(5) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ(5) DEVICE FOR MEASURING MAGNETIC INDUCTION
Изобретение относитс к области магнитных измерений и предназначено дл исследовани пространственно-вре менного распределени магнитного пол земли автоматически как в полевых, так и в стационарных услови х. Известно устройство дл определени элементов геомагнитного пол , со сто щее из магнитной системы, в кото рой размещен чувствительный элемент квантовый датчик, причем магнитную систему размещают так относительно магнитного пол земли, чтобы отсутствовал сигнал определенной гармоники низкой частоты, характеризующий суммарный модуль магнитного пол fl Однако, из-за наличи многокомпонентных контуров и след щих систем это устройство довольно сложно в техническом исполнении и неудобно дл использовани в автоматизированн системах. Наиболее близким техническим реше нием к предлагаемому изобретению вл етс устройство дл определени элементов геомагнитного пол , содержащее квантовый датчик, магнитную систему , стабилизируемую в пространстве ма тниковым подвесом, источник тока, блок управлени , вычислительный блок и блок разворота магнитной системы в вертикальной плоскости 2. Однако диапазон измерени элементов геомагнитного пол устройства ограничен характеристиками магнитометрического преобразовател , так, например, при использовании в устройстве квантового магнитометрического преобразовател с диапазоном 5000 - 50000 нТ, нижний предел измерени элементов геомагнитного пол устройства составл ет 5000 нТ. . Цель изобретени - расширение диапазона измерени . Цель достигаетс тем, что устрой-ство дл измерени магнитной индукции, содержащее магнитные системы, стабилизируемые в пространстве ма тниковым подвесом, подключенные к выходам блока управлени , источник опорного тока и блок разворота магнитных систем в вертикальной плоскости снабжено последовательно соединенными фильтром разностной частоты, реверсивным счетчиком , коммутатором и дешифратором, при этом выходы квантоЁых дат.микрв соединены со входами фильтра разностной частоты, второй вход реверсивного счет чика - с третьим выходом блока управлени второй вход коммутатора св зи с выходом источника опорного тока, второй и третий выходы коммутатора - с обмот ками магнитных систем квантовых датчиков . На фиг.1. представлена структурна схема устройства; на фиг. 2 и 3 - гра фики, по сн ющие принцип его работы. Устройство (фиг. 1/содержит квантовые датчики 1 и 2, включенные по дифференциальной схеме, выход датчика 1соединен с первым входом фильтра 3 разностной частоть, а выход датчика 2с его вторым входом, магнитную систему k, жестко соединенную с квантовым датчиком 1, магнитную систему 5 жестко соединенную с квантовым датчиком 2 и магнитной системой k, стабилизируемые в пространстве ма тниковым подвесом 6, источник 7 опорного тока, блок 8 разворота магнитных систем в вертикальной плоскости, блок 9 управлени , первый выход которого соединен со входом источника 7 опорного тока, третий выход - со вводом, блока 8 разворота , счетчик 10, первый вход которого соединен с выходом фильтра 3 раз ностной частоты, второй - со вторым выходом блока 9 управлени , дешифрато 11, коммутатор 12, первым выходом соединенный с магнитной системой k вторым - с магнитной системой 5, третьим - со входом дешифратора 11, кроме того, первый вход кЬммутатора 12 соединен с выходом источника 7 опор ноге тока, а вто{эой - с выходом счетчика 10. Устройство работает следующим обра зом. Ма тниковый подвес стабилизирует магнитные системы и 5 в определенном положении в пространстве. По команде с блока 9 управлени производитс подача питани от источника 7 опорного .тока через коммутатор 12 на обмотки магнитных систем и 5 таким образом, что векторы магнитной индукции магнитных систем t и 5 В и Ва равны по моулю и противоположны по направлению (фиг. 2). Квантовые датчики, 1 и 2 , енерируют, при этом частота на выоде датчика 1 - f;, пропорциональна уммарной магнитной индукции Вд ; KBSx,, а частота на выходе датика 2 - ff пропорциональна суммарной агнитной индукции f « ,де В - вектор магнитной индукции, оставл кмца которого определ етс , - аналог величины гирома,шитного тношени атома. С выхода фильтра 3 азностной- частоты на вход счетчика 0 поступает разностный сигнал, пропорциональный разности В Вд„. Счетчик 10 производит подсчет числа импульсов за интервал времени, формируемый блоком 9 управлени . Число импульсов пропорционально разности Вд - В л. По сигналу с выхода счетчика 10 коммутатор 12 производит переключение цепей питани обмоток магнитных систем и 5 таким образом, что уменьшаетс магнитна индукци одной магнитной системы при одновременном увеличении на такую же величину магнитной индукции второй магнитной системы. Дл случа , рассмотренного на фиг. 2 производитс уменьшение В и увеличение В. Процесс измерени разности частот f - f и переключени цепей питани обмоток магнитных систем i и 5 продолжаетс до тех пор, пока не выполн етс с заданной точностью соотношение f-}- fi, что соответствует (фиг. З) B); Bjj. При выполнении с заданной точностью соотношени f-j - f дискретно го выхода коммутатора 12 поступает сигнал на дешифратор П, пропорциот нальный модулю проекции вектора ма1- нитной индукции В на ось j. Поскольку (фиг. 2 и 3) справедливы соотношени BC. cosA+ В cosset Ъ + 28.,6 cosct, в|, в| - 2BQ,B cosi++ В I;- 2Bj. В cosct. при Ва В справедливо равенство - В - 2BB5 cosoL. В, + coscL Откуда модуль проекции вектора магнитной индукции на ось j . ., , 84 - Вч В . cosol, --- . Таким образом, нижний диапазон измерени магнитной индукции ограничем практически /1ишь точностью преобразовател .The invention relates to the field of magnetic measurements and is intended to study the spatial and temporal distribution of the earth's magnetic field automatically in both field and stationary conditions. A device is known for determining the elements of a geomagnetic field, consisting of a magnetic system, in which a sensitive element is placed a quantum sensor, and the magnetic system is positioned relative to the magnetic field of the earth, so that there is no signal of a certain low-frequency harmonic characterizing the total magnetic field mod fl However, Due to the presence of multicomponent circuits and follow-up systems, this device is rather complicated in technical performance and inconvenient for use in automated systems. The closest technical solution to the present invention is a device for determining the elements of the geomagnetic field, which contains a quantum sensor, a magnetic system stabilized in space by a pendulum suspension, a current source, a control unit, a computing unit and a turning unit of the magnetic system in the vertical plane 2. However The measurement range of the geomagnetic field elements of the device is limited by the characteristics of a magnetometer converter, for example, when using quanta in the device A magnetometer converter with a range of 5000 to 50000 nT, the lower limit of measurement of the geomagnetic field device elements is 5000 nT. . The purpose of the invention is to expand the measurement range. The goal is achieved by the fact that a device for measuring magnetic induction, containing magnetic systems stabilized in space by an erecting suspension, connected to the outputs of a control unit, a reference current source and a turn-up unit of magnetic systems in a vertical plane, is equipped with a series-connected differential frequency filter with a reversible counter. , a switch and a decoder, while the outputs of the quantum date microns are connected to the inputs of the difference frequency filter, the second input of the reversing counter is connected to the third output The second control input of the communication switch with the output of the reference current source, the second and third outputs of the switch with the windings of the magnetic systems of quantum sensors. 1. a block diagram of the device is presented; in fig. 2 and 3 are graphs that explain the principle of its operation. The device (Fig. 1 / contains quantum sensors 1 and 2 connected in a differential circuit, the output of sensor 1 is connected to the first input of filter 3 differential frequency, and the output of sensor 2 with its second input, magnetic system k rigidly connected to quantum sensor 1, magnetic system 5 rigidly connected to the quantum sensor 2 and the magnetic system k, stabilized in space by an ejector suspension 6, the source 7 of the reference current, the turning unit 8 of the magnetic systems in the vertical plane, the control unit 9, the first output of which is connected to the input and reference current source 7, third output with input, reversal unit 8, counter 10, the first input of which is connected to the filter output 3 of differential frequency, the second to the second output of control unit 9, decrypted 11, switch 12, the first output connected to magnetic system k is the second with the magnetic system 5, the third with the input of the decoder 11, in addition, the first input of the switch 12 is connected to the output of the source 7 of the current supports, and the second {with the output of the counter 10. The device works as follows. The mathematical suspension stabilizes the magnetic systems and 5 in a certain position in space. On command from the control unit 9, power is supplied from the reference current source 7 through the switch 12 to the windings of the magnetic systems and 5 in such a way that the magnetic induction vectors of the magnetic systems t and 5 V and Ba are equal in direction and opposite in direction (Fig. 2). ). Quantum sensors, 1 and 2, generate, and the frequency at the output of sensor 1 is f; is proportional to the initial magnetic induction of Vd; KBSx, and the frequency at the output of Dac 2 - ff is proportional to the total agnitic induction f «, de B - the magnetic induction vector, the remainder of which is determined, is analogous to the magnitude of the gyrum, which is the ratio of the atom. From the output of the excitation-frequency filter 3 to the input of counter 0, a differential signal is received, which is proportional to the difference В Вд „. The counter 10 counts the number of pulses during the time interval generated by the control unit 9. The number of pulses is proportional to the difference Vd - V l. The signal from the output of the counter 10 causes the switch 12 to switch the supply circuits of the windings of the magnetic systems and 5 in such a way that the magnetic induction of one magnetic system is reduced while simultaneously increasing the magnetic induction of the second magnetic system by the same amount. For the case discussed in FIG. 2, B is reduced and B is increased. The process of measuring the frequency difference f - f and switching the supply circuits of the windings of the magnetic systems i and 5 continues until the ratio f -} - fi is fulfilled with a given accuracy (Fig. 3 A) b); Bjj. When the f-j-f ratio of the discrete output of the switch 12 is executed with a given accuracy, a signal is sent to the decoder P proportional to the module of the projection of the vector induction B on the j axis. Since (figs. 2 and 3) relations BC are valid. cosA + B cosset b + 28., 6 cosct, in |, in | - 2BQ, B cosi ++ B I; - 2Bj. In cosct. with Ba B, equality is true - B - 2BB5 cosoL. B, + coscL From where the module is the projection of the vector of magnetic induction on the axis j. ., 84 - HF V. cosol, ---. Thus, the lower measuring range of magnetic induction is limited to practically / 1 by the accuracy of the converter.
После этого блок 9 управлени выдает сигнал на блок 8 разворота дл перевода магнитных систем j и 5 дзтмиков 1 и 2 в другое положение, т.е. отклонени их на известный угол, заданный ,, например, радиальными упорами на ма тниковом подвесе 6, к поверхности которых и прижимаютс магнитные системы t и 5. Сам же разворот может производитьс , например, исполнительными элементами, примен емыми в автоматике или вручную..Вышеуказанна операци измерени элемента геомагнитного пол повтор етс . С выхода дешифратора информаци поступает на регистрацию.After that, the control unit 9 generates a signal to the reversal unit 8 to transfer the magnetic systems j and 5 dztmik 1 and 2 to another position, i.e. deviating them to a known angle, given, for example, by radial stops on the pendulum suspension 6, to which magnetic systems t and 5 are pressed to the surface. The reversal itself can be made, for example, by actuators used in automation or manually ... Above The measurement operation of the geomagnetic field element is repeated. From the output of the decoder information is received for registration.
Изобретение позвол ет определить элементы геомагнитного пол , минймаль- 0 на величина которых ограничена лишь погрешностью устройства и составит 5-20 нТ, тогда как минимальна величина определ емых элементов геомагнитного пол известного устройства, ограничена диапазоном работы квантового датчика. Так, например, при использовании в устройстве квантового датчика с диапазоном 5000 - 50000 нТ, нижний предел измерени элементов геомагнитного пол составл ет 5000 нТ. The invention makes it possible to determine the elements of the geomagnetic field, the minimum value of which is limited only by the accuracy of the device and will be 5-20 nT, while the minimum value of the determined elements of the geomagnetic field of the known device is limited by the range of operation of the quantum sensor. So, for example, when using a quantum sensor in the device with a range of 5,000 to 50,000 nT, the lower limit for measuring elements of the geomagnetic field is 5,000 nT.