Устройство для компенсации магнитных помех в объеме датчика магнитометра

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 26.VII.1971 (№ 1686935/26-25) с присоединением заявки ¹

Приоритет

Опубликовано 26.1.1973. Бюллетень № 9

Дата опубликования описания 29.111.1973

Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Мииистров

СССР

УДК 550.838(088.8) Автор изобретения

О. П. Хвостов

Особое конструкторское бюро Министерства геологии СССР

Заявитель

УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОМПЕНСАЦИИ МАГНИТНЫХ

ПОМЕХ В ОБЪЕМЕ ДАТЧИКА МАГНИТОМЕТРА

Изобретение относится к аэромагнитным оредствам,поиска и разведтси нолезных ископаемых.

Известны устройства для компенсации магнитных помех носителя аэромагнитометра в объеме датчиков магнитного поля.

Устройство содержит системы из трех ортогональных катушек, расположенных на прямой, проходящей через центр датчика магнитометра, внутри магниточувстаительного блока на таком расстоянии от датчика магнитометра, при кото ром магнитное поле катушек в объеме датчиков достаточно равномерно.

Катушки питаются от источника постоянного тока для компенсации постоянных магнитных,помех. Для компенсации индуктивных помех катушки питаются током с выхода вспомогательных магнитометров. Для компенсации помех от вихревых токов, возникающих в электропроводных массах конструкции носителя при эволюциях в магнитном поле Земли, катушки питаются от тех же вспомогательных магнитометров через схемы дифференцирован ия.

Недостаток известных устройств для компенсации магнитных помех с компенсационными катушками состоит в том, что для обеспечения магнитного поля с заданной равномерностью в объеме датчиков мапн итометра неооходимо удалять катушки на большое расстояние от датчиков. Особенно существенен этот недостаток при использован|ии ядернопрецессионных датчиков магнитного поля.

Градиент магнитного поля катушек приводит к резкому затуханию сигнала ядерной прецессии, а иногда и к выходу из строя магнитометр а. .Предложенное устройство для компенсации магнитных помех позволяет простыми техническими средствами повысить кратность компенсации магнитных помех и сократить габариты при заданной кратности компенсации.

Этп преимущества устройства обеспечиваются тем, что оно снабжено допо.чнительнымн компенсационными катушками, ориентированными коллинеарно соответствующим основным катушкам и включенными, последовательно или параллельно с ними, причем отношение магнитных моментов основных и дополнительных катушек выбрано из условия равенства нулю высших производных магнитного потенциала в центре датчика магнитометра.

На фиг. 1 изображена схема предлагаемого устройства.

Внутри магнпточувствительного б,чока I расположен датчик 2 магнитометра, система из трех ортогочальных в пространстве катушек 8, 4 5, питаемых током ог стабилизированного источника тока и от вспомогательных

30 магнитометров (не показаны), система из трех

368570 дополнительных ор-,огональных компенсационных катушек 6, 7, 8, расположенных на-прямой, проходящей через центр катушек 8, 4 и 5 и центр датчика магнитометра. Дополнительные компенсационные катушки включены последовательно или параллельно с соответствующими основными катушками и ориентированы так, что их оси коллинеарны.

Магнитные моменты (М = 1 м S, где 1— сила тока, w — число витков, $ — inлощадь витка) выбраны такими, чтобы отношение магнитных моментов основных и дополнительных катушек было равно четвертой степени отношения расстояний от катушек до центра датчика магнитометра

М (R 4

М»,R»f

При таком соотноше н ии магнитных моментов основных и дополнительных катушек inepвая;производная магнитного поля дополнительной катушки, включенной навстречу основной катушке, компенсирует первую производную магнитного поля основной катушки, благодаря чему магнитное поле в объеме датчика магнитометра становится более равномерным.

П редстави м компенсационную катушку в виде д и поляс магнитным моментом М (фиг. 2) в точке А, положение которой характеризуется радиусом-вектором R, расположенным под углом rp к на правлению магнитного момента.

Магнитное поле катушки рассчитывается IIO формулам диполя:

Н,= cos, 2М

g 9

Н,= sin q.

М

ГЭ

Составляющая поля диполя, параллельная его оси, Н = (3 сов

М

/9

В точке А, удаленной от точки А на малое расстоян ие l (1 << R), напряженность магнитного поля будет отличаться на величину ЛН„ которую можно рассчитать с:помощью,первых членов ряда Тейлоуа, дН„1 + 1 д»Н„ д1 2 дР

После ди ф ференцирования получаем значение ЛН для р=О, в точках на,прямой l, расчоложенной под углом к радиусу — вектору R:

ЬН„= — — 61сова+ 120cos а— х

Я» — — 3l sin а.

3 ь

Если на прямой ОА расположена дополнительная катушка с магнитным моментом hf>

М R4

̻ ——

Я» ориентированным колинеарно и встречно г моментом М, то приращение ее магнитного поля на участке 1 составит

ЬН = 6 cos а — 129 cosà+

Д4 Я»Я»

+ 31* *sin а.

Я4Я

̻ RI (Rz — Rs)

М1 +g (Rs — з) 55

МЭ З (1 — R )

М1 RI (Я» — Яэ) В таком устройстве вторая и третья производные магнитного потенциала суммарного поля катушек М1, М2 и Мз в точке А равны нулю, и в ограниченном объеме вокруг точки

65 А магнитное поле еще более равномерно.

1О Суммарное приращение поля основной и дополнительной катушек на участке 1 составит: Нх + + »

М» / R М

121 cosa 1 — — ) — — 31 sin is >;

15 Re .)

Х1 —— ,В выражении ЬН,z отсутствует наиболее существенный член, обусловленный первой производной магнитного поля, которая скомпенсирована дополнительной катушкой.

Для примера укажем, что,приращение поля в сфере радиуса 1= 4 см, расположенной на расстоянии R = 60 см, составит +22,6% и —. 17,4% напряженности поля в центре сферы.

Если использовать дополнительную катушку, расположенную на расстоянии Р»=30 см, то максимальная неравномерность поля снизится до +5,3% за счет увеличения общего магнитного момента катушек, примерно в 2 раза без увеличения габаритов магниточувствительного блока магнитометра.

Для достижения такой же равномерности поля в обычном устройстве пришлось бы увеличить длину магниточувствительного блока до 2,5 м при этом потребовалось бы увеличить магнитный момент в 64 раза.

Дальнейшее, повышение кратности ком пен4О сациви помех в ограниченном объеме достигается за счет компенсации третьей производной магнитного потенциала с помощью еще одной системы дополнительных компенсационных катушек.

45 На фиг. 3 изображена система из терех комцен сационных катушек: основной (М ) и двух дополнительных (Мэ и Мэ), расположенных на прямой, проходящей через центр датчика магнитометра (точку А) соответственно на расстояниях RI, Яэ и Rs.

Отношение магнитных моментов катушек устанавливается в соответствии с зависимостями:

368570

Так, например, Rz = 15 см

2 м, hfs

Ф

32 М, 512

8 7 8 1 г юг 1 при Rr — — 60 сл, R = 30 см, В объеме сферы радиусом 4.см напряженность поля системы катушек отличается от напряженности поля в точке А не более чем

:на 2 og

Предлагаемое устройство обеспечивает более высокую кратность компенсации магнитных помех за счет меньшей неравномерности поля в объеме датчика магнитометра.

Устройство предназначено для компенсации магнитных помех в объеме датчиков ядернопрецессионных магнитометров, для работы с которыми известные компенсатары непригодны, ввиду быстрого затухания ядерной прецессии в неравномерном поле.

Оно пригодно для квантовых магнитометров с оптической накачкой, а также для феррозондовых магнитометров повышенной чувствит ел ыюсти.

Устройство может быть применено также в морских, наземных и других компенсаторах помех, где требуется равномерное компенсирующее лоле в тех случаях, когда применение колец Гольмгольца невозможно по конструктивным соображениям.

Предмет изобретения

Устройство для компенсации магнитных помех в объеме датчика магнитометра, содержащее три ортогональные компенсационные катушки, расположенные внутри магниточувст10 вительного блока на прямой, проходящей через центр датчика магнитометра, и питаемые от стабилизированчого источника тока и от вспомогателыных магнитометров, отличающееся тем, что, с целью повышения кратности

15 компенсации помех и уменьшения габаритов устройства, оно снабжено дополнительными компенсационными катушками, расположенными между основными катушками и датчиком магнитометра на той же прямой, ориенти20 рованными коллинеарно соответствующим основным катушкам и включенными, налример, последовательно с ними, пр ичем отношение магнитных моментов основных и дополнительных катушек соответствует условию ра25 венства нулю высших, например второй производных магнитного лотенциала в центре датчика магнитометра.