устройство, имеющее магнитную аморфную структуру; стержневую часть сердечника, которая направляет магнитное поле к магнитной аморфной структуре и расположена в продольном направлении относительно магнитной аморфной структуры; и средство подавления магнитного поля, которое создает корректирующее магнитное поле, которое подавляет магнитное поле окружающей среды, обусловленное земным магнетизмом, входящее в магнитную аморфную структуру. Технический результат - повышение эффективности измерений при подземной электромагнитной разведке. 12 з.п. ф-лы, 14 ил.

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к датчиковому устройству измерения магнитного поля.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В последнее время было обнаружено, что импеданс магнитного аморфного материала изменяется вследствие действия внешнего магнитного поля, и было разработано магнитоимпедансное устройство (МИ-устройство). Например, магнитоимпедансное устройство раскрыто в JP-A-7-181239. Кроме того, разработано магнитное устройство обнаружения с использованием такого магнитоимпедансного устройства. Например, в JP-A-2003-121517 и “Magnetic Sensor Technology” (Kaneo Mouri, Corona Publishing Co., Ltd., March 10, 1998, pp. 92 to 101) раскрыто магнитное устройство обнаружения с использованием магнитоимпедансного устройства.
Способ подземной электромагнитной разведки с использованием явления электромагнитной индукции широко используют для разведки ресурсов (например, угля, геотермальной энергии и нефти) и исследования подземной структуры. Разработаны различные способы электромагнитной разведки. В настоящее время на практике используют способ подземной электромагнитной разведки, в котором искусственно создают электромагнитное поле в нижних слоях грунта для выполнения подземной разведки. Например, в JP-A-2002-71828 раскрыт способ электромагнитной разведки, которым определяют подземную геологическую структуру.
Способ переходных процессов (способ ПП) является репрезентативным способом подземной электромагнитной разведки. В способе переходных процессов создающий наведенный ток генератор располагают на грунте и знакопеременный постоянный ток, имеющий время включения и выключения, побуждают протекать через создающий наведенный ток генератор. Когда ток, который протекает через создающий наведенный ток генератор, быстро отключают, наведенный ток протекает на протяжении земной поверхности, так что в соответствии с законом электромагнитной индукции предотвращается изменение магнитного поля.
По мере хода времени наведенный ток распространяется в глубокие нижние слои грунта. Поскольку наведенный ток ослабляется в соответствии с удельным сопротивлением на пути тока, распределение удельных сопротивлений в нижних слоях грунта можно определять, измеряя магнитное поле, образованное наведенным током на земной поверхности, как функцию времени.
КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Техническая задача
При подземной электромагнитной разведке в качестве датчика магнитного поля обычно используют индукционную катушку. Однако индукционная катушка, используемая при подземной электромагнитной разведке, является большой (например, длиной 1 м или больше, массой 10 кг или больше). Поэтому, поскольку трудно выполнять с небольшими затратами измерения на нескольких местах в течение короткого периода времени вследствие трудности транспортировки и установки индукционной катушки, не удается повысить эффективность измерений при подземной электромагнитной разведке.
Изобретение было разработано с учетом описанной выше ситуации. Задача изобретения заключается в создании датчикового устройства измерения магнитного поля, пригодного для подземной электромагнитной разведки.
Решение задачи
(1) Датчиковое устройство измерения магнитного поля согласно изобретению содержит:
датчиковую часть, которая включает в себя магнитоимпедансное устройство, имеющее магнитную аморфную структуру; и
стержневую часть сердечника, которая направляет магнитное поле к магнитной аморфной структуре и расположена в продольном направлении относительно магнитной аморфной структуры.
Согласно изобретению чувствительность датчикового устройства измерения магнитного поля может быть повышена путем расположения стержневых частей сердечника в продольном направлении (направлении измерения магнитного поля) магнитной аморфной структуры, при этом получается наивысшая чувствительность к магнитному полю. Кроме того, можно реализовать датчиковое устройство измерения магнитного поля, которое может иметь меньшие габариты и массу по сравнению с индукционной катушкой.
(2) В упомянутом выше датчиковом устройстве измерения магнитного поля часть сердечника может быть расположена по каждую сторону магнитной аморфной структуры в продольном направлении.
Магнитное поле можно эффективно направлять к магнитной аморфной структуре, расположив части сердечника по каждую сторону магнитной аморфной структуры в продольном направлении.
(3) В упомянутом выше датчиковом устройстве измерения магнитного поля часть сердечника можно расположить так, что продольное направление магнитной аморфной структуры будет совпадать с продольным направлением части сердечника.
(4) В упомянутом выше датчиковом устройстве измерения магнитного поля часть сердечника может быть образована из материала с высокой магнитной проницаемостью.
(5) В упомянутом выше датчиковом устройстве измерения магнитного поля материалом с высокой магнитной проницаемостью может быть мю-металл.
Кроме того, материалом с высокой магнитной проницаемостью может быть феррит или аналогичный материал.
(6) Упомянутое выше датчиковое устройство измерения магнитного поля может дополнительно содержать:
средство подавления магнитного поля окружающей среды, которое формирует корректирующее магнитное поле, которое подавляет магнитное поле окружающей среды, входящее в магнитную аморфную структуру.
Наблюдаемое целевое магнитное поле можно эффективно наблюдать благодаря подавлению магнитного поля окружающей среды.
(7) В упомянутом выше датчиковом устройстве измерения магнитного поля средство подавления магнитного поля окружающей среды может быть катушкой, которая намотана вокруг части сердечника.
(8) Упомянутое выше датчиковое устройство измерения магнитного поля может дополнительно содержать:
регулировочное средство, которое управляет средством подавления магнитного поля окружающей среды так, что данные наблюдения попадают в заданный диапазон.
(9) Упомянутое выше датчиковое устройство измерения магнитного поля может дополнительно содержать:
средство наблюдения, которой периодически выполняет выполнение наблюдение магнитного поля, включающего в себя сигнал магнитного поля, основанный на выходном токе от создающего наведенный ток генератора;
средство хранения данных, которое сохраняет данные наблюдений, наблюдаемые средством наблюдения; и
средство корректировки, которое корректирует опорное значение данных наблюдений так, что данные наблюдений попадают в заданный диапазон, на основании значения, получаемого интегрированием данных наблюдений, сохраняемых в средстве хранения данных, за период времени, в течение которого интегральное значение сигнала магнитного поля, основанного на выходном токе от создающего наведенный ток генератора, равно нулю.
Средство корректировки может снижать опорное значение данных измерений, когда значение, получаемое интегрированием данных наблюдений за период времени, равный целочисленному кратному выходного цикла, превышает верхнее предельное опорное значение, и может повышать опорное значение данных измерений, когда значение, получаемое интегрированием данных наблюдений за период времени, равный целочисленному кратному выходного цикла, становится ниже, чем нижнее предельное опорное значение.
Согласно этой конфигурации, поскольку степень изменения во времени данных наблюдений, обусловленного изменением во времени земного магнетизма, может корректироваться автоматически, магнитоимпедансное устройство не насыщается. Это позволяет выполнять автоматическое измерение.
(10) В упомянутом выше датчиковом устройстве измерения магнитного поля период времени, в течение которого интегральное значение сигнала магнитного поля, основанного на выходном токе от создающего наведенный ток генератора, равно нулю, может быть периодом времени, равным целочисленному кратному выходного цикла создающего наведенный ток генератора, который вырабатывает знакопеременный постоянный ток.
Когда создающий наведенный ток генератор вырабатывает знакопеременный постоянный ток (то есть сигнал, положительный выходной ток которого в первый период цикла является симметричным относительно отрицательного выходного тока во второй период цикла), то, например, период времени, в течение которого интегральное значение сигнала магнитного поля, основанного на выходном токе от создающего наведенный ток генератора, равно нулю, может быть периодом, равным целочисленному кратному выходного цикла создающего наведенный ток генератора, или может быть сочетанием первого интервала и третьего интервала, или сочетанием второго интервала и четвертого интервала, когда выходной цикл равным образом разделен на интервалы от первого до четвертого.
(11) Упомянутое выше датчиковое устройство измерения магнитного поля может дополнительно содержать:
средство усиления, которое усиливает выходной сигнал от датчиковой части, а
средство корректировки может управлять величиной смещения средства усиления.
(12) Упомянутое выше датчиковое устройство измерения магнитного поля может дополнительно содержать:
средство синхронизации, которое собирает временные данные, синхронизированные с выходным током от создающего наведенный ток генератора,
средство хранения данных может сохранять данные наблюдений и временные данные наряду с тем, что может увязывать данные наблюдения с временными данными.
(13) В упомянутом выше датчиковом устройстве измерения магнитного поля средство синхронизации может собирать временные данные, синхронизированные с выходным током от создающего наведенный ток генератора, путем сбора информации о времени, включенной в информацию глобальной системы позиционирования.
(14) Упомянутое выше датчиковое устройство измерения магнитного поля может дополнительно содержать:
средство накопления, которое выполняет процесс накапливания, который усредняет данные, полученные суммированием данных наблюдений в первый период выходного цикла создающего наведенный ток генератора, и данные с переменой знака из данных наблюдений во второй период выходного цикла, соответствующего множеству циклов,
средство наблюдения может останавливать наблюдение на основании уровня шума данных после процесса накапливания.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На чертежах:
фиг.1 - схематичный вид, иллюстрирующий конфигурацию датчикового устройства измерения магнитного поля согласно одному осуществлению изобретения;
фиг.2 - структурная схема, иллюстрирующая пример конфигурации датчиковой части;
фиг.3 - пример внешнего вида датчиковой части;
фиг.4 - график, иллюстрирующий экспериментальный пример, подтверждающий повышение чувствительности;
фиг.5 - принципиальная электрическая схема, иллюстрирующая пример схемы возбудителя;
фиг.6 - функциональная схема, иллюстрирующая пример конфигурации регистрирующей части;
фиг.7 - схематичный вид, иллюстрирующий пример компоновки с использованием датчикового устройства измерения магнитного поля для подземной электромагнитной разведки;
фиг.8 - временная диаграмма, иллюстрирующая выходной ток создающего наведенный ток генератора, противоэлектродвижущую силу и магнитное поле в способе подземной электромагнитной разведки согласно одному осуществлению изобретения;
фиг.9 - блок-схема последовательности действий, иллюстрирующая пример выполнения наблюдения магнитного поля при использовании способа подземной электромагнитной разведки согласно одному осуществлению изобретения;
фиг.10 - блок-схема последовательности действий, иллюстрирующая пример выполнения этапа подавления магнитного поля окружающей среды в способе подземной электромагнитной разведки согласно одному осуществлению изобретения;
фиг.11 - график, иллюстрирующий пример эксперимента по определению величины корректирующего магнитного поля;
фиг.12 - схематичная иллюстрация этапа коррекции;
фиг.13 - схематичная иллюстрация этапа коррекции; и
фиг.14 - график, иллюстрирующий пример данных после выполнения этапа накапливания.
ОПИСАНИЕ ОСУЩЕСТВЛЕНИЙ
Осуществления, в которых применяется изобретение, описываются ниже с обращением к чертежам. Заметим, что изобретение не ограничено нижеследующими осуществлениями. Изобретение охватывает произвольные сочетания элементов из нижеследующих осуществлений.
1. Датчиковое устройство измерения магнитного поля
На фиг.1 представлен схематичный вид, иллюстрирующий конфигурацию датчикового устройства измерения магнитного поля согласно этому осуществлению.
Датчиковое устройство 1 измерения магнитного поля согласно этому осуществлению включает в себя датчиковую часть 100 и обрабатывающую часть 200. Для удобства при описании на фиг.1 показаны одна датчиковая часть 100 и одна обрабатывающая часть 200. Заметим, что датчиковое устройство 1 измерения магнитного поля может включать в себя множество датчиковых частей 100, соответствующих одной регистрирующей части.
Датчиковая часть 100 включает в себя магнитоимпедансное устройство, имеющее магнитную аморфную структуру. Датчиковая часть 100 обнаруживает магнитное поле и передает выходной сигнал, основанный на величине обнаруживаемого магнитного поля, к обрабатывающей части 200.
Обрабатывающая часть 200 принимает выходной сигнал с датчиковой части 100, выполняет заданную обработку сигналов относительно выходного сигнала и регистрирует выходной сигнал в качестве данных наблюдений. Обрабатывающая часть 200 также управляет датчиковой частью 100.
На фиг.2 представлена структурная схема, иллюстрирующая пример конфигурации датчиковой части 100.
Датчиковая часть 100 включает в себя магнитоимпедансное устройство 110, имеющее магнитную аморфную структуру. Магнитоимпедансное устройство 110 обнаруживает магнитное поле в продольном направлении. В этом осуществлении магнитоимпедансное устройство 110 обнаруживает магнитное поле в вертикальном направлении (в направлении стрелок) на фиг.2. В этом осуществлении длина магнитоимпедансного устройства 110 в продольном направлении составляет около 4 мм.
Датчиковая часть 100 включает в себя схему 120 возбудителя. Схема 120 возбудителя возбуждает магнитоимпедансное устройство 110 и выводит выходной сигнал к обрабатывающей части 200. Датчиковая часть 100 может включать в себя измерительную катушку 111, которая является составной частью схемы 120 возбудителя и расположена вокруг магнитоимпедансного устройства 110.
На фиг.5 представлена принципиальная электрическая схема, иллюстрирующая пример схемы 120 возбудителя. В примере из фиг.5 схема 120 возбудителя в основном включает в себя схему 121 емкостного трехточечного генератора, в состав которого входит магнитоимпедансное устройство 110. Схема 121 емкостного трехточечного генератора включает в себя катушки 111а, 111b и 111с (то есть измерительную катушку 111), резистор 113, конденсатор 114 и 115 и переменный резистор 116.
В схеме из фиг.5 амплитуда резонансного напряжения схемы 121 емкостного трехточечного генератора модулируется магнитным полем Н. Амплитудно-модулированное напряжение детектируется диодом D с барьером Шотки. Дифференциальное напряжение как разность детектированного напряжения и устанавливающего на нуль напряжения Vb смещения постоянного тока усиливается, а выходное напряжение Vout выводится в качестве выходного сигнала. Выходное напряжение Vout подается обратно на схему 121 емкостного трехточечного генератора. Таким путем реализуется схема 120 возбудителя, имеющая высокую линейность и не имеющая гистерезиса.
Датчиковая часть 100 включает в себя стержневые части 130 и 131 сердечника. Части 130 и 131 сердечника расположены в продольном направлении по каждую сторону магнитоимпедансного устройства 110, имеющего магнитную аморфную структуру. Части 130 и 131 сердечника направляют магнитное поле к магнитной аморфной структуре магнитоимпедансного устройства 110. Части 130 и 131 сердечника могут быть образованы из материала с высокой магнитной проницаемостью (например, из мю-металла или феррита).
На фиг.3 показан пример внешнего вида датчиковой части 100 датчикового устройства 1 измерения магнитного поля согласно осуществлению. Датчиковая часть 100 включает в себя корпус 1000. Корпус 1000 включает в себя цилиндрические секции 1001 и 1002 и секцию 1100 поддержания датчика. Корпус 1000 имеет полную длину 250 мм и диаметр 76 мм.
В секции 1100 поддержания предусмотрена плата 1200 датчика, которая включает в себя магнитоимпедансное устройство 110, имеющее магнитную аморфную структуру, и схему возбудителя 120, а в цилиндрических секциях 1001 и 1002 предусмотрены части сердечника, соответственно 130 и 131. Магнитоимпедансное устройство 110 и части 130 и 131 сердечника расположены так, что продольное направление магнитоимпедансного устройства 110 совпадает с продольным направлением частей 130 и 131 сердечника.
В этом осуществлении части 130 и 131 сердечника образованы из мю-металла, имеющего магнитную проницаемость около 10000. Части 130 и 131 сердечника имеют длину в продольном направлении около 12 см и диаметр около 5 мм. Это позволяет повысить чувствительность датчика магнитного поля примерно в 300 раз по сравнению со случаем, когда части 130 и 131 сердечника не предусматриваются.
На фиг.4 представлен график, иллюстрирующий экспериментальный пример, который подтверждает повышение чувствительности, обусловленное частями 130 и 131 сердечника. В эксперименте использовалось датчиковое устройство измерения магнитного поля, чувствительность которого, полученная благодаря сочетанию магнито-мпедансного устройства 110 и схемы 120 возбудителя, составляла 0,0048 мВ/нТл.
В датчиковом устройстве измерения магнитного поля размещали части 130 и 131 сердечника и измеряли (см. фиг.4) выходное напряжение при подводе магнитного поля, имевшего напряженность магнитного поля 1727,6 нТл. Как показано на фиг.4, выходное напряжение датчикового устройства измерения магнитного поля было 2,812 В (=3,660-0,848 В). Поэтому коэффициент повышения чувствительности, достигнутый благодаря размещению частей 130 и 131 сердечника, составил 327,7(=(2,812×1000/0,0048)/1727,6).
Как описывалось выше, чувствительность датчикового устройства измерения магнитного поля можно повысить, предусмотрев стержневые части 130 и 131 сердечника. Кроме того, можно реализовать датчиковое устройство измерения магнитного поля, которое может иметь меньшие габариты и массу по сравнению с индукционной катушкой.
Датчиковая часть 100 может включать в себя средства 140 и 141 подавления магнитного поля окружающей среды, создающие корректирующее магнитное поле, которое подавляет магнитное поле окружающей среды, входящее в магнитную аморфную структуру магнитоимпедансного устройства 110. В этом осуществлении каждое из средств 140 и 141 подавления магнитного поля окружающей среды образовано катушкой, которая намотана вокруг части 130 или 131 сердечника.
Датчиковое устройство 1 измерения магнитного поля может включать в себя регулировочное средство, которое управляет средствами 140 и 141 подавления магнитного поля окружающей среды так, что данные наблюдений попадают в заданный диапазон. В этом осуществлении обрабатывающая часть 200 обладает функцией регулировочного средства. Пример конфигурации обрабатывающей части 200 описывается ниже.
Магнитоимпедансное устройство 110 обнаруживает величину магнитного поля, а не изменение (дифференциацию во времени) магнитного поля. Магнитное поле окружающей среды, обусловленное земным магнетизмом, обычно существует при плотности магнитного потока около 0,5 Гс (0,5×10-4 Тл). Поэтому, когда чувствительность обнаружения повышается, например, в 300 раз за счет использования частей 130 и 131 сердечника, магнитоимпедансное устройство 110 обнаруживает магнитное поле окружающей среды при плотности магнитного потока около 150 Гс (0,015 Тл).
Диапазон обнаружения датчикового устройства измерения магнитного поля определяется сочетанием магнитоимпедансного устройства 110 и схемы 120 возбудителя. Например, датчиковое устройство измерения магнитного поля, образованное сочетанием доступного для приобретения магнитоимпедансного устройства 110 и доступной для приобретения схемой 120 возбудителя, можно спроектировать имеющим диапазон обнаружения ±3 Гс (3×10-4 Тл) (плотность магнитного потока). В этом случае, если чувствительность обнаружения повысить в 300 раз за счет использования частей 130 и 131 сердечника, схема 120 возбудителя будет насыщаться всего лишь магнитным полем окружающей среды, обусловленным земным магнетизмом, вследствие чего магнитное поле будет невозможно измерить.
Однако данные наблюдений попадают в диапазон обнаружения, определяемый сочетанием магнитоимпедансного устройства 110 и схемой возбудителя 120, благодаря побуждению средств 140 и 141 подавления магнитного поля окружающей среды к подавлению магнитного поля окружающей среды, входящего в магнитную аморфную структуру магнитоимпедансного устройства 110.
В частности, когда сигнал магнитного поля от объекта наблюдения меньше, чем сигнал магнитного поля окружающей среды, обусловленного земным магнетизмом, сигнал магнитного поля может быть измерен с высокой точностью благодаря побуждению средств 140 и 141 подавления магнитного поля окружающей среды к подавлению магнитного поля окружающей среды таким образом, чтобы уровень магнитного поля окружающей среды, обусловленного земным магнетизмом, соответствовал центру диапазона обнаружения.
Магнитное поле окружающей среды подавляется благодаря побуждению средств 140 и 141 подавления магнитного поля окружающей среды к созданию магнитного поля, противоположного магнитному полю окружающей среды, обусловленному земным магнетизмом. В частности, магнитное поле окружающей среды можно подавлять так, чтобы уровень магнитного поля окружающей среды, обусловленного земным магнетизмом, соответствовал центру диапазона обнаружения благодаря побуждению средств 140 и 141 подавления магнитного поля окружающей среды к созданию магнитного поля, которое является противоположным по отношению к магнитному полю окружающей среды, обусловленному земным магнетизмом, и имеет величину, почти равную величине магнитного поля окружающей среды, обусловленного земным магнетизмом.
На фиг.6 представлена функциональная схема, иллюстрирующая пример конфигурации обрабатывающей части 200.
Обрабатывающая часть 200 может включать в себя обрабатывающий блок 220. Обрабатывающий блок 220 регистрирует данные наблюдений, управляет средствами 140 и 141 подавления магнитного поля окружающей среды, записывает данные наблюдений в средство 240 хранения данных, описанное ниже, и выполняет различные вычислительные процессы и т.п.
Обрабатывающий блок 200 может функционировать как регулировочное средство, которое через посредство цифроаналогового преобразователя (ЦАП) 217 управляет средствами 140 и 141 подавления магнитного поля окружающей среды.
Обрабатывающая часть 200 принимает выходной сигнал Vout со схемы 120 возбудителя. Выходной сигнал Vout является входным для обрабатывающего блока 220, при желании через посредство усилителя 210, фильтра 211 верхних частот (ФВЧ), узкополосного режекторного фильтра (УРФ) 212, фильтра 213 нижних частот (ФНЧ), усилителя 214 и аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 215. Например, узкополосный режекторный фильтр 212 может блокировать шум окружающей среды (например, 50 Гц или 60 Гц), обусловленный источником питания, или фильтр 213 нижних частот может блокировать сигнал, имеющий частоту, равную удвоенной частоте выборки или более высокую.
Обрабатывающая часть 200 может включать в себя точные часы 230. Например, точные часы 230 могут иметь точность 10-9.
В этом осуществлении обрабатывающий блок 220 и точные часы 230 действуют как средство 250 наблюдения, которое периодически выполняет наблюдение заданного магнитного поля, при желании совместно с усилителем 210, фильтром 211 нижних частот, узкополосным режекторным фильтром 211, фильтром 213 нижних частот, усилителем 214 и аналого-цифровым преобразователем 215. Например, при использовании датчикового устройства 1 измерения магнитного поля согласно осуществлению для подземной электромагнитной разведки, при которой применяют создающий наведенный ток генератор, средство 250 наблюдения периодически выполняет наблюдение магнитного поля, включающего в себя сигнал магнитного поля, основанный на выходном токе от создающего наведенный ток генератора.
Обрабатывающая часть 200 может включать в себя средство 240 хранения данных. В средстве 240 хранения данных сохраняются данные наблюдений, экспериментально получаемые средством 250 наблюдения. Средство 240 хранения данных может быть съемным (например, картой памяти) или может быть образовано жестким диском или чем-либо подобным в обрабатывающей части 200. Когда вводятся данные наблюдений, которые находятся выше или ниже измеримого диапазона, определяемого динамическим диапазоном средства усиления (то есть усилителя 214 в этом осуществлении), которое усиливает выходной сигнал с датчиковой секции 100, данные наблюдений могут сохраняться в средстве 240 хранения данных в качестве максимального значения и минимального значения измеримого диапазона.
Обрабатывающий блок 220 может функционировать как средство корректировки, которое корректирует опорное значение данных наблюдений так, что данные наблюдений попадают в заданный диапазон, на основании значения, получаемого интегрированием данных наблюдений, сохраняемых в средстве 240 хранения данных, за период, в течение которого интегральное значение сигнала магнитного поля, основанного на выходном токе от создающего наведенный ток генератора, равно нулю.
Когда с создающего наведенный ток генератора выводится знакопеременный постоянный ток (то есть сигнал, в котором положительный выходной ток в течение первого периода цикла является симметричным относительно отрицательного выходного тока в течение второго периода цикла), то, например, период, в течение которого интегральное значение сигнала магнитного поля, основанного на выходном токе от создающего наведенный ток генератора, равно нулю, может быть периодом, равным целочисленному кратному выходного цикла создающего наведенный ток генератора, или может быть сочетанием первого интервала и третьего интервала, или сочетанием второго интервала и четвертого интервала при равном разделении выходного цикла на интервалы с первого по четвертый.
Средство корректировки может автоматически регулировать опорное значение данных наблюдений, например, путем регулирования величины смещения средства усиления, которое усиливает выходной сигнал с датчиковой секции 100. В этом осуществлении усилитель 214 функционирует как средство усиления, которое усиливает выходное напряжение Vout с датчиковой части 100, а обрабатывающий блок 220 регулирует опорное значение данных наблюдений путем регулирования величины смещения усилителя 214 через посредство цифроаналогового преобразователя 216.
Например, при использовании датчикового устройства 1 измерения магнитного поля согласно осуществлению для подземной электромагнитной разведки, в которой используют создающий наведенный ток генератор, средство корректировки может снижать опорное значение данных измерений, когда значение, получаемое интегрированием данных наблюдений, сохраняемых в средстве 240 хранения данных, в течение периода времени, равного целочисленному кратному выходного цикла, превышает верхнее предельное опорное значение, и повышает опорное значение данных измерений, когда значение, получаемое интегрированием данных наблюдений в течение периода времени, равного целочисленному кратному выходного цикла, становится ниже, чем нижнее предельное опорное значение.
Поскольку согласно этой конфигурации степень изменения во времени данных наблюдений, обусловленного изменением во времени земного магнетизма, может корректироваться автоматически, датчиковая секция 100 и средство 250 наблюдения не насыщаются. Это позволяет выполнять автоматическое измерение.
При использовании датчикового устройства 1 измерения магнитного поля согласно осуществлению для подземной электромагнитной разведки, в которой применяют создающий наведенный ток генератор, обрабатывающая часть 200 может включать в себя средство синхронизации, которое получает временные данные, синхронизированные с выходным током от создающего наведенный ток генератора. В этом осуществлении средство синхронизации может получать временные данные, синхронизированные с выходным током от создающего наведенный ток генератора, благодаря получению информации о времени, входящей в состав информации глобальной системы позиционирования (ГСП), при использовании часов 321 глобальной системы позиционирования (ГСП).
В средстве 240 сохранения данных могут сохраняться данные наблюдений и временные данные наряду с тем, что данные наблюдений могут увязываться с временными данными. Этим облегчается анализ данных наблюдений в случае использования датчикового устройства 1 измерения магнитного поля при подземной электромагнитной разведке.
Обрабатывающая часть 200 может быть соединена со средством 300 ввода и средством 310 вывода. Средство 300 ввода и средство 310 вывода используются для ввода и вывода команд и данных. Средством 300 ввода может быть клавиатура. Средством 310 вывода может быть дисплей (монитор).
2. Способ подземной электромагнитной разведки с использованием датчикового устройства 1 измерения магнитного поля
Ниже описывается способ подземной электромагнитной разведки с использованием датчикового устройства 1 измерения магнитного поля. Разработаны различные способы подземной электромагнитной разведки. В этом осуществлении показан способ подземной электромагнитной разведки, в котором для выполнения подземной разведки искусственно создают электромагнитное поле в нижних слоях грунта.
В качестве способа подземной электромагнитной разведки известны способ подземной электромагнитной разведки в частотной области, в котором имеют дело с электромагнитным откликом как функцией частоты, и способ подземной электромагнитной разведки во временной области, в котором имеют дело с электромагнитным откликом как функцией времени. Частотная область и временная область образуют пару преобразования Фурье и теоретически являются эквивалентными. В этом осуществлении показан способ переходных процессов (способ ПП), который представляет собой способ подземной электромагнитной разведки во временной области.
На фиг.7 представлен схематичный вид, иллюстрирующий пример компоновки с использованием датчикового устройства 1 измерения магнитного поля для подземной электромагнитной разведки.
Датчиковое устройство 1 для измерения магнитного поля расположено на земной поверхности. Датчиковое устройство 1 для измерения магнитного поля расположено в углублении, образованном в земной поверхности, для удержания заданных положения и наклона датчикового устройства 1 измерения магнитного поля.
Создающий наведенный ток генератор 2 расположен на земной поверхности. Возбуждающая петля 3, используемая для создания наведенного тока в нижних слоях грунта, обусловленного протеканием выходного тока создающего наведенный ток генератора 2, также расположена на земной поверхности. В этом осуществлении наведенный ток в нижних слоях грунта создают, используя создающий наведенный ток генератор 2 и возбуждающую петлю 3. Расстояние между датчиковым устройством 1 измерения магнитного поля и возбуждающей петлей 3 можно задавать произвольно в соответствии с задачей подземной электромагнитной разведки. В этом осуществлении датчиковое устройство 1 измерения магнитного поля располагают на расстоянии от около 0 до около 15 км от возбуждающей петли 3.
На фиг.8 представлена временная диаграмма, иллюстрирующая выходной ток I создающего наведенный ток генератора 2, противоэлектродвижущую силу Р после начала снижения выходного тока и магнитное поле Н после начала снижения выходного тока в способе подземной электромагнитной разведки согласно осуществлению. Выходной ток I представляет собой знакопеременный постоянный ток (то есть сигнал, в котором положительный выходной ток в течение первого периода цикла является симметричным относительно отрицательного выходного тока в течение второго периода цикла). Направление, показанное на фиг.7 стрелкой, является положительным направлением.
Как показано на (А) из фиг.8, положительный выходной ток I подводят к возбуждающей петле 3 от создающего наведенный ток генератора 2. Затем выходной ток I быстро снижают. В результате согласно закону электромагнитной индукции создается противоэлектродвижущая сила, показанная на (В) из фиг.8, которая поддерживает магнитное поле до наступления отсечки тока, так что на земной поверхности создается наведенный ток. После этого отрицательный выходной ток I подводят к возбуждающей петле 3 от создающего наведенный ток генератора 2. Затем выходной ток I быстро снижают. Описанную выше операцию повторяют в течение цикла Т.
Наведенный на земной поверхности ток ослабляется в соответствии с удельным сопротивлением грунта, а в нижних слоях грунта возникает наведенный ток, который препятствует изменению тока. Этот процесс повторяется, так что возникает явление, при котором наведенный ток 500 распространяется в глубокие нижние слои грунта по мере возникновения наведенного тока 501 и наведенного тока 502.
Наведенный ток ослабляется в соответствии с удельным сопротивлением слоя на пути тока. Поэтому распределение удельных сопротивлений в нижних слоях грунта можно определять, обнаруживая ослабление наведенного тока в виде изменения магнитного поля со временем, показанного на (С) из фиг.8, используя датчиковое устройство 1 измерения магнитного поля, расположенное на земной поверхности. Например, наведенный ток быстро ослабляется, когда удельное сопротивление нижних слоев грунта является высоким, в то время как наведенный ток ослабляется медленно, когда удельное сопротивление нижних слоев грунта является низким.
Поэтому распределение удельных сопротивлений нижних слоев грунта можно определять, собирая данные наблюдений, для чего используют датчиковое устройство 1 измерения магнитного поля, которое перемещают в соответствии с точкой измерения, или множество датчиковых устройств 1 измерения магнитного поля, расположенных в соответствующих точках измерения, и анализируя данные наблюдений. На основании распределения удельных сопротивлений также можно обнаружить подземную структуру.
В частности, подземную структуру можно обнаружить, повторяя наблюдение магнитного поля, которое включает в себя этап наблюдения, на котором выполняют наблюдение магнитного поля на основе наведенного тока, используя датчиковое устройство 1 измерения магнитного поля, и этап сохранения, на котором сохраняют данные наблюдений магнитного поля на основе наведенного тока во множестве точек измерения на земной поверхности, и вычисляя распределение удельных сопротивлений в нижних слоях грунта на основании данных наблюдений, соответствующих каждой точке измерения.
Поскольку используя датчиковое устройство 1 измерения магнитного поля, которое включает в себя датчиковую часть 100, включающую в себя магнито-импедансное устройство 110, имеющее магнитную аморфную структуру в качестве сердечника и стержневые части 130 и 131 сердечника, которые направляют магнитное поле к магнитной аморфной структуре в продольном направлении магнитной аморфной структуры, можно реализовать датчиковое устройство измерения магнитного поля, которое может иметь меньшие габариты и массу по сравнению с индукционной катушкой, то можно выполнять подземную электромагнитную разведку, которая позволяет без больших затрат получать результаты измерений на большом количестве мест в течение короткого периода времени.
Когда датчиковое устройство 1 измерения магнитного поля включает в себя средства 140 и 141 подавления магнитного поля окружающей среды, которые создают корректирующее магнитное поле, которое подавляет магнитное поле окружающей среды, входящее в магнитную аморфную структуру, способ может включать в себя этап подавления магнитного поля окружающей среды, на котором создают корректирующее магнитное поле, которое так подавляет магнитное поле окружающей среды, входящее в магнитную аморфную структуру, что наблюдаемое значение магнитного поля попадает в заданный диапазон. Для примера, этап подавления магнитного поля окружающей среды можно выполнять до этапа наблюдения.
На фиг.9 представлена блок-схема последовательности действий, иллюстрирующая пример выполнения наблюдения магнитного поля при использовании способа подземной электромагнитной разведки согласно этому осуществлению.
Используя средства 140 и 141 подавления магнитного поля окружающей среды, выполняют (этап S100) этап подавления магнитного поля окружающей среды, на котором создают корректирующее магнитное поле, которое так подавляет магнитное поле окружающей среды, входящее в магнитную аморфную структуру, что наблюдаемое значение магнитного поля попадает в заданный диапазон.
Выполняют (этап S110) этап наблюдения, на котором выполняют наблюдение магнитного поля на основании наведенного тока, используя средство 250 наблюдения. Затем выполняют (этап S120) сохранения, на котором данные наблюдений сохраняют в средстве 240 хранения данных.
Определяют (этап S130), завершено ли наблюдение магнитного поля. Завершение наблюдения магнитного поля можно определять, например, на основании выполнения этапа наблюдения заданное число раз, выполнения этапа наблюдения в течение заданного периода времени или ввода команды на завершение наблюдения.
Когда определяют, что на этапе S130 наблюдение магнитного поля не завершено, этапы с S110 по S130 повторяют до завершения наблюдения магнитного поля. Когда определяют, что наблюдение магнитного поля завершено на этапе S130, процесс наблюдения магнитного поля заканчивают.
На фиг.10 представлена блок-схема последовательности действий, иллюстрирующая пример выполнения этапа подавления магнитного поля окружающей среды из способа подземной электромагнитной разведки согласно осуществлению. В этом осуществлении опорные напряжения V1 и V2 удовлетворяют соотношению 0<V2<V1, а интервалы изменения корректирующего магнитного поля, δ1 и δ2, удовлетворяют соотношению 0<δ2<δ1. Направление корректирующего магнитного поля, противоположное направлению земного магнетизма, именуется положительным направлением. В случае необходимости интервал изменения и количество стадий изменения корректирующих магнитных полей можно задавать произвольно.
С началом этапа подавления магнитного поля окружающей среды средства 140 и 141 подавления магнитного поля окружающей среды создают (этап S200) корректирующее магнитное поле с заданным начальным значением. Начальное значение может быть нулевым (то есть, соответствует состоянию, в котором корректирующее магнитное поле не создают).
Средство 250 наблюдения датчикового устройства 1 измерения магнитного поля выполняет (этап S202) наблюдение магнитного поля в течение заданного периода времени. Среднее значение Va данных наблюдений, сохраняемых в средстве 240 хранения данных, вычисляют (этап S204) на основании выходного напряжения Vout со схемы 120 возбудителя из датчиковой части 100, выводимого в течение заданного периода времени. Среднее значение Va вычисляется, например, в обрабатывающем блоке 220 обрабатывающей части 200. Когда данные наблюдений находятся выше или ниже измеримого диапазона, определяемого динамическим диапазоном средства усиления (то есть усилителя 214 в этом осуществлении), которое усиливает выходной сигнал с датчиковой части 100, данные наблюдений могут сохраняться в средстве 240 хранения данных в качестве максимального значения и минимального значения измеримого диапазона.
Определяют (этап S206), является ли среднее значение Va больше нуля. Нижеследующее описание дается в предположении, что обрабатывающий блок 220 выполняет все действия, связанные с определением.
Когда на этапе S206 обрабатывающий блок 220 определяет, что среднее значение Va больше нуля, то обрабатывающий блок 220 определяет (этап S208), является ли среднее значение Va меньше опорного напряжения V1. Когда обрабатывающий блок 220 определяет, что среднее значение Va равно или больше, чем пороговое напряжение V1, обрабатывающий блок 220 повышает (этап S308) величину корректирующего магнитного поля на величину интервала δ1 изменения и выполняет возврат к этапу S202.
Когда на этапе S208 обрабатывающий блок 220 определяет, что среднее значение Va меньше, чем пороговое напряжение V1, обрабатывающий блок 220 определяет (этап S210), является ли среднее значение Va меньше, чем опорное напряжение V2. Когда обрабатывающий блок 220 определяет, что среднее значение Va равно или больше, чем опорное напряжение V2, обрабатывающий блок 220 повышает (этап S310) величину корректирующего магнитного поля на величину интервала δ2 изменения и выполняет возврат к этапу S202.
Когда на этапе S210 обрабатывающий блок 220 определяет, что среднее значение Va меньше, чем опорное напряжение V2, обрабатывающий блок 220 фиксирует величину корректирующего магнитного поля и завершает процесс. В частности, когда процесс завершается, среднее значение Va удовлетворяет соотношению 0<Va<V2.
Когда на этапе S206 обрабатывающий блок 220 определяет, что среднее напряжение Va равно нулю или меньше нуля, обрабатывающий блок 220 определяет (этап S212), является ли среднее значение Va больше, чем опорное напряжение (-V1). Когда обрабатывающий блок 220 определяет, что среднее значение Va равно или меньше, чем опорное напряжение (-V1), обрабатывающий блок 220 снижает (этап S312) величину корректирующего магнитного поля на величину интервала δ1 изменения и выполняет возврат к этапу S202.
Когда на этапе S212 обрабатывающий блок 220 определяет, что среднее значение Va больше, чем опорное напряжение (-V1), обрабатывающий блок 220 определяет (этап S214), является ли среднее значение Va больше, чем опорное напряжение (-V2). Когда обрабатывающий блок 220 определяет, что среднее значение Va равно или меньше, чем опорное напряжение (-V2), обрабатывающий блок 220 снижает (этап S314) величину корректирующего магнитного поля на величину интервала δ2 изменения и выполняет возврат к этапу S202.
Когда на этапе S214 обрабатывающий блок 220 определяет, что среднее значение Va больше, чем опорное напряжение (-V2), обрабатывающий блок 220 фиксирует величину корректирующего магнитного поля и завершает процесс. В частности, когда процесс завершается, среднее значение Va удовлетворяет соотношению -V2<Va<0.
В частности, среднее значение Va удовлетворяет соотношению -V2<Va<V2, когда завершается выполнение этапа подавления магнитного поля окружающей среды, показанного на фиг.10. Величину корректирующего магнитного поля изменяют на большую величину интервала δ1 изменения, когда среднее значение Va отличается от нуля в значительной степени, и изменяют на небольшую величину интервала δ2 изменения, когда среднее значение Va попадает в диапазон -V1<Va<V1. Это позволяет определять величину корректирующего магнитного поля, при которой среднее значение Va быстро и точно попадает в диапазон -V2<Va<V2.
На фиг.11 представлен график, иллюстрирующий определение величины корректирующего магнитного поля на основании последовательности действий из фиг.10. На (А) из фиг.11 показаны данные наблюдений, вводимые в обрабатывающий блок 220, на (В) из фиг.11 показаны данные, сохраняемые в средстве 240 хранения данных, и на (С) из фиг.11 показана величина корректирующего магнитного поля. На (А)-(С) из фиг.11 по горизонтальной оси показано время. Значение верхнего предела измерения датчикового устройства 1 измерения магнитного поля обозначено Vu, а значение нижнего предела измерения датчикового устройства 1 измерения магнитного поля обозначено Vd. Удовлетворяется соотношение Vd<-V1<-V2<0<V2<V1<Vu.
Корректирующее магнитное поле с заданным начальным значением создается средствами 140 и 141 подавления магнитного поля окружающей среды в период t1 времени, а наблюдение магнитного поля выполняется средством 250 наблюдения датчикового устройства 1 измерения магнитного поля в течение заданного периода времени (этапы S200 и S202). В примере из фиг.11 начальное значение корректирующего магнитного поля равно нулю (то есть соответствует состоянию, в котором корректирующее магнитное поле не создается).
В примере на (А) из фиг.11 все данные наблюдений равны или больше, чем значение Vu верхнего предела измерения в течение периода t1 времени. Таким образом, поскольку все сохраняемые данные есть Vu, среднее значение Va удовлетворяет соотношению 0<V1<Va. Поэтому обрабатывающий блок 220 повышает корректирующее магнитное поле на величину δ1 изменения (этапы S204, S206, S208 и S308).
Корректирующее магнитное поле, которое изменяется на основании результатов наблюдения в период t1 времени, создается средствами 140 и 141 подавления магнитного поля окружающей среды в период t2 времени, а наблюдение магнитного поля выполняется (этап S202) средством 250 наблюдения датчикового устройства 1 измерения магнитного поля в течение заданного периода времени.
В период t2 времени некоторые из данных наблюдений равны или больше, чем значение Vu верхнего предела измерения. В примере из фиг.11 среднее значение Va удовлетворяет соотношению 0<V1<Va. Поэтому обрабатывающий блок 220 также повышает корректирующее магнитное поле на величину δ1 изменения (этапы S204, S206, S208 и S308).
Корректирующее магнитное поле, которое изменяется на основании результатов наблюдения в период t2 времени, создается средствами 140 и 141 подавления магнитного поля окружающей среды в период t2 времени, а наблюдение магнитного поля выполняется (этап S202) средством 250 наблюдения датчикового устройства 1 измерения магнитного поля в течение заданного периода времени.
В течение периода t3 времени некоторые из данных наблюдений равны или меньше, чем значение Vd нижнего предела измерения. В примере из фиг.11 среднее значение Va удовлетворяет соотношению -V1<Va<0. В этом случае обрабатывающий блок 220 снижает корректирующее магнитное поле на величину δ2 изменения (этапы S204, S206, S212, S214 и S314).
Корректирующее магнитное поле, которое изменяется на основании результатов наблюдения в период t3 времени, создается средствами 140 и 141 подавления магнитного поля окружающей среды в период t4 времени, а наблюдение магнитного поля выполняется (этап S202) средством 250 наблюдения датчикового устройства 1 измерения магнитного поля в течение заданного периода времени.
В течение периода t4 времени данные наблюдений попадают в диапазон между значением Vd нижнего предела измерения и значением Vu верхнего предела измерения. В примере из фиг.11 среднее значение Va удовлетворяет соотношению 0<Va<V2. В этом случае обрабатывающий блок 220 фиксирует величину корректирующего магнитного поля, а этап подавления магнитного поля окружающей среды заканчивается (этапы S204, S206, S208 и S210). Средства 140 и 141 подавления магнитного поля окружающей среды создают корректирующее магнитное поле, имеющее в течение периода t4 времени такую же величину, как и в последующий период t5 времени.
При таком подавлении магнитного поля окружающей среды наблюдаемое целевое магнитное поле можно наблюдать эффективно. Кроме того, этап подавления магнитного поля окружающей среды можно легко автоматизировать.
Способ подземной электромагнитной разведки согласно этому осуществлению может дополнительно включать в себя этап коррекции, на котором корректируют опорное значение данных наблюдений так, что данные наблюдений попадают в заданный диапазон, на основании значения, получаемого интегрированием данных наблюдений магнитного поля, включающих в себя сигнал магнитного поля, основанный на выходном токе от создающего наведенный ток генератора, за период времени, в течение которого интегральное значение сигнала магнитного поля, основанного на выходном токе от создающего наведенный ток генератора, равно нулю.
Когда с создающего наведенный ток генератора выводится знакопеременный постоянный ток (то есть сигнал, положительный выходной ток которого в течение первого периода цикла является симметричным относительно отрицательного выходного тока в течение второго периода цикла), то, например, период, в течение которого интегральное значение сигнала магнитного поля, основанного на выходном токе от создающего наведенный ток генератора, является нулевым, может быть периодом, равным целочисленному кратному выходного цикла создающего наведенный ток генератора, или может быть сочетанием первого интервала и третьего интервала, или сочетанием второго интервала и четвертого интервала при разделении выходного цикла в равной степени на интервалы с первого по четвертый.
На этапе коррекции опорное значение данных наблюдений может регулироваться автоматически посредством средства корректировки, включенного в состав датчикового устройства 1 магнитного поля, например, путем регулирования величины смещения средства усиления, которое усиливает выходной сигнал с датчиковой части 100. В этом осуществлении усилитель 214 функционирует как средство усиления, которое усиливает выходное напряжение Vout с датчиковой части 100, а обрабатывающий блок 220 регулирует опорное значение данных наблюдений путем регулирования напряжения смещения усилителя 214 через посредство цифроаналогового преобразователя 216.
Например, в случае использования датчикового устройства 1 измерения магнитного поля согласно осуществлению для подземной электромагнитной разведки, при которой применяют создающий наведенный ток генератор, средство корректировки может снижать опорное значение данных измерений, когда значение, получаемое интегрированием данных наблюдений, сохраняемых в средстве 240 хранения данных, за период времени, равный целочисленному кратному выходного цикла создающего наведенный ток генератора 2, превышает верхнее предельное опорное значение, и может повышать опорное значение данных измерений, когда значение, получаемое интегрированием данных наблюдений за период времени, равный целочисленному кратному выходного цикла создающего наведенный ток генератора 2, становится ниже, чем нижнее предельное опорное значение.
Например, опорное значение данных наблюдений можно регулировать в течение периода времени, в который создающий наведенный ток генератор 2 подводит выходной ток к возбуждающей петле 3.
На фиг.12 и фиг.13 представлены графики, иллюстрирующие этап коррекции. По горизонтальной оси показано время. Период интегрирования идентичен выходному циклу создающего наведенный ток генератора 2.
На (А) из фиг.12 показаны данные наблюдений до выполнения этапа коррекции. Данные наблюдений считаются включающими случайный шум, показанный на (В) из фиг.12, сигнал магнитного поля, основанный на выходном токе от создающего наведенный ток генератора 2, показан на (С) из фиг.12, а величина дрейфа, обусловленного изменением во времени земного магнетизма, схемы средства 250 наблюдения и т.п., показана на (D) из фиг.12.
Случайный шум на (В) из фиг.12 и сигнал магнитного поля, основанный на выходном токе от создающего наведенный ток генератора 2, на (С) из фиг.12 становится нулевым в результате интегрирования в течение выходного цикла создающего наведенный ток генератора 2. Поэтому только интегральное значение величины дрейфа, обусловленного изменением во времени земного магнетизма, схемы средства 250 наблюдения и т.п., показанное на (D) из фиг.12, можно вычислить интегрированием данных наблюдения из (А) на фиг.12 в течение выходного цикла создающего наведенный ток генератора 2.
Средство корректировки изменяет опорное значение данных наблюдений, когда интегральное значение превышает верхнее предельное опорное значение Iu или становится ниже, чем нижнее предельное опорное значение Id. Верхнее предельное опорное значение Iu и нижнее предельное опорное значение Id задают так, чтобы данные наблюдений попадали в диапазон между значением Vu верхнего предела измерения и значением Vd нижнего предела измерения с учетом величины случайного шума и периода интегрирования. В примере, показанном на (Е) из фиг.12, интегральное значение превышает верхнее предельное опорное значение Iu в течение периода Т4 времени. Поэтому, как показано на (F) из фиг.12, средство корректировки снижает опорное значение данных наблюдений на ΔV в течение периода Т5 и последующего периода времени.
На (А) из фиг.13 показаны те же самые данные наблюдений, как на (А) из фиг.12, а на (В) из фиг.12 показаны те же самые данные наблюдений после выполнения этапа коррекции. Данные наблюдений на (А) из фиг.13 включают в себя данные, которые превышают значение Vu верхнего предела измерения в течение периода Т5 и последующего периода времени. Однако, как показано на (В) из фиг.13, данные измерений попадают в диапазон между значением Vu верхнего предела измерения и значением Vd нижнего предела измерения благодаря выполнению этапа коррекции.
Способ подземной электромагнитной разведки согласно этому осуществлению может включать в себя этап синхронизации, на котором получают временные данные, синхронизированные с выходным током от создающего наведенный ток генератора 2, а на этапе сохранения (этапе S120 на фиг.9) можно сохранять данные наблюдений и временные данные наряду с выполнением увязки данных наблюдений с временными данными. Этап синхронизации можно выполнять до этапа наблюдения (этапа S110 на фиг.9) или можно выполнять, например, во время этапа наблюдения.
В этом осуществлении временные данные, которыми датчиковое устройство 1 измерения магнитного поля синхронизируется с выходным током от создающего наведенный ток генератора 2, могут быть получены благодаря наличию часов глобальной системы позиционирования (ГСП) в каждом датчиковом устройстве 1 измерения магнитного поля и создающем наведенный ток генераторе 2, при этом каждое датчиковое устройство 1 измерения магнитного поля и создающий наведенный ток генератор 2 побуждаются получать информацию о времени, включенную в информацию глобальной системы позиционирования (ГСП).
Данные наблюдений можно легко анализировать, сохраняя данные наблюдений и временные данные, которыми датчиковое устройство 1 измерения магнитного поля синхронизируется с выходным током от создающего наведенный ток генератора 2 наряду с увязкой данных наблюдений с временными данными.
Способ подземной электромагнитной разведки согласно этому осуществлению может включать в себя этап накапливания. В процессе накапливания данные, полученные суммированием данных наблюдений в течение первого периода выходного цикла Т создающего наведенный ток генератора 2 и данных с переменой знака из данных наблюдений в течение второго периода выходного цикла Т, усредняют в соответствии со множеством циклов.
На фиг.14 представлен график, иллюстрирующий пример данных после выполнения этапа накапливания. На фиг.14 показаны данные, полученные на этапе накапливания с использованием данных наблюдений, соответствующих одному циклу, двум циклам, четырем циклам, восьми циклам, 16 циклам, 32 циклам, 64 циклам и 81 циклу (в последовательном порядке от верхней стороны). Уровень шума снижается каждый раз в соответствии со множителем 1/2, при этом количество данных наблюдений, используемых для процесса накапливания (то есть количество циклов), возрастает в четыре раза.
Случайный шум можно подавлять на этапе накапливания, так что точность измерения может быть повышена. Кроме того, измерение можно заканчивать, отслеживая уровень шума после этапа накапливания.
Изобретение охватывает конфигурации, которые являются по существу такими же, как конфигурации, описанные в приведенных выше осуществлениях (например, в части функции, способа и результата или задачи и результата). Изобретение также охватывает конфигурацию, в которой несущественный элемент из описанных выше осуществлений заменяется другим элементом. Кроме того, изобретение охватывает конфигурацию, дающую такие же результаты, как и конфигурации, описанные применительно к приведенным выше осуществлениям, или конфигурацию, способную выполнять такую же задачу, как и описанные выше конфигурации. Изобретение также охватывает конфигурацию, получаемую добавлением известной технологии к конфигурациям, описанным в приведенных выше осуществлениях.
Например, в приведенных выше осуществлениях наведенный ток создают, используя возбуждающую петлю 3. Заметим, что на земной поверхности можно располагать множество электродов, и наведенный ток можно создавать, вызывая протекание тока между электродами через грунт.
ПЕРЕЧЕНЬ ПОЗИЦИОННЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
1: датчиковое устройство измерения магнитного поля, 2: создающий наведенный ток генератор, 3: возбуждающая петля, 100: датчиковая часть, 110: магнитоимпедансное устройство, 111, 111а, 111b, 111c: измерительная катушка, 112: транзистор, 113: резистор, 114, 115: конденсатор, 116: переменный резистор, 120: схема возбудителя, 121: схема емкостного трехточечного генератора, 130, 131: часть сердечника, 140, 141: средство подавления магнитного поля окружающей среды, 200: регистрирующая часть, 210: усилитель, 211: фильтр верхних частот, 212: узкополосный режекторный фильтр, 213: фильтр нижних частот, 214: усилитель, 215: аналого-цифровой преобразователь, 216, 217: цифроаналоговый преобразователь, 220: обрабатывающий блок, 230: точные часы, 231: часы глобальной системы позиционирования, 240: средство хранения данных, 250: средство наблюдения, 300: средство ввода, 310: средство вывода, 500, 501, 502: наведенный ток, 1000: корпус, 1001, 1002: цилиндрическая секция, 1100: секция поддержания датчика, 1200: плата датчика.

Claims (13)

1. Датчиковое устройство измерения магнитного поля, содержащее:
датчиковую часть, которая включает в себя магнито-импедансное устройство, имеющее магнитную аморфную структуру;
стержневую часть сердечника, которая направляет магнитное поле к магнитной аморфной структуре и расположена в продольном направлении относительно магнитной аморфной структуры; и
средство подавления магнитного поля, которое создает корректирующее магнитное поле, которое подавляет магнитное поле окружающей среды, обусловленное земным магнетизмом, входящее в магнитную аморфную структуру.
2. Датчиковое устройство измерения магнитного поля по п.1,
в котором часть сердечника расположена по каждую сторону магнитной
аморфной структуры в продольном направлении.
3. Датчиковое устройство измерения магнитного поля по п.2,
в котором часть сердечника расположена так, что продольное направление магнитной аморфной структуры совпадает с продольным направлением части сердечника.
4. Датчиковое устройство измерения магнитного поля по любому из пп.1-3,
в котором часть сердечника образована из материала с высокой магнитной проницаемостью.
5. Датчиковое устройство измерения магнитного поля по п.4,
в котором материал с высокой магнитной проницаемостью представляет собой мю-металл.
6. Датчиковое устройство измерения магнитного поля по п.1,
в котором средство подавления магнитного поля окружающей среды представляет собой катушку, которая намотана вокруг части сердечника.
7. Датчиковое устройство измерения магнитного поля по п.1, дополнительно содержащее:
регулировочное средство, которое управляет средством подавления магнитного поля окружающей среды так, что данные наблюдений попадают в заданный диапазон.
8. Датчиковое устройство измерения магнитного поля по любому из пп.1-3, дополнительно содержащее:
средство наблюдения, которое периодически выполняет наблюдение магнитного поля, включающего в себя сигнал магнитного поля, основанный на выходном токе от создающего наведенный ток генератора;
средство хранения данных, которое сохраняет данные наблюдений, наблюдаемые средством наблюдения; и
средство корректировки, которое корректирует опорное значение данных наблюдений так, что данные наблюдений попадают в заданный диапазон, на основании значения, получаемого интегрированием данных наблюдений, сохраняемых в средстве хранения данных, за период времени, в течение которого интегральное значение сигнала магнитного поля, основанного на выходном токе от создающего наведенный ток генератора, равно нулю.
9. Датчиковое устройство измерения магнитного поля по п.8,
в котором период времени, в течение которого интегральное значение сигнала магнитного поля, основанного на выходном токе от создающего наведенный ток генератора, равно нулю, представляет собой период времени, равный целочисленному кратному выходного цикла создающего наведенный ток генератора, который вырабатывает знакопеременный постоянный ток.
10. Датчиковое устройство измерения магнитного поля по п.8, дополнительно содержащее:
средство усиления, которое усиливает выходной сигнал от датчиковой части,
в котором средство корректировки управляет величиной смещения средства усиления.
11. Датчиковое устройство измерения магнитного поля по п.8, дополнительно содержащее:
средство синхронизации, которое собирает временные данные, синхронизированные с выходным током от создающего наведенный ток генератора,
в котором средство хранения данных сохраняет данные наблюдений и временные данные наряду с тем, что увязывает данные наблюдений с временными данными.
12. Датчиковое устройство измерения магнитного поля по п.11,
в котором средство синхронизации собирает временные данные, синхронизированные с выходным током от создающего наведенный ток генератора, путем сбора информации о времени, включенной в информацию глобальной системы позиционирования.
13. Датчиковое устройство измерения магнитного поля по п.8, дополнительно содержащее:
средство накопления, которое выполняет процесс накапливания, который усредняет данные, полученные суммированием данных наблюдений в первый период выходного цикла создающего наведенный ток генератора, и данные с переменой знака из данных наблюдений во второй период выходного цикла, соответствующего множеству циклов,
в котором средство наблюдения останавливает наблюдение на основании уровня шума в данных после процесса накапливания.
RU2011101412/28A 2008-06-16 2009-06-08 Датчиковое устройство измерения магнитного поля RU2497140C2 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008157100A JP5492389B2 (ja) 2008-06-16 2008-06-16 磁場センサー装置
JP2008-157100 2008-06-16
PCT/JP2009/060436 WO2009154095A1 (ja) 2008-06-16 2009-06-08 磁場センサー装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2011101412A RU2011101412A (ru) 2012-07-27
RU2497140C2 true RU2497140C2 (ru) 2013-10-27

Family

ID=41434011

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011101412/28A RU2497140C2 (ru) 2008-06-16 2009-06-08 Датчиковое устройство измерения магнитного поля

Country Status (9)

Country Link
US (1) US8610429B2 (ru)
EP (1) EP2290389A1 (ru)
JP (1) JP5492389B2 (ru)
AU (1) AU2009261302B2 (ru)
CA (1) CA2734623C (ru)
MX (1) MX2010013823A (ru)
PE (1) PE20110437A1 (ru)
RU (1) RU2497140C2 (ru)
WO (1) WO2009154095A1 (ru)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9013175B2 (en) * 2010-11-26 2015-04-21 Stmicroelectronics S.R.L. Reading circuit for a magnetic field sensor with sensitivity calibration, and related reading method
US9134383B2 (en) * 2012-12-28 2015-09-15 Asahi Kasei Microdevices Corporation Hall device, magnetic sensor having same, and signal correcting method thereof
JP6149542B2 (ja) * 2013-06-27 2017-06-21 愛知製鋼株式会社 磁気検査装置および磁気検査方法
JP6255902B2 (ja) 2013-10-30 2018-01-10 Tdk株式会社 磁界検出装置
EP2896782A1 (en) * 2014-01-20 2015-07-22 Services Pétroliers Schlumberger Remote field testing using a permeable core
JP6422012B2 (ja) * 2014-02-18 2018-11-14 フジデノロ株式会社 磁気検出装置
CN108351390B (zh) * 2015-11-04 2021-08-27 Tdk株式会社 磁场检测装置及磁场检测方法
JP6666732B2 (ja) * 2016-01-29 2020-03-18 株式会社アドバンテスト 磁気ノイズ消去装置及び磁場測定装置
US10989834B2 (en) 2017-10-27 2021-04-27 Energy & Environmental Research Center Identifying subterranean structures using amorphous metal markers
WO2020113467A1 (zh) * 2018-12-05 2020-06-11 中国科学院地质与地球物理研究所 一种感应式磁传感器及电磁勘探设备

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2059259C1 (ru) * 1992-04-06 1996-04-27 Махоткин Вячеслав Евгеньевич Магниточувствительный элемент
JP2003099886A (ja) * 2001-09-21 2003-04-04 Masahiko Sumikama 高感度磁気センサ装置及び交通量計測装置
JP2003121517A (ja) * 2001-10-12 2003-04-23 Aichi Micro Intelligent Corp 磁気検出装置
US20080117044A1 (en) * 2004-09-22 2008-05-22 Andrew D Hibbs Passive Magnetic Detection System for Security Screening

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3197414B2 (ja) 1993-12-22 2001-08-13 科学技術振興事業団 磁気インピーダンス効果素子
JPH11148968A (ja) 1997-11-14 1999-06-02 Daikin Ind Ltd Ｓｑｕｉｄ磁束計制御方法およびその装置
JP3645116B2 (ja) * 1999-03-10 2005-05-11 独立行政法人科学技術振興機構 磁気インピーダンス効果マイクロ磁気センサ
JP2002071828A (ja) 2000-08-29 2002-03-12 Toda Constr Co Ltd 地下電磁探査方法、装置および情報記憶媒体
US6653831B2 (en) 2001-11-20 2003-11-25 Gentex Corporation Magnetometer having a dynamically adjustable bias setting and electronic vehicle compass incorporating the same
JP2004325353A (ja) * 2003-04-25 2004-11-18 Asahi Kasei Electronics Co Ltd 磁気センサ
JP2006234581A (ja) * 2005-02-24 2006-09-07 Aichi Micro Intelligent Corp 電子コンパス及び方位測定方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2059259C1 (ru) * 1992-04-06 1996-04-27 Махоткин Вячеслав Евгеньевич Магниточувствительный элемент
JP2003099886A (ja) * 2001-09-21 2003-04-04 Masahiko Sumikama 高感度磁気センサ装置及び交通量計測装置
JP2003121517A (ja) * 2001-10-12 2003-04-23 Aichi Micro Intelligent Corp 磁気検出装置
US20080117044A1 (en) * 2004-09-22 2008-05-22 Andrew D Hibbs Passive Magnetic Detection System for Security Screening

Also Published As

Publication number Publication date
WO2009154095A1 (ja) 2009-12-23
US8610429B2 (en) 2013-12-17
PE20110437A1 (es) 2011-07-01
AU2009261302A1 (en) 2009-12-23
CA2734623C (en) 2015-11-24
AU2009261302B2 (en) 2014-02-20
JP5492389B2 (ja) 2014-05-14
JP2009300331A (ja) 2009-12-24
US20110133733A1 (en) 2011-06-09
MX2010013823A (es) 2011-04-04
CA2734623A1 (en) 2009-12-23
EP2290389A1 (en) 2011-03-02
RU2011101412A (ru) 2012-07-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2497140C2 (ru) Датчиковое устройство измерения магнитного поля
RU2497154C2 (ru) Способ подземной электромагнитной разведки
CN101477181B (zh) 具有动态可调偏置设置的磁力计和包括其的电子车辆罗盘
US7659717B2 (en) Sensor for measuring magnetic flux
US9551688B2 (en) Property measuring device for object to be measured and property measuring method for object to be measured
JP2012103171A (ja) 磁場測定装置
WO2008065574A2 (en) A magnetic field sensor circuit
KR101207995B1 (ko) 저주파 교류 자기장 측정기의 교정을 위한 표준 장치
Ambruš et al. Automatic compensation of primary field coupling for a frequency-domain electromagnetic induction sensor
KR101999945B1 (ko) 강자성체 응력 측정 장치
JP6413111B2 (ja) 磁性体検出装置
Ripka et al. Tuned current-output fluxgate
US10884076B2 (en) MI magnetic field sensor
JPS6057277A (ja) 自励式磁気検出方法
Awad et al. Measurement of low frequency mechanical vibrations based on an inverted magnetic pendulum
SU744415A1 (ru) Устройство дл электромагнитного каротажа скважин
Khavinson et al. Measuring the gravitational acceleration using a superconducting magnetic levitation system
JPS60104243A (ja) 核磁気共鳴測定方法
Gazda et al. Active LR integrator circuit for drift-free fluxmeter
Christian et al. Investigation of ac voltage measurement requirements for an oscillatory dynamic mode version of the watt balance
KR101247196B1 (ko) 자기장 제거 장치
JPS61241661A (ja) 柔軟構造体の力学的特性の測定方法および装置
JP2006071573A (ja) 磁気共鳴装置における高周波磁場強度測定法

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190609