способ компенсации магнитных помех при проведении магнитных геофизических измерений

Формула изобретения

Способ компенсации магнитных помех при проведении магнитных геофизических измерений, включающий компенсацию в заданном диапазоне стационарных магнитных помех, создаваемых носителем геофизических магнитометров, отличающийся тем, что дополнительно выявляют источники нестационарных магнитных помех, проводят их магнитостатическое экранирование, определяют уровень создаваемой магнитостатическим экраном дополнительной стационарной помехи, определяют максимальное значение суммарных стационарных магнитных помех носителя и магнитостатического экрана, исходя из которого задают диапазон компенсации.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области магнитных измерений и предназначено для компенсации магнитных помех носителей при проведении магнитных геофизических измерений.

Известен способ компенсации магнитных помех самолета, включающий измерение компонент магнитной индукции по сигналам вспомогательных компонентных магнитометров и компенсацию магнитного поля самолета в объеме основного магнитометра с помощью компенсационных колец, питаемых от источника постоянного тока и током с выхода вспомогательных компонентных магнитометров, пропорциональным измеренным компонентам магнитной индукции.

Недостатком этого способа является низкая точность компенсации магнитных помех. С помощью этого метода можно компенсировать только стационарные магнитные помехи, обусловленные корпусом самолета, его конструкциями и оборудованием самолета, работающим в стационарном режиме. Однако кроме источников стационарных помех на самолете и в собственных блоках магнитометра имеются также источники нестационарных помех. К ним относятся электродвигатели привода следящих систем, электродвигатели привода рулевого управления, электромагнитные механизмы и др. Особенность этих помех состоит в нестационарном режиме их нагрузки. Известный способ компенсации магнитных помех не обеспечивает компенсацию нестационарных помех, в результате чего точность компенсации магнитных помех оказывается невысокой.

Известен также способ компенсации магнитных помех, реализуемый в устройстве для компенсации.

Этот способ, принятый в качестве прототипа, также основан на компенсации помех по сигналам магнитоизмерительных средств. В отличие от аналога в этом способе по сигналам основного магнитометра и вспомогательного трехкомпонентного магнитометра формируется поправка к показаниям основного магнитометра и подается на выход магнитометра с противоположным помехе знаком. Кроме того, реализация этого способа предусматривает компенсацию нестационарных помех по сигналам шунтов в целях электрической нагрузки.

Недостаток этого способа состоит в недостаточной точности компенсации помех, т. к. для источников нестационарных помех характерна нелинейная зависимость магнитной индукции полей рассеяния от силы тока нагрузки. Она характерна как для электромагнитных механизмов с изменяемой геометрией магнитной цепи, так и для электродвигателей в переходном режиме пуска или изменения нагрузки, когда магнитные цепи приближаются к режиму насыщения экстротоками. Эта нелинейная часть нестационарных помех, а также изменение фазы магнитной индукции полей рассеяния потребителей переменного тока не могут быть скомпенсированы известным способом, вследствие чего точность компенсации оказывается недостаточной.

Заявляемое изобретение решает задачу компенсации путем компенсации нестационарных помех.

Решение достигается тем, что в способе компенсации магнитных помех при проведении магнитных геофизических измерений, включающем компенсацию в заданном диапазоне стационарных магнитных помех, создаваемых носителем геофизических магнитометров, дополнительно выявляют источники нестационарных магнитных помех, проводят их магнитостатическое экранирование, определяют уровень создаваемой магнитостатическим экраном дополнительной стационарной помехи, определяют максимальное значение суммарных стационарных магнитных помех носителя и магнитостатического экрана, исходя из которого задают диапазон компенсации.

Сущность способа составляет следующая совокупность операций и последовательности их исполнения. Выявляют источники нестационарных магнитных помех путем компенсации стационарных помех, создаваемых носителем геофизических магнитометров. Проводят магнитостатическое экранирование выявленных источников нестационарных помех. Определяют уровень остаточной нестационарной помехи, который не должен превышать допустимых значений. Определяют уровень создаваемой магнитостатическим экраном дополнительной стационарной помехи. Определяют максимальное значение суммарных магнитных стационарных помех носителя и магнитостатического экрана. По определенному максимальному значению выбирают диапазон компенсации.

На чертеже приведена функциональная схема одного из возможных вариантов устройства для осуществления способа.

Устройство содержит модульный магнитометр 1, в качестве которого служит, например, квантовый самогенерирующий магнитометр с оптической накачкой и подключенный к его выходу преобразователь частоты в код (Н.М.Померанцев и др. Физические основы квантовой магнитометрии. М. Наука, 1972, 0.381-382), вспомогательный трехкомпонентный магнитометр 2, выполненный в виде феррозондового цифрового магнитометра (Ю. В.Афанасьев. Феррозондовые приборы. Л. Энергоатомиздат. 1986, 0.165-168), блок формирования и ввода поправок 3, выполненный в виде бортовой ЦВМ типа БЦВМ- 80-401, источник нестационарных помех 4 (электродвигатель привода руля направления) а также магнитостатический экран 5.

Выходы модульного магнитометра 1 и вспомогательного компонентного магнитометра 2, установленных на носителе на удалении от источников помех, соединены с первым и вторым входами блока формирования и ввода поправок 3, выход которого служит выходом всего устройства. Источник нестационарных помех 4 помещен внутрь магнитостатического экрана 5.

Способ реализуется следующим образом.

В целях выявления источников нестационарных помех предварительно осуществляют компенсацию стационарных магнитных помех известным способом. Выполняют разделение магнитных помех на составляющие в полете в процессе разворотов носителя по курсу и выполнения эволюций по углам крена и тангажа (0.П. Хвостов. Теория разделения магнитных помех носителя магнитометра. Сб. "Геофизическое приборостроение", вып.14. Гостоптехиздат, 1962, с.145-151) и по измеренным значениям составляющих вводят поправки в показания магнитометра. Компенсация помех может выполняться также в автоматическом режиме (а.с. СССР N 811179, кл. G 01 V 3/00, G O1 R ЗЗ/ОО. Автоматический компенсатор магнитных помех).

После компенсации на фоне остаточных стационарных помех проявляются нестационарные помехи в виде кратковременных отписок, характерных для магнитных аномалий малой протяженности. Для выявления источников нестационарных помех выполняют поочередное включение и выключение электрооборудования с одновременной регистрацией приращений магнитной индукции. В тех случаях, когда выявленный источник нестационарных помех не может быть заменен на немагнитный или удален от магнитометра для снижения помехи до допустимого уровня, выполняют его магнитостатическое экранирование.

Критерием качества магнитостатического экранирования служит уровень остаточной нестационарной помехи. Он измеряется по показаниям штатного магнитометра при включении и выключении экранированного источника помех, установленного на штатном месте. Остаточная помеха не должна превышать допустимых значений, определяемых с учетом назначения и характеристик магнитометра.

В качестве материала магнитометрического экрана используется магнитомягкое железо типа армко, пермаллой или более технологичныйдля экранов сложной формы аморфный магнитомягкий сплав в виде ленты 71 КНСР (Прецизионные сплавы. Справочник под ред. Б.В.Молотилова. М. Металлургия, 1968).

После завершения магнитостатического экранирования выполняют оценку уровня создаваемой экраном стационарной помехи.

Определяют магнитный момент, наведенный магнитным полем Земли:

M = ₀VH,

где ₀ относительная объемная восприимчивость тела (СИ);

V объем экрана, м³;

H напряженность магнитного поля Земли (порядка 40 Ам^-1).

По значению магнитного момента оценивают максимальное значение помехи, создаваемой экраном:



где ₀- магнитная постоянная (4 10^-7); r расстояние экрана до магнитометра, м.

Определяют максимальное значение суммы магнитных помех носителя и магнитостатического экрана. В том случае, когда суммарная помеха превосходит диапазон компенсации магнитных помех, обеспечиваемый компенсатором, расширяют диапазон компенсации с учетом дополнительной помехи, создаваемой магнитостатическим экраном. После этого выполняют в полете компенсацию магнитных помех носителя в сумме с помехами экрана по рассмотренной выше известной методике компенсации стационарных помех и таким образом завершают компенсацию.

Конкретный пример с количественной оценкой результатов компенсации приведен ниже.

При исходном уровне магнитных помех носителя 2О нТ нестационарная помеха электродвигателя руля направления после компенсации стационарной части помехи в зависимости от курса носителя достигала величины 2,5 нТ. В результате экранирования нестационарная помеха была снижена до уровня статического фона магнитометра, при этом суммарная помеха экранированного двигателя и экрана возросла до 7 нТ. После повторной компенсации стационарных помех, выполненной в полете по известной методике в процессе разворотов по курсу и выполнения эволюций носителя по углам крена и тангажа, общий уровень магнитных помех был снижен до 0,7 нТ.

Снижение остаточной помехи носителя с 2,5 до 0,7 нТ обеспечило возможность выделения геомагнитных аномалий малой протяженности на уровне 1-1,5 нТ, т.е. примерно в три раза меньших по величине.

При наличии на носителе нескольких источников нестационарных помех каждый из них может быть помещен в магнитостатические экраны, при этом диапазоны компенсации должны быть рассчитаны с учетом суммарных помех всех магнитостатических экранов.