CC BY
88
МАГНИТОВАРИОМЕТР КАК СРЕДСТВО ИЗМЕРЕНИЯ
МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ П.А. Сергушин
Научный руководитель - доктор технических наук, профессор В.М. Мусалимов
В работе описывается магнитометрическая система, которая позволяет регистрировать в цифровом виде три взаимно-ортогональные компоненты переменного магнитного поля, три компоненты электрического (теллурического) поля и три компоненты сейсмических колебаний в диапазоне частот от 0 до 8 Гц.
Введение
В настоящее время актуален вопрос исследования влияния магнитных полей на организм человека. В лаборатории наземных геомагнитных исследований СПбФ ИЗМИРАН ведется разработка устройств, позволяющих измерять напряженность магнитного поля Земли, а также других внешних магнитных полей.
На рис. 1. изображен геофизический комплекс GI-MTS-1, разработанный и выпускаемый СПбФ ИЗМИРАН [1], а в табл. 1 приведены его параметры.
Рис. 1. Магнитометрическая система GI-MTS-1: 1 - блок магнитных датчиков (MS); 2 - регистратор MTS-R, включающий приемник GPS; 3 - блок аналоговых фильтров (AF); 4 - кабель, соединяющий блоки MS и MTS-R, длиной 15 м; 5 - антенна GPS; 6 - кабель питания 12 В; 7 - компакт флэш-карта (до 2 Gb)
Чувствительность 0.1 нТл
Диапазон измерений 0.001-8 Гц
Динамический диапазон измерений индукции магнитного поля ±1800 нТл
Потребление электроэнергии 1.8 Вт
Напряжение питания Постоянное напряжение 12В
Рабочий диапазон температуры внешней среды -20° до +50oC
Вес прибора (без аккумулятора) 6.5 kg
Таблица. Основные параметры комплекса GI-MTS-1
Блок магнитных датчиков МБ состоит из трех одинаковых блоков (по одному блоку на каждую компоненту) (рис. 2).
I
* »
1
Рис. 2. Магнитный датчик МБ: 1 - корпус («кубик»); 2 - втулка-чувствительный элемент; 3 - блоки диодов; 4 - катушки индуктивности; 5 - предусилитель; 6 - крышки;
7 - крепежные винты
Принцип действия магнитного датчика
Для регистрации изменений в магнитном поле используется магнитовариометр
(рис. 3).
/ 3 2
индуктивности
Чувствительный элемент (ЧЭ) представляет собой магнит 6 (из самарий-кобальтового сплава), подвешенный между плоскими пружинами 2 на кевларовой нити 4, закрепленной во втулках 3.
Под действием изменяющегося внешнего магнитного поля происходит переориентация магниточувствительной системы. На втулке 5 жестко закреплено зеркало, на которое с излучающего светодиода падает оптическое излучение. Отраженный луч принимается фотодиодами [2]. С фотодиодов снимается разность фототоков, происходит фильтрация сигнала по низким частотам, затем производится усиление и распреде-
ление сигнала - на АЦП и в цепь обратной связи. Катушки индуктивности (обратной связи) создают магнитное поле, препятствующее повороту магнита.
Для повышения надежности и точности измерения изделия узлы, обеспечивающие «считывание» сигнала (блок диодов), дублируются, а их измерения усредняются.
Полученный и усиленный сигнал подвергают аналого-цифровой обработке, затем в зависимости от поставленной задачи проводится обработка данных: быстрое преобразование Фурье или вейвлет-анализ.
При необходимости данные могут быть отправлены в удаленный центр сбора и оперативной обработки информации по модему через телефонную линию или средствами сотовой связи по GPRS (модуль в комплект не входит). Устройство обеспечивает:
• измерение магнитных параметров с высокой точностью;
• сбор и хранение полученной информации;
• передачу информации в удаленный центр сбора и оперативной обработки геофизической информации.
Заключение
В работе приведено описание геофизического комплекса, основной возможностью которого является измерение внешнего магнитного поля; описан принцип его работы.
Данная работа является началом исследования магнитометрических систем и методов их модернизации путем внедрения новых технологий изготовления компонентов и новых методов измерения величин.
Литература
1. Геофизический комплекс GI-MTS-1. Техническое описание. // СПб: СПбФ ИЗМИРАН, 2005. С. 1-15.
2. Кротевич Н.Ф. Магнитные микровариационные измерения и аппаратура для магни-тотеллурических исследований. Новосибирск: Наука, 1972. С.7-47.
