Информационно-измерительная система регистрации параметров геомагнитных возмущений

• Автор: Воробьев, Андрей Владимирович
• Шифр специальности: 05.11.16
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Уфа
• Количество страниц: 163 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Список сокращений и условных обозначений
Введение
Глава 1 Обзор и анализ существующих методов регистрации параметров геомагнитных возмущений
1.1 Природа вариаций параметров геомагнитного поля
1.2 Влияние вариаций магнитосферы Земли на ее биосферу
1.3 Актуальность регистрации параметров геомагнитных возмущений
1.4 Обзор и критический анализ известных методов и технических средств в области геомагнитных измерений
1.5 Постановка задач исследований
Результаты и выводы
Глава 2 Математическое моделирование ИИСрегистрации параметров
геомагнитных возмущений
2.1 Общий подход к постановке задачи математического моделирования ИИС регистрации параметров геомагнитных возмущений
2.2 Анализ и оценка амплитудно-частотного диапазона исследований
2.3 Разработка математических моделей для ИИС регистрации параметров геомагнитных возмущений
2.4 Разработка математических моделей цифровой обработки информационных сигналов
Результаты и выводы

Глава 3 Структурное построение ИИС регистрации параметров
геомагнитных возмущений и разработка комплекса программноалгоритмического обеспечения
3.1 Синтез структуры ИИС регистрации параметров геомагнитных возмущений
3.2 Анализ возможных перспектив технической реализации функциональных узлов ИИС регистрации параметров ГМВ
3.3 Разработка программно-алгоритмического обеспечения
3.4 Анализ работы функциональных узлов ИИС в тестовом режиме
Результаты и выводы
Глава 4 Экспериментальные исследования ИИС «РПГВ-1»
4.1 Описание функциональной схемы ИИС «РГТГВ-1»
4.2 Определение и анализ основных метрологических характеристик
исследуемой ИИС
4.3 Постановка и проведение эксперимента по регистрации параметров геомагнитных возмущений
4.4 Анализ результатов экспериментальных данных
Результаты и выводы
Заключение
Литература
Приложения
Приложение 1. ПО аппаратного модуля «РПГВ-1»
Приложение 2. Фрагмент ПО программного модуля «РПГВ-1»
Приложение 3. Акты внедрения

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
АЦП — аналого-цифровой преобразователь АЧХ - амплитудно-частотная характеристика ГМ II — геомагнитное поле
ДНС - дифференциальная нелинейность смещения иис — информационно-измерительная система
ИИС РГМВ - информационно-измерительная система регистрации геомагнитных возмущений
ИМС — интегральная микросхема
ИНС - интегральная нелинейность смещения
МБ - магнитная буря
МК - микроконтроллер
МИК - метод наименьших квадратов
МОН - магнитометры с оптической накачкой
МП - магнитное поле
НЦФ - нерекурсивный цифровой фильтр
ПО - программное обеспечение
РЗ - радиус Земли
СКВИД (от начальных букв английских слов Superconducting Quantum Interference Device - сверхпроводящее квантовое интерференционное устройство)
ФМ — феррозондовый магнитометр ФНЧ — фильтр нижних частот ЦАП- цифро-аналоговый преобразователь ЦНС — центральная нервная система ЦОС - цифровая обработка сигнала ЭВМ - электронно-вычислительная машина ЯМР - ядерный магнитный резонанс

Датчик МОН представляет собой преобразователь модуля вектора индукции МП в изменение частоты или фазы в зависимости от схемы введения резонансного радиополя. При воздействии на поляризованный ансамбль атомов МП резонансной частоты на выходе фотоприемника возникает сигнал на той же резонансной частоте, при этом фаза сигнала в пределах ширины линии резонанса определяется соотношением
ф = ±%/2± агс1ц Дсо т2,
где Дм — расстройка относительно резонансной частоты со0, полагая, что фазовые набеги в фотоприемнике и усилителе близки к нулю.
При постоянной резонансной частоте, но изменяющемся МП в пределах ширины резонансной линии разность фаз между сигналами на входе радиочастотной катушки и выходе усилителя является мерой магнитного поля [46]:
Ф = ±я/2± аг уВт2
Автоколебательная схема датчика МОН является частотным преобразователем модуля вектора индукции МП. В области частот (индукции МП), где выполняются условия баланса фаз и амплитуд, датчик следит за изменениями МП с высокой точностью (к примеру калиевый МОН типа СЗМР-ЗО имеет абсолютную точность ± ОЛнТл).
•Теоретические расчеты потенциальной чувствительности МОН показывают, что она лежит в пределах около 10 фТл в полосе 1 Гц. На основе датчиков автоколебательного типа и с разомкнутой петлей обратной связи возможно построение градиентометра первой производной. Здесь производится измерение разности фаз между входным и выходным сигналами датчика с разомкнутой петлей обратной связи. При воздействии локального МП на датчик с разомкнутой петлей разность фаз изменяется пропорционально действующему локальному МП. Если воздействие производится на датчик автоколебательного типа, то это ведет к изменению