Ядерно-прецессионный магнитометр

 

Союз Советскид

Социалистических

1"еснублнк п>894653 (61) Дополнительное к авт. сеид-ву

Р1 М )(3 (22) Заявлено 15. 05. 80 (21) 2925590/18-25 с присоединением заявки Но (23) Приоритет

Опубликовано 301281. Бюллетень Н9 48

Дата опубликования описания 30 12. 81

G 01 Ч 3/14

Государственный комнтет

СССР по делам нзобретеннй н открытий

Ю)НЖ 550 ° 838 °.08(088.8) Научно-производственное объединение "Геофизика" (71) Заявитель (54) ЯДЕРНО-ПРЕЦЕССИОННЬЯ МАГНИТОМЕТР

Изобретение относится к геофизической аппаратуре, предназначенной для измерения модуля индукции магнитного поля и полей других объектов.

Известен ядерно-прецессионный магнитометр, основными узлами ко-. торого являются датчик сигнала свободной прецессии, автоматически перестраиваемый ступенями внутри диапазона измерений, схема измерения частоты и дешифратор, управляющий перестройкой датчика (11.

Отсутствие в таком устройстве системы фаэовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) к частоте свободной прецессии приводит к увеличению погрешности измерений. Погрешность измерений подобных устройств не ниже нескольких единиц нанотеслы.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является ядерно-прецессионный магнитометр, содержащий датчик, усилитель-формирователь, подключенный к датчику, последовательно соединенные фаэочувствительный детектор, управляемый генератор, а также измерительную схему дешифратор и ключ настройки,выход которого подключен к входу усилителя-формирователя, делитель частоты, включенный между выходом управляемого генератора и измеритель5 ным входом фаэочувствительного детектора, компаратор, частотный детектор, включенный между выходом усилителя-формирователя и одним из входов компаратора, второй вход которого соединен с одним иэ выходов устройства памяти, а выход — с управляемым генератором(2).

Структура и связи описанного магнитометра не позволяют осуществлять быстродействующее автоматическое слежение за частотой сигнала свободной прецессии при быстрых и больших изменениях измеряемой индукции,требуется значительное время для нового поиска этой частоты, и, вследствие потери части полезного сигнала за время поиска и черезмерно большой полосы захвата и соответственно малой постоянной времени системы ФАПЧ, возрастает погрешность измерений.

Цикл измерений подобных устройств составляет несколько секунд.

Цель изобретения — повышение быЗО стродействия и точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, сто в ядерно-прсцессионный магнитометр, содержащий датчик, усилитель-формирователь, подключенный к датчику, последовательно соединенные фазочувствительный детектор и управляемый генератор, а также измерительную схему, дешифратор, ключ настройки, подключенный входом к вы- ходу дешифратора и выходом к входу усилителя-формирователя, делитель частоты, подключенный к опорному входу фазочувствительногo детектора, и частотный детектор, дополнительно введены амплитудный детектор, схема

И-ИЛИ прог1>аммный блок, выключатель поиска и генератор уровня, причем вход амплитудного детектора подключен к первому выходу усилителяформирователя, схема И-ИЛИ подключена первым входом ко второму выходу усилителя-формирователя, вторым входом — к выходу амплитудного детектора, третьим входом — к первому выходу программного блока, а выходом — к первому входу частотного детектора и измерительному входу фазочувствительного детектора, частотный детектор соединен вторым входом с выходом амплитудного детектора, третьим входом — с выходом выключателя поиска и четвертыгл входом — со вторым выходом программного блока, соединенного с третьим входом фазочувствительного детектора, а выходом — с первым входом выключателя поиска и вторым входом управляемого генератора, второй вход выключателя поиска соединен с выходом генератора уровня, дешифратор соединен первым входом с выходом измерительной схемы и вторым входом — c третьим выходом программного блока, измерительная схема соединена одним входом с выходом управляемого генератора, соединенного с делителем частоты, другим входом — с четвертым выходом программного блока, а ее выход является выходом магнитометра.

На чертеже представлена функциональная схема магнитометра.

Магнитометр содержит датчик 1, усилитель формирователь 2, амплитудный детектор 3, схему И-ИЛИ 4, частотный детектор 5, фазочувствительный детектор 6, управляемый генератор 7, делитель 8 частоты,измерительную схему 9, программный байк 10, дешифратор 11, ключ 12 настройки, выключатель 13 поиска, генератор 14 уровня, причем амплитудный детектор подключен своим входом ко второму выходу усилителя-формирователя, а первый выход усилителяформирователя подключен к первому входу схемы И-HJlH, второй вход схемы И-ИЛИ соединен с выходом амплитудного детектора и третий вход

5 !

О

3D

55 еО

65 схемы И вЂ” ИЛИ (:<>ели не tl i тргзть им Bl! ходом программного блок», а выход схемы И-ИЛИ подключен к первым входам частотного н фазового детекторов; выход амплитудного детектора дополнительно соединеfl со вторым входом частотного детектора, выход которого подключен ко второму входу управляемого генератора,выключатель поиска подключен первым входом к выходу генератора уровня, вторым входом — к выходу частотного детектора, а выходом к третьему входу частотного детектора, к четвертому входу которого подсоединен второй вход программного блока,причем четвертый выход программного блока соединен со вторым входом дешифратора, а амплитудный детектор содерл ит схему задержки своего выходного сигнала.

Схема работает следующим образом.

После включения магнитометра автоматически включается режим поиска, поскольку сигнал на входе амплитудного детектора 3 отсутствует, при этом на вход схемы И-ИЛИ 4 с выхода амплитудного детектора 3 поступает сигнал, разрешающий прохождение импульсов частоты поиска с выхода программного блока 10 на первый вход частотного детектора 5,одновременно упомянутый сигнал с выхода амплитудного детектора 3 поступает на второй вход частотного детектора

5 и включает требуемую для режима поиска частоты сигнала прецессии постоянную времени частотного детектора 5. По мере роста постоянного напряжения на выходе частотного детектора 5- входе управляемого генератора 7 частота последнего изменяется (растет). Сигнал изменяющейся частоты управляемого генератора 7 поступает на вход фазочувствительного детектора 6 через делитель 8 частоты, а также на измерительную схему 9, сигнал с выхода которой с помощью дешифратора 11 последовательно переключает в ключе 12 настройки настроечные элементы, подключаемые к обглотке датчика 1,причем время дешифрирования задается командным импульсом программного блока 10. Возрастание постоянного напряжения на выходе частотного детектора 5 и вызванное им соответствующее изменение частоты управляемого генератора 7, а также переключения в ключе 12 настройки и обмотке датчика 1 происходят до тех пор, пока сигнал прецессии не появляется на выходах усилителя-формирователя 2. При этом включается режим слежения за частотой сигнала прецессии: на выходе амплитудного детектора 3 сигнал, разрешающий прохождение импульсов частоты поиска с выхода программного блока

894653

10 на первый вход ча >тотного детектора 5, сменяется сигналом разрешения прохождения импульсов частоты сигнала прецессии и одновременного запрещения прохождения импульсов частоты поиска; кроме того, сменившийся сигнал с выхода амплитудного детектора 3 включает постоянную времени частотного детектора 5, требуемую для режима слежения,при этом система ФАПЧ (содержащая фазочувствительный детектор б,уп!

О равляемый генератор 7 и делитель 8 частоты) входит в синхронизм с частотой сигнала прецессии.

В том случае, когда в режиме поиска сигнал не найден или он был потерян в режиме слежения, сигнал прецессии на выходах усилителяформирователя отсутствует, режим поиска включается снова, и цикл поиска продолжается до тех пор, пока напряжение на выходе частотного детектора 5 не достигает значения напряжения, установленного на выходе генератора 14 уровня, которое соответствует настройке управляемого 25 генератора 7 и ключа 12 настройки на верхнюю границу диапазона значений измеряемой индукции магнитного поля. При этом на выходе выключателя 13 поиска появляется сигнал,вы- ЗО эывающий быстрый сброс выходного напряжения частотного детектора 5 до минимального значения, соответствующего настройке управляемого генератора 7 и ключа 12 настройки на нижнюю границу диапазона значений измеряемой индукции магнитного поля. Затем цикл поиска повторяется до тех пор, пока в очередном цикле сигнал частоты прецессии появляется на выходах усилителя-формирователя 2, после 40 чего поиск прекращается, магнитометр переключается на режим слежения, который является рабочим. В каждом цикле измерения происходит беспоисковое измерение и регистрация значения частоты прецессии измеряемого поля с помощью измерительной схемы 9. Для запоминания выходных сигналов частотного 5 и фазочувствительного б детекторов на время 50 поляризации датчика 1 эти детекторы имеют соответственно четвертый и третий входы, на которые со второго выхода программного блока подается команда, отключающая на это время выходные RС-цепи детекторов

55 от источников сигнала, а амплитудный детектор 3 содержит схему задержки своего выходного сигнала, которая включается при снижении амплитуды сигнала прецессии. При возрастании этой амплитуды соответствующий выходной сигнал амплитудного детектора передается на схему И-ИЛИ без задержки, что обеспечивает системе поиска частоты сиг- 65 нала прецессии защиту от включения при случайных провалах этой амплитуды, вызванных, например, внешними помехами.

Таким образом, предлагаемый магнитометр обладает преимуществом перед известным, заключающимся в том, что в цикле измерения производится только слежение — незначительная подстройка управляемого генератора 7 и ключа 1? настройки, требующая существенно меньшего времени, чем поиск; поиск осуществляется только в случае потери сигнала прецессии (например, в начале работы устройства).

Предлагаемый магнитометр обладает повышенным быстродействием (производительностью) до нескольких циклов измерений в секунду при погрешности, не превышающей десятых" долей нанотеслы. Применение предлагаемого устройства, например, для целей аэромагниторазведки полезных ископаемых увеличит производительность труда и результативность разведки.

Формула изобретения

Ядерно-прецессионный магнитометр, содержащий датчик, усилитель-формирователь, подключенный к датчику, последовательно соединенные фазочувствительный детектор и управляемый генератор, а так>хе измерительную схему, дешифратор, ключ настройки, подключенный выходом к выходу дешифратора и выходом к входу усилителя-формирователя, делитель частоты, подключенный к опорному входу фазочувствительного детектора, и частотный детектор, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью увеличения быстродействия и точности измерения, в него дополнительно введены амплитудный детектор, схема И-ИЛИ, программный блок, выключатель поиска и генератор уровня, причем вход амплитудного детектора подключен к первому выходу усилителя-формирователя, схема И-ИЛИ подключена первым входом ко второму выходу усилителяформирователя, вторым входом — к выходу амплитудного детектора, третьим входом — к первому выходу программного блока, а выходом — к первому входу частотного детектора и измерительному входу фазочувствительного детектора, частотный детектор соединен вторым входом с выходом амплитудного детектора, третьим входом — с выходом выключателя поиска и четвертым входом - co вторым выходом программного блока, соединенного с третьим входом фазочувствительного детектора, а выходом — с первым входом выключателя поиска и

894 653 Рс Ч

Составитель В. Майоршин

Техред A.Áàáèíåö КоРРектор С. Шекмар

Редактор Е. Папп

Заказ 11483/74 Тираж 735 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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

Вторым входом управляемого генератора, второй вход выключателя поиска соединен с выходом генератора уровня, дешифратор соединен первым входом с выходом измерительной схемы и вторым входом — с третьим выходом программного блока, измерительная схема соединена одним входом с выходом управляемого генератора, соединенного с делителем частоты, другим входом— с четвертым выходом программного блока, а ее выход является выходом магнитометра.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент СИА Р 3090062, кл. 324-05, опублик. 1963.

2. Авторское свидетельство СССР

9 554519, кл. С 01 Ч 3/00, 1975 (прототип).