Магнитометр SeaSPY

Назначение

Магнитометр SeaSPY (далее - магнитометр) предназначен для измерения магнитной индукции постоянного магнитного поля.

Магнитометр может применяться в водной среде и в сухопутных условиях при выполнении магниторазведочных работ по поиску и разведке месторождений полезных ископаемых и других работах, связанных с необходимостью измерения индукции геомагнитного поля.

Описание

Принцип действия магнитометра основан на измерении частоты прецессии ядер атомов водорода в магнитном поле вокруг его направления с угловой частотой, определяемой соотношением Лармора:

ю = у • \В\ ,

где ю - угловая частота прецессии протона, Гц:

Y = 0,0425764064 - гиромагнитное отношение протона (атомная константа), Гц/нТл;

В - модуль вектора индукции магнитного поля, нТл.

Магнитное поле учитывается в той точке, где находится частица. Это поле состоит из векторной суммы внешнего поля Bext и других магнитных полей, которые возникают из-за электронной оболочки атома или химического окружения.

Для обнаружения прецессии рабочее вещество повергают интенсивной поляризации внешним магнитным полем H, примерно перпендикулярным к магнитному полю Bext. При этом происходит преимущественная ориентация магнитных моментов протонов по направлению приложенного поля. Поле H создают электрическим током, пропускаемым через специальную катушку, окружающую рабочее вещество. После быстрого выключения тока поляризации результирующий вектор ядерного намагничения начинает прецессировать вокруг поля Bext, наводя в катушке ЭДС в виде затухающей синусоиды. Продолжительность поляризации и измерения определяется временем соответственно продольной Ti и поперечной Т2 релаксации протонсодержащего вещества.

Оверхаузеровские магнитометры, к которым относится магнитометр SeaSPY, основаны на той же связи прецессии протонов с внешним полем, но в них используется другой способ возбуждения - принцип динамической поляризации ядер, или эффект Оверхаузера. Здесь рабочее протонсодержащее вещество содержит добавку специальных свободных радикалов с неспаренными электронами, делающих состав парамагнитным. При воздействии на него переменного поля с частотой порядка 60 МГц создаются условия электронного парамагнитного резонанса, т.е. максимального поглощения энергии переменного поля. При этом возникают сильные внутренние магнитные поля, приводящие к поляризации вещества и согласованной ориентировке протонов по полю.

В связи с этими особенностями, магнитометры с использованием эффекта Оверхаузера обладают рядом преимуществ по сравнению с обычными протонными магнитометрами: большей разрешающей способностью и большей полосой пропускания, меньшим уровнем температурного дрейфа и ориентационной погрешности и практически отсутствием мертвой зоны показаний первичного преобразователя.

Общий вид магнитометра приведен на рисунке 1.

Конструктивно магнитометр состоит из двух основных составных частей: буксируемого блока и блока электроники, соединенных буксировочным кабелем (на рисунке - 1 желтого цвета), коротким палубным кабелем (на рисунке 1 - черного цвета) и интерфейсным кабелем связи для обмена информацией с персональным компьютером (на рисунке 1 не показан).

На крышке блока электроники и возле задней крышки буксируемого блока по одному из винтов закрыты пломбами для защиты аппаратуры от несанкционированного доступа.

Программное обеспечение

Программа работы преобразователя индукция-частота (ПИЧ) реализуется в аппаратуре буксируемого блока магнитометра и является встроенным программным обеспечением.

Формируемый код частоты по каналу RS-232 передается в блок электроники и далее поступает в персональный компьютер, который с помощью программного обеспечения ВОВ выполняет следующие функции:

-    обеспечение процедуры измерений;

-    сбор и обработку результатов измерений, их отображение в цифровом или графическом

виде;

-    записи результатов в память.

Запускаемая на персональном компьютере программа ВОВ является автономным программным обеспечением. Каждая из перечисленных программ состоит из одного программного компонента. К метрологически значимой части относится всё программное обеспечение магнитометра SeaSPY.

Влияние как встроенного, так и автономного программного обеспечения на метрологические характеристики магнитометра учтено при их нормировании.

Дистрибутив программного обеспечения ВОВ поставляется как установочный пакет на придаваемой к магнитометру флэш-карте.

Идентификационные данные для автономного ПО приведены в таблице 1.1, идентификационные данные для встроенного ПО - в таблице 1.2.

Таблица 1.1

Таблица 1.2

Метрологически значимая часть ПО и измеренные данные достаточно защищены с помощью средств защиты от непреднамеренных и преднамеренных изменений. Защита ПО от непреднамеренных и преднамеренных изменений соответствует уровню «средний» для программы BOB.exe и программы ПИЧ в соответствии с Р 50.2.077-2014.

Технические характеристики

Диапазон измерений магнитной индукции постоянного поля, нТл

от 20000 до 90000 ± 1,0 0,2

0,5 ± 0,5

1240x127

550x200

360x275x45

Пределы допускаемой систематической погрешности измерений, нТл

Среднее квадратическое отклонение ряда измерений при частоте снятия отсчетов 1 Гц, нТл, не более

Нестабильность показаний магнитометра за 4 ч непрерывной работы, нТл, не более

Дополнительная ориентационная погрешность от крена ±45°, нТл, не более

Габаритные размеры, мм, не более:

-    буксируемый блок

-    блок электроники

-    персональный компьютер типа ноутбук Nautilus V550

Знак утверждения типа

Знак утверждения типа наносится на титульные листы документов «Магнитометр SeaSPY. Руководство по эксплуатации. Редакция 5.0» и «Магнитометр SeaSPY. ВОВ. Программное обеспечение для сбора данных, визуализации и управления для Windows. Инструкция по эксплуатации. Редакция 130304» - типографским способом; на крышку блока электроники - фотохимическим и ударными методами.

Комплектность

Комплектность магнитометра приведена в таблице 3. Таблица 3

Поверка

осуществляется по документу РД 50-487-84 «Средства измерений магнитной индукции

10 2

постоянного магнитного поля от 110 до 5 10 Тл образцовые. Методы и средства поверки». Перечень эталонов, применяемых при поверке: Государственный первичный эталон единиц магнитной индукции, магнитного потока, магнитного момента и градиента магнитной индукции ГЭТ 12-2011.

Нормативные и технические документы, устанавливающие требования к магнитометру SeaSPY

1    ГОСТ 22261-94 «Средства измерений электрических и магнитных величин. Общие технические условия».

2    ГОСТ 8.030-2013 «ГСИ. Государственная поверочная схема для средств измерений магнитной индукции, магнитного потока, магнитного момента и градиента магнитной индукции».

3    Техническая документация изготовителя.