Магнитометр

 

ОЛИСАЛМЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

<щ838618 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 140679 (21) 2782282/18-21 с присоединением заявки Ио (51)М. Кл 3

G 01 R 33/02 (23) Приоритет государственный комитет

СССР по делам изобретений н открытий

Опубликовано1з0681. Бюллетень Н9 22

Дата опубликования описания 15.0681 (53) УДК 621. 317..44(088.8) (72) Авторы изобретения

Н.И.Шеремет, А.П.Филимонов и А.П.Наумов (71) Заявитель (54) МАГНИТОМЕТР

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для абсолютных измерений составляющих и модуля магнитного поля Земли или магнитных полей искусственного происхождения.

Известно устройство для измерения горизонтальной составляющей магнитного поля Земли, содержащее квантовый магнитометр жестко закрепленный на движущемся объекте и установленный в центре системы иэ трех вэаимоперпендикулярных пар колец Гельмгольца, жестко закрепленных на объекте,систему автокомпенсации, связанную с системой колец Гельмгольца через косинусно-синусные преобразователи, установленные на гировертикали и используемые в качестве датчиков отклонения основания. Компенсируя вертикальсо ную составляющую магнитного поля Земли с помощью трехкомпонентной системы кс. ец Гельмгольца и ее изменения, связанные с угловым перемещением основания, производятся измерения горизонтальной составляющей (1) .

Недостатками этих устройств являются отсутствие возможности одновременного измерения вертикальной и горизонтальной составляющей поля, а 30 также модуля поля и низкая точность измерения горизонтальной составляющей поля связанная с погрешностями измерения углов наклона основания, погрешностями KocHHvcHQ-ñèíóñíûõ преобразователей, погрешностью данных о вертикальной составляющей для данной местности, которые полностью входят в ошибку измерения горизонтальной составляющей, а также погрешностью измерения горизонтальной составляющей, связанной с температурной нестабильностью магнитной постоянной колец Гельмгольца и нестабильностью тока компенсации. Кроме того, подобные устройства сложны по конструкции и требуют для работы предварительные точные данные о вертикальной составляющей измеряемого поля,а также требуют значительного времени для проведе— ния работ по высокоточной магнитной съемке района измерений,учета и ввода в систему автокомпенсации инйормации о значении вертикальной составляющей магнитного поля и навигационных данных.

Известен также магнитометр для измерения вертикальной составляющей магнитного поля Земли, который по совокупности существенных признаков г, "а(i(><31 — I (Н

* "-: -(., г--,; rl((Г :; с (!

О< . (I, ".,>(- (г

": О (1 > -: г т

» (: ( (г > ((, (г

Г Г " (, >с((Н г И .;ЕЮ ", —:.:OК I )3И-, eС с3- (OI !.>((.б,>с= )С В 11;(1> Ц, РаЭМЕ(ЦЕ)(— . I6l .":, .:3 (ОС Г НК .>П,,(1 („Иэ ЛИ13)>ЮЩИЙ

О! . !и 3 ((-.>(С(. C В СО ..Г Р(ВОД ЯМИМ> С ЛО ЯМИ

В (>;.т -,=,: TI - - т»г H (" r -;и: TIOJ —

Г, (((Й «PI u, (- (т: (т(>- -. IJ i .>аВТ:Яг (1<-р олин(((o."с Вмк>,ю-:сани() а ни

,", O(>ll9ОГО ДЕЙС т BI Я 3КРа((д- i (ПРЕД (а п(-,.с(к>--,«ГО г сбс и .:-:ап:> !ер,. на" ре r, "-ОЛ 6 :.i)С i! Оч!(Oi О ти(11r . Pe CTIO IIO>KPH

: Й на; Вор><п(роьод((икc-,. инмеритель:.:i1Il блок 10 мстгl- и "Гс мс Гра, сэяэс9ннь)й (.с;3=и - нь)м п13ес б(. =.313Rат лом =, cОЕ (тс ьлым 1<абе>-,г=((1 c=eтнО-pe— а.:.;(::,с1.. г (Г!>сзЙс (ВО 1. 2 (В:> ОД которОГО ..!i -"г)- м 3 .В Г!,а н с л)-,х 3дом измери(.. .1(,нс>1 О б.!.o!<"-: (С . б((< 14 ,-1((и;)с и нм;"- 1< белем 1 5 с Вы><О—

Пс>..., C I!-() рг . (--. (< ((e О т(г С -,-рОЙ>С ТВ а 1 2

)т:;(нс ()(-ело та!!я:.с кабелем 1 6 сис— !I>ОаВЛ:се<1>3. О I!Е(3ИОДИГ»eCКО. Г 1;.1(Г) i(I(иr!:Гниэс т". î .í(!(и экрана 1, ГО(3ая В С:H, :". С (Сс!eг Ь СОЕ(ИНPНB .<а

ЙС "(">; 1, С i., ("г(И . (Ih Н(-.(М Ор1 аНОМ . 1:!3 . Fl :... -I: —. .: 1 И .- О В>0(3 Т И Кс(ЛЬ(В ((",, i ((1, -,,(М, ° =! П(>(< ".гЕ;т >(<аC ТКИ>< МЕ ::->к((,:::<и :-: с= .9 сЙ (=...::|а фи1 „2 по =(:: .: Н -.: с.- Н И Э О ((301 Нн(Й ЭК >3.аН ) С Ра ЗОМК(с(((,-; -: а г(;(. 2 -.,;<с (:-:(Ioi (30,(яр><пр;>— ! ((((i1-,.; 1(i > (,; -- В;- li, З <бь), ПЕОВИН:I((0:iñ3(), .-В» с ь 4, иэо. (P J>13Ùèé (> ; Д= T!<(!È CËOßMÈ

С «: . П:-; . Е. 6(((.(((С>Р: а Н 5 г НапЭ> "Ь.! Г О. Ь .. ИС f Емь: с>.)PcВЛЯЕ (.(. .c=с:" (3 !i-1(!:ю»нния еН г .(: (,.:» !I -,К . с);-:а 1. °

Г (г>г (1 (г (К -!;(>-(В

:;: г.. (,> (т((1 т;;1 ( — >((, 1« Ir .)l: Г ( н

)> (ОС., > ((1>(6< П,"1((1

ПС) ..(. „! I 11(Р>;, НОС: (Г(, Tl 1 - (. -.— (Обрек,->а

;-П; 1;.-- -:. ° ..:(.1: ll: —.:.:ЛС ( нь)Й(с;ВЕРХ IPOBG (>, I:i J I а.! с .. I H и н д е а- л ь н 6) м

-и .... (((з,r:ааЛействием )>аг: Г-1 г> (>P. - .I)or(ic! гс .)С..,:ОМ:IРОДОЛЬНаЯ

<: . "1 )г: -(e p e =; Г(О С Гт ЕД С В О (H BI. .1 О:г(Г.;;>Ю i (;: 3 >1> С. (,> I И(< а Г И ) 8 B6)—

"(. c - (О Вс ц 1>i):-"1 ли, T Ориэон таль :(. > В„ I я(<3((!2 Н, (О(lя, П Е ГIЕс(Д >К уЛЯр

1((т((: (((6IIO); С» И . КРаьа 1 H(1 ЕI О

:) (;-, е:,.:.<:-.... с ти и((дудирует э кра(, *-".>На(>3((1;, (СК а.(ce!i6)e КОЛЬ (,, С (! >Г . r . 0.! J>а! " ПОЛЕ ."- С - (,(.г ПС3 Па-..РаВЛЕНИ-В, ТГ(: - ((г,, .!КП ЗКР>аиа . И PI О

=- (,;., - —, .:)п:т !,-(>С Т i В„-(яЮ()(ая

>, -:, - е(.1; -: .! )" -. Вь)П ОЛН Е:-.

Г> - P=>К(1(ти -"" I (" ВДОЛЬ PP, - 1,">Й- .(- О Отг. (с с> i H 1-:19 Ii 1 - г ° - г -(а -.„-(Яю— с(Е(3ЕЭ - . Ti111(; l (ПРОН И!<а ЕТ (с — ., - Н -;e С(31(ВОН

: В (F (; С;C((3:Tа)!>! 1.((т>rj . i . Г НИТ НОI О ГIО838618 ля с такой же эффективностью, как и магнитный экран в виде сплошной сверхпроводящей трубы. Эффективное экранирование горизонтальной сос тавляющей Й земного поля, проникающего через открытые входные отверстия.экрана 1 и экспоненциально затухающего вглубь полости экрана 1 обеспечивается выбором его размеров; отношения длины экрана Ь к его диаметру d. Чем больше отношение Lid тем выше коэффициент экранирования горизонтальной составляющей поля в геометрическом центре экрана 1.

Вертикальная составляющая земного поля Е направленная вдоль оси анизотропного экрана 1, последним не экранируется, ввиду отсутствия замкнутого пути для циркулярных экранирующих токов, из-за наличия продольной щели вдоль образующей экрана 1, в связи с тем, что нача- 2Q ло 2 и конец 3 сверхпронодящей спирали разомкнуты, а между сверхпроводящими слоями б и 7 по всей их поверхности, для устранения электрического контакта между ними, размещен изолирующий слой 5, выполненный например из тонкой фторопластовой планки. Таким образом, вертикальная составляющая 2 земного поля проникает в полость экрана 1 и воздействует на первичный преобразователь 4;

Сигнал /Е/ с первичного преобразонателя 4 по кабелю 11 поступает на измерительный блок 10, где он усиливается и преобразуется, а затем с измерительного блока 10 по кабелю

13 подается на счетно-решающее устройство 12, в котором сигнал по одной линии связи подается в блок памяти, а по другой линии подается на выход устройства 12 и через кабель 13 на . 40 блок 14 регистрации сигнала. Затем с блока времени (с помощью которого станавливается периодичность циклов измерения параметров магнитного поля) системы управления 9 периодического выключения анизотропного действия экрана 1 поступает сигнал, по которому с системы управления 9 по кабелю 17 подается ток, например высокой частоты, на нагреватель B распо- о ложенный на сверхпроводящей поверхности экрана 1. Нагреватель 8 может быть выполнен, например в виде тонкой проводящей пленки с высоким электрическим сопротивлением и хорошим тепловым контактом со сверхпроводящей поверхностью. Тепло, выделяемое в нагревателе 8, подогревает сверхпроводящие слои 6 и 7 выше критической температуры Т, так что они переходят в нормальное состояние и экран 1 теряет. 60 экранирующее действие против горизонтальной составляющей магнитного поля, в результате на перничный преобразователь 4 воздействует полное значение

/T/ магнитного поля-Земли. Сигнал /Т/ с первичного преобразователя 4 па кабелю 11 поступает на измерительный блок 10, где он усиливается и преоб— разуется, а затем с измерительного блока 10 по кабелю 13 подается на счетно-решающее устройство 12, в котором сигнал по одной линии снязи подается на решающий блок, а по другой линии подается на выход устройства

12 и по кабелю 15 на блок 14 регистрации сигнала. По сигналу поступающего с блока времени системы управления

9 по кабелю 16 на счетно-решающее устройство 12, с блока памяти устройства 12 на его решающий блок подается значение сигнала /Z/. В решающем блоке сигналы /Т/ и /Е/ нозводятся в квадрат, затем из квадрата сигнала /Т/ вычитается квадрат сигнала

/Z J, а из полученной разницы берется корень квадратный, в результате получается значение Н = уТ + — Е горизонтальной составляющей земного поля. Сигнал Н с решающего блока подается на выход устройства 12 и по кабелю 15 на блок регистрации сигнала

14. Следовательно, предлагаемый магнитометр, используя первичные преобразователи модульного типа, произнодит измерения с высокой точностью абсолютных значений основных элементов земного поля (модуля полного век—

Ф тора Т, вертикальной Е и горизонтальной Н составляющих земного поля), в реальном масштабе времени, т.е. одновременно.

Таким образом, экранирование- первичного преобразователя модульного типа анизотропным экраном от горизонтальной составляющей поля и отсутствие экранирования вертикальной составляющей, ориентации продольной оси экрана по вертикали с помощью гировертикали, периодическое Выключение анизотропного действия с экрана позволяет повысить по сравнению с известным точность измерения вертикальной и горизонтальной составляющих земного поля примерно на один порядок при одновременном измерении вертикальной и горизонтальной составляющих и его модуля.

Формула изобрЕтения

Иагнитометр, содержащий гировертикаль и последовательно соединенные первичный преббразователь, измерительный блок, счетно-решающее устройство и блок регистрации, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерений, он снабжен анизотропным магнитным экраном, связанным с гировертикалью и блоком периодического выключения его анизотропного действия, при этом первичный преобразователь размещен в полости анизотропного магнитного экра,///

/ л

7/

1

Виа. 2

"-cстаяите- ль- Е, цани -и;-;а

Редактор И. Погориляк Техред (/4ат,oнк 1 ., т., 3аксЗ 4421/69 T pa 7 >2

BHNIIIIH Государственно о комитета ССР по делам ивооретений и открытий

1. 13035,. /4осквB „Ж вЂ” 35 Рау/ясK2 B i á... p,, 4/5

Филиал IIItIj Патент,. г .. Уж::: оро-,/,, ул, Проектная, 4 на, продольная ось ко орого орин,тирована в вертикальном направлении, и выполненного в виде снерхпроводяпей спиралеобраз ной трубы с и а олир чОщим слоем между câåpõïpîçî/Iÿùèìë слоями по всей их поверхности, )(),!

I8 б . г) исто-.ники инФормации, принятые во внимание при экспертиэе

1. /Bторское свидетельство СССР

9 278140„ кл, G 0 / 3/16,. 1968.

2, Геофизическая аппаратура. Сб.

Р 47, Л.„ Недра, 1971, с. 35.

1Г