Конструкция датчика морского магнитометра на эффекте Оверхаузера

Полезная модель относится к магнитометрическим средствам, в частности к буксируемым морским магнитометрам, магнитометрам-градиентометрам и магнитовариационным станциям, и может быть использована для производства детальной гидромагнитной съемки.
Известен датчик магнитометра на эффекте Оверхаузера, явлении, использующее электронно-протонное взаимодействие для достижения поляризации протонов, состоящий из колбы с богатой протонами жидкостью с добавлением свободного радикала и приемно-поляризующего соленоида, размещенного вокруг нее [1]. Также известен вариант неориентируемого датчика простейшей всенаправленной конструкции с двумя ортогональными сенсорами с ухудшением уровня сигнала и его среднеквадратического отклонения относительно стандартного датчика до 2 раз [1]. Комплект управляющей электроники датчика обычно включает высокочастотный генератор, усилитель сигнала прецессии, измеритель частоты, тактовый генератор и микроконтроллер. Вышеперечисленные компоненты помещаются в буксируемую герметичную гондолу, снабженную гермовводом высокопрочного немагнитного кабель-троса для буксировки магнитометра или, состоящего из магнитометров, градиентометра за судном и передачи данных на бортовой регистратор прибора. Магнитовариационная станция, состоящая из корпуса, вмещающего указанную выше электронику и датчик, не буксируется за судном на кабеле-тросе, а регистрирует изменение магнитного поля на пункте измерения вариаций.
Недостатком стандартной конструкции датчика магнитометра является наличие зон нечувствительности («мертвых зон») прибора, обусловленных ориентационной зависимостью амплитуды сигнала магнитометра от угла между измеряемым полем и осью датчика. Эффективная работа датчиков такой конструкции возможна при углах в диапазоне (90±45)°. При этом, когда угол между измеряемым полем и осью датчика близок к 0° или 180° сигнал полностью пропадает. Наличие «мертвых зона» прибора приводит к снижению качества измеряемых при гидромагнитной съемке данных, а в худшем случае к снижению соотношения сигнал/шум ниже допустимого уровня. Недостатком варианта неориентируемого датчика простейшей всенаправленной конструкции с двумя ортогональными сенсорами является ухудшение уровня сигнала и его среднеквадратического отклонения относительно датчика стандартной конструкции до 2 раз.
Целью данного устройства является повышение качества получаемых при проведении магниторазведочной съемки данных за счет устранения «мертвых зон» прибора.
Поставленная цель достигается за счет использования двух одинаковых ортогонально расположенных магниточувствительных элементов, а также за счет использования блока электроники, который автоматически производит выбор оптимального магниточувствительного элемента для выполнения измерения. При этом не происходит ни ухудшения качества сигнала, ни снижения быстродействия датчика, ни увеличения энергопотребления.
На фиг. 1 представлено схематическое изображение конструкции предложенного устройства.
Устройство состоит из блока электроники 1 и двух основных магниточувствительных элементов 4 и 5, размещенных ортогонально в матрице 3. Связь между блоком электроники 1 и магниточувствительными элементами 4 и 5 осуществляется по кабелю 2.
Принцип работы заключается в следующем. Блок электроники производит быструю оценку модуля вектора измеряемого магнитного поля и его направления, выбирает магниточувствительный элемент, который оптимально расположен в пространстве для выполнения точного измерения величины магнитного поля, после чего выполняется точное измерение. Данная технология позволяет повышать качество получаемых данных и исключает появления «мертвых зон» прибора.
Преимущество данного устройства заключается в том, что выбор магниточувствительного элемента оптимально сориентированного относительно вектора измеряемого магнитного поля позволяет производить магниторазведочные работы с высокими точностью и качеством данных вне зависимости от местоположения и ориентации корпуса магнитометра в пространстве, и без дополнительной ориентации магниточувствительного элемента внутри корпуса под определенным углом к магнитному полю Земли. Стоит отметить, что данная проблема является особенно актуальной в экваториальных широтах, где вектор магнитного поля имеет близкое к нулю магнитное наклонение.
Источники [1] В.А. Сапунов, А.Ю. Денисов, В.В. Савельев, О.В. Денисова, С.В. Ярошенко, Л.А. Муравьев, Е.Д. Нархов, А.В. Сергеев, А.Л. Федоров, В.А. Гладыш. Протонные оверхаузеровские магнитометры: теория и экспериментальное исследование магнитного влияния судна. // 1-я научно-практическая конференция и выставка «Морские технологии 2019», Геленджик, Россия, 22-26 апреля 2019.