Магнитостатический вариометр со спирально-анизотропным чувствительным элементом

• Автор: Сергушин, Павел Анатольевич
• Шифр специальности: 05.11.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 122 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

1.1. Общие сведения о магнитных измерениях

1.2. Классификация магнитометров

1.3. Обоснование выбора объекта исследования

1.4. Выводы

2. МАГНИТОСТАТИЧЕСКИЙ ВАРИОМЕТР КАК ОБЪЕКТ СИСТЕМНОГО АНАЛИЗА

2.1. Структура и принцип действия типового магнитостатического

вариометра
2.2. Аналоги магнитостатических вариометров
2.3. Магнитостатический вариометр на базе геофизического комплекса СГ

2.4. Выводы
3. ОСНОВЫ ТЕОРИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ИСПЫТАНИЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ МАГНИТОСТАТИЧЕСКИХ ВАРИОМЕТРОВ
3.1. Спирально-анизотропный подвес чувствительного элемента
магнитостатического вариометра
3.1. 1. Элементы теории спирально-анизотропного тела
3.1.2. Устройство для изготовления спирально-анизотропных торсионов
3.1.3. Определение упругих характеристик торсионов
3.2. Расчет параметров магнитной системы
3.3. Деформационные особенности кронштейна
3.4. Демпфирование колебаний
3.5. Испытание опытных образцов чувствительных элементов
3.6. Практика применения магнитостатического вариометра
3.7. Организация и средства поверки магнитометров
3.8. Выводы
4. ДИНАМИКА МАГНИТОСТАТИЧЕСКОГО ВАРИОМЕТРА
4.1. Внутренняя динамика чувствительного элемента магнитостатического вариометра
4.2. Демпфер Ланчестера
4.3. Динамика магнитостатического вариометра под действием
изменяющихся внешних магнитных полей
4.4. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ А. НЕКОТОРЫЕ ДАТЫ ИСТОРИИ ВОПРОСА
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. СРАВНИТЕЛЬНАЯ ТАБЛИЦА ХАРАКТЕРИСТИК
НЕКОТОРЫХ МАГНИТОМЕТРОВ
ПРИЛОЖЕНИЕ В. АЛЬТЕРНАТИВНАЯ КОНСТРУКЦИЯ МАГНИТОСТАТИЧЕСКОГО ВАРИОМЕТРА (НА ОСНОВЕ
МАЯТНИКА КАПИЦЫ)
ПРИЛОЖЕНИЕ Г. АКТЫ ВНЕДРЕНИЯ
ПРИЛОЖЕНИЕ Д. ТЕКСТ ПРОГРАММЫ
ВВЕДЕНИЕ
Вопрос измерения магнитных полей актуален для множества областей науки и техники: при ориентации в пространстве, для исследования физикомеханических свойств материалов и строения Земной коры, прогноза землетрясений и др. Для обеспечения высокого качества измерений регистрирующая аппаратура должна обладать соответствующими характеристиками. В связи с этим проектирование магнитоизмерительных систем с высокой чувствительностью, низким уровнем собственных шумов, малой зависимостью от климатических, сейсмических и других факторов является актуальной задачей.
До конца XVII в. не существовало методов и средств для определения количественных характеристик магнитных полей. Впервые метод измерения напряженности магнитного поля был предложен в 1785 г. Кулоном Ш.. Работы Симонова И. и Гаусса К. положили основание современному представлению о магнитном поле Земли.
Разработке и усовершенствованию (магнитостатических) магнитометров недавнего времени (XX в.) посвящены работы Розе Н.Ф., Трубятчинско-го H.H., Брюнелли Б.Е., Яновского Б.М., Боброва В.Н., Кротевича Н.Ф., Ко-пытенко Ю.А. и др.
В настоящее время существует множество приборов для определения параметров магнитных полей (магнитометров), работающих на различных физических принципах и эффектах, и отличающихся своими характеристиками. Основной спектр задач, решаемых при помощи магнитометров, приходится на геофизику, а именно, регистрацию геомагнитных пульсаций, магнитовариационное зондирование земной коры, проведение магнитной съемки, поиск полезных ископаемых, магнитная навигация, обеспечение непрерывного мониторинга вариаций магнитного поля Земли на обсерваториях, прогноза землетрясений и локализации их источников и т.д

а) б)
Рис. 2.9 - Чувствительный элемент блока М8 (С1-МТ8-1): а) Внешний вид, б) Принципиальная схема
1 - стойка, 2 - упругий подвес, 3 - поворотные втулки, 4 - торсион, 5 -оправка, 6 - магнит,
7 — зеркало, 8 - катушки обратной связи, 9 - светодиод, 10 - блок фотодиодов
ЧЭ представляет собой магнит 6, закрепленный через оправку 5, торсион 4 (арамидные растяжки) и втулки 3 на упругом кронштейне 2. Под действием изменяющегося внешнего магнитного поля происходит переориентация магниточувствительной системы. На оправке 5 жестко закреплено зеркало 7, на которое с излучающего светодиода 9 попадает оптическое излучение. Отраженный луч принимается фотодиодами 10. С фотодиодов снимается сигнал Иф. В блоке электроники происходит предварительная фильтрация и усиление сигнала и распределение: на АЦП и в цепь обратной связи Ц0с - на катушки индуктивности 8, возвращающие магнит в исходное положение.
Основные характеристики МСВ (блока М8), входящего в состав геофизического комплекса 01-МТ8-1 сведены в табл. 2.1.
Особенностью магнитного датчика является модульное исполнение ЧЭ, что обеспечивает возможность его оперативной замены для ремонта и тестирования альтернативных модификаций.