Claims (3)
25 каждый момент времени значение , зафиксированного на выходах реверсивного счетчика,преобразуетс в то преобразовател код-ток. От преобразовател ток поступает в кольцо компенсирующей системы таким образом, что компенсирует отклонение свето вого луча до тех пор, пока световой луч не установитс в центре фотодат чика. Регистраци производитс чере определенные промежутки времени и о ществл етс посредством самопишущег прибора. Кроме того, информаци в ц ровом коде может поступать непосред ственно на цифровые регистраторы ил на вход ЭЦВМ 3. Недостатком данного магнитометра вл етс применение нестабильного во времени фотодатчика, что снижает разрешающую способность измерени , сложность и ненадежность электронной схемы, ток в цепи обратной св зи пре ставл ет собой ступенчато-измен ющий с сигнал, что может привести к авто колебани м в измерительной системе. Цель изобретени - повышение чувствительности и точности измерени . Поставленна цель достигаетс тем что в магнитометр, содержащий магниточувствительный кварцевый элемент, осветитель, аналого-цифровой преобразователь с регистратором, оптическ св занным с осветителем и магниточув ствительным элементом через оптическую систему, введено цилиндрическое зеркало, а аналого-цифровой преобразователь выполнен в виде растрового волоконно-оптического жгута из свето водов, на выходном конце которого закреплена интегральна фотоприемна матрица, соединенна выходами с регистратором, при этом входные торцы световодов жгута расположены на окружности, центр которой совпадает с центральной осью симметрии цилиндрического зеркала. Применение цилинд рического зеркала позвол ет уменьшит число отражений светового луча при достижении такого же оптического пути , как и получаемого посредством плоских зеркал. Это упрощает настройку и тарировку, и за счет измененени диаметра цилиндрического зерка ла по вл етс возможность изменени чувствительности магнитометра в широком диапазоне. Применение оптоэлектронисго аналого-цифрового преоб разовател типа строка-кадр, состо щего из гибкого, волокно-оптического осветительного жгута-преобразова тел с диаметром волокон 100 мкм и полупроводниковой интегральной фотоприемной матрицы, позвол ет с необходимой точностью регистрировать на строке торцов световодов жгута положение грани перемещающего светового луча, отраженного от цилиндрического зеркала. Кроме того, приме нение оптоэлектронного аналого-цифрового преобразовател позвол ет примен ть на выходе любое сочетание серийно выпускаемых различных приборов и устройств вычислительной техни . ки, производить согласование и стыковку с аналогичными устройствами, выдавать информацию в цифровом коде. На фиг.1 представлена геометри хода светового луча: на фиг.2-график изменени функции чувствительности; на фиг.З - предлагаемый магнитометр, обща схема. Падающий луч счета осветител 1 (фиг.1) отражаетс зеркальцем магниточувствительного кварцевого элемента 2 и попадает на наружную поверхность цилиндрического зеркала 3, имею-щего радиус R и расположенного на рассто нии от зеркальца магниточувствительного элемента 2, затем световой луч попадает на поверхность 4, концентрически расположенную относительно цилиндрического зеркала. Из построени фиг.1 вытекают очевидные геометрические соотношени j , откуда SI и ос Sinot / tВ СВОЮ очередь. sinp (oc)-p) S1n{«- + /bj-- S(. тогда пределены -sVnoC -oCj (1) jb -arcs ii( угол R - U углова -1 -aoC; 12) чувстви- - i-TTTRTT: тельно.сть . R величина перемещеBC ()yb) ни луча линейА BC 2-{R-t-b)x на J. COS ОС. ,-iJ-dct (Ч) чувст Ь-г: -;- вительY-/-{-p- ) sin л ность Таким образом, из (3) и (4) следует , что системе с цилиндрическим зеркалом эквивалентна система со сканирующим плоским зеркалом, поворачи-вающимс на угол /Ь вокруг центральной оси симметрии цилиндрического зеркала 3. Из требовани линейности отсчета вытекает необходимость расположени геометрических мест регистрации светового луча по окружности с центром, совпадающим с центром цилиндрического зеркала. В известном устройстве (1)при днократном отражении светового луча величина чувствительности, равна В предлагаемом устройстве величина чувствительности определ етс следующим выражением il.L.h.f)-{cOSoC.-/l r-Sf«V-)«L.K. ..(Я На фиг.2 приведен график изменени функции чувствительности- fCocjJts , ДОС Т / Из кривых графиков (фиг.2) следует, что при одних и тех же габаритах устройства его чувствительность толь ко путем изменени диаметра цилинд-;рического зеркала возможно дополнительно увеличить в 5-7 раз. Следовательно , применение цилиндрического зеркала и указанной системы, регистра . ции позвол ет при однократном отраже нии получить световой рычаг в 5-7 ра больший при меньших габаритах устрой ства и без заметного ухудшени линей ности отсчета. На графиках (фиг.2) пунктиром отмечена область линейного отклонени светового луча. Зависимость величины коэффициента k из формулы {5 ) от изменени угла отклонени светового луча и отношени кратчайшего рассто ни 1 между зеркальцем магниточувствительного кварцевого элемента 2 к радиусу R цилиндрического.зеркала 3 представлена в таблице. k f ( ОС; L/R) 15. 5,40 . Магнитометр (Лиг.З) состоит из герметического кожуха 1, выполненно го из немагнитного материала, внутр которого закреплены осветитель 2, магниточувствительный кварцевый эле мент 3 с фокусирующей линией 4,.цилиндрическое зеркало 5, растровый оптоэлектронный аналого-цифровой преобразователь, содержащий волокон но-оптические осветительные жгутыпреобразователи 6 и полупроводников интегральные фотоприемные матрицы 7 Магнитометр работает .следующим образом.. Отраженный цилиндрическим зеркалом 5 световой луч, исход щий из ос ветител 2 и сфокусированный на маг ниточувствительном кварцейом элемент 3 посредством линзы 4, перемещаетс по торцам световодов волоконно-оптического осветительного жгута-преобразовател 6; пропорционально углу отклонени зеркальца магниточувствительного кварцевого э: эмента 3. Торцы световодов на входном конце жгута образуют непрерывную растровую строку с дискретностью шага в 100 мкм, а на втором конце жгута преобразованы в пр моугольный кадр, соответствующий структуре входных характеристик полупроводниковой интегральной фотоприемной матрицы 7. Кадр матрицы формируетс из входной строки-растра путем последовательного расложени его на строки кадра, который непосредственно стыкуетс со входом полупроводниковой интегральной фотоприемной матрицы 7 Адрес отдельного элемента матрицы, в который попадает световой луч, вл етс кодом линейного отклонени светового луча на входных торцах световодов жгута-преобразовател 6. В предлагаемом устройстве в каждый определенный момент времени границы светового п тна и его центр определ ютс с погрешностью не более +100 мкм. Дл достижени еще большей точности в 10-20 раз имеетс возможность примен ть световоды с диаметром волокон 5-10 мкм. Формула изобретени Магнитометр, содержащий магниточувствительный кварцевг элемент, осветитель, аналого-цифровой преобразователь с регистратором, оптически св занный с осветителем и млгниточувствительным элементом через оптическую систему, отличающийс тем, что, с целью повын ени чувствительности и точности измерени , в него введено цилиндрическое зеркало, а аналого-цифровой преобразо ватель выполнен в виде растрового волоконно-оптического жгута из свето-водов , на выходном конце которого закреплена интегральна фотоприемна матрица, соединенна выходами с регистратором , при этом входные торцы световодов жгу.та расположены по окружности , центр которой совпадс1ет с центральной осью симметрии цилиндрического зеркала. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 166506, кл. G 01 V 3/00, 1963. At each instant of time, the value fixed at the outputs of the reversible counter is converted to the code-current converter. The current from the converter enters the ring of the compensating system in such a way that it compensates for the deviation of the light beam until the light beam is installed in the center of the photosensor. Registration takes place over certain periods of time and is carried out by means of a self-recording instrument. In addition, information in the central code can be sent directly to digital recorders or to the input of the digital computer 3. The disadvantage of this magnetometer is the use of a time-sensitive photosensor, which reduces the measurement resolution, the complexity and unreliability of the electronic circuit, the current in the feedback circuit It is a step-changing signal, which can lead to auto oscillations in the measuring system. The purpose of the invention is to increase the sensitivity and accuracy of measurement. The goal is achieved by the fact that a cylindrical mirror is inserted into a magnetometer containing a magnetically sensitive quartz element, an illuminator, an analog-digital converter with a recorder optically connected to the illuminator and a magnetic sensitive element through an optical system, and the analog-digital converter is designed as a raster fiber an optical bundle of light emitting diodes, at the output end of which an integral photodetector matrix is fixed, connected by outputs with a recorder, with the input ends The light guides of the harness are located on a circle whose center coincides with the central axis of symmetry of the cylindrical mirror. The use of a cylindrical mirror will reduce the number of reflections of the light beam when reaching the same optical path as that obtained by means of flat mirrors. This simplifies adjustment and calibration, and by changing the diameter of the cylindrical mirror, it becomes possible to change the sensitivity of the magnetometer in a wide range. The use of an optoelectronic analogue-to-digital converter of the string-frame type, consisting of a flexible, fiber-optic lighting harness-transformer of bodies with a fiber diameter of 100 μm and a semiconductor integrated photodetector matrix, allows you to record the position of the edge of the fiber light beam reflected from a cylindrical mirror. In addition, the use of an optoelectronic analog-to-digital converter allows the use of any combination of commercially available various instruments and devices of computer technology at the output. to make the coordination and docking with similar devices, to give information in a digital code. Fig. 1 shows the geometry of the course of the light beam: Fig. 2 shows a graph of the change in the sensitivity function; on fig.Z - the proposed magnetometer, the overall scheme. The incident beam of the illuminator 1 (Fig. 1) is reflected by the mirror of the magnetically sensitive quartz element 2 and hits the outer surface of the cylindrical mirror 3, having a radius R and magnetically sensitive element 2 spaced from the mirror, then the light beam hits the surface 4, concentrically located relative to the cylindrical mirror. The construction of Fig. 1 implies obvious geometrical relations j, whence SI and OS Sinot / t It is YOUR turn. sinp (oc) -p) S1n {"- + / bj-- S (. then -sVnoC -oCj (1) jb -arcs ii (angle R - U angle -1 –aoC; 12) are sensed - i- TTTRTT: available. R. The value of moving the BC () yb ray of the BC 2- (Rtb) x ray by J. COS OS. , -iJ-dct (P) sensitivity L-r: -; - driver Y - / - {- p-) sinness So, from (3) and (4) it follows that a system with a cylindrical mirror is equivalent to a system with scanning a plane mirror rotated by an angle / b around the central axis of symmetry of the cylindrical mirror 3. The requirement for linearity of reference implies the need to locate the geometrical locations for the registration of the light beam circumferentially with the center coinciding with the center of the cylindrical mirror. In the known device (1), when the light beam is reflected at the bottom, the sensitivity value is equal. In the proposed device, the sensitivity value is determined by the following expression il.L.h.f) - {cOSoC .- / l r-Sf "V -)" L.K. .. (I Figure 2 shows a graph of the change in the sensitivity function - fCocjJts, DOS T / From the curves of the graphs (Figure 2) it follows that with the same dimensions of the device, its sensitivity is only by changing the diameter of the cylinder; additionally increase by 5–7 times. Consequently, the use of a cylindrical mirror and the indicated system, registration allows, with a single reflection, to obtain a light lever 5–7 times larger with smaller dimensions of the device and without a noticeable deterioration in the linearity of the reference. (Fig.2) PU The linear deviation of the light beam is marked with april.The dependence of the coefficient k from the formula (5) on the variation of the deflection angle of the light beam and the ratio of the shortest distance 1 between the mirror of the magnetically sensitive quartz element 2 to the radius R of the cylindrical mirror 3 is shown in the table. k f (OS; L / R) 15. 5.40. The magnetometer (Lig.Z) consists of a hermetic casing 1 made of a nonmagnetic material, inside which is fixed an illuminator 2, a magnetically sensitive quartz element 3 with a focusing line 4, a cylindrical mirror 5, a raster optoelectronic analog-to-digital converter containing fibers of optical lighting harnesses 6 and semiconductors integrated photodetector arrays 7 The magnetometer operates as follows. A light beam reflected by a cylindrical mirror 5 emanating from the light axis 2 and the element 3, which has been bonded to the magnetosensitive quartz by means of a lens 4, is moved along the ends of the optical fibers of the fiber-optic lighting harness-converter 6; proportional to the deflection angle of the mirror of a magnetically sensitive quartz element: 3. The ends of the optical fibers at the input end of the bundle form a continuous raster line with a step size of 100 μm, and at the second end of the bundle are converted into a rectangular frame corresponding to the structure of the input characteristics of the semiconductor integrated photodetector 7. Frame matrices are formed from the input raster row by sequentially expanding it into rows of a frame that directly connects to the input of a semiconductor interface graded photodetector array 7 The address of an individual element of the array into which the light beam falls is the linear deflection code of the light beam at the input ends of the fiber of the harness-converter 6. In the proposed device, at each particular moment in time, the boundaries of the light spot and its center are determined with an error no more than +100 microns. To achieve an even greater accuracy of 10–20 times, it is possible to use optical fibers with a fiber diameter of 5–10 µm. A magnetometer comprising a magnetically sensitive quartz element, an illuminator, an analog-to-digital converter with a recorder, optically coupled to an illuminator and a ml-sensitive element through an optical system, characterized in that, in order to increase the sensitivity and accuracy of measurement, a cylindrical mirror is inserted into it, and the analog-to-digital converter is made in the form of a raster fiber-optic bundle of light conductors, at the output end of which an integral photodetector tube is fixed the matrix, the yield of the registrar, wherein the input ends of the optical fibers zhgu.ta arranged circumferentially, whose center sovpads1et with the central axis of symmetry of the cylindrical mirror. Sources of information taken into account in the examination 1. USSR author's certificate number 166506, cl. G 01 V 3/00, 1963.
2.Авторское свидетельство СССР К 166510, кл. G 01 V 3/00, 1963. 2. Authors certificate of the USSR K 166510, cl. G 01 V 3/00, 1963.
3.Авторское свидетельство СССР К 409175, кл. Q 01 V 3/00, 1972 (прототип),3. Authors certificate of the USSR K 409175, cl. Q 01 V 3/00, 1972 (prototype),
--
L.. К L .. To
33
Зона пропо/зционоль//остг/Zone zentzionol // ostg /
г g
--4--four
изВесглное Устройс/пёо Пizglnoe device / peo p
КодCode
LfUlJLLfuljl
Фиг. 5FIG. five