Цифровые методы контроля и повышения качества измерений ядерно-прецессионным геомагнитометром

• Автор: Денисова, Ольга Владимировна
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 104 с. : ил.

1. ЯДЕРНО-ПРЕЦЕССИОННЫЕ ГЕОМАГНИТОМЕТРЫ
1.1. Геомагнитное поле
1.2. Явление ядерного магнитного резонанса
1.3. Ядерные магнитометры слабого поля
1.4. Принцип действия ядерно-прецессионных магнитометров
1.5. Погрешности измерений ядерно-прецессионных магнитометров
1.6. Заключение к главе 1
2. ТРАКТ ЦИФРОВОЙ ОБРАБОТКИ ЯДЕРНО-ПРЕЦЕССИОННОГО МАГНИТОМЕТРА
2.1. Модель измерительного тракта магнитометра
2.2. Цифровые алгоритмы расчета периода сигнала свободной прецессии
2.3. Априорная оценка случайной погрешности измерения модуля магнитного поля
2.4. Заключение к главе 2
3. ОЦЕНКА КАЧЕСТВА ИЗМЕРЕНИЯ ЯДЕРНО-ПРЕЦЕССИОННЫМ МАГНИТОМЕТРОМ
3.1. Расчет случайной погрешности по результатам однократного измерения
3.2. Релаксационный поправочный коэффициент ПКИ
3.3. Корреляционный поправочный коэффициент ПКИ
3.4. Экспериментальная проверка параметра качества измерения
3.5. Заключение к главе 3
4. ДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЯДЕРНО-ПРЕЦЕССИОННОГО МАГНИТОМЕТРА
4.1. Динамическая погрешность при линейном изменении магнитного поля
4.2. Динамическая погрешность при квадратическом изменении магнитного поля
4.3. Динамическая погрешность при гармоническом изменении магнитного поля
4.4. Заключение к главе 4

5. МЕТОД ОЦЕНКИ СКОРОСТИ МАГНИТНЫХ ВАРИАЦИЙ
5.1. Схема измерения скорости магнитных вариаций
5.2. Оптимизация алгоритма дрейфомера
5.3. Сравнение различных алгоритмов дрейфомера
5.4. Сравнение дрейфомера и стандартного способа нахождения производной поля
5.5. Коэффициент передачи алгоритмов расчета производной
5.6. Экспериментальная проверка точности дрейфомера
5.7. Заключение к главе
6. ПОМЕХОУСТОЙЧИВЫЕ АДАПТИВНЫЕ ЦИФРОВЫЕ АЛГОРИТМЫ
6.1. Алгоритм расчета периода прецессии с учетом релаксации
6.2. Экспериментальная проверка точности адаптивных алгоритмов
6.3. Адаптивный алгоритм определения времени измерения
6.4. Расчет параметров алгоритма автоматического отключения
6.5. Экспериментальная проверка работы алгоритма остановки измерения
6.6. Заключение к главе 6 ЗАКЛЮЧЕНИЕ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Актуальность темы. В настоящее время развитие многих отраслей науки и производства неразрывно связано с проблемой высокоточных магнитных измерений. Широкое применение в наземной, морской, скважинной, аэрокосмической магниторазведке, а также в обсерваторских наблюдениях получили ядерно-прецессионные магнитометры - высокоточные измерители модуля геомагнитного поля. Прецизионность измерений магнитометров данного класса основана на фундаментальной связи частоты сигнала свободной прецессии с модулем измеряемого поля через мировую константу — гиромагнитное отношение, определенное с высокой точностью.
Кроме того, ядерные магнитометры обладают рядом преимуществ перед известной магнитометрической аппаратурой, а именно, не требуют строгой ориентации датчиков относительно направления измеряемого поля, допускают автоматическую обработку результатов измерений, отличаются относительной простотой конструкции, обладая небольшими габаритами и весом.
Однако при всех своих достоинствах ядерно-прецессионные магнитометры чрезвычайно чувствительны к условиям проведения измерения -внешним помехам, нестабильности и градиенту измеряемого поля. В этой связи от разработчиков магнитометрической аппаратуры требуется не только обеспечить высокую точность измерений, но и гарантировать качество работы магнитометров в условиях, где особенно сложна борьба с помехами. При этом необходимо, прежде всего, контролировать условия измерения визуализацией различных характеристик для обнаружения источника помех. Кроме того, следует принять комплексные меры (инструментальные и алгоритмические) по исключению влияния помех на результат измерения. Таким образом, актуальной становится задача развития помехо- и градиентоустойчивой магнитометрической аппаратуры, а также контроля качества полученного результата, особенно, при современном уровне автоматизации измерений,

Таблица 4
Результат измерения при линейной вариации
Алгоритм Результат измерения
МПМ В0(і + Тиа, -Ти2а2)
ПВО В0 (і+Т1іаі-8Ти2а2/9)
МНК в01 1 + Тиаі—9Ти2а2/10)
Как видно из таблицы 4.1, в линейном приближении по Ти все алгоритмы дают одинаковые результаты, а именно, определяют среднюю величину магнитного поля за время измерения.
Кроме того, как следовало ожидать, наибольший эффект оказывают вариации направленные вдоль постоянного магнитного поля, так как в этом случае второе слагаемое максимально. При перпендикулярной ориентации постоянного и переменного полей а] = 0 различие в результатах измерений магнитного поля определяется последними слагаемыми. Однако разница в показаниях алгоритмов составляет величину порядка 10~б нТл для реальных геомагнитных наблюдений (скорости изменения поля 1 нТл/с и времени измерения 1 с). Эта величина лежит за пределами чувствительности
современных приборов. Следовательно, динамической погрешностью при
линейном изменении поля можно пренебречь.
§4.2. Динамическая погрешность при квадратическом изменении
магнитного поля
Для магнитного поля, изменяющегося по параболе:
В,(1) = к12, (4.5)
интегральное уравнение (4.1) с точностью до ведущих слагаемых имеет вид:
Т01 = Ц + (ксоэ0/Во) I? /3 + (кзт0/Во)21? /10. (4.6)
Используя метод последовательных приближений, решение уравнения получа-