Индукционные и криогенные магнитометры.

К индукционным относятся приборы, применяемые для измерения магнитного поля и магнитных характеристик образцов горных пород. Обычно используют специальные электрические катушки, в которых при вращении в магнитном поле наводится электрический ток, пропорциональный по величине измеряемому полю. Этот принцип реализован в лабораторных спинер-магнитометрах (рок-генераторах) для измерения остаточной намагниченности образцов горных пород по их магнитному полю. Отечественной конструкцией является рок-генератор ИОН-1, из зарубежных наиболее широко известен чешский спинер-магнитометр ИР-4. Криогенные (от слова холод), или сверхпроводящие магнитометры основаны на взаимодействии сверхпроводящего устройства с внешним (измеряемым) магнитным полем. По международной технической терминологии криогенные магнитометры называют СКВИДами (SQUID - SuperconductingQuantumInterferenceDevice – сверхпроводящий квантовый интерференционный прибор). Явление сверхпроводимости состоит в том, что у большой группы металлов (ртуть, свинец, олово, цинк, алюминий и др.) и некоторых сплавов при очень низкой (критической)температуре электрическое сопротивление обращается в нуль. В качестве магниточувствительного устройства криогенного магнитометра обычно используется полый металлический цилиндр, помещенный в криогенную жидкость для охлаждения. С помощью такого устройства во внешнем магнитном поле возбуждается индукционный ток, который будет полностью компенсировать до нуля поток внешнего(измеряемого) магнитного поля. Измерив этот ток, можно определить внешнее магнитное поле Т из зависимости: i = S T/ L, где S - площадь поперечного сечения отверстия полого цилиндра, L - индуктивность цилиндра. Порог чувствительности криогенных магнитометров может достигать 10^-5нТл, однако в настоящее время они почти не применяются в магниторазведочной практике из-за большого веса криостата (охлаждающего устройства) и трудностей технического обслуживания (доставка и заправка магнитометра криогенными жидкостями для охлаждения магниточувствительных систем).

Протонный магнитометр ММПГ-1 новая модель пешеходного протонного магнитометра, предназначенная для широкого производственного применения при поисках и разведки месторождений полезных ископаемых. По идеологии построения и техническому уровню может конкурировать с зарубежными аналогами.

Обладая достаточно высокой разрешающей способностью и быстродействием, а также стабильностью показаний во времени, новый магнитометр обеспечен эффективной системой микропроцессорного управления, снабжен достаточно емким накопителем цифровой информации и имеет возможность использования спутниковой навигации для координатной привязки пунктов наблюдения.

Магнитометр ММПГ-1 предназначен для одновременного измерения и регистрации модуля геомагнитного поля Земли по двум каналам с последующим вычислением разности (Р) или градиента (Гр) на фиксированной базе (1,8 м) Основное назначение магнитометра - выполнение наземных магниторазведочных работ при геологических исследованиях. Его можно применить и для обнаружения скрытых намагниченных объектов или для трассирования различных трубопроводов.Магнитометр можно использовать в качестве автономной полевой магнитовариационной станции с максимальным быстродействием 1 изм. за 2 с.

Принцип действия

Для измерения величины модуля индукции геомагнитного поля в магнитометре используется явление свободной процессии протонов рабочего вещества в магнитном поле Земли.

Каждый цикл измерений состоит из двух тактов:

1й такт-поляризация – на рабочее вещество первичного преобразования (ПП) накладывается постоянное и высокочастотное магнитное поле так, чтобы оси вращения развернуть примерно ортогонально вектору измеряемого магнитного поля;

2й такт-измерение – после выключения поляризации начинается свободная прецессия протонов вокруг вектора магнитного поля Земли. При этом в НЧ-катушках ПП наводится ЭДС сигнала в форме затухающей синусоиды, частота которой пропорциональна индукции магнитного поля Земли. После усиления сигнал направляется в измерительно-регистрирующий блок (БИР) магнитометра, где производится преобразование частоты прецессии в единицы магнитной индукции и вычисление требуемых параметров, а также регистрация времени и координат с занесением в память.

Структурная схема

Магнитометр состоит из трех основных блоков: магнитоизмерительного преобразователя (МИП), измерительно-регистрирующего блока (БИР) и аккумуляторного источника питания

МИП включает в себя первичный преобразователь (ПП), представляющий собой стеклянную лампу с рабочим веществом, помещенную в резонансный контур, поверх которого намотана НЧ катушка и блок возбуждения сигнала.

Формирователь сигнала (ФС) содержит БЛОК КОНДЕНСАТОРОВ, которые образуют с НЧ катушками первичного преобразователя последовательный колебательный контур, настроенный на частоту сигнала. Настройку осуществляет процессор по прошлому результату измерения. Возникающий сигнал прецессии усиливается УСИЛИТЕЛЕМ и подается на БИР для дальнейшей обработки.

Контрольные вопросы:

1. –Классификация магнитометров по условиям применения?

2. Как делятся магнитометры по принципу измерения магнитного поля?

3. Принцип работы оптико-механических магнитометров?

4. Принцип работы феррозондовыхмагнитометров.

5. Что такое эффект Зеемана?

6. Принцип работы протонного магнитометра?

7. Какие приборы относят к индукционным?

8. В чем состоят особенности криогенных магнитометров?

Лабораторная работа 5