Градиентометр

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советския

Социвлистическив

Республик нн789949 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 03.07.78 (21) 2592079/18-21 с присоединением заявки 9 2636459/18-21 (23) Приоритет

Опубликовано 231280. Бюллетень М 47

Дата опубликования описания 23.12. 80 (51)м К 3

G 01 R 33/022

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (>3) Д)(621.317.44 (088.8) (72) Автор изобретения

Б. М. Смирнов (71) Заявитель (54) ГРАДИЕНТОМЕТР

И*1 Ьг+ Вд/-!ВЫ Ьд!

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для определения местоположения и Магнитного момента магнитного диполя.

Нзвестно устройство, содержащее 5 жесткое немагнитное основание, два квантовых магниточувствительных преобразователя, разнесенных в пространстве и установленных на жестком немагнитном основании, электронный $0 блок, входы которого подключены к выходам упомянутых преобразователей, а выход — к регистрирукщему прибору f1) .

Недостатком известного устройства является то, что при наличии геомагнитного поля и его вариаций им невозможно определить магнитное поле магнитного диполя, местоположение этого диполя и его магнитный 20 момент, так как выходной сигнал с электронного блока пропорционален не разности магнитных полей созданных только магнитным диполем в месте измерения, а разности модулей 2S сумм векторов геомагнитного поля и. полей магнитного диполя в двух точках пространства, т.е.

2 где  — разность модулей векторов индукций магнитных полей в двух точках пространства; Вг — вектор индукции геомагнитного поля; Вв и Вв векторы магнитных индукций магнитного диполя в двух точках пространства.

Наиболее близким к предлагаемому яВляется устройство, которое содер" жит жесткую немагнитную опору, два основных однокомпонентных магниточувствительных преобразователя, расположенных на этой опоре, оси которых совпадают с одной из осей прямоугольной пространственной системы координат, неподвижной относи,тельно жесткой немагнитной опоры, основной синхронный детектор, источник переменного тока, выходы которого подключены к входу коммутации синхронного детектора и входам магниточувствительных преобразователей, три параллельных LC — контура, включенные между выходами источника переменного тока и входами магниточувствительньтх преобразователей.

Входы основного синхронного детектора подключены к выходам магниточувствительных преобразователей. В известном устройстве магннточувствительные преобразователи снабжены

789949 ° двумя сердечниками с последователь-, но соединенными обмотками компенсации и последонательно соединенными эбмотками возбуждения, при этом обмотки возбуждения эашунтированы двумя последовательно соединенными практически равными резисторами, а между общими контактами последовательно соединенных резисторон и обмоток возбуждения включена первичная обмотка трансформатора магнитного поля. Концы последовательно соединенных обмоток возбуждения являются входами и выходами магниточувствительных преобразователей j2) .

Недостатком предлагаемого устройства является то, что оно не обеспечивает высокой точности определения магнитного поля магнитного диполя, местоположения магнитного диполя и его магнитного момента.

Цель изобретения — повышение точности определения магнитного поля магнитного диполя, его местоположения и магнитного момента.

Указанная цель достигается тем, что градиентометр, содержащий жесткую немагнитную опору, дна основных однокомпонентных магниточунствительных преобразователя, расположенных на этой опоре, оси которых совпадают с одной из осей прямоугольной пространственной системы координат, неподвижной относительно жесткой немагнитной опоры, основной синхронный детектор, регистрирующие приборы и источник переменного тока, снабжен дополнительными однокомпонентными магниточувствительными преобразова— телями, дополнительными синхронными детекторами, источником опорного напряжения, поворотной системой, соединенной с хлесткой немагнитной опорой, и вычислительным блоком, входы которого подключены к выходам синхронных детекторов и источника опорного напряжения, а выходы †.к входам регистрирующих приборов, при этом все магниточувствительные преобразователи расположены на жесткой немагнитной опоре группами, каждая иэ которых состоит из трех магниточунстнительных преобразователей,ocb одного иэ которых совпадает с одной из осей упомянутой системы координат, ось второго параллельна второй ее оси, а ось третьего параллельна третьей ее оси, магниточувствительные преобразователи каждой группы расположены симметрично магниточувстнительным преобразователям любой другой группы, ныходы преобразователей каждых двух групп, оси которых параллельны или соосны цодключены к первым двум входам синхронных детекторов, а выходы коммутаций дополнительных синхронных детекторов подключены к источнику переменного тока, выходы которого подключены к

30

40

50

1,„,„= У ((;i Ц, где Е d

Число групп магниточувстнительных преобразонателей н предлагаемом устройстве зависит от того, движетая ли диполь 28 или нет. Для определения местоположения движущегося маг( нитного диполя 28, его магнитного момента и магнитного поля этого диd0

65 входам дополнительных преобразова,телей.

На чертеже изображена структурная схема градиентометра.

Градиентометр содержит основные магниточувствительные преобразователи 1 и 2, дополнительные магниточувствительные преобразователи 3-12, основной синхронный детектор 13 и дополнительные синхронные детекторы

14-18, источник 19 переменного тока, выходы которого подключены к входам преобразователей 1-12, источник

20 опорного напряжения, регистрирующие приборы дальности 21, направления 22, магнитного момента 23 и магнитного поля 24, вычислительный блок 25, входы которого подключены к выходам детекторов 13 — 18, а выходы — к регисторирующим приборам

21 — 24, жесткую немагнитную опору

26, поворотную систему 27, соединенную с опорой 26 в точке О, которая является началом прямоугольной пространственной системы координат х, у, с осями Ох, Oy, Oz при этом упомянутая система координат неподвижна относительно жесткой немагнитной опоры 26. Оси основных преобразователей 1 и 2 и дополнительных преобразователей 7 и 8 совпадают с осью Oz прямоугольной пространl / / ственной системы координат х, у, z с осями Ох, Оу> OzI IIpH этом упо мянутая система координат неподвижна относительно жесткой немагнытной опоры 26. Оси дополнительных преобразователей 5 и 6, 11 и 12 параллельны оси Ох а оси преобразователей 3 и 4, 9 и 10 параллельны оси Оу. Все магниточувствительные преобразователи расположены на жесткой немагнитной опоре 26 группами.

Все группы магниточувстнительных преобразователей (1,3,5), (2,4,6), (7,9,11) и (8,10,12) измеряет магнитное поле н объемах, ограниченных одинаковыми геометрическими фигурами, центры которых К, L, М, М расположены на оси Oz. Длина каждого иэ отрезков KL u MN имеет значение равное 1. Расстояние между точками А и

Р, расположенными на серединах отрезков KL u MN имеет значение равное

Ь, а расстояние. между точкой О и P—

d. Минимальное расстояние между магнитным диполем 28 и точкой P равно значению

789949

>асс асс л

40., 4т(д+ —" ц

w n 2 максимальное зна45 ге и е с

4 поля необходимо четыре группы магни точувствительных преобразователей, а для определения тех же параметров неподвижного дилоля 28 достаточно две группы упомянутых преобразователей.

Градиентометр работает следующим образом.

Каждый из магниточувствительных преобразователей реагирует только на проекцию вектора магнитной индукции на свою ось. С выходов каждой пары преобразователей 1 и 2, 3 и

4, 5 и 6, 7 и 8, 9 и 10, 11 и 1.2 поступают сигналы на первые входы синхронных детекторов 13 — 18, пропорциональные разностям проекций векторов индукций магнитных полей

1X 1У fZ 2.Х Яу Я

/ на оси упомянутых преобразователей.

В таком случае на первые входы синхронного детектора 13 поступает сигнал пропорциональный 5В, на первые входы синхронного детектора

14 поступает сигнал пропорциональный ЬВ,у, на первые входы синхронного детектора 15 поступает сигнал пропорциональный 4Bqzr, на первые входы синхронного детектора

16 поступает сигнал пропорциональный В на первые входы синхронного детектора 17 поступает сигнал пропорциональный ДВ у и на первые входы синхронного детектора 18 поступает сигнал пропорциональный

@Byes, . С выхода источника опорного напряжения 20 подаются постоянные сигналы, на вход блока 25. В вычислительном блоке 25 осуществляется определение модуля разности векторов индукции магнитного поля магнитного дилоля 28 между точками К и по формуле

Значения ДВ с блока 25 подаются на регистрирующий прибор направления 22. Показания прибора 22 пропорциональны ДВ<. Поворотная система

27 обеспечивает вращение жесткой немагнитной опоры 26 относительно точки О в двух ортогональных плос.костях xOz u yOz прямоугольной пространственной системы координат с осями Oz, Оу, Îz, осуществляя при этом поиск такогр направления оси Oz, когда значение 4Bf будет

I наибольшим. В этом случае направление на магнитный диполь 8 совпадает с направлением оси Oz, так как

20

М

Если расстояние от магнитного ди- поля 28 до точки Р выбрать из соотношения то максимальное значение модуля градиента магнитного диполя 28 в точке

Р будет в том случае, когда ocr Oz с проходит через упомянутый диполь °

На практике градиент магнитного поля определяют путем деления разности измеренных магнитных полей в двух точках пространства К и L на расстояние t между ними. Выбор значения ) определяется порогом чувствительности преобразователей требуемым порогом чувствительности градиентометра, степенью неоднородности вариаций магнитного поля, обусловленных, например, промышленными помехами и т.д. Поэтому в градиентометре для повышения точности определения направления на магнитный диполь 28 выбирают минимальное расстояние от упомянутого диполя до точки

P иэ соотношения

Ф2-И -е).

2

При этом точка К удалена от диполя 28 на расстоянии

В устройстве оси преобразователей

1 и 2, 7 и 8 (ось Oz ) совпадают с направлением градиента диполя 28 в точке P лишь в тех случаях, когда направление магнитного момента дкполя

28 совладает, противоположно или орс тогонально оси О .

Как уже было замечено ранее, угол между направлением оси Oz на диполь

28 не превышает 14, поэтому лри чение ДBf будет также в том случае, I с когда ось Oz направлена на магнитный диполь 28.

Сигнал, пропорциональный h Bf с выхода блока 25 поступает на регистрирующий прибор направления 22. Максимальное значение дBr на выходе прибора 22 является индикатором того, что оси преобразователей 1 и 2, 7 и 8 (осьОкс ) направлены на диполь 28.

Регистрирующий прибор направления

22 показывает также угловое положеФ ние оси Oz в прямоугольной пространственной системе координат с осями

Ох, Оу и Oz Для этого с выхода поворотной системы 27 поступают на блок 25 сигналы (на чертеже не показано) пропорциональные положению опоры 26 (осей Oz, Оу и Ox), в систем координат с осями Ox, Оу и

Oz, 789949

30

40

50

ЬО

В вычислительном блоке 25 осуществляется определение расстояния до магнитного диполя 28. При этом за истинное значение расстояния до диполя 28 от точки P принимается значение r <

Значение г ;г определяется в вычислительном блоке 25 по значению

Ь и по наибольшей величине одного иэ значений /43 / /4В / /48 /

Sx fv И

В случае, если значения

/48,„ /,/4, /,/48,,/ равнй, то г1„„, и определяется в блоке

25 по одному из значений

Ih Bfx / /4 у / /4 < / и значению Ь.

Если две разности проекций векторов .

I индукций магнитных полей на оси Ох, Оу,или Oz ìåæäó точками К и L равны, то расстояние r<®,„ определяется в блоке 25 по одной из упомянутых разностей, которые равны, и по значению В. Сигнал, пропорциональный г„ ;„, с выхода блока

25 поступает на регистрирующий прибор дальности 21. При этом за истинное значение г1,„,„ принимают такое расстояние от точки P до диполя 28, при котором показание регистрирующего прибора направления 22 будет максимальным.

После нахождения г,щ;„ в вычислительном блоке 25 осуществляется определение модулей проекций векI тора магнитного момента на оси Ох, Оу и Oz.

Так как с выхода поворотной системы 27 поступают на вход блока 25 сигналы (на чертеже не показано) пропорциональные положению опоры 26 (осей Ox, Oy и Oz) в системе координат с осями Ох, Оу и Oz то в бло-. ке 25 осуществляется переход от сис- °

I I темы координат с осями Ox, Оу и

Oz ê системе координат с осями Ox, Оу и Oz. С блока 25 на вход регистрирующего прибора магнитного момента

23 поступают сигналы, пропорциональ- ные модулю магнитного момента диполя

28 и значения углов направляющих косинусов магнитного момента R в системе координат с осями Ох, Оу и Oz.

В вычислительном блоке 25 осуществляется-также определение магнитного поля диполя .28, например, в точке P.

После определения dmin и магнитного момента в вычислительном блоке 25 осуществляется нахождение модулей проекций вектора индукции магнитного поля Вр íà оси Ох, Оу и Oz, а затем координат вектора Вр в прямоугольной пространственной системе координат с осями Ох, Оу и Oz.

Так как с выхода поворотной системы 27 поступают на вход блока 25 сигналы (на чертеже не показано) пропорциональные положению опоры 26 (осей Ox, Оу и Oz ) в системе координат. с осями Ох, Оу и Oz то в блоке 25 осуществляется переход от системы координат с осями Ox, Оу и Oz к системе координат с осями Ox, Oy и Oz. С блока 25 на вход регистрирующего прибора магнитного поля 24 поступают сигналы, пропорциональные модулю вектора индукции магнитного поля / Вр/ в точке P и значения углов направляющих косинусов вектора Вр в» системе координат x y и z с осями

Ох, Оу и Oz.

Для определения местоположения неподвижного диполя, его магнитного момента и магнитного поля этого диполя достаточно двух магниточувствительных преобразователей, например, группы 1,3,5 и 2,4,6. В этом случае направление на диполь определяют аналогично, как и для четырех групп преобразователей. Определив направление на диполь, измеряют и запоминают разности магнитных палей

48 „, ЬЬ И 4B<

4 В2х, 4В2у Bye между упомянутыми преобразователями, а затем определяют местоположение диполя, его магнитный момент и магнитное поле этого диполя, например в точке P.

Формула изобретения

Градиентометр, содержащий жесткую немагнитную опору, два основных однокомпонентных магниточувствительных преобразователя, расположенных на этой опоре, оси которых совпадают с одной из осей прямоугольной пространственной системы координат, неподвижной относительно жесткой немагнитной опоры синхронный детектор, регистрирующие приборы и источник переменного тока, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения точности определения магнитного поля магнитного диполя, его местоположения и магнитного момента, он снабжен дополнительными однокомпонентными магниточувствительными преобразователями, дополнительными синхронными детекторами, источником опорного напряжения, поворотной системой, соединенной с жесткой немаг-. нитной опорой, и вычислительным блоком, входы которого подключены к выходам синхронных детекторов и ис789949.

ВНИИПИ Заказ 9129/76 . Тираж 1019 Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 точника опорного напряжения, а рыходы - к входам регистрирующих приборов, при этом все магниточувствительные преобразователи расположены на жесткой немагнитной опоре группами, каждая иэ которых состоит иэ трех магниточувствительных преобразователей, ось одного иэ которых совпадает с одной иэ осей упомянутой системы координат, ocb второго параллельна второй ее оси, а ось третьего параллельна третьей ее оси, магниточувствительные преобразователи каждой,группы:расположены симметрично магниточувствительным преобразователям любой другой группы, выходы преобразователей каждых двух групп,оси которых параллельны или соосны подключены к первым двум входам синхронных детекторов, а выходы коммутаций дополнительных синхронных детекторов подключены к источнику переменного тока, выходы которого подключены к входам дополнительных преобразователей.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Афанасьев Ю. В. и др. Магнитометрические преобразователи, приборы, установки. Л., "Энергия", 1972, с. 227-228.

2. Патент CILIA 9 33228866116699, 324-433, 1973.