SU1626227A1 - Градиентометр вариаций компонент магнитного пол - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к геофизике и может быть использовано дл  измерени  градиента вариаций компонент магнитного полч, в частности магнитного пол  Земли , а также дл  проведени  градиентного магнитного зондировани  Земли.Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерений, что достигаетс  благодар  наличию цепочек компенсации вли ни  вариаций неизмер емой компоненты и возможности уравнивани  чувствительности рабочих датчиков. 2 з.п. ф-лы 1 ил.

Description

сл

С

Изобретение относитс  к геофизике и может быть использовано дл  измерени  градиента вариаций компонент магнитного пол , в частности магнитного пол  Земли.

Цель изобретени  - повышение точности измерений.

На чертеже приведена структурна  блок-схема устройства.

Градиентометр состоит из двух расположенных на концах базовой линии датчиков 1 и 2 вариаций измер емой компоненты магнитного пол ,выходы которых подключены через элементы 3 и 4 регулировки коэффициентов преобразовани  к входам разностного блока 5, выход которого св зан с регистратором 6.

К каждому датчику 1 и 2 вариаций измер емой компоненты подключены цепочки компенсации вли ни  вариаций компоненты магнитного пол , перпендикул рной измер емой , состо щие из последовательно

соединенных датчиков 7 и 10 вариаций неизмер емой компоненты, элементов 8 и 11 регулировки коэффициентов преобразовани  этих датчиков и катушек 9 и 12 компенсации , св занных с датчиками 1 и 2 вариаций измер емой компоненты по магнитному полю таким образом, что магнитные оси катушек 9 и 12 компенсации проход т через центр датчиков 1 и 2 вариаций измер емой компоненты и ориентированы вдоль направлени  компоненты магнитного пол , перпендикул рном измер емой . При этом все датчики 1. 2, 7 и 10 вариаций компонент магнитного пол   вл ютс  магнитостатическими. Разностный блок 5 может быть выполнен в виде астатического гальванометра по мостовой схеме или по известным схемам дифференциального усилител . К противоположным катушкам разностного блока 5 встречно через соответствующие элементы 3 и 4 регулирово

fO

о го э

vj

ки коэффициента преобразовани  подключены выходы датчиков 1 и 2 вариаций измер емой компоненты.

Разностный блок 5 осуществл ет вычитание выходных сигналов датчиков 1 и 2 вариаций измер емой компоненты. Цепочки компенсации предназначены дл  исключени  погрешности, св занной с вли нием на результаты измерений вариаций неизмер емой компоненты - при отклонении индикаторного магнита датчика от положени  равновеси  на него, помимо измер емой компоненты магнитного пол , начинает действовать и компонента, перпендикул рна  измер емой (неизмер ема  компонента ), из-за чего в результате измерени  вариаций вноситс  ошибка. Выбор параметров цепочки компенсации (число витков катушки компенсации, величина и направление выходного тока датчика вариаций неизмер емой компоненты) производитс  таким образом, чтобы эта цепочка создавала в районе индикаторного магнита датчика вариаций измер емой компоненты магнитное поле, равное по величине и направленное противоположно полю вариации неизмер емой компоненты. Настройка цепочек компенсации производитс  путем регулировки выходных токов датчиков 7 и 10 вариаций неизмер емой компоненты с помощью элементов 8 и 11 регулировки коэффициента преобразовани  таким образом, чтобы при воздействии на выведенные на некоторый угол из положени  равновеси  датчики 1 и 2 вариаций измер емой компоненты с подключенными к ним цепочками компенсации магнитного пол , направленного вдоль неизмер емой компоненты (создаваемого , например, с помощью внешней коленной системы, внутри которой размещены оба датчика), выходной сигнал датчиков 1 и 2 вариаций измер емой компоненты не измен лс .

Необходимость использовани  двух цепочек компенсации вли ни  вариаций неизмер емой компоненты вызвана тем, что при значительном пространственном удалении датчиков 1 и 2 вариаций измер емой компоненты друг от друга величины вариаций неизмер емой компоненты, действующие на каждый из этих датчиков, могут существенно отличатьс . Катушки 9 и 12 компенсации св заны ответственно с датчиками 1 и 2 вариации измер емой компоненты по магнитному полю таким образом, что магнитные оси катушек проход т через продольные оси наход щихс  в положении равновеси  индикаторных магнитов и ориентированы вдоль направлени  неизмер емой компоненты. Точность установки

катушек 9 и 12 компенсации провер етс  по отсутствию отклонени  индикаторных магнитов датчиков при подаче в катушки 9 и 12 компенсации сколь угодно большого тока,

т.е. создании сколь угодно большого пол  вдоль направлени  неизмер емой компоненты . Регистратор б служит дл  получени  записи выходного сигнала разностного блока 5 и может быть выполнен, например, на

0 основе самопишущего потенциометра.

Подготовка к измерени м осуществл етс  следующим образом. Датчики 1, 2, 7 и 10 вариаций устанавливают на концах базовой линии и ориентируют относительно

5 горизонтальной плоскости и направлени  магнитного меридиана. Через элементы 3 и 4 регулировки коэффициента преобразовани  выходы датчиков 1 и 2 вариаций измер емой компоненты подключают к входам

0 разностного блока 5. Базовую линию при измерении градиента вариации Н компоненты магнитного полюса Земли (МПЗ) располагают вдоль магнитного меридиана, при измерении градиента вариации D компо5 ненты располагают базовую линию перпендикул рно магнитному меридиану, а при измерении градиента вариации Z компоненты - вдоль вертикали. Величину базовой линии выбирают исход  из соотношени 

0 величин градиента вариаций и чувствительности датчиков вариаций. Например, если чувствительность лучших образцов кварцевых магнитостатических датчиков находитс  на уровне 10 нТл, а наименьшие

5 величины градиентов вариаций МПЗ - на уровне 10е нТл/м, то дл  регистрации таких градиентов необходимо разнести датчики на рассто ние не менее 1 км. Затем уравнивают чувствительности датчиков 1 и 2 вари0 аций измер емой компоненты таким образом, чтобы градиентометр регистрировал действительный градиент вариаций, а не разность, вызванную различной реакцией каждого из датчиков на действующие

5 одновременно на оба датчика вариации одной и той же величины и направлени , котора  может быть ошибочно приниматьс  за градиент вариаций. Дл  этого провод т подстройку чувствительности одного из датчи0 ков (1 или 2) вариаций измер емой компоненты посредством соответствующего элемента (3 или 4) регулировки, контролиру  момент достижени  равенства чувствительностей датчиков по достижению

5 нулевого сигнала на выходе разностного блока 5 при одновременной подаче в катушки чувствительности датчиков 1 и 2 вариацийизмер емойкомпоненты калибровочного тока одинаковой величины и направлени  (чем больше величина калибровочноготока , тем точнее выполнено уравнивание чувствительности датчиков).

Градиентометр работает следующим образом.

Датчики 1, 2, 7 и 10 вариаций регистрируют градиент вариаций магнитного пол . Выходные сигналы датчиков 1 и 2 вариаций измер емой компоненты, пропорциональные вариаци м, действующим на каждый датчик, поступают через элементы 3 и 4 регулировки на разностный блок 5, где они вычитаютс , и разностный сигнал, пропорциональный градиенту вариаций магнитного пол , поступает на регистратор 6. Одновременно с отим датчики 7 и 10 вариаций неизмер емой компоненты регистрируют вариации неизмер емой компоненты магнитного пол  и выходные сигналы с их выходов через элементы 8 и 11 регулиропки поступают на кагушки 9 и 12 компенсации. В этих катушках создаютс  магнитные пол . которые равны по величине и противоположно направлены пол м вариаций неизмер емой компоненты, действующим на датчики 1 и 2 вариаций измер емой компоненты . В результате датчики 1 и 2 работают в нулевых пол х вариаций неизмер емой компоненты, а значит и с нулевой погрешностью , возникающей за счет вариаций неизмер емой компоненты.

Оптимальным  вл етс  выполнение разностного блока 5 в виде астатического гальванометра. По углу поворота подвижной системы гальванометра суд т о величине и направлении измер емого тока. Если катушки гальванометра включить встречно, то подвижна  система гальванометра будет поворачиватьс  на угол, пропорциональный разности токов, подаваемых на каждую из катушек. В этом случае выход первого датчика 1 вариаций измер емой компоненты через элемент 3 регулировки подключаетс  к одной из катушек гальванометра, а выход второго датчика 2 вариаций измер емой компоненты через элемент 4 регулировки - к другой катушке гальванометра. Регистратор 6 содержит осветитель, свет которого направлен на зеркало подвижной системы гальванометра, и фоторегистратор.

В лаборатории геомагнитных приборов и измерений провод т опытное макетирование градиентометра, Все датчики вариаций выполнены кварцевыми с отрицательной обратной св зью по магнитному полю, В качестве осветителей используют сверхминиатюрные лампочки СМИ С-20 (6В 20 мА). Фотоэлектрические преобразов -тепи выполнены на дифференциальной паре фотодиодов типа ФД-8К с последующим

усилением с помощью усилителей фототока, выполненного на операционных усилител х 140УД13 и 140УД14, включенных по типовым схемам дифференциального усилител  с последующим усилением на втором каскаде . Цена делени  градиентометра не менее 0,01 нТл/мм.

Claims (3)

1. Градиентометр варилций компонент

магнитного пол , содержащий два расположенных на концлх базовой линии датчика вариаций магнитного пол , выходы которых подключены к входам разностного блока,

выход которого св зан с регистратором, о т- личающийс  тем, что, с целью повышени  точности измерений за счет компенсации г н и   н и   вариации компоненты магнитного пол , перпендикул рной измер смой , к каждому датчику подключена цепочка из последовательно соединенных датчиков вариаций неизмер емой компоненты , элемента регулировки коэффицизн- та преобразовани  и катушки

компенсации,св занной с датчиком вариаций измер емой компоненты по магнитному полю, при этом катушка компенсации расположена так, что ее магнитна  ось проходит через центр датчика вгриации измер емой компоненты и ориентирована вдоль направлени  компоненты пол , перпендикул рной измер емой, а все датчики вариаций компонент магнитного пол  выполнены магнитостатическими.

2.Градиентометр поп.1,отличающий с   тем, что он снабжен элементами регулировки коэффициентов преобразовани , включенными между выходами каждого датчика вариаций измер емой компоненты магнитного пол  и выходами разностного блока.

3.Градиентометр по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю- щ и и с   тем, что разностный блок выполнен

в виде астатического гальванометра, к противоположным катушкам которого встречно через соответствующие элементы регулировки коэффициентов преобразовани  под- ключены выходы датчиков вариаций

измер емой компоненты.

Катушиа ойратной св зи

Индикаторный Нагнит с зеркалон

Фотоэлектри чесни и преобразователь

Катушка

обратной св зи