Квантовый компонентный магнито-metp

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВ ЕТВЛЬСТВУ

Союз Советских

Социвлистических

Реслублик

Ф ! ч

hQ у

1 (61) До олннтельное н авт. санд-ву— (22) Заявлено 160279 (21) 2726328/18-25 (51)М. Кл. с присоединением заявки N9

G 01 Ч 3/14

Гвсуяврствеввый квмнтет

СССР яо яеавм язвбретений я еткрытяй (23) Приоритет

Опубликовано 07,04.81. Бюллетень ЙЯ 13

Дата опублнковання описания 1004.81 . (5З) УД (550.838. .08(088.8) (72) Автор изобретения

В.В. Любимов

7Е. Щ ":,,p

БИЛЯ;; Щ,4

Специальное конструкторское бюро физическ ro приборостроения АН СССР (71) Заявитель (54) КВАНТОВЫЙ KOMIIOHEHTHbIA МАГНИТОМЕТР

Изобретение относится к области геофизики, а именно к классу приборов, используемых для измерения составляю-. щих вектора напряженности магнитного поля Земли в движении.

Известно устройство содержащее гировертикаль и квантовый магнитометр, жестко закрепленный в буксируемой гондоле и установленный в центре системы иэ жестко закрепленных на объекте трех взаимно перпендикулярных пар колец Гельмгольца, систему автокомпенсации, датчики которой установлены на гировертикали и связаны с колечными системами (1) . l5

Определение компонент производится счетно-решающим устройством, в которое вводятся значения измеренных компонент магнитного поля и поправки на углы наклона, постоянно измеряемые 20 датчиками системы автокомпенсации, установленными в гондоле.

Недостатком такой схемы построения являетСя необходимость размещения дополнительной аппаратуры в буксируемой гондоле,что ведет к увеличению сигнальных жил кабель-буксира и снижению точности измерений магнитного поля за счет собственной переменной намагниченности элементов гироприбо- 30 ров, использования сложного в эксплуатации счетно-решающего устройства.

Известен также квантовый компонентный магнитометр, содержащий квантовый магниточувствительный датчик с блоком формирования сигнала, колечнук систему токовой компенсации с целью питания, систему автоматической компенсации вертикальной составляющей вектора магнитного поля Земли, аистему компенсации колебаний колечнрй системы, измерительное устройство и регистратор. Колечная система токовой компенсации выполнена в виде полой маятниковой усеченной сферы с проточками для колец, стабилизированной в двойном карданном подвесе. В центре коленчатой системы установлен магниточувствительный датчик, ориентация которого устанавливается с помощью систеьяы ориентации датчика (2) .

Недостатком такого компонентного магнитометра является то, что его характеристики по точности измерения компонент магнитного поля Земли, а также его эксплуатационные качества, определяются степенью стабилизации токовых колец колечной системы относительно истинной вертикали, то есть конструктивной схемой стабилизиро819778 ванной платформы., Так как прибор находится на движущейся платформе в буксируемой гондоле, :то вследствие влияния переменных ускорений на точку подвеса., маятниковая колечная система имеет колебания относительно точки подвеса. Амплитуда этих колебаний зависит от параметров буксиров-, ки(скорости хода судна, длина кабельбуксира, величины и найравления волне. ния, величины заглубления. гондолы и ее стабилизации) и имеет. переменный характер. Необходимая точность в измерении компонента в этом случае достигается за счет автоматического осреднения результатов измерения за время, значительно превышающее соб- 15 ственный период колебаний колечной системя, что приводит. к уменьшению частоты измерений.

Целью изобретения является повышение точности измерения за счет ис- ;щ ключения влияния условий буксировки на результаты,измерения.

Ноставленная цель достигается тем, что в квантовый компонентный магнитометр, содержащий квантовый магниточувствительный датчик с блоком формирования сигнала, колечную систему токовой компенсации с цепью питания, систему автоматической компенсации вертикальной составляющей вектора магнитного поля Земли, систему ком-пенсации колебаний колечной системы, измерительное устройство и регистратор, дополнительно введена система компенсации колебаний колечной системы относительно вертикали с элементом регулировки тока, а цепь питания колечной системы выполнена по мостовой схеме, в одно иэ плеч которой последовательно с колечной системой включен элемент регулировки тока ) системы компенсации колебаний колечной системы относительно вертикали, причем вход этой системы компенсации подключен к выходу формирователя сигнала и входу измерительного устройст- ва, а выход — к входу системы автокомпенсации вертикальной составляющей вектора магнитного поля Зеияи, элемент регулировки тока которой включен в другое плечо моста.

На фиг. 1 изображена блок-схема Е квантового компонента магнитометра, на фиг. 2 представлена схема построе- . ния квантового компонентного магнитометра.

В немагнитной гондоле 1 (фиг. 1), И буксируемой за кораблем 2, расположен квантовый магниточувствительный датчик 3 с колечной системой токовой компенсации 4. В носовой части гондолы 1 расположен блок формирования 60 сигнала 5. Буксируемая гондола.1 соединена с аппаратурой,,расположенной на борту судна-буксировщика 2, при помощи немагнитного кабеля-буксира б. Бортовая аппаратура включает в 6$ себя измерительное устройство 7, регистратор 8, систему компенсации ко- лебаний колечной системы. токовой компенсации относительно вертикали 9 и систему автокомпенсации вертикальной составляющей вектора магнитного поля

Земли 10.

Развернутая функциональная схема квантового компонентного магнитометра (фиг. 2), основой которого является мост постоянного тока, в одно из плеч которого последовательно с колечной системой токовой компенсации 4 включен регулирующий элемент, 11 системы компенсации колебаний колечной системы токовой компенсации от носительно вертикали 9, .а.в другое плечо — регулирующий элемент 12 системы автокомпенсации вертикальной составляющей магнитного поля Земли

10.

Система компенсации колебаний колечной системы токовой компенсации относительно вертикали 9 (фиг. 2) включает в себя частотный детектор

13, вход которого соединен с выходом формирователя сигнала 5 и входом измерительного устройства 7, а выход— с входом фильтра низкой частоты 14, синхронный детектор 15, соединенный ио входам с фильтром низкой частоты

14, модулятором 16 н генератором им-. пульсов 17, а выход которого соединен со входом усилителя постоянного тока 18, к .одному выходу которого подключен регулирующий элемент 11, входящий в плечо моста последовательно с колечной системой токовой компенсации 4 и эталонным сопротивлением 19, в другой выход этого усилите ля соединен со входом порогового устройства 20, входящего в состав системы автокомпенсацни вертикальной составляющей магйитного поля Земли 10 включающий в себя реверсивный счетчик 21,.один вход которого подключен к выходу порогового устройства 20, а другой вход соединен с блоком ручной начальной установки тока компенсации 22, а выход- подключен ко входу преобразователя код-ток 12, входящего в качестве регулирующего элемента вместе с эталонным сопротивлением

23 в другое плечо моста, питание которого осуществляется от высокостабильного источника питания 24, при этом в диагональ моста включен модулятор 16, соединенный по входу со вторым выходом генератора импуль.— сов 11.

Работа прибора осуществляется следующим образом.

Начальная компенсация вертикальной составляющей магнитного поля Земли по минимуму показаний измерительного устройства 7 осуществляется блоком ручной начальной установки тока компенсации 22 при помощи реверсивного счетчика 21, выходы которого

819778 соединены с преобразователем код-ток

12, что обеспечивает протекание через эталонное сопротивление 23 тока от высокостабильного источника питания 24 и создание на этом сопротивлинйи падения напряжения, соответствующего скомпенсированному.

При наличии разности потенциалов в диагональ моста (на эталонных сопротивлениях 19 и 23) включается цепь обратной связи, состоящая из модулятора 16, синхронного детектора 15 и регулирующего элемента 11, включенного последовательно в цепь питания колечной системы токовой компенсации

4. Импульсы от генератора 17 поступают одновременно на модулятор 16 и синхронный детектор 15, на выходе которого появляется напряжение, пропорциональное величине рассогласования в диагонали моста. Это напряжение усиливается усилителем постоянного тока 18 и поступает на регулирующий элемент 11, имеющий квазилинейную характеристику регулирования, который компенсирует величину рассогласования, т.е. уменьшает или увеличивает протекание тока через плечо моста, в которое включена колечная система токовой компенсации 4. При наличии разности потенциала в диагонали моста, равной нулю, система будет полностью скомпенсированной. После этого система переводится в режим автокомпенсации, для чего блок ручной начальной установки тока компенсации 22 отключается, а включается цепь обратной связи с усилителем постоянного тока 18 и пороговым устройством 20, обеспечивающая автоматическое переключение реверсивного счетчика 21 при выходе из диапазона регулирования (при увеличении или уменьшении велйчины измеряемого поля), формируемого пороговым устройством 20.

15

Формула изобретения

25 квантбвый компонентный магнитометр, содержащий квантовый магниточувствительный датчик с блоком формирования сигнала, колечную систему токовой компенсации с.цепью питания, систему. автоматической компенсации вертикальнсй составляющей вектора магнитного поля Земли, систему компейсацйи колебаний колечной снстемы, измерительное устройство и регистратор., отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений за счет исключения влияния условий буксировки на результаты измерения, в него дополнительно введена система компенсации колебаний колечной сис40 темы относительно вертикали с элементом регулировки тока, а цепь питания калечной системы выполнена по мостовой схеме, в одно из плеч которой последовательно с колечной системой включен элемент регулировки тока, системы компенсации колебаний колечной системы относительно вертикали, причем вход этой системы компенсации подключен к выходу формирователя сигнала и входу измерительного устройства, а выход — к входу системы автокомпенсации вертикальной составляющей вектора магнитного поля

Земли, элемент регулировки тока которой включен в другое плечо моста.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

278140, кл. G 01 V 3/16, 1968.

2. Авторское свидетельство СССР

40 9 382989, кл. G 01 Ч 3/14, 1971 (про» тотип).

При буксировке колечная система токовой компенсации 4 испытывает колебание относительно истинной вертикали. Сигнал, зарегистрированный магниточувствительным датчиком 3 на выходе формирователя сигнала 5, будет промодулирован по частоте с периодом, равным периоду колебаний колечной системы 4. Для осуществления компенсации колебаний колечной системы 4 и выделения воздействия на регулирующий. элемент 11, сигнал с выхода формирователя сигнала 5 поступает на вход частотного детектора 13 и фильтра низкой частоты 14, на выходе которых получается сигнал низкочастотной огибающей в полосе от 2 до 0,05 Гц. Переменный сигнал регулирующеro воздействия с выхода фильтра поступает на синхронный детектор 15 и на усилитель постоянного тока 18, который< воздействуя на регулирующий элемент

11 компенсирует колебания колечной системы токовой компенсации 4 относительно, вертикали путем регулирования тока, протекающего через эту колечную систему, по закону колебания системы при условии поддержания оптимальной компенсации измеряемом диапазоне полей системой автокомпенсации 10.

Таким образом осуществляется двойная автокомпенсация тока в колечной системе 4.

Лабораторные испытания макета пока. зали полную работоспособность прибора. Система компенсации колебаний колечной системы уверенно компенсирует колебания колечной системы до частот порядка 18-20 Гц.

819778

Тираж 732 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 1385/27

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

Составитель Л. Василевская

Редактор Т . Глазова Техред T.ÌàòÜ÷êà Корректор В. Синицкая