Прямоотсчетный протонный магнитометр

 

ПРЯМООТСЧЕТНЫЙ ПРОТОННЫЙ МАГНИТОМЕТР , содержащий датчик,блок управ ,ления, усилитель, умножитель частоты, счетчик поля, таймер дискретизации, формирователь интервала измерения частоты и опорный генератор, выход которого подключен к тактовым входам таймера и формирователя, вход разрешения последнего соединен с управляющим выходом таймера, а выход с входом разрешения счетчика поля, отличающийся тем, что, с целью повьппения надежности и снижения энергопотребления, формирователь интервала измерения частоты состоит из счетчика с переключаемым основанием счета, первого и второго 3 К -триггеров, входы синхронизации которых объединены между собой и со счетным входом счетчика и подключены к тактовому входу формирователя , вход опорного интервал формирователя соединен с входами установки в нуль счетчика и первого триггера и с промежуточным выходом таймера , инверсный выход первого триггера подключен к входу разрешения счетчика, JK -входы обоих триггеров подключены к выходу переполнения счетчика, управляющий вход которото соединен с прямым выходом второi го триггера и с выходом формирователя , вход установки в .нуль второго триггера соединен с входом разрешения формирователя.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) pe) G 01 V 3/14

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblYMA

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ . Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3638170/18-25 (22) 02.09.83

i(46) 15.11.84. Бюл. ) 42 (72) В.Н.Овчинников, Е.В.Таширов и С.Н.Мехнин (53) 621. 317,. 4 (088. 8) (56) 1. Муха И,И. ЯМР-гауссметр с прямым отсчетом поля в гауссах. При-!

) боры для научных исследований,"- 1965, У 12, с. 143-144.

2. Ливотов Л.Л. и др. Морской буксируемый магнитометр MSM.

"Геофизическая аппаратура", 1979, вып. 69, с. 31-40.

3. Барышев В.И. и др, Прецизионный стационарный протонный магнитометр. — "Геомагнетизм и аэрономия", 1977, т. 17, И - 6, с. 1104-1108 (протоwan) . ,(54)(57) ПРЯМООТСЧЕТНЫЙПРОТОННЫЙ МАГНИТОМЕТР,содержащий датчик, блок управ,ления, усилитель, умножитель частоты, счетчик поля, таймер дискретизации, формирователь интервала измерения частоты и опорный генератор, выход которого подключен к тактовым входам таймера и формирователя, вход ! разрешения последнего соединен с управляющим выходом таймера, а выход— с входом разрешения счетчика поля, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и снижения энергопотребления, формирователь интервала измерения частоты состоит из счетчика с переключаемым основанием счета, первого и второro3K -триггеров, входы синхронизации которых объединены между собой и со счетным входом счетчика и подключены к тактовому входу формирователя, вход опорного интервала фор- мирователя соединен с входамн установки в нуль счетчика и первого триг- I гера и с промежуточным выходом таймера, инверсный выход первого триггера подключен к входу разрешения счетчика, gk -входы обоих триггеров подключены к выходу перЕполнения счетчика, управляющий вход которого соединен с прямым выходом второ;го триггера и с выходом формирователя, вход установки в нуль второго триггера соединен с входом раз- ф), решения формирователя. ЬР

1 . 112423

Изобретение относится к магнито-, метрической технике и предназначено для высокоточных абсолютных измере" ний магнитной индукции, прежде всего земного поля, и может применяться для изучения строения земной коры, околоземного пространства, в промысловой и разведочной геофизике.

Известны прямоотсчетные протонные магнитомЕтры,например,ЯМР-гауссметр 1О с прямым отсчетом поля в гауссах (1) и магнитометр $2) „ содержащие датчик свободной прецессии,коммутирующее устройство, усилитель, ум" ножитель частоты, счетчик поля, опорный 15 генератор и формирователь интервала измерения частоты, построенный как многоразрядный делитель частоты на триггерах с обратной связью, Недостатком указанных магнитомет" Zo ров. является невозможность использования формируемых интервалов времени измерения частоты 2,34865 с и 65,536 мс для получения интервалов дискретизации, кратных 1 с,которые 25 нужны для учета текущего времени. Для построения таймера дискретизации и часов в этих приборах требуется параллельно работающий делитель с другим коэффициентом деления, что сопряжено со значительной избыточностью оборудования.

Наиболее близким к предлагаемому является прямоотсчетный протонный магнитометр, содержащий датчик, блок управления, усилитель,умножитель часч тоты,.счетчик поля, таймер дискретиэа" ции, формирователь интервала измерения частоты и опорный генератор, Выход которого подключен к такT0BsIM 4 входам таймера и формирователя, вход разрешения последнего соединен с управляющим выходом таймера, а выходс входом разрешения счетчика поля (3g „

Недостатком такого магнитометра является наличие двух параллельно: включенных каналов: таймера дискретизации и формирователя интервала измерения частоты, Формирователь выполнен на 22 триггерах, что повышает стоимость прибора, снижает его надежность и увеличивает потребление ,электроэнергии.

Цель изобретения - повышение надежности и снижение энергопотребления1Ы

Поставленная цель достигается тем, что в прямоотсчетном протонном магнитометре, содержащем датчик, блок управ9 2 ления, усилитель умножитель частоты, счетчик поля, таймер дискретизации, формирователь интервала измерения частоты и опорный генератор, выход которого подключен к тактовым ,входам таймера a . формирователя, вход разрешения последнего соединен с управляющим выходом таймера, а выход — с входом разрешения счетчика поля, формирователь интервала измерения частоты состоит из счетчика с переключаемым основанием счета, пер-, вого. и второго ЗК -триггеров, входы синхронизации которых объединены между собой и со счетным входом счетчика.и подключены к тактовому входу формирователя, вход опорного интервала формирователя соединен с входами установки в, нуль счетчика и первого триггера и с промежуточным выходом таймера, инверсный выход первого триггера подключен к входу разрешения счетчика, М -входы обоих триггеров подключены к выходу переполнения счетчика, управляющий вход которого соединен с прямым выходом второго триггера и с выходом формировагеля, вход установки в нуль второго триггера соединен с входом разрешения формирователя.

На чертеже изображена структурная схема магнитометра.

- Иагнитометр содержит последовательно соединенные датчик 1 свободной

:ядерной прецессии, блок 2 управления, усилитель 3, умножитель 4 частоты прецессии, счетчик 5 поля и устройство 6 регистрации, опорный генератор 7, таймер 8 и формирова.тель 9 интервала измерения частоты.

Формирователь включен так, что его тактовый вход 10 объединен с тактовым входом таймера 8 и с выходом ..... ! опорного генератора 7, опорный вход 11 ,формирователя 9 соединен с промежуточным выходом таймера 8, выход 1Р формирователя 9 подключен к входу разрешения счетчика поля, а вход 13 разрешения формирователя 9 соединен с управляющим выходом таймера 8.

Формирователь 9 интервала измерения содержит счетчик 14 с переключаемым основанием счета первый . 3K -триггер 15 и второй 3К -триггер 16, входы синхронизации которых объединены между собой и со счетным входом счетчика 14 и подключены к тактовому входу 10 формирова1124239

3 теля 9, вход 11 опорного интервала формирователя соединен с входами установки в нуль счетчика 14 и первого триггера 15 и с промежуточным выходом таймера 8, инверсный вы5 ход первого триггера 15 подключен к входу разрешения счетчика 14, Ж-входы обоих триггеров 15 и 16 подключены к выходу переполнения счетчика 14, управляющий вход кото- 10 рого соединен с прямым выходом второго триггера 16 и с выходом 12 формирователя 9, вход установки в. нуль, второго триггера 16.соединен с входом 13 разрешения формирователя 9.

Прямоотсчетный протонный магнитометр работает следующим образом.

Наличие в составе магнитометра таймера дискретизации позволяет ему 20 работать автоматически; т.е. через заданный промежуток времени осуществляется полный цикл операций no ггреобразованию измеряемого поля в цифровой эквивалент в единицах. магнитной индукции. По истечении заданного интервала времени таймер 8 выдает команду запуска блока 2 управления, который обеспечивает необходимый цикл операций. Датчик 1 свободной прецессии птключается от входа усилителя 3 и подключается к источнику тока поляризации. По истечении времени, необходимого для намагничивания протонного вещества датчика, ток выключается и датчик подключается к входу усилителя 3.

Усиленный сигнал свободной прецессии умножается в k pas с помощью . Умножителя 4 .частоты, выходной сигнал, 40 последнего поступает на счетный вход счетчика 5 поля. На вход разрешения счетчика 5:поля поступает сигнал с выхода формирователя 9, длительность которого обеспечивает измерение 45 умноженной частоты в единицах магнитной индукции. Зависимость между интервалом измерения частоты и коэффициенФом, умножения частоты устанавливается соотношением 50 —.в . й? у ) где М вЂ” интервал измерения частоты, -гидромагнитное отношение 55 протона, физическая константа; = 0,2 х х 6,751301 (с нТл) 4 — коэффициент умножения часто- ты прецессии,  — цена младшего разряда число-, вого эквивалента измеряемого поля.

Для сокращения емкости счетчика с переключаемым основанием счета и тем самым минимизации его оборудования не- . обходимо задаться таким коэффициентом умножения k, чтобы Ь1 вычисленный по формуле, был максимально близок к выбранному опорному интервалу, равному или кратному 1 с. Вычисленный интервал может быль большим или меньшим опорного интервала.

В качестве примера примем щ 100, т.е. погрешность дискретизации магни тометра 0,01 нТл, при L 2348, 41< = 1,0003152 с", kg = 2349» htg

= 0,9998893 с.

Принцип работы формирователя 9 заключается в деформировании- опорно го интервала в большую или меньшую сторону. При этом емкость счетчи-. ка 14 и реализующее его оборудование оказываются тем меньшими, чем ближе формируемый интервал к опорному. Величина деформации равна суммарной длительности (И - h2 ) периодов тактовых импульсов, где l1< и значения оснований счета счетчика 14, переключаемых управляющим сигналом.

Работа формирователя 9 начинается после перевода сигнала разрешения на входе 13 разрешения на нулевой уровень. При наличии единичного уровня на входе 11 опорного интервала формирователя счетчик 14 и первый триггер 15 удерживаются в нулевом состоянии. После перехода этого сигнала на нулевой уровень счетчик 14 считает тактовые интервалы, поступающие на вход 10. По приходе

П,-го импульса на выходе Р счетчика появляется сигнал переполнения еди. ничного уровня, который разрешает изменение состояний триггеров на противоположные. В данном случае триггеры переходят в единичные состояния.

Первый триггер l5 нулевым сигна лом на инверсном выходе останавливает счетчик 14 в состоянии "0", а вто- рой триггер единичным сигналом на прямом выходе второго триггера по управляющему входу счетчика 14 переключает его основание счета íà п

2р одновременно этот сигнал разрешает работу счетчика 5 поля. Такое

I 124239

S состояние элементов формирователя ! сохраняется до изменения состояния

:сигнала опорного интервала на вхо" де 11.

В результате перехода сигнала в единичное состояние первый триггер принимает нулевое состояние, разрешая тем самым работу счетчика 14 по входу Ч, состояния счетчика и второго триггера при этом не изме" няются.

Опорный интервал заканчивается повторным переходом сигнала на входе 11 в нулевое состояние, в результате чего счетчик 14 досчитывает

ДО СОСТОЯНИЯ Д2, В кОТОрОм ВНОВЬ формируется сигнал переполнения, разрешающий изменение состояний триггеров по 3К -входам. Первый триггер 15 останавливает счетчик 14, 20 а второй триггер 16 переходит в нулевое состояние и заканчивает формирование сигнала на выходе 12, чем останавливает счетчик 5 поля.

Сигналы на тактовом входе 10 сфази- 1 рованы относительно сигналов опорного интервала на входе 11, поэтому удлинение и укорочение опорного интервала происходит точно на (и„- rl ) тактовых интервала с точностью до раз- З0 ности времени включения и выключения триггера 16.

Для рассмотренного выше примера длительность периода тактовых им-. пульсов на входе 10 должна быть

S мкс,,а емкость счетчика 14 П„ 2, А 65 для.bй1 = 1,0003152 с.

Таким образом, предлагаемое решение позволяет значительно упростить формирователь интервала измерения 40. частоты за счет отказа от многоразрядного делителя, выполненного с использованием быстродействующих и поэтому потребляющих значительную мощность логических элементов. Использование многоразрядных делителей предполагает прямую зависимость между точностью формирователя и частотой тактовых импульсов. Серьезным ограничением точности выступает при таком подходе возможность выполнения временных соотношений при построении обратной связи для органиэации сложных коэффициентов деления.

Предлагаемое решение позволяет также разрешить противоречие между точностью и частотой тактовых импульсов. Так, в примере использование частоты 200 кГц позволяет измерять магнитную индукцию с погрешностью, не превьппающей 0,01 нТл, за счет точности формирования интервала измерения.

Тактовая частота для формирователя на делителе при равной точности должна быть не ниже 5 мГц.

Изобретение обеспечивает сокращение количества используемых быст родействующих интегральных схем, печатных плат и разъемов для их включения в прибор, удешевление источников питания за счет снижения их мощности, снижение потребления электроэнергии, что особенно важно при использовании автономных источников, аккумуляторов и батарей, а также снижение трудоемкости изготовления прибора °

Экономический эффект за счет снижения себестоимости прибора и годовой экономии в процессе эксплуатации составляет 1 тыс. руб.

1124239, Составитель С.Рыков

Техред М.Гергель Корректор А. Зимокосов

Редактор И. Рыбченко

Тираж 710 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 827Ф/35

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4