SU1097066A1

SU1097066A1 - Proton magnetometer

Info

Publication number: SU1097066A1
Application number: SU823531194A
Authority: SU
Inventors: Н.Б. Клепер; Б.И. Смирнов; Г.Я. Яковлев
Original assignee: Научно-производственное объединение "Рудгеофизика"
Priority date: 1982-12-24
Filing date: 1982-12-24
Publication date: 1991-02-28

Abstract

ПРОТОННЫЙ МАГНИТОМЕТР, содержащий последовательно соединенные регистр кода настройки, блок элементов настройки, датчик, усилитель и преобразователь частота-код, а также индикатор наличи сигнала, вход которого соединен с выходом усилител и командный блок, о т л и ч а rain Ий с тем, что, с целью повышени точности и автоматизации процес са измерени , в него введены последовательно соединенные формирователь, корректирующих импульсов, блок ИЛИ, реверсивный счетчик номера точки настройки и указатель переполнени , а также последовательно соединенные блок И и счетчик скорости изменени пол , а также счетчик циклов, блок сравнени выходных кодов, формирователь кода циклов измерени , первый и второй программные посто нные запо- минающие блоки, входы которых подключены к второму выходу реверсивного счетчика номера точки настройки, а выходы - соответственно к входу регистра кода настройки и входу бло .ка сравнени выходных кодов, при этом второй вход блока сравнени выходных кодов соединен с выходом преобразовател частота-код, а выход с вторым входом реверсивного, счетчика номера точки настройки и первыми входами блока И и формировател корректирующих импульсов, второй вход которого подключен к выходу указател переполнени , третий вход i к первому выходу счетчика скосл рости изменени пол , а четвертый вход - к первому входу счетчика циклов, выходу индикатора и второму входу блока И, вход командного блока соединен с вторым входом преобразовател частота-код, первый и второй выходы - соответственно с Фретьим входом блока И и вторым входом счетчика циклов, вьтХод которого подклю чен к второму входу блока ИЛИ, третьо им входом соединенного с выходом блоСП ка И, вход формировател кода циклов соединен с выходом счетчика скорости изменени пол , а выход - с входом командного блока.A PROTON MAGNETOMETER containing a serially connected register of a tuning code, a block of tuning elements, a sensor, an amplifier and a frequency-code converter, as well as an indicator of the presence of a signal, the input of which is connected to the output of the amplifier and the command unit, that, in order to increase the accuracy and automation of the measurement process, sequentially connected shaper, correction pulses, OR block, reversible counter of tune point number and overflow indicator, as well as but the connected AND block and the field change rate counter, as well as the cycle counter, the output code comparison unit, the measurement cycle code generator, the first and second program permanent memory blocks, whose inputs are connected to the second output of the reversible counter of the setting point number, and the outputs - respectively to the input of the register of the tuning code and the input of the block of comparison of output codes, while the second input of the block of comparison of output codes is connected to the output of the frequency converter, and the output with the second input of the reversing one, with The reference number of the tuning point and the first inputs of the AND block and the corrective impulse generator, the second input of which is connected to the output of the overflow indicator, the third input i to the first output of the counter of the field change slope, and the fourth input to the first input of the cycle counter, the indicator output and the second input of the AND block, the input of the command block is connected to the second input of the frequency-code converter, the first and second outputs, respectively, to the Third input of the AND block and the second input of the cycle counter, the stroke of which is connected to the second ode OR block, a third input connected to them in a yield bloSP Single And shaper cycles code input connected to the output speed of the counter changes floor, and an output - to the input of the command block.

Description

Изобретение относитс к магнитным измерени м, предназначено дл измерений модул индукции слабых магнитных полей и может быть использовано дл измерений геомагнитного пол с градиентами , достигающими сотен нТ/м,The invention relates to magnetic measurements, is intended to measure the modulus of induction of weak magnetic fields and can be used to measure the geomagnetic field with gradients up to hundreds of nT / m,

при установке магнитометра на скоростных носител х, например самолетах и вертолетах.when installing a magnetometer on high-speed carriers, such as airplanes and helicopters.

Известен дерно-прецессионный магнитометр , содержащий датчик сигнала дерной прецессии, автоматически пе3 рестраиваемый ступен ми внутри диапа зона измерений, схему измерени частоты и дешифратор, управл емый настройкой датчика. Низкое отношение сигнал/шум, ограниченные возможности дешифратора и ручное переключение диапазонов настройки не позвол ют получить в подобном устройстве погрешность ниже нескольких единиц нанотеслы. Из известных устройств наиболее близким по своей технической сущности к предложенному вл етс цифровой протонный магнитометр, содержащий последовательно соединенные датчик , предварительный усилитель, активный фильтр, умножитель частоты, первый элемент совпадени , счетчик, дешифратор и блок точной настройки, выход которого соединен с вторым входом предварительного усилител , а также программный блок, выходы ко торого -св заны с датчУ1Ком через коммутатор и с вторым входом элемен та совпадени , последовательно сое диненные усилитель, второй элемент совпадени , дополнительный дешифратор и блок выбора диапазонов. Причем датчик соединен с входом усилит л , выход блока выбора диапазона третьим входом предварительного уси лител , а второй вход второго элемента совпадени подключен к выходу программного блока. Однако в режиме автоматического слежени за изменением частоты прецессии данному устройству свойствен на ошибка в выборе точки настройки, вызванна необходимостью определени этой точки дл текущего цикла по результату предшествующего измерени . При этом величина ошибки будет пропорциональна скорости измене ни значени индукции магнитного пол что при больших градиентах приведет к существенному уменьшению эффективности работы блока точной настройки и соответственно значительному снижению точности и достоверности результатов измерений. Цель изобретени - повышение точности измерений и автоматизаци процесса измерений. Эта цель достигаетс тем, что в пр ПРОТОНН.ЫЙ магнитометр, содержащий последовательно соединенные регистр кода настройки,,блок элементов настройки , датчик, усилитель и преобра6 зователь частота - код, а также индикатор наличи сигнала, вход которого соединен с выходом усилител и командный блок, введены последовательно соединенные формирователь корректирующих импульсов, блок или, реверсивный счетчик номера точки настройки и указатель переполнени , а также последовательно соединенные блок И и счетчик скорости изменени пол , а также счетчикциклов, блок сравнени выходных кодов, формирователь кода циклов измерени , первый и второй программные посто нные запоминающие блоки, входы которых подключены к второму выходу реверсивного счетчика номера точки настройки, а вьиоды - соответственно к входу регистра кода настройки и входу блока сравнени выходных кодов, при этом второй вход блока сравнени выходных кодов соединен с выходом преобразовател частота-код, а выход - с вторым входом реверсивного счетчика номера точки настройки и первыми входами блока И и формировател корректирующих импульсов, второй вход которого подключен к выходу указател переполнени , третий вход - к первому выходу счетчика скорости изменени пол , а четвертый вход - к первому входу счетчика циклов, выходу индикатора и второму входу блока И, вход командного блока соединен с вторым входом преобразовател частотакод , первый и второй выходы - соответственно с третьим входом блока И и вторым входом счетчика циклов, выход которого подключен к второму входу блока ИЛИ, третьим входом соединенного с выходом блока И, вход формировател кода циклов соединен с выходом счетчика скорости изменени пол , а выход - с входом командного блока. На чертеже приведена блок-схема, по сн юща работу устройства. Автоматический протонный магнитометр содержит последовательно соединенные регистр 1 кода настройки, блок 2 элементов настройки, датчик 3, усилитель 4 и преобразователь 5 частота-код, индикатор 6 наличи сигнала, вход которого соединен с выходом усилител 4, и командный блок 7, последовательно соединенные формирователь 8 корректирующих импульсов. блок ИЛП 9, реверсивный счетчик 10 номера точки настройки и указатель II переполнени , а также последовательно Соединенные блок И 17. и.счет чик 13 скорости изменени пол , а также счетчик 1ч циклов, блок 15 ср нени выходньк кодов, первый и второй программируемые посто нные запо минающие блоки 16 и 17, входы которых подключены к второму выходу реверсивного счетчика 10 номера точки настройки, а выходы - соответственн к входу регистра 1 кода настройки и входу блока 15 сравнени выходных ко дов, при этом второй вход блока 15 сравнени выходных кодов соединен с выходом преобразовател 5 частотакод , а выход - с вторым входом реве сивного счетчика 10 номера точки настройки и первыми входами блока И 12 и формировател 8 корректирующих импульсов, второй вход которого подключен к выходу указател 11 пере полнени , третий вход - к первому вы ходу счетчика 13 скорости изменени пол , а четвертый вход - к первому входу счетчика 14 циклов, выходу индикатора 6 и второму входу блока И 1 вход командного блока 7 соединен с вторым входом преобразовател 5 частота-код , а первый и второй выходы соответственно с третьим входом блок И 12 и.вторым входом счетчика 14 циклов, выход которого подключен к второму входу блока ИЛИ 9, третьим входом соединенного с выходом блока И 12, а также формирователь 18 кода циклов, вход которого соединен с выходом счетчика I3 скорости изменени пол , а выход - с входом командного блока 7. Магнитометр работает следуюпдам Образом. После включени магнитометра счет чик 10 номера точки настройки, козффициент пересчета которого равен выбранному количеству точек настройки датчика 3, и соответственно регис I кода настройки наход тс в произвольном состо нии, датчик 3 расстроен , сигнал прецессии отсутствует. Индикатор 6 наличи сигнала прецессии вырабатьтает сигнал, перевод щий магнитометр в режим поиска, при котором формирователь В корректирующих импульсов отключен, запрещено прохождение импульсов опорного генератора через блок И 12 и на счетный вход реверсивного счетчика 10 через блок ИЛИ 9 проход т импульсы с выхода счетчика 14 циклов. Ллительность цикла магнитометра может выбиратьс вручную или формироватьс автоматически. Коэффициент пересчета счетчика 14 зависит от длительности цикла магнитометра, причем более длительному циклу соответствует меньший коэффициент пересчета, что обеспечивает надежную работу индикатора 6 при значительных разбросах амплитуды сигнала прецессии сразу после его по влени . Состо ние реверсивного счетчика 10-будет измен тьс на -единицу через каждые п циклов магнитометра, осуществл таким образом перебор адресов первого программного посто нного запоминающего блока 16 и соответственно кодов регистра 1 кода настройки и блока 2 элементов настройки до тех пор, пока не по витс сигнал прецессии и не превысит заданного порога, что вызовет по вление на выходе индикатора 6 сигнала, перевод щего магнитометр в режим слежени . В режиме.слежени счетчик 14 циклов отключен, на счетный вход реверсивного счетчика 10 через блок К 12 и блок ИЛИ 9 поступают тактовые импульсы из командного блока 7. При этом возможны следующие ситуации, возникающие при сравнении текущего кода измер емого пол (А) с кодами, соответствующими фиксированным точкам настройки (В), запрограммированными во втором запоминающем блоке 1 7. 1. Код . На выходе блока 15 сравнени выходных кодов по вл етс сигнал больще. В этом случае импульсы опорного генератора поступают на суммирующий вход реверсивного счетчика 10, переключа коды на выходах первого запоминающего блока 16 и второго запоминающего блока 17 до тех пор, пока не произойдет смена знака неравенства на выходе блока 15 сравнени на меньще или равно. 2. Код . На выходе блока 15 сравнени по вл етс сигнал меньше . В этом случае импульсы опорного генератора поступают на вьшитающий вход реверсивного счетчика 10, переключа коды на выходах первого и второго запоминающих блоков 16 и 17 до тех пор, пока не произойдетA nuclear precessional magnetometer is known that contains a sensor for nuclear precession, which is automatically tunable by steps within the measurement range, a frequency measurement circuit, and a decoder controlled by sensor tuning. The low signal-to-noise ratio, the limited capabilities of the decoder, and the manual switching of the tuning ranges do not allow an accuracy of less than a few nanotesla units to be obtained in such a device. Of the known devices, the closest in technical essence to the proposed is a digital proton magnetometer containing a series-connected sensor, preamplifier, active filter, frequency multiplier, the first coincidence element, a counter, a decoder and a fine tuning unit, the output of which is connected to the second pre-input the amplifier, as well as the software unit, the outputs of which are connected to the sensor through the switch and to the second input of the coincidence element, are successively connected to the amplifier , the second match element, the additional descrambler and the range selection unit. Moreover, the sensor is connected to the amplifier input, the output of the range selector unit by the third input of the preamplifier, and the second input of the second coincidence element is connected to the output of the program unit. However, in the automatic tracking mode, the precession frequency changes this device due to an error in the selection of a tuning point caused by the need to determine this point for the current cycle from the result of a previous measurement. In this case, the magnitude of the error will be proportional to the rate of change of the magnetic field induction, which at large gradients will lead to a significant decrease in the efficiency of the fine tuning unit and, accordingly, a significant decrease in the accuracy and reliability of the measurement results. The purpose of the invention is to improve the measurement accuracy and automate the measurement process. This goal is achieved by the fact that in a pr PROTONNY magnetometer, containing a serially connected register of a tuning code, a tuning block, a sensor, an amplifier and a frequency converter, a code, as well as an indicator of the presence of a signal whose input is connected to the output of the amplifier and the command block , a series-connected corrective impulse generator, a block, or, a reversible counter of the tuning point number and an overflow indicator, as well as a serially connected AND block and a rate change rate of the field, as well as counter, output code comparison unit, measurement cycle code generator, first and second program permanent storage blocks, the inputs of which are connected to the second output of the reversible counter, the tuning point number, and viody, respectively, to the input of the setup code register and the input of the output code comparison unit, with In this case, the second input of the output codes comparison block is connected to the output of the frequency-code converter, and the output is connected to the second input of the reversible counter of the tuning point number and the first inputs of the AND block and forms l corrective pulses, the second input of which is connected to the output of the overflow indicator, the third input to the first output of the field change rate counter, and the fourth input to the first input of the cycle counter, the indicator output and the second input of the And block, the input of the command block is connected to the second input of the converter frequency code, first and second outputs - respectively with the third input of the AND block and the second input of the cycle counter, the output of which is connected to the second input of the OR block, the third input connected to the output of the AND block, the input is formed The cycle code is connected to the output of the field change speed counter, and the output is connected to the input of the command block. The drawing is a block diagram illustrating the operation of the device. The automatic proton magnetometer contains serially connected register 1 of the tuning code, block 2 of the tuning elements, sensor 3, amplifier 4 and converter 5 frequency-code, indicator 6 for the presence of a signal whose input is connected to the output of amplifier 4, and command block 7 connected in series to the driver 8 corrective impulses. ILP 9 block, reversible counter 10, the number of a setting point and an overflow indicator II, as well as the successively connected AND block 17. 17 and the counter of 13 speed of change of the field, as well as a 1h cycle counter, block 15 of the output codes, the first and second programmable stationary These storing blocks 16 and 17, the inputs of which are connected to the second output of the reversible counter 10 are the number of the setting point, and the outputs are corresponding to the input of the register 1 of the setting code and the input of the output comparison unit 15, the second input of the output comparison unit 15 with the output of the frequency converter converter 5, and the output with the second input of the rotary counter 10, the number of the tuning point and the first inputs of the AND 12 block and the driver of 8 correction pulses, the second input of which is connected to the output of the overflow indicator 11, the third input to the first output the counter 13 of the rate of change of the field, and the fourth input to the first input of the counter 14 cycles, the output of the indicator 6 and the second input of the block And 1 input of the command block 7 is connected to the second input of the converter 5 frequency-code, and the first and second outputs, respectively, from three the input of the AND 12 block and the second counter input of 14 cycles, the output of which is connected to the second input of the OR 9 block, the third input of the AND 12 block connected to the output of the block, and the cycle code generator 18, the input of which is connected to the output of the field change rate counter I3, and the output is with the input of the command unit 7. The magnetometer operates as follows. After turning on the magnetometer, the counter 10 is the number of the tune point, whose conversion factor is equal to the selected number of tune points of the sensor 3, and accordingly the registration I of the tune code is in an arbitrary state, the sensor 3 is upset, there is no precession signal. The indicator of the presence of the precession signal generates a signal that takes the magnetometer into the search mode, in which the driver In the correction pulses is disabled, the pulse of the reference generator is forbidden through the block AND 12 and the counter input of the reversible counter 10 passes through the block OR 9 cycles. The duration of the magnetometer cycle can be selected manually or configured automatically. The conversion factor of counter 14 depends on the duration of the magnetometer cycle, and a longer cycle corresponds to a smaller conversion factor, which ensures reliable operation of indicator 6 with significant variations in the amplitude of the precession signal immediately after its appearance. The state of the reversible counter 10-will be changed by-unit every n cycles of the magnetometer, thus enumerating the addresses of the first program permanent storage unit 16 and, accordingly, the register 1 codes of the setup code and the unit 2 of the settings until it appears the precession signal will not exceed a predetermined threshold, which will cause a signal at the output of indicator 6 that will transfer the magnetometer to the tracking mode. In tracking mode, the 14-cycle counter is disabled, the counting input of the reversible counter 10 through the K 12 block and the OR 9 block receives clock pulses from the command block 7. In this case, the following situations occur when comparing the current measured field code (A) with the codes corresponding to the fixed setting points (B) programmed in the second storage unit 1 7. 1. Code. At the output of block 15, the comparison of output codes appears larger. In this case, the pulses of the reference generator arrive at the summing input of the reversible counter 10, switching codes at the outputs of the first storage unit 16 and the second storage unit 17 until the inequality sign at the output of the comparison unit 15 is changed to less or equal. 2. Code. At the output of comparator block 15, a smaller signal appears. In this case, the pulses of the reference generator arrive at the outgoing input of the reversible counter 10, switching the codes at the outputs of the first and second storage blocks 16 and 17 until

смена знака неравенства на выходе блока 15 сравнени на больше или равно .the change of the inequality sign at the output of the comparison block 15 is greater or equal.

3, Код . На выходе блока 15 сравнени по вл етс сигнал равен ство, блокирующий прохождение тактовых импульсов из командного блока 7 на входы реверсивного счетчика 10,3, Code. At the output of the comparator unit 15, an equality signal appears, blocking the passage of clock pulses from the command unit 7 to the inputs of the reversible counter 10,

Счетчик 13 скорости изменени пол подсчитывает число тактовых импульсов , поступивших из командного блока 7 на вход реверсивного счетчика 10 до смены знака на выходе блока 15 сравнени . После смены знака формирователь 8 вырабатывает корректирующие импульсы, число которых пропорционально количеству импульсов, прошедп1их на вход счетчика 13 скороети до смены знака. Эти импульсы поступают на суммирующий или вычитающий вход реверсивного счетчика 10 в зависимости от -направлени изменени знака, причем при смене знака больше на знак меньше или равно корректирующие импульсы поступают на суммирующий вход, при обратной смене знака корректирующие импульсы поступают на вьтчитаюищй вход реверсивного счетчика 10, Дл обеспечени работоспособности магнитометра непосредственно за пределами верхней и нижней границ диапазона измер емых значений индукции предусмотрен указател 11 переполнени , В случае превышени кодом А кода верхней границы диапазона на выходе указател переполнени 11 по вл етс сигнал, благодар которому формирователь 8 вырабатьшает один импульс, проход щий на вычитающий вход реверсивного счетчика 10, возвраща его в состо ние, соответствующее максимальному номеру точки настройки, В случае, когдл кг-- Л меньше кода нижней границы диапазона измерений , формирователь 8 вырабатьгаает также один импульс, поступающий на суммирующий вход реверсивного счетчика 10, возвраща его в состо ние, соответствующее минимальному номеру точки настройки.The counter 13 of the rate of change of the field counts the number of clock pulses received from the command unit 7 at the input of the reversible counter 10 before changing the sign at the output of the comparison unit 15. After a sign change, the driver 8 generates correction pulses, the number of which is proportional to the number of pulses passed to the input of the counter 13 of the network before the sign change. These pulses are fed to the summing or subtracting input of the reversible counter 10 depending on the direction of the sign change, and when changing the sign more by a sign less or equal or equal, the correction pulses go to the summing input, when the sign is reversed, the correcting input of the reversible counter 10, In order to ensure the operability of the magnetometer, the overflow indicator 11 is provided immediately outside the upper and lower limits of the range of measured induction values. the code A code of the upper limit of the range at the output of the overflow indicator 11 appears, by which the driver 8 generates one pulse passing to the subtracting input of the reversing counter 10, returning it to the state corresponding to the maximum tuning point number, In the case of kg-- L is less than the code of the lower limit of the measurement range, the driver 8 also generates one pulse arriving at the summing input of the reversing counter 10, returning it to the state corresponding to the minimum nominal setting points.

Процесс автоматического выбора цикла происходит следующим образом, В зависимости от состо ни счетчика 13 скорости изменени пол формирователь 18 кода циклов вырабатывает код одного из предусмотренных в магнитометре циклов измерени , причем большей скорости изменени пол соответствует код более короткого цикла. Выходной сигнал формировател 18 кода поступает в преобразователь 5 частота-код , где устанавливает соответствующую длительность времени преобразовани , а также в командный блок 7, где измен ет длительность команд , необходимых дл работы магнитометра ,The process of automatic cycle selection is as follows. Depending on the state of the counter 13 of the field change rate, the cycle code generator 18 generates the code of one of the measurement cycles provided for in the magnetometer, and the code of the shorter cycle corresponds to the higher rate of field change. The output signal of the code generator 18 enters the frequency-code converter 5, where it sets the corresponding duration of the conversion time, and also to the command block 7, where it changes the duration of the commands necessary for the operation of the magnetometer,

II

Построение магнитометра по предлагаемой схеме позвол ет во-первых, автоматически производить поиск сигпала прецессии при включении прибора, во-вторых, осуществл ть автоматическую подстройку датчика магнитометра во всем диапазоне измер емых значений индукции с любой заранее выбранной точностью и, в-третьих,обеспечивает надежную работу прибора в пол х с большими градиентами. Последнее преимущество достигаетс COI M CTной работой схемы сравнени , счетчика скорости изменени пол и формировател корректирующих импульсов.The construction of a magnetometer according to the proposed scheme makes it possible, first, to automatically search for the precession sigal when the device is turned on, secondly, to perform an automatic adjustment of the magnetometer sensor in the whole range of measured induction values with any preselected accuracy and, thirdly, to ensure reliable operation of the device in the fields with large gradients. The latter advantage is achieved by the COI M CTD operation of the comparison circuit, the counter of the rate of change of the field and the corrector impulse driver.

Claims

A PROTON MAGNETOMETER, which contains a series-connected register of the tuning code, a block of tuning elements, a sensor, an amplifier, and a frequency-code converter, as well as an indicator of the presence of a signal whose input is connected to the output of the amplifier and a command block, distinguishing it from the fact that, with In order to improve the accuracy and automation of the measurement process, a shaper, correction pulses, an OR block, a reversing counter of the setting point number and an overflow indicator, and also sequentially are connected to it A separate block And and a counter for the rate of change of the field, as well as a cycle counter, a block for comparing output codes, a generator of a code for measurement cycles, the first and second programmable memory blocks, the inputs of which are connected to the second output of the reversing counter of the setting point number, and the outputs, respectively to the input of the setup code register register and the input of the output code comparison unit, while the second input of the output code comparison unit is connected to the output of the frequency-code converter, and the output is with the second input of a reversible counter of number t setting points and the first inputs of the AND block and the corrective pulse generator, the second input of which is connected to the output of the overflow indicator, the third input is q to the first output of the field change rate counter ®, and the fourth input is to the first input of the cycle counter, the indicator output and the second the input of the And block, the input of the command block is connected to the second input of the frequency-code converter, the first and second outputs are respectively the Third input of the And block and the second input of the cycle counter, the output of which is connected to the second input of the OR block, the third in in the course of the AND block connected to the output, the input of the loop code generator is connected to the output of the field rate counter, and the output to the input of the command block.

SU „„ 1097066