Магнитный способ поиска границ изменения вещества в объекте (способ земцова)

 

Использование: в геофизике, при поиске магнитных и немагнитных объектов, при исследованиях Луны, Марса, геологических, археологических поисках. Сущность изобретения: способ включает периодическое намагничивание объекта полем постоянного магнита датчика на участке между его полюсами, измерение амплитуды индуктивного импульса, определение частоты периодического намагничивания объекта и содержание магнетика в объекте. По совокупности данных о содержании магнетика определяют границы изменения вещества. В твердых и рыхлых объектах поиск может производиться при помощи системы их h пар идентичных датчиков. Для поиска в жидкостях или газах в зазор магнита датчика периодически вводят жидкость или газ. Система датчиков может быть размещена в носителе, который периодически продавливают через механически проницаемый слой. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к геофизике, в частности к способам поиска разнообразных магнитных и немагнитных веществ в объектах - твердых, жидких, газообразных, перекрытых рыхлыми отложениями. Оно может быть использовано при космических исследованиях, в биологии и медицине, в геологии и археологии, в технике для оценки качества изделий, измерения низких температур и т.д.

Известен способ обнаружения магнитных объектов (Афанасьев Ю.В. Об аппаратуре для магнитного каротажа. Сб. НТР ОКБМГ и ОН, вып. 1, Изд. ОКБ МГ и ОН; Л. , 1957, с. 19 и 20). Способ включает намагничивание объекта магнитным полем постоянного магнита при перемещении датчика вдоль исследуемого объекта, по стволу скважины. По мере перемещения датчика в катушке возникает индуктивный сигнал, пропорциональный градиенту магнитной восприимчивости. Индуктивный сигнал интегрируют, регистрируют и по нему судят о наличии ферромагнетиков в искомом объекте. Известное изобретение не обеспечивает высокую точность обнаружения ферромагнетиков, поскольку включает погрешности интегрирования и зависимость результата от скорости перемещения зонда, а также тем, что стержневой магнит слабо намагничивает окружающую среду, т.е. изобретение не дает такую магнитную характеристику, по которой можно было бы осуществить поиск ферромагнетиков с малой концентрацией в объекте.

Наиболее близким к предлагаемому по совокупности признаков является способ обнаружения магнитных объектов, включающий намагничивание исследуемого объекта магнитным полем постоянного магнита на участке между его полюсными наконечниками при перемещении постоянного магнита вдоль исследуемого объекта, регистрацию индуктивного сигнала с последующим обнаружением магнитных объектов, отличающийся тем, что полюсные наконечники постоянного магнита прижимают к исследуемому объекту с заданной периодичностью с циклической частотой ω или постоянно, намагничивая при этом до насыщения ферромагнетики участка между полюсными наконечниками постоянного магнита, измеряют амплитуду E_max индуктивного сигнала и скорость перемещения постоянного магнита вдоль исследуемого объекта, определяют содержание С ферромагнетика на участке исследуемого объекта при периодическом его намагничивании из соотношения C = k · E_max/(V₁ + ω · R), (1) где k - постоянная, определяемая на объекте с известным содержанием ферромагнетика; R - радиус периодического движения магнита; а при постоянном намагничивании исследуемого объекта определяют градиент концентрации ферромагнетика dC/dt = k · E_max/V₁, (2) последующее обнаружение магнитных объектов проводят с учетом полученных результатов определяемых величин (пат. RU N2046379, кл. G 01 V 3/18).

Этот способ, основанный на измерении намагниченности насыщения (I_s) веществ, позволяет проводить поиск как слабомагнитных, так и сильномагнитных объектов с одновременным определением концентрации ферромагнетика. Отличие и преимущество аналога, прототипа и предлагаемого способа от других известных способов обнаружения магнитных объектов, используемых на Земле, состоит в том, что для их осуществления не требуется внешнее планетарное магнитное поле, которого нет на ближайших космических телах: Луне, где уже побывал человек, и Марсе, куда нацелены современные исследования. Кроме того, мы должны быть готовы обнаружить в космосе вещества никогда ранее не намагниченные (и поэтому "немагнитные"), то есть образованные при отсутствии внешнего магнитного поля и, чтобы их обнаружить, мы должны их сначала намагнитить. Ни один земной магнитометр, кроме предложенного в прототипе, не намагничивает объект исследования сильным постоянным магнитным полем, то есть земные магнитометры: магнитные весы, прецессионные, феррозондовые практически непригодны для космических исследований. Кроме того, все они достаточно сложны, требуют в работе значительного времени и специальной подготовки, имеют узкий диапазон рабочих температур (243-323 K), сильную температурную зависимость, что заставляет термостатировать рабочие камеры (Справочник геофизика. Магниторазведка. - М.: Недра, 1980, с. 174).

Известный способ может быть использован в скважинах, морской геофизике. Однако он технически сложен, что ограничивает его возможности и область применения. В частности, для его осуществления необходимо измерять скорость движения датчика как линейную, так и периодическую. Движение осуществляется по заранее заданному маршруту. Этот маршрут, естественно, может быть неоптимальным, что снижает эффективность поиска. Недостатками известного способа являются также невозможность однозначного поиска аномальных включений в объекте, железных или других, и ограниченный круг объектов поиска. Магнетики, представляющие интерес, могут быть перекрыты слоем рыхлых отложений, а также быть жидкими и газообразными. Они могут также находиться при таких низких температурах, что осуществление известного способа становится невозможным.

Задачей настоящего изобретения является упрощение известного способа и расширение области его применения, включение в сферу возможных объектов магнитного поиска новых природных и искусственных веществ, биологических организмов, соединений, изделий и т.п., находящихся в различных физических состояниях, повышение эффективности поиска этих веществ в различных объектах как на Земле, так и на других космических телах при минимальных энергетических, механических и интеллектуальных затратах. Магнитный способ поиска границ изменения вещества в объекте можно использовать для характеристики объектов как создающих собственное магнитное поле, т.е. ферромагнитных, так и не создающих его. В сильных магнитных полях немагнитных материальных объектов не существует. В широком спектре температур одно и то же вещество может быть и "магнитным", и "немагнитным", поэтому определение "магнитный" не может служить физически точной характеристикой объекта, но вполне характеризует предложенный способ, так как для его осуществления используются постоянные магниты. Более кратко способ можно назвать по имени автора - "способ Земцова".

В общих чертах, технический результат заявляемого способа заключается в следующем: сделать возможным поиск не только известных магнетиков (ферромагнетиков), но и новых магнетиков (нормальных и других парамагнетиков), с высокой точностью определяя их содержание в исследуемом объекте (газе, жидкости, твердом теле, в т.ч. при низких температурах). Кроме того, используя получаемый новый параметр - магнитную анизотропию намагниченности твердых объектов, можно проводить поиск в оптимальном направлении, находя не только концентрацию интересующего магнетика, но и обнаруживая при этом аномальные для объекта включения (пустоты, другие вещества), разделять объекты не только по резкому изменению концентрации того или иного магнетика, но и по анизотропии его намагниченности.

Технический результат достигается следующим образом. В магнитном способе поиска границ изменения вещества в объекте, включающем периодическое намагничивание объекта магнитным полем постоянного магнита датчика на участке между его полюсами, перемещение датчика к другому участку объекта, измерение амплитуды индуктивного импульса (Е), определение содержания магнетика (С), согласно изобретению определяют частоту периодического намагничивания объекта (f), содержание магнетика в объекте из соотношения где b - постоянная, определяемая на объекте с известным содержанием магнетика при той же температуре, при которой проводится поиск, и по совокупности данных о С обнаруживают границы изменения вещества в объекте.

Во-вторых, для поиска границ изменения вещества в твердых или рыхлых объектах формируют единую геометрическую систему датчиков, состоящую из n-пар идентичных датчиков, зазор постоянного магнита первого датчика каждой пары ориентируют в направлении поиска, а зазор магнита второго датчика каждой пары ориентируют в перпендикулярном направлении, датчики системы периодически прижимают к различным участкам объекта с частотой (f), измеряют амплитуды индуктивных импульсов в первом (E_n') и втором (E_n'') датчике каждой n-й пары, определяют их отношения A = E_n'/E_n'', по которым судят об анизотропии намагниченности объекта и обнаруживают в нем аномальные включения, определяют содержание магнетика для каждого датчика системы из соотношения (3) и по совокупности с полученными данными о С обнаруживают границы изменения вещества в объекте. В-третьих, для поиска границ изменения вещества в жидкостях и газах в зазор магнита датчика периодически с частотой (f) вводят жидкость или газ.

Кроме того, для поиска границ изменения вещества в твердых или рыхлых объектах, перекрытых механически проницаемым слоем, систему датчиков размещают в носителе, который периодически продавливают сквозь слой до нужной глубины.

Как показал патентный поиск, магнитные методы при космических исследованиях, проводимых в США и России, пока не используются, хотя известны полученные Pioneer-3 и Pioneer-4 данные о том, что Марс не имеет "геомагнитного" поля. Там сохранилось лишь палеомагнитное поле. Из опубликованных источников следует, что температура на поверхности Марса около 150 K, а давление -0,3-1,0 кПа (Инженерная модель Марса. МЛ-871. - М.: ИКИ РАН, 1987). Таким образом, можно заключить, что магнитные свойства земных ферромагнетиков (и постоянных магнитов) там сохраняются, то есть не испытывают фазовых переходов, которые свойственны для более высоких температур. Наоборот, с понижением температуры магнитные свойства веществ усиливаются. Надо сказать, что магнитные свойства земных минералов при низких Т изучены явно недостаточно и вполне возможно, что еще целый ряд парамагнитных минералов земной коры может оказаться в естественных условиях марсианской коры ферромагнитным.

Особый интерес представляют нормальные парамагнетики: кислород, некоторые углеводороды, алюминий, вольфрам, платина и др. Для этих веществ выполняется закон Кюри - Вейсса, т.е. их магнитная восприимчивость и намагниченность обратно пропорциональны температуре (Т К) (Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике. - М.: Наука, 1964, с. 434 и 435). Классическое выражение для намагниченности парамагнетиков (I) без учета пространственного квантования и в предположении, что между атомами (молекулами) отсутствует взаимодействие:
I = n₀P_mL(a),
где n₀ - число атомов в единице объема;
P_m - постоянный магнитный момент атома (молекулы);
L(a) - классическая функция Ланжевена:
L(a)=(ctha-1/a), (5)
где
H - напряженность магнитного поля;
μ₀ - магнитная проницаемость вакуума, равная 4 π · 10^-7 Гн/м;
k - постоянная Больцмана, равная 1,38 · 10^-23 Дж/( K).

При T ≈ 300 K и слабом поле L(a) ≈ а/3 намагниченность парамагнетика обратно пропорциональна его температуре и равна

В сильных магнитных полях или при низких температурах парамагнетики так же, как ферромагнетики, намагничиваются до насыщения, так как P_mH много больше kT, a L(a)≈ 1:

то есть намагниченность парамагнетика, находящегося в насыщающем магнитном поле, зависит от магнитного момента атома вещества, количества атомов и теоретически не зависит от Т, т.е., как и у магнетита, у нормальных парамагнетиков намагниченность насыщения строго пропорциональна их концентрации в единице объема. Именно поэтому не имеет значения, к какой группе магнетиков относится искомый объект, т.к. магнетиками называются макроскопические тела, способные намагничиваться - приобретать магнитные свойства. Таким образом, поиск веществ из группы нормальных парамагнетиков при низких космических температурах с одновременным использованием сильных магнитных полей представляет не только научный интерес, но и практический, вполне осуществимый.

Способ основан на законе электромагнитной индукции. Согласно ему в катушке, охватывающей разомкнутый магнитопровод (постоянный магнит), при внесении в его зазор тела оно намагничивается, в зазоре магнита изменяется магнитный поток (Ф) и в катушке возникает импульс ЭДС индукции (Е)
E = w · dФ/dt, (9)
где w - число витков катушки.

Тогда, учитывая, что
Ф = BS cosα, (10)
а B = B₀+B_внутр= μ₀H+μ₀I (CИ) (11),
где B - магнитная индукция в зазоре магнита с контуром площадью S и углом α между плоскостью витка катушки и сечением магнита;
B₀= μ₀H - магнитная индукция в зазоре магнитопровода в вакууме с магнитной проницаемостью μ₀.
Подставляя выражение (11) в (10), а затем в (9), дифференцируя по частям, учитывая, что в известном способе dH/dt = 0 (магнитное тело маленькое, а магнит мощный), вынося постоянные из под знака дифференцирования, получим
E = μ₀wScosα·dI/dt (12).
Осциллограммы импульсов E известны и имеют вид квазисинусоидальных импульсов (авт.св. СССР, N 1473530, кл. G 01 N 27/72). Из рассмотрения индуктивных импульсов следует, что намагниченность тела, внесенного в зазор магнита, увеличивается от нуля до максимума, которому соответствует и E_max, т.е. амплитуда индуктивного импульса (Е). Пакеты этих импульсов в непринципиально измененном виде представлены на фиг. 1. Таким образом, намагниченность внесенного в зазор магнита тела с точностью до постоянной датчика (q_d) можно измерить, регистрируя E:
I = E/q_d. (13)
Зависимость (13) в известном способе используется для определения содержания ферромагнетика С. I пропорциональна содержанию магнетика в теле, благодаря чему из выражения (1), измеряя E, определяется C. Если скорость (V) внесения содержащего нормальный парамагнетик тела в зазор магнита одинакова и температура его не меняется, то выражение (1) можно переписать так:
C = b · E/V, (14)
где b - постоянная, определяемая на объекте с известным содержанием магнетика при постоянной температуре.

Периодическое прижатие зазора постоянного магнита к объекту, измерение амплитуды индуктивного импульса E, определение концентрации магнетика С являются общими признаками с известным изобретением. Операция прижатия зазора магнита к объекту эквивалентна введению объекта в зазор магнита. Отличие состоит в том, что в известном способе магнит прижимается к объекту с заданной периодичностью с циклической частотой ω, а предлагается прижимать - с любой периодичностью с частотой (f). Кроме того, по ряду причин вводить исследуемую часть объекта в зазор более предпочтительно, чем прижимать зазор к объекту.

Если рассмотреть более подробно рабочий цикл основного варианта известного способа, когда C = const и линейная скорость носителя V₁ > 0 (фиг. 1), то он состоит из двух независимых временных интервалов: периода формирования индуктивного импульса от t₀ до t₁ и времени перемещения магнита к новой точке исследования от t₀ до t₂. Причем первый интервал от момента прижатия зазора магнита до его отрыва от объекта исследования не зависит от V₁ и зависит от V₂ = ωR, а второй - наоборот, но фаза, когда зазор магнита не контактирует с объектом исследования, присутствует в каждом цикле всегда и занимает время: t₂ - t₁. Она необходима для приведения датчика в исходное состояние. Именно сложное составное движение магнита позволяет увеличивать чувствительность способа, но и осложняет способ, заставляя измерять обе скорости.

В предлагаемом способе измерения скоростей не нужны вообще. В интервал времени от прижатия зазора магнита к поверхности исследования до его отрыва (t₁-t₀) в катушке индуктивности формируется импульс ЭДС индукции, амплитуда которого пропорциональна концентрации магнетика в намагничиваемом объеме вещества, поэтому неважно, как и с какой скоростью магнит перемещается от одной точки исследования к другой, т.е. измерять V совсем не обязательно. Достаточно соблюсти условие одинаковой частоты периодического прижатия зазора магнита к исследуемой поверхности и частоты последующего за этим перемещения датчика. Эта операция не является новой. Она предусмотрена наиболее общим вариантом известного способа, а вот определение частоты следования индуктивных импульсов (f), которые характеризуют скорость взаимодействия датчика с объектом (скорость его намагничивания и размагничивания, т.е. dI/dt), а не задание частоты вращения датчика ω, как в известном способе, это комплекс новых операций, сущность которых составляет know-how заявителя.

Таким образом, можно избавиться от необходимости измерения и линейной, и круговой скорости, получить возможность перемещать систему датчиков в произвольном направлении, с любой скоростью, отказаться от вращения системы. Частота следования индуктивных импульсов во времени (f) одновременно характеризует скорость перемещения системы датчиков от одной точки наблюдения к другой. Во временном интервале (t₂ - t₁) между импульсами мы перемещаем систему в любом выбранном для поиска направлении. Если измерить частоту как частоту следования индуктивных импульсов и она будет постоянна, то это означает, что датчик движется также с V = const, но при этом приобретает возможность менять направление поиска после каждого импульса. Если датчик движется быстрее, частота следования во времени индуктивных импульсов пропорционально увеличивается, период формирования импульса по времени сокращается, то есть уменьшается длительность самого импульса и при той же концентрации ферромагнетика пропорционально возрастает амплитуда индуктивного импульса (фиг. 1). Если датчик остановился, индуктивные импульсы прекращаются, так как в выражении (9) dФ/dt = 0. Из фиг. 1 следует, что частота f может определяться из выражения
1/f = (t₁-t₀) + (t₂-t₁) = t₂-t₀, (15)
где (t₁-t₀) - период формирования импульса или его длительность;
(t₂-t₁) - время между импульсами или пауза.

Если пауза (t₂ - t₁) постоянна или прямо пропорциональна (t₁ - t₀), то количество импульсов в единицу времени будет также постоянной величиной, т. е. f в этом случае можно определить, сосчитав количество импульсов, например по Е, в единицу времени. Отметим, когда (t₂ -t₁) = 0, E в катушке датчика превращается в переменный электрический ток. Но в принципе, пауза между импульсами может быть произвольной и сколь угодно большой. Когда (t₂-t₁) _→ ∞, имеется единичный во времени импульс, тогда частота его равна
1/f = t₁-t₀. (16)
В этом случае уже невозможно определить частоту f, подсчитывая количество импульсов. Надо зарегистрировать весь импульс E целиком и измерить длительность импульса, а f определить из выражения (16). Частота следования индуктивных импульсов в известном способе не пропорциональна и не зависит от скорости передвижения датчика. Она задается и важна для определения поправки за суммарную скорость, т.е. коэффициента k. В предлагаемом способе скорость передвижения датчика или n-го датчика системы прямо пропорциональна частоте f, поэтому для определения постоянных датчиков b мы можем воспользоваться известной методикой и выражением (14), заменив V на f. Тогда

Из фиг. 1б следует, что коэффициент b при постоянной Т не изменится, если частота f или скорость перемещения системы датчиков увеличится, например, в 2 раза. Зная шаг перемещения датчика (1), можно найти скорость перемещения системы
V = l · (t₂ -t₁)^-1. (18)
Для поиска границ изменения вещества в изотропных объектах задачу можно считать решенной. Для перемещения системы датчиков от одной точки исследования к следующей и периодического намагничивания объекта исследования с частотой f можно использовать любой носитель, позволяющий последовательно осуществить в каждом цикле обе эти операции во времени, например колесо.

Теперь усложним задачу поиска объектов. Горные породы - это твердые или рыхлые многокомпонентные объекты, характеризующиеся определенным минеральным составом, свойствами, формой залегания в пространстве и т.п. В естественном залегании они, как правило, собраны в пласты. Любой пласт это уже анизотропная среда, так как в нем удлиненные частицы ориентированы преимущественно параллельно его простиранию. Также ориентируются и магнетики, формируя магнитоанизотропную среду. Магнитный момент частицы вдоль ее длинной оси при намагничивании больше, чем в поперечном направлении, за счет разных констант кристаллографической магнитной анизотропии.

На фиг. 1 - индуктивные импульсы во времени:
I - при перемещении датчика по однородной среде с постоянной скоростью V;
II - то же со скоростью - 2V.

На фиг. 2а, б изображена обычная в природе план-схема геолого-геофизической среды и система, состоящая из двух пар идентичных датчиков, где на фиг. 2а (последовательное прижатие магнитов n-ой пары к объекту):
1 - зазор магнита первого датчика первой пары в прижатом к объекту состоянии;
2 - зазор магнита второго датчика первой пары в поднятом вверх состоянии (пунктир);
3 - зазор магнита первого датчика второй пары в прижатом к объекту состоянии;
4 - зазор магнита второго датчика второй пары в поднятом вверх состоянии (пунктир);
5 - объект исследования (анизотропный);
6 - аномальное включение в объекте 5;
7 - оптимальное направление поиска;
8 - направление слоистости в объекте 5;
9 - слой с высоким содержанием магнетика, который надо найти;
на фиг. 2б (одновременное прижатие магнитов n-й пары к объекту):
1 - то же;
2 - зазор магнита второго датчика первой пары в прижатом к объекту состоянии;
3 - зазор магнита первого датчика второй пары в поднятом вверх состоянии (пунктир);
4 - 9 - то же, что на фиг. 2а;
Система датчиков 1 - 4 находится над анизотропным объектом 5 с простиранием слоистости 8. Требуется в кратчайшее время найти сильномагнитный пласт 9. Если система датчиков будет двигаться вдоль слоистости 8, то пласт 9 не будет обнаружен. Естественно, система должна двигаться вкрест простирания пород, то есть в направлении 7.

В предлагаемом способе эта задача, допуская, что мы не видим реальную среду и не знаем, куда двигаться, решается следующим образом. Сначала составляем систему, состоящую как минимум из двух идентичных датчиков, например 1 и 2 (фиг. 2); направление зазора магнита второго датчика (NS) в ней располагаем перпендикулярно направлению зазора магнита первого датчика. Так как система должна двигаться вкрест простирания пород, ось зазора одного датчика, например первого, совмещаем с направлением поиска 7, а ось второго - располагаем перпендикулярно ему. При движении системы в направлении 7 статистические показания второго датчика (E''), ось которого (NS) перпендикулярна направлению правильного поиска 7, будут всегда больше, чем показания первого - (E'). Статистическое отношение величин индуктивных сигналов первого и второго датчиков, согласно выражению (17), учитывая, что датчики идентичные, дает величину магнитной анизотропии намагниченности (A) в исследуемой среде
A = E'/E''. (19)
В другой паре идентичных датчиков системы величина A может отличаться из-за обнаружения аномального включения, других параметров датчиков этой пары. Но, сравнивая A по парам импульсов от обоих идентичных датчиков со взаимоперпендикулярными зазорами, мы можем, изменяя направление поиска, добиться того, чтобы A статистически было минимально. Это и будет направление оптимальное направление 7.

На Земле есть породы, в которых A снижается до 0,25 (в изотропной среде A = 1). A зависит от типа породы (осадочная, метаморфическая, магматическая), то есть характеризует условия ее образования. Случайные, аномальные отклонения, когда A >> 1 или A << 0,25, означают, что этой парой датчиков обнаружен железосодержащий предмет или аномальное для данной породы включение. Рабочих датчиков, как минимум, два. Вероятность такого обнаружения увеличивается пропорционально количеству рабочих пар датчиков и частоте f. Естественно, существуют объекты магнитоизотропные: твердые изделия и полуфабрикаты, жидкости, газы. В них нет смысла использовать пары идентичных датчиков, т.к. каждый из них дает главный искомый параметр C, а отношение A всегда будет равно единице, в любом направлении объект поиска однороден. В этом случае, используем один из каждой n-пары датчиков (при n = 1 - один датчик вообще). Для изучения жидкостей и газов, используя их текучесть, можно любым образом периодически с частотой f вводить в зазоры исследуемую жидкость или газ. Такие устройства также хорошо известны и не требуют пояснений. В изотропном объекте аномальное включение обнаруживается по резкому изменению C магнетика в объекте даже одним датчиком.

Объект поиска может быть закрыт, например, слоем пыли, воды и т.д. В предлагаемом способе необходимо обеспечить непосредственный контакт зазоров датчиков системы с объектом. Для этого систему датчиков размещают в носителе, который периодически продавливают сквозь механически проницаемый слой до нужной глубины. Таким носителем может служить известный пенетрационный зонд, применяемый при инженерно-геологических изысканиях.

Для поиска границ изменения вещества в твердых или рыхлых объектах, когда датчиков несколько, способ Земцова осуществляют следующим образом. Сначала определяем тип магнетика, который необходимо искать, и температуру поиска. Оцениваем, является ли поле H в зазорах магнитов системы насыщающим при температуре поиска. Выбираем величины B_n в парах датчиков системы, для чего измеряем амплитуды индуктивных импульсов в первом (E_n') и втором (E_n'') датчике каждой пары на объекте с известным С магнетика при постоянных f, С. Если показания E_n датчиков системы не меняются, то поля B_n - насыщающие во всех парах датчиков. Для более уверенной диагностики интересующего магнетика можно специально снизить поле B_n в одной из пар датчиков. Формируем единую геометрическую систему датчиков, состоящую из n-пар идентичных датчиков, где n - целое положительное число, зазор постоянного магнита первого датчика каждой пары ориентируем в направлении поиска, а зазор магнита второго датчика каждой пары ориентируем в перпендикулярном направлении. Единство системы заключается в том, что при изменении направления поиска все датчики системы меняют пространственную ориентировку, но таким образом, что расположение датчиков в системе остается прежним. Величина зазора каждого датчика сохраняется, взаимное расположение датчиков в каждой паре также сохраняется. Кроме того, датчики каждой из n-пар можно прижимать одновременно, т.е. попарно, либо поочередно, но единство системы должно сохраняться. Единство системы обеспечивает одинаковую частоту прижатия каждого датчика системы. Изменение частоты f в одной из пар системы на определенную величину вызывает соответственное изменение частоты прижатия всех остальных датчиков системы на ту же величину. Этим же обеспечивается условие одинаковой частоты последующего за этим перемещения любого датчика системы.

Частоту периодического прижатия зазоров магнитов в процессе поиска можно задавать либо постоянной, либо измерять ее как частоту следования импульсов E_n, либо определять путем измерения длительности индуктивных импульсов из выражения (16). Но для определения постоянных датчиков она должна быть постоянной и известной величиной так же, как и T. Чтобы найти постоянные b, периодически прижимаем каждый из n-пар датчиков системы к объекту с известным содержанием C с частотой f и решаем 2n уравнений (17) относительно b_n:


где b_n' - первые датчики каждой пары;
b_n'' - вторые датчики каждой пары.

После этого система готова к поиску границ изменения вещества на объекте. Периодически прижимаем зазоры постоянных магнитов системы к объекту с частотой f и в интервалах времени (t₂ - t₁) перемещаем датчики системы к другому участку объекта. При этом перемещение датчиков может быть выполнено как путем движения самой системы по объекту или внутри него, так и путем передвижения самого объекта поиска относительно неподвижной системы датчиков. По мере перемещения датчиков системы измеряем амплитуды индуктивных импульсов в первом и втором датчике каждой пары и определяем содержания магнетика в объекте для каждого датчика из соотношений:


В ходе поиска границ, кроме того, определяем отношения амплитуд индуктивных импульсов в каждой паре рабочих идентичных датчиков системы согласно выражению (19). Сравниваем полученные коэффициенты анизотропии намагниченности объекта (A) и изменяем направление поиска таким образом, чтобы величины A в парах датчиков системы были минимальны. По резкому изменению величин A в процессе поиска обнаруживаем аномальные включения в объекте и, в совокупности с полученными данными о C, границы изменения вещества в нем.

Когда датчик один, способ осуществляют аналогично вышеописанному с тем отличием, что, если объект жидкий или газообразный, датчик к нему не прижимают, а периодически вводят с частотой f в зазор магнита датчика исследуемую часть газа или жидкости. Далее определяют эту частоту, содержание магнетика С из соотношения
C = bE/f, (24)
эквивалентного выражениям (22, 23). И по совокупности данных о С обнаруживают границы изменения вещества в объекте.

Создавать насыщающее поле в зазорах всех рабочих датчиков не обязательно. Наоборот, надежная диагностика того или иного магнетика может быть осуществлена путем снижения поля в одной из пар рабочих датчиков. Тот же эффект может быть достигнут путем повышения температуры объекта. В сравнении с известным способом значительно повышается точность определения концентрации магнетика, расширяется сфера поисков новых веществ - немагнитных, которые обнаруживаются по комплексу (в т.ч. новых поисковых признаков - A) и другим косвенным признакам.

Формула изобретения

1. Магнитный способ поиска границ изменения вещества в объекте, включающий периодическое намагничивание объекта магнитным полем постоянного магнита датчика на участке между его полюсами, перемещение датчика к другому участку объекта, измерение амплитуды индуктивного импульса (Е), определение содержания магнетика (С), отличающийся тем, что определяют частоту периодического намагничивания объекта (f), содержание магнетика в объекте из соотношения

где b - постоянная, определяемая на объекте с известным содержанием магнетика при той же температуре, при которой проводится поиск,
и по совокупности данных о С обнаруживают границы изменения вещества в объекте.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для поиска границ изменения вещества в твердых или рыхлых объектах формируют единую геометрическую систему датчиков, состоящую из n пар идентичных датчиков, зазор постоянного магнита первого датчика каждой пары ориентируют в направлении поиска, а зазор магнита второго датчика каждой пары ориентируют в перпендикулярном направлении, датчики системы периодически прижимают к различным участкам объекта с частотой (f), измеряют амплитуды индуктивных импульсов в первом (E') и втором (E'') датчике каждой n-й пары, определяют их отношения А = E'/E'', по которым судят об анизотропии намагниченности объекта и обнаруживают в нем аномальные включения, определяют содержания магнетика для каждого датчика системы из соотношения (1) и по совокупности с полученными данными о С обнаруживают границы изменения вещества в объекте.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что для поиска границ изменения вещества в жидкостях и газах в зазор магнита датчика периодически с частотой (f) вводят жидкость или газ.

4. Способ по п.2, отличающийся тем, что для поиска границ изменения вещества в объектах, перекрытых механически проницаемым слоем, систему датчиков размещают в носителе, который периодически продавливают сквозь слой до нужной глубины.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2