Gjør-det-selv magnetometer for å finne jern. Magnetometer. Typer og arbeid. Applikasjon og funksjoner. De viktigste tekniske egenskapene

Differensialmagnetometeret vi gjør oppmerksom på kan være svært nyttig for å søke etter store jerngjenstander. Det er nesten umulig å søke etter skatter med en slik enhet, men det er uunnværlig når du søker etter grunnt sunkne stridsvogner, skip og andre typer militært utstyr.

Driftsprinsippet til et differensialmagnetometer er veldig enkelt. Enhver ferromagnetisk gjenstand forvrenger jordens naturlige magnetfelt. Disse gjenstandene inkluderer alt laget av jern, støpejern og stål. Forvrengningen av magnetfeltet kan også være betydelig påvirket av objektenes egen magnetisering, som ofte forekommer. Etter å ha registrert avviket til magnetfeltstyrken fra bakgrunnsverdien, kan vi konkludere med at det er en gjenstand laget av ferromagnetisk materiale i nærheten av måleenheten.

Forvrengningen av jordens magnetfelt langt fra målet er liten, og den estimeres ved forskjellen i signaler fra to sensorer atskilt med en viss avstand. Det er derfor enheten kalles differensial. Hver sensor måler et signal proporsjonalt med magnetfeltstyrken. De mest brukte er ferromagnetiske sensorer og sensorer basert på den magnetiske presesjonen av protoner. Den aktuelle enheten bruker sensorer av den første typen.

Grunnlaget for en ferromagnetisk sensor (også kalt en fluxgate) er en spole med en kjerne laget av ferromagnetisk materiale. En typisk magnetiseringskurve for et slikt materiale er velkjent fra et skolefysikkkurs og har, tatt i betraktning påvirkningen av jordens magnetfelt, følgende form, vist i fig. 29.

Ris. 29. Magnetiseringskurve

Spolen eksiteres av et vekslende sinusformet bæresignal. Som man kan se av fig. 29, fører forskyvningen av magnetiseringskurven til spolens ferromagnetiske kjerne av det ytre magnetfeltet til jorden til at feltinduksjonen og den tilhørende spenningen på spolen begynner å bli forvrengt på en asymmetrisk måte. Med andre ord vil sensorspenningen med en sinusformet strøm av bærefrekvensen avvike fra sinusoiden med mer "flatede" topper av halvbølgene. Og disse forvrengningene vil være asymmetriske. På språket for spektralanalyse betyr dette utseendet i spekteret av utgangsspenningen til spolen av jevne harmoniske, hvis amplitude er proporsjonal med styrken til det magnetiske forspenningsfeltet (Jordens felt). Det er disse jevne harmoniske som må "fanges".

Ris. 30. Differensial ferromagnetisk sensor

Før vi nevner en synkron detektor som naturlig foreslår seg selv for dette formålet, som opererer med et referansesignal med dobbel bærefrekvens, la oss vurdere utformingen av en komplisert versjon av en ferromagnetisk sensor. Den består av to kjerner og tre spoler (fig. 30). I kjernen er dette en differensialsensor. Men for enkelhets skyld, lenger i teksten vil vi ikke kalle det differensial, siden selve magnetometeret allerede er differensial :).

Designet består av to identiske ferromagnetiske kjerner med identiske spoler anordnet parallelt ved siden av hverandre. I forhold til det spennende elektriske signalet til referansefrekvensen kobles de motstrøms. Den tredje spolen er en vikling viklet på toppen av de to første kjernespolene brettet sammen. I fravær av et eksternt forspennende magnetfelt, er de elektriske signalene til den første og andre viklingen symmetriske og fungerer ideelt sett på en slik måte at det ikke er noe utgangssignal i den tredje viklingen, siden de magnetiske fluksene gjennom den er fullstendig kompensert .

I nærvær av et eksternt forspennende magnetfelt, endres bildet. Først "flyr" den ene eller andre kjernen på toppen av den tilsvarende halvbølgen inn i metning dypere enn vanlig på grunn av den ekstra påvirkningen fra jordens magnetfelt. Som et resultat vises et dobbeltfrekvens mistilpasningssignal ved utgangen til den tredje viklingen. Grunnleggende harmoniske signaler blir ideelt sett fullstendig kompensert der.

Bekvemmeligheten til den betraktede sensoren ligger i det faktum at spolene kan inkluderes i oscillerende kretser for å øke følsomheten. Den første og andre - inn i en oscillerende krets (eller kretser) innstilt på bærefrekvensen. Den tredje - inn i en oscillerende krets innstilt på den andre harmoniske.

Den beskrevne sensoren har et utpreget strålingsmønster. Utgangssignalet er maksimalt når sensorens lengdeakse er plassert langs kraftlinjene til det eksterne konstante magnetfeltet. Når lengdeaksen er vinkelrett på kraftlinjene, er utgangssignalet null.

En sensor av den typen som vurderes, spesielt i forbindelse med en synkron detektor, kan med hell fungere som et elektronisk kompass. Utgangssignalet etter retting er proporsjonalt med projeksjonen av jordens magnetiske feltstyrkevektor på sensoraksen. Synkron deteksjon gjør det mulig å finne ut tegnet på denne projeksjonen. Men selv uten tegn - ved å orientere sensoren i henhold til minimumssignalet får vi en retning mot vest eller øst. Ved å orientere oss maksimalt får vi retningen til jordens magnetfeltlinje. På mellombreddegrader (for eksempel i Moskva) går den på skrå og "stikker" ned i bakken i retning nord. Vinkelen for magnetisk deklinasjon kan brukes til å tilnærmet estimere den geografiske breddegraden til et område.

Differensielle ferromagnetiske magnetometre har sine fordeler og ulemper. Fordelene inkluderer enhetens enkelhet; den er ikke mer komplisert enn en radiomottaker med direkte forsterkning. Ulempene inkluderer arbeidskrevende produksjon av sensorer - i tillegg til nøyaktighet er det nødvendig med en absolutt nøyaktig samsvar med antall omdreininger til de tilsvarende viklingene. En feil på en eller to omdreininger kan redusere den mulige følsomheten betraktelig. En annen ulempe er "kompasset" til enheten, det vil si umuligheten av å kompensere fullstendig for jordens felt ved å trekke signaler fra to adskilte sensorer. I praksis fører dette til falske signaler når sensoren roteres rundt en akse vinkelrett på den langsgående.

Praktisk design

Den praktiske utformingen av et differensielt ferromagnetisk magnetometer ble implementert og testet i en prototypeversjon uten en spesiell elektronisk del for lydindikasjon, med kun et mikroamperemeter med en null i midten av skalaen. Lydindikasjonskretsen kan hentes fra beskrivelsen av metalldetektoren basert på "overføring-mottak"-prinsippet. Enheten har følgende parametere.

De viktigste tekniske egenskapene

• Forsyningsspenning - 15... 18 V
• Strømforbruk - ikke mer enn 50 mA

Deteksjonsdybde:

• pistol - 2 m
• kanonløp - 4 m
• tank - 6 m

Strukturopplegg

Blokkskjemaet er vist i fig. 31. En kvartsstabilisert masteroscillator produserer klokkepulser for signalbehandleren.

Ris. 31. Blokkdiagram av et differensielt ferromagnetisk magnetometer

På en av utgangene er det en firkantbølge av den første harmoniske, som går til effektforsterkeren, som eksiterer utstrålingsspolene til sensor 1 og 2. Den andre utgangen genererer en firkantbølge med referansedobbelklokkefrekvensen med en 90° skift for en synkron detektor. Differansesignalet fra utgangs- (tredje) viklingene til sensorene forsterkes i mottaksforsterkeren og likerettes av en synkron detektor. Det likerettede konstantsignalet kan tas opp med et mikroamperemeter eller med lydindikeringsenheter beskrevet i tidligere kapitler.

Skjematisk diagram

Det skjematiske diagrammet av et differensielt ferromagnetisk magnetometer er vist i fig. 32 - del 1: masteroscillator, signalbehandler, effektforsterker og utstrålende spoler, fig. 33 - del 2: mottaksspoler, mottaksforsterker, synkrondetektor, indikator og strømforsyning.

Ris. 32. Elektrisk kretsskjema - del 1

Masteroscillatoren er montert på omformere D1.1-D1.3. Generatorfrekvensen stabiliseres av en kvarts- eller piezokeramisk resonator Q med en resonansfrekvens på 215 Hz = 32 kHz ("klokkekvarts"). Krets R1C1 hindrer generatoren i å bli eksitert ved høyere harmoniske. OOS-kretsen er lukket gjennom motstand R2, og POS-kretsen er lukket gjennom resonator Q. Generatoren er enkel, har lavt strømforbruk, fungerer pålitelig ved en forsyningsspenning på 3...15 V, og inneholder ikke innstilte elementer eller motstander med for høy motstand. Utgangsfrekvensen til generatoren er omtrent 32 kHz.

Signalbehandling(Fig. 32)

Signalbehandleren er satt sammen på en binær teller D2 og en D-flip-flop D3.1. Typen binær teller er ikke viktig; hovedoppgaven er å dele klokkefrekvensen med 2, 4 og 8, og dermed oppnå meandere med frekvenser på henholdsvis 16, 8 og 4 kHz. Bærefrekvensen for eksitering av emitterende spoler er 4 kHz. Signaler med frekvenser på 16 og 8 kHz, som virker på D-flip-flop D3.1, danner ved sin utgang en firkantbølge doblet i forhold til bærefrekvensen på 8 kHz, forskjøvet med 90° i forhold til utgangssignalet på 8 kHz til den binære telleren. En slik forskyvning er nødvendig for normal drift av en synkron detektor, siden den samme forskyvningen har et nyttig dobbeltfrekvens mistilpasningssignal ved sensorutgangen. Den andre halvdelen av mikrokretsen til to D-flip-flops - D3.2 brukes ikke i kretsen, men dens ubrukte innganger må kobles til enten logisk 1 eller logisk 0 for normal drift, som er vist i diagrammet.

Forsterker(Fig. 32)

Effektforsterkeren virker ikke slik ved første øyekast og representerer kun kraftige omformere D1.4 og D1.5, som i motfase svinger en oscillerende krets bestående av serieparallellkoblede utstrålingsspoler til sensoren og kondensatoren C2. En stjerne ved siden av kondensatorklassifiseringen betyr at verdien er angitt omtrentlig og at den må velges under oppsett. Den ubrukte omformeren D1.6 inverterer D1.5-signalet, for ikke å la inngangen være koblet fra, men fungerer praktisk talt "tomgang". Motstander R3 og R4 begrenser utgangsstrømmen til vekselretterne til et akseptabelt nivå og danner sammen med oscilleringskretsen et høykvalitets båndpassfilter, på grunn av hvilket formen på spenningen og strømmen i emitterende spoler til sensoren nesten sammenfaller med den sinusformede.

Mottakende forsterker(Fig. 33)

Mottakerforsterkeren forsterker differansesignalet som kommer fra mottaksspolene til sensoren, som sammen med kondensatoren SZ danner en oscillerende krets innstilt til en dobbel frekvens på 8 kHz. Takket være innstillingsmotstanden R5 blir signalene fra mottaksspolene trukket fra med visse vektingskoeffisienter, som kan endres ved å flytte glideren til motstanden R5. Dette oppnår kompensasjon for ikke-identiske parametere for sensorens mottaksviklinger og minimerer dens "kompass".

Mottaksforsterkeren er to-trinns. Den er satt sammen ved hjelp av op-ampene D4.2 og D6.1 med parallell spenningstilbakemelding. Kondensator C4 reduserer forsterkningen ved høyere frekvenser, og forhindrer derved overbelastning av forsterkerbanen med høyfrekvent interferens fra strømnettverk og andre kilder. Op-amp korreksjonskretser er standard.

Synkron detektor(Fig. 33)

Synkrondetektoren er laget ved hjelp av op-amp D6.2 i henhold til en standardkrets. D5 CMOS multiplekser-demultiplekser 8 x 1 brikke brukes som analoge brytere (fig. 32). Dets digitale adressesignal flyttes bare i den minst signifikante biten, og gir alternativ svitsjing av punktene K1 og K2 til en felles buss. Det likerettede signalet filtreres av kondensator C8 og forsterkes av op amp D6.2 med samtidig ekstra demping av ufiltrerte RF-komponenter av kretsene R14C11 og R13C9. Op-amp korreksjonskretsen er standard for typen som brukes.

Ris. 33. Kretsskjema - del 2. Mottakerforsterker

Indikator(Fig. 33)

Indikatoren er et mikroamperemeter med null i midten av skalaen. Indikatordelen kan med hell bruke kretsene til andre typer metalldetektorer beskrevet tidligere. Spesielt kan utformingen av en metalldetektor basert på prinsippet om en elektronisk frekvensmåler brukes som en indikator. I dette tilfellet erstattes LC-oscillatoren med en RC-oscillator, og den målte utgangsspenningen mates gjennom en resistiv deler til frekvensinnstillingskretsen til timeren. Du kan lese mer om dette på Yuri Kolokolovs nettside.

D7-brikken stabiliserer den unipolare forsyningsspenningen. D4.1-operasjonsforsterkeren skaper en kunstig midtpunktsstrømforsyning, som tillater bruk av konvensjonelle bipolare op-forsterkerkretser. Keramiske blokkeringskondensatorer C18-C21 er montert i umiddelbar nærhet til husene til digitale mikrokretser D1, D2, D3, D5.

Typer deler og design

Typene mikrokretser som brukes er angitt i tabellen. 6.

Tabell 6. Typer chips brukt

I stedet for mikrokretser i K561-serien er det mulig å bruke mikrokretser i K1561-serien. Du kan prøve å bruke noen mikrokretser av K176-serien eller utenlandske analoger av 40ХХ- og 40ХХХ-serien.

Doble operasjonsforsterkere (op-amps) i K157-serien kan erstattes med alle generelle op-amper med lignende parametere (med passende endringer i pinout og korreksjonskretser).

Det er ingen spesielle krav til motstandene som brukes i differensialmagnetometerkretsen. De trenger bare å ha en slitesterk og miniatyrdesign og være enkle å installere. Nominell effekttap 0,125...0,25 W.

Potensiometrene R5, R16 er fortrinnsvis multi-turn for enkel presis justering av enheten. Håndtaket på potensiometer R5 må være laget av plast og må være av tilstrekkelig lengde slik at berøring av operatørens hånd under justering ikke forårsaker endringer i indikatoravlesningene på grunn av interferens.

Kondensator C16 - elektrolytisk av hvilken som helst liten type.

Kondensatorer til oscillerende kretser C2* og SZ* består av flere (5-10 stk.) kondensatorer koblet parallelt. Innstilling av kretsen til resonans utføres ved å velge antall kondensatorer og deres vurdering. Anbefalt type kondensatorer K10-43, K71-7 eller utenlandske termostabile analoger. Du kan prøve å bruke konvensjonelle keramiske eller metallfilmkondensatorer, men hvis temperaturen svinger, må du justere enheten oftere.

Mikroamperemeter - hvilken som helst type for en strøm på 100 μA med null i midten av skalaen. Små mikroamperemetere, for eksempel type M4247, er praktiske. Du kan bruke nesten hvilket som helst mikroamperemeter, og til og med et milliammeter - med hvilken som helst skalagrense. For å gjøre dette, må du justere verdiene til motstandene R15-R17 tilsvarende.

Kvartsresonator Q - hvilken som helst liten klokkekvarts (lignende brukes også i bærbare elektroniske spill).

Bryter S1 - hvilken som helst type, liten størrelse.

Sensorspolene er laget på runde ferrittkjerner med en diameter på 8 mm (brukes i magnetiske antenner til radiomottakere i CB- og DV-området) og en lengde på ca. 10 cm Hver vikling består av 200 vindinger av kobberviklingstråd med en diameter på 0,31 mm, jevnt og tett viklet i to lag i dobbel lakk-silke isolasjon. Et lag skjermfolie er festet over alle viklinger. Kantene på skjermen er isolert fra hverandre for å forhindre at det dannes en kortsluttet sving. Skjermutgangen er laget med fortinnet enkjernet kobbertråd. Når det gjelder en aluminiumsfolieskjerm, plasseres denne terminalen på skjermen i hele lengden og pakkes tett inn med elektrisk tape. Ved en skjerm laget av kobber- eller messingfolie er terminalen loddet.

Endene av ferrittkjernene er festet i fluoroplastiske sentreringsskiver, takket være hvilke hver av de to halvdelene av sensoren holdes inne i et plastrør laget av tekstolitt, som fungerer som et hus, som skjematisk vist i fig. 34.

Ris. 34. Sensor-antenne design

Lengden på røret er ca 60 cm Hver av sensorhalvdelene er plassert i enden av røret og er i tillegg festet med silikonforsegling, som fyller rommet rundt viklingene og deres kjerner. Fylling utføres gjennom spesielle hull i rørkroppen. Sammen med fluoroplastiske skiver gir et slikt tetningsmiddel festingen av skjøre ferrittstenger den nødvendige elastisiteten, som forhindrer dem i å sprekke under utilsiktede støt.

Sette opp enheten

1. Kontroller at installasjonen er riktig.

2. Sjekk strømforbruket, som ikke bør overstige 100 mA.

3. Kontroller at masteroscillatoren og andre elementer for generering av pulssignaler fungerer korrekt.

4. Sett opp oscillasjonskretsen til sensoren. Sender ut - ved en frekvens på 4 kHz, mottar - ved 8 kHz.

5. Kontroller at forsterkningsbanen og synkrondetektoren fungerer som de skal.

Arbeider med enheten

Prosedyren for å sette opp og betjene enheten er som følger. Vi går ut til søkesiden, slår på enheten og begynner å rotere sensorantennen. Det er best i et vertikalt plan som går gjennom nord-sør-retningen. Hvis enhetssensoren er på en stang, kan du ikke rotere den, men svinge den så langt som stangen tillater. Indikatornålen vil avvike (kompasseffekt). Ved å bruke variabel motstand R5 prøver vi å minimere amplituden til disse avvikene. I dette tilfellet vil midtpunktet til mikroamperemeteravlesningene "bevege seg", og det må også justeres med en annen variabel motstand R16, som er designet for å sette null. Når "kompass"-effekten blir minimal, anses enheten som balansert.

For små gjenstander er metoden for å søke ved hjelp av et differensialmagnetometer ikke forskjellig fra metoden for å jobbe med en konvensjonell metalldetektor. I nærheten av et objekt kan pilen avvike i alle retninger. For store gjenstander vil indikatornålen avvike i forskjellige retninger over et stort område.

Lese og skrive nyttig

For reparasjoner og andre tekniske problemer, klikk her. Reparasjon av husholdnings- og kontorutstyr.

Bygg et protonpresesjonsmagnetometer. Kuban Krasnodar.

Oversettelse med tillegg og merknader, red. L. I. Volkova. [e-postbeskyttet] Zaporozhye, oktober 2008

I artikkelen ovenfor er forfatterens tillegg og kommentarer i kursiv.

OM Utdanningsprosjektet "bakgård" ble implementert ved bruk av allment tilgjengelige elektroniske komponenter. Denne enheten bruker en teller for å måle presesjonsfrekvensen til protoner i et magnetfelt etter deres pulserende polarisering. Kontroll av presesjonsfrekvensen til protoner i et magnetfelt er basert på en streng fysisk konstant. Omfattende referansemateriale, samt praktiske anvendelser av protonmagnetometre, er beskrevet i magasinet The Amateur Scientist, februar 1968 - se hhv. spalte redigert av Scientific American. Utformingen av en dobbel magnetometerspole er også beskrevet der. Informasjon fra denne artikkelen ble brukt som grunnlag for denne utviklingen. Rett etter at jeg fant en artikkel om dette prosjektet i Scientific American i februar 1968, gikk det opp for meg at vi kunne prøve å legge til en frekvensteller til et slikt protonmagnetometer. Dette vitenskapelige prosjektet kalt "bakgårdsvitenskap" er av interesse for å måle styrken til jordens magnetfelt på et bestemt punkt. Hvis du legger til en digital-til-analog-omformer til enheten, vil det være mulig å koble til en diagramregistrator.

For flere år siden bygde jeg et presesjonsmagnetometer (fluxgate magnetometer). Det er beskrevet i en artikkel av Richard Nobles publisert i september 1991 i Electronics World + Wireless World. I strålingsdiagrammet til denne enheten er magnetfeltstyrkemaksima i østlige og vestlige retninger, og nullkryssingene er i nordlige og sørlige retninger. I nærheten av bakgårdens vitensenter er støyen ganske grei. Kraftige strømfrekvensovertoner som sendes ut av kraftledninger strekker seg inn i lydfrekvensområdet, hvor de konkurrerer med den grunnleggende frekvensen til protondepolarisering. Disse støyene kan bare håndteres gjennom differensiell (mot) svitsjing av sensorspolene, optimal sensororientering i jordens magnetfelt og standard digital lydsignalsampling.

og du vil bli ført til nettsiden til USGS (USA) Fredericksburg Monitoring Research Center, i nærheten av bakgården ligger.

FYSISK GRUNNLAG FOR DRIFT AV PRESESJONSMAGNETOMETER

Driften av presesjonsmagnetometre er basert på en atomkonstant, som bestemmer frekvensen av presesjon til protonrotasjonsaksen i et magnetfelt. I fysikk og en rekke andre vitenskaper er det kjent som Larmor-frekvensen.

For tiden er det kvantemekaniske tilnærminger for å forklare dette fenomenet, og likevel er den klassiske forklaringen generelt tilgjengelig og mer mottakelig. Et proton er en ladet partikkel som kan tenkes å rotere rundt sin sentrale akse. Rotasjonen av en ladet partikkel genererer alltid et magnetfelt, så protonet kan representeres som en slags elementær mikromagnet. Påføringen av et eksternt magnetfelt endrer ikke vinkelfrekvensen for rotasjon av protonet, men det forårsaker oscillasjoner (presesjon) av dens magnetiske akse. På denne måten balanseres effekten av det ytre magnetfeltet på protonet.

Larmors lov gjelder ikke for svake magnetiske felt, når en energi på mindre enn 3kT påføres protonet fra utsiden. I svake magnetiske felt dominerer en kaotisk (vilkårlig) forskyvning av protonets magnetiske akse på grunn av termiske effekter og andre intermolekylære interaksjoner. Derfor, i svake magnetiske felt, er den kaotiske presesjonen av protoner en kilde til betydelig elektromagnetisk støy.

[Merk kjørefelt Som barn har alle som snurrer en mekanisk leketøytopp og deretter treffer lett på den observert fenomenet presesjon. En roterende topp, etter å ha påført den minste ytre impuls (klikk), avviker øyeblikkelig fra sin forrige rotasjonsakse og begynner å oscillere rundt den med en viss frekvens.

Vår planet Jorden roterer også kontinuerlig rundt sin akse med en helning av rotasjonsaksen i forhold til den ekliptiske aksen på 23 grader 26 minutter, og en rotasjonsperiode på 23t56m; den befinner seg konstant i gravitasjonsfeltet til et større kosmisk objekt - en roterende proton-heliumstjerne - Solen, som den kretser rundt med en periode på 365,25 jorddøgn. De kraftige gravitasjons- og magnetfeltene til solen er lagt over gravitasjons- og magnetfeltene til roterende smeltet magma, jordskorpen og en enorm masse protonholdig vann, samt mange andre magnetisk følsomme materialer på planeten Jorden.

Presesjonsperioden for jordens rotasjonsakse er enorm etter våre standarder - litt mindre enn 26 000 jordår. I løpet av hele denne perioden svinger helningen til jordens rotasjonsakse i forhold til den ekliptiske aksen harmonisk innen ±23 grader 26 minutter. Dette er hovedårsaken til periodiske globale langsiktige klimaendringer på planeten vår.

Det er nok å si at den bibelske eksistensen til den siste menneskelige sivilisasjonen, som begynner fra det øyeblikket da Gud ga det jordiske første mennesket Adam sitt Ord og sin Hellige Ånd (forvanns- og etterflomperioder helt frem til i dag) er litt mer enn en fjerdedel av presesjonsperioden til jordens rotasjonsakse rundt den ekliptiske aksen ! (I fig. 1 er dette den nedre høyre sektoren).

Deklinasjonsvinkelskala

Ris. 1. Presesjonell bevegelse av himmelpolen langs de sirkumpolare konstellasjonene. Den himmelske polen beveger seg veldig sakte på tvers av de sirkumpolare konstellasjonene, og presesserer rundt den ekliptiske aksen med en periode på nesten 26 000 år. Samtidig passerer den sekvensielt gjennom følgende konstellasjoner: Hercules (-8000-6000 år f.Kr.), Draco (-6000-2000 år f.Kr.), Ursa Minor (-2000-0+3500 år før og etter e.Kr.), Cepheus (3500-8000 e.Kr.), Cygnus (8000-13000 e.Kr.), Lyra (13000-15500 e.Kr.), og igjen Draco (etter 15.500 e.Kr.). Graderingen etter år er omtrentlig. Over 26 000 år skifter også ekliptikken i aksen bevegelsesretningen til hele solsystemet med en liten mengde - omtrent 4? (Ifølge boken: F.Yu. Siegel. Treasures starry sky. M: Nauka, GRFML, 1987, s. 67-68, 276-277. )

Jorden påvirkes med jevne mellomrom av sin satellitt, Månen, så vel som alle de andre 8 (9) planetene i solsystemet. På grunn av Månens periodiske rotasjon rundt Jorden, oppstår periodiske flommer og vannstrømmer i hav og hav: den enorme massen av jordens vann inneholder et gigantisk antall protoner, samt paramagnetiske oksygenatomer, som blir båret bort av gravitasjons- og magnetfeltene til Månen, så vel som alle andre planeter i solsystemet.

En person er omtrent 80% vann, så han, som alle vannet på jorden, føler i større eller mindre grad magnetiske stormer på solen, og månens faser (fullmåne), og påvirkningen fra alle andre planeter av solsystemet. En person føler gravitasjonsfelt i form av vekt (masse). Når det gjelder magnetfeltene til Jorden, Solen, Månen og alle andre planeter, er menneskeheten så vant til deres evige eksistens og deres naturlige periodiske forandringer at de fleste ikke legger merke til og så å si ikke føler noen av disse felt eller deres forandringer, akkurat som de som bor ved havet legger merke til lyden av brenningene.

Den magnetiske følsomheten til vann og de aller fleste kjemiske elementer, deres forbindelser og strukturelle formasjoner på jorden er nær enhet. Imidlertid er noen kjemiske grunnstoffer og deres strukturelle formasjoner (en rekke krystaller og legeringer basert på jern, nikkel, kobolt, etc.) svært magnetisk følsomme. Den grunnleggende komponenten i menneskelig blod er vann. Ulike molekyler, deres hydroksylgrupper og aggregater er oppløst i den, permanent gruppert i komplekse komplekse biologiske strukturer som inneholder jern, som er multivalent og passer inn i mange strukturelle former med forskjellig magnetisk følsomhet. Derfor er en del av menneskeheten svært utsatt for lokale endringer i jordens magnetfelt på grunn av magnetiske solstormer og lokale svingninger i jordens magma. Noen overfølsomme mennesker kan ikke bare oppfatte mikrosvingninger i jordens magnetfelt, men kan også sette sin overfølsomhet ut i livet – for eksempel kan de finne underjordiske vannkilder (dowsing).

Ovennevnte betyr at i protonmagnetometre er de eksterne magnetfeltsensorene ikke spoler som sådan, men selve den protonholdige væsken - vann, parafin og mange andre hydrokarbonvæsker, en rekke alkoholer osv. Sensorspoler er nødvendige for polarisasjonen av protoner i det protonholdige mediet du velger , samt for å fange svake signaler om avspenningspresesjon av polariserte protoner. Derfor er avlesningene til protonpresesjonsmagnetometre som regel ikke avhengig av utformingen av sensorene.

Slutt ca. kjørefelt].

Protonet reagerer på forstyrrelsen som følge av det påførte eksterne magnetfeltet ved å presessere rotasjonsaksen med en viss vinkelfrekvens, som er en nøyaktig konstant [hydrogenstandard], det kalles den gyromagnetiske koeffisienten. For protoner er denne koeffisienten avrundet til 267,53x1E6 radianer per sekund/Tesla, eller 42,58 MHz/Tesla.

[Merk kjørefelt Her er den gyromagnetiske koeffisienten gitt i SI-systemet. I tidligere verk (for eksempel av Hougaard) er det gitt som 4,258-4,26 kHz/Gauss, som tilsvarer, fordi 1 Tesla = 10^4 Gauss].

I de nordlige breddegradene i USA er den gjennomsnittlige magnetiske feltstyrken omtrent 50 000 - 55 000 nanoTesla, den varierer avhengig av målestedet. På grunn av periodiske magnetiske stormer oppstår kortsiktige endringer i styrken til jordens magnetfelt; de kan nå flere hundre nanoTesla. Daglige endringer forårsaket av solvind i ionosfæren er innenfor titalls nanoTesla. Generelt synker gjennomsnittsstyrken til jordens magnetfelt på disse breddegradene jevnt og trutt innenfor minus 90 nanoTesla per år.

[Dette er ikke verdens undergang, men en normal konsekvens av presesjonen av jordens rotasjonsakse rundt den ekliptiske aksen. Presesjonen av jordens rotasjonsakse har en betydelig innvirkning på klimaet på alle dens kontinenter - se over utg. ca. overs.]

Ved å måle frekvensen av protonpresesjon i jordens magnetfelt med en spesiell enhet, finner vi at denne frekvensen er i det akustiske området:

Eksempel: 42,58 MHz/Tesla * 52500x1E-9 Tesla = 2235 Hz I mitt (det vil si forfatteren av denne artikkelen - ca. kjørefelt) område (i nordøst) er den målte frekvensen til dags dato i gjennomsnitt 2271 Hz, som tilsvarer til Den gjennomsnittlige magnetiske feltstyrken er omtrent 53 300 nanoTesla. Dette resultatet er i utmerket overensstemmelse med USGS overvåkingsdata for et sted 160 miles vest for Fredericksburg. Denne verdien stemmer også overens med verdien målt av et referansepresesjonsmagnetometer, som ble kalibrert i feltet til en Helmholtz-spole. For å oppnå den maksimale verdien av jordens magnetiske feltstyrke ved et gitt punkt, ble den geometriske aksen til enhetens presesjonssensor forskjøvet fra en horisontal posisjon til en nesten vertikal.

[Merk kjørefelt Magnetiske feltlinjer som kommer fra jordens magnetiske poler lukkes langs kvasi-elliptiske baner. Normalen til disse linjene har null deklinasjon bare ved ekvator. Når observatøren nærmer seg en av jordens poler, øker deklinasjonen av normalen jevnt og trutt i retning av nærpolen. Sett sammen det andre av magnetometrene beskrevet i denne artikkelen - og du vil kunne måle styrken på jordens magnetfelt numerisk og størrelsen på den magnetiske deklinasjonen for ditt område, observere kortsiktige og langsiktige endringer i magnetfeltet på grunn av solmagnetiske stormer, samt presesjonsendringer i magnetfeltet, med svært høy nøyaktighet. Målinger bør utføres vekk fra strømkilder, metallgjenstander, magnetiske anomalier osv. ved å heve sensoren til en høyde på minst 2 m fra bakkeoverflaten. Slutt ca. overs.]

Tolv måneder etter at sensorene beskrevet ovenfor begynte å komme til bakgården, la jeg merke til en reduksjon i verdien av lesefrekvensen i vårt område med omtrent 6-7 Hertz. Opprinnelig var frekvensverdiene rundt 2277 - 2278 Hz. Dette er også i samsvar med størrelsen på endringene som er spådd for området av USGS overvåkingstjenester.

PROTON PRESESJON MAGNETOMETER FOR ESTIMERING AV GEOMAGNETISK FELT STYRKE OG DETEKTERING AV MAGNETISKE ANOMALIER "VED HØRING"

Ris. 2 Blokkdiagram av et protonpresesjonsmagnetometer for å vurdere den geomagnetiske feltstyrken og detektere magnetiske anomalier "VED HØRING".

Figur 2 viser et blokkskjema over versjonen av enheten med «kun hørelse»-utgang. Den tellende delen av den elektriske kretsen mangler. Kretsen inneholder kun en sensorspole(r), en lydforsterker og en strømforsyning og en timer. Timeren brukes til å kontrollere driften av reléet, som vekselvis kobler spolen til kilden for polarisering og til inngangen til lydforsterkeren. (Diagrammet viser en bølgeform for timerutgangssignalet.)

[Merk kjørefelt

1. Det er bedre å erstatte den bipolare transistoren med en felteffekttransistor. For tiden masseproduseres nøkkel-FET-felteffekttransistorer av hvilken som helst kraft. Når de er lukket, har de en mye høyere motstand enn bipolare. Forbigående prosesser knyttet til den økte kanalkapasitansen til en kraftig FET-transistor spiller praktisk talt ingen rolle, siden målinger av protonpresesjonsfrekvensen vanligvis begynner tidligst 100-200 millisekunder etter slutten av strømpulsen for deres polarisering.

2. For å stille inn sensorspolene til resonans, kreves det svært stabile kondensatorer med lav lekkasjestrøm. I fig. 2 kondensatorer for innstilling av sensorspolen til resonans er betegnet som "spoleavstemmingskondensator 0,25-0,62 mF". Hvis enheten er ment å operere i ett område, kan du begrense deg til én målegrense, og derfor til én kondensator. Antallet målegrenser avhenger av enhetens driftsrekkevidde, samt kvalitetsfaktoren til LC-kretsen ved proton- jo høyere den er, desto flere grenser må settes. Derfor er det behov for å bytte resonanskondensatorer. I MMP203-magnetometeret byttes de av en konvensjonell flerposisjonsbryter med målegrenser.

Resonanskondensatorer kan også byttes med FET-transistorer. Styrestrømmen er nanoampere, så kondensatorbryterkretsen kan bygges ved hjelp av rimelig CMOS-logikk.

Slutt ca. overs.]

SENSORDESIGN

På markedet oppdaget jeg en lokal superkilde med spolerammer for magnetometersensorer, som samtidig kan brukes som beholdere for protonholdig væske. Dette er den delen av markedet hvor krydderne finnes. Se etter krydder med riktig volum og form på beholderen. Jeg oppdaget at dette er de tynnveggede plastbeholderne som har ringkanter i bunnen og rett under lokket. De er en form som en multi-turn coil lett kan vikles på.

Fig.3. Flasketype lineær sensordesign Figur 3 viser en lineær sensorspole med spesifikke dimensjoner. Det er mange størrelser tilgjengelig. Sneller rundt 3,75 tommer lange er mest foretrukket. Den større størrelsen på krydderkrukken [beholderen] gir mulighet for en sensorspole med større ledningsevne. Den lave spolemotstanden gir en høyere kvalitetsfaktor Q, samt en høyere polariserende strøm (begrenset av kraften til strømforsyningen). En større polarisasjonsstrøm øker startamplituden til depolarisasjonssignalet. Den høyere kvalitetsfaktoren til Q-spolen gir også lengre vibrasjonsmodulering av signalet under depolarisering. Merk at induktansen til en spole er proporsjonal med kvadratet på antall vindinger, mens den aktive motstanden til spolen er direkte proporsjonal med antall vindinger. Det kan antas at de beste resultatene (høy kvalitetsfaktor Q og selektiv tuning av hele kretsen) vil oppnås ved å bruke så mange omdreininger som mulig og et så stort ledningstverrsnitt som mulig. En like viktig komponent er selvfølgelig også kondensatoren, som er koblet til spolen for å stille den inn til frekvensen [av protonpresesjon].

Størrelsen på spolens induktans må være tilstrekkelig til at en ikke særlig dyr kondensator kan brukes til å justere spolen optimalt for perioden (frekvensen) av depolarisering. En stor Q-verdi bidrar også til å oppnå en smalere båndbredde av hele målekjeden, noe som er svært viktig for å øke signal-til-støy-forholdet og redusere påvirkningen av høyere harmoniske komponenter (overtoner) i det forsterkede signalet. Notater fra forfatteren av artikkelen

1. Det er mulig at når du vikler denne spolen på 700 omdreininger, vil ledningen legges i fire lag. Det er ikke lett å opprettholde den ideelle lagtettheten, så du kan ende opp med fem lag. Antall svinger er faktisk ikke kritisk. Hvis din siste, 700. sving er langt fra enden av spolen, fortsett å snirkle til slutten.

2. Med parametrene ovenfor oppnådde jeg en induktans på ca. 10 milliHenry. En omtrentlig formel for å beregne induktans (forsømmer flerlag, som reduserer induktansen med ikke mer enn 5%):

L = (r2n2)/(10(r+l))

hvor: r = 1/2 diameteren til rammen (flasken), tomme

n = antall omdreininger

l = lengde, tomme

3. Hvis alle parametrene ovenfor er observert, for to sensorspoler koblet i serie, bør kapasitansen til resonanskondensatoren være omtrent 0,25 μF.

4. Beholderne er fylt med protonholdig væske. Dette kan være destillert vann, parafin, metanol. Det er også mulig å bruke isopropylalkohol

5. Krydderbeholdere er generelt ikke laget for å holde væsker. Lokkene deres kan ha papirpakninger inni som må fjernes. For å forsegle beholdere, prøv å lage pakninger av et sykkelinnerrør eller lignende materiale.

I bakgårdsområdet forbedret bruk av to spoler signal-til-støy-forholdet betydelig. For meg ga to like spoler størst effekt. For å redusere industriell interferens ble de slått på sekvensielt og nøye orientert. Det beste signal-til-støy-forholdet ble oppnådd med parallell orientering av spoleaksene og deres motsatte kobling.

[Merk kjørefelt Med en høy kvalitetsfaktor på sensorspolen kan det dannes en betydelig EMF i endene ved koblingsmomenter, så nedbrytningsspenningen til resonanskondensatorene og alle nøkkelelementer bør være så høy som mulig.]

[Oversetterens tillegg. Andre design av presesjonsmagnetometersensorer.

Ris. 4. Sensorspoler av nedsenkingstype. Nøyaktig slike spoler (2 stykker, plassert parallelt med hverandre, tellerveksling, + en felles åpen skjerm langs den ytre omkretsen av begge spolene) brukes i sensoren til det velkjente magnetometeret MMP-203

Ris. 5. Toroidal sensorramme

Ris. 6. Mellomstadier av produksjon av en toroidal sensor

Ris. 7. Toroidal sensorenhet

Oversetterens tillegg for å forklare bakgrunnsstøyen til sensoren.

Bildene er i rekkefølge - Fig. 7, Fig. 8, Fig. 9.

RIS. 8.. Protondepolarisasjonssignal fra en presesjonsmagnetometersensor (single coil sensor). Langs aksene: X - sek., Y - mV.

For å lytte til signalet, klikk på bildenummeret.

RIS. 9.. Frekvensspekteret til den mest skyggefulle delen av protondepolarisasjonssignalet, vist i fig. 8, etter en smalbåndsforsterker (enkeltspolssensor).

For å lytte til signalet, klikk på bildenummeret.

RIS. 10.. Dette frekvensspekteret ble oppnådd ved å bruke en kompensasjonsmålingsmetode, som er basert på rygg-til-rygg-forbindelse av to spoler, på grunn av hvilken det meste av interferensen og termomagnetisk støy, veldig merkbar i fig. 1, er gjensidig kompensert. 8 og 9. Etter kompenserende subtraksjon av interferens og termomagnetisk støy, observeres en linjefordeling av spektraltettheten til proti spektrogrammet. Hovedtoppen av protonpresesjon med en frekvens på omtrent 2 kHz er tydelig synlig. Hovedtoppen til den andre harmoniske av grunnfrekvensen (ca. 4 kHz) er også tydelig synlig. Over og under den første (ca. 2 kHz) og andre (ca. 4 kHz) harmoniske av protonpresesjonsfrekvensen, observeres satellitttopper. Deres frekvenser er forskjøvet over og under den sentrale toppen i henhold til frekvensmultiplikasjonsfaktoren (harmonisk tall) i henhold til lovene for spinn-bane-interaksjon. Satellitt-toppene til den andre harmoniske er delt inn i 2 topper. Den nedre satellitttoppen til den andre harmoniske skifter tydelig mot lave frekvenser, og blir speilsymmetrisk til den øvre toppen. Det er åpenbart at presesjonen til førsteordens protonrotasjonsakse er skarpt asymmetrisk i forhold til protonets massesenter (energiene til motsatte bindinger av protoner og elektroner (S- og P-orbitaler) i SP?-bindinger er forskjellige). Presesjonen til andreordens protonrotasjonsakse er nesten symmetrisk i forhold til massesenteret (SP±1/2).

I begynnelsen av denne artikkelen ble det sagt at kilden til sensorens egen bakgrunnsstøy er den termokaotiske presesjonen av protoner i svake geomagnetiske felt. For å måle frekvensen av relaksasjonspresesjon av protoner, må måleprosessen organiseres slik at den begynner nesten umiddelbart etter at den polariserende strømmen er slått av og overgangsprosessene er fullført, og fortsetter i et begrenset tidsintervall (i fig. 8 er dette det mest skyggelagte intervallet), der amplituden til det nyttige signalet overstiger støynivået til sensoren, hvis kilder er interferens og kaotisk presesjon av protoner i svake geomagnetiske felt med en energi lik eller mindre enn 3kT.

Det er kjent av erfaring at et vibrerende lydsignal, hvis kilde er kombinasjonsfrekvenser, alltid er overlagret grunnfrekvensen til protonpresesjonssignalet (ca. 2 kHz). Deres opprinnelse kan forstås etter å ha analysert fig. 10. Akustisk modulering av protonpresesjonssignalet med en frekvens på omtrent 2 kHz av andre frekvenser er en konsekvens av superposisjonen på hovedsignalet av kombinasjonsfrekvenser dannet som et resultat av dynamisk addisjon og subtraksjon av de øvre og nedre harmoniske komponentene til resonansoscillasjoner i den nære delen av det akustiske spekteret, inkludert påvirkning av magnetiske resonanssplittende energinivåer til hydrogenatomet på grunn av spinorbital interaksjon.

Slutt på tilleggsovers.]

LYD FORSTERKER

Ris. 11. Blokkskjema over en selektiv lydforsterker

Lydforsterkeren er bygget på fire bipolare transistorer og en dobbel operasjonsforsterker. Blokkdiagrammet viser forsterkningsfordelingen på hvert trinn. Denne forsterkeren er også et aktivt hakkfilter innstilt på forventet protonpresesjonsfrekvens [for et gitt område]. Maksimalt er forsterkningen mer enn 130 dB. Den teoretiske båndbredden vises også. Den totale forsterkningen er veldig stor, så under installasjonen bør det iverksettes tiltak for å forhindre at forsterkeren selveksiterer.

Ris. 12. Frekvensrespons for selektiv lydforsterker

Ris. 13. Skjematisk diagram av en selektiv lydforsterker

For å øke inngangsmotstanden til forsterkeren er det en 100 Ohm motstand i emitteren til transistoren, og en 12 kOhm motstand i basen, som reduserer belastningen på sensorspolene innstilt til resonans. Den resonante parallelle LC-kretsen til sensoren, dannet av spolene og resonanskondensatoren, har en impedans på omtrent 3000 Ohm. Alle andre elementer i inngangstrinnet ble valgt for å gi et godt signal-til-støyforhold med høyest mulig forsterkning. Støyen på dette trinnet tilsvarer støyen til en 560 ohm motstand. Imidlertid overstiger støyen fra pickup-spolene og ekstern interferens betydelig støyen fra selve forsterkeren.

Merk kjørefelt I det andre, tredje, og også sluttfasen, kan du bruke en sammensatt transistor med høy forsterkning av typen BC847C (? = 400-1000). En slik erstatning vil begrense båndbredden ytterligere og redusere utgangsimpedansen til forsterkeren til 1-3 kOhm (Re = 820 Ohm, Rк = 1-3 kOhm).

Ris. 14. Strukturelt arrangement av deler på forsterkerkortet

I fig. 14 nedenfor viser plasseringen av delene på forsterkerkortet. Den er montert på dobbeltsidig folieglassfiber [getinax]. Alle komponentene er sikkert loddet, terminalene deres er gjemt inn i nylon- eller teflonterminaler. Ledere som forbinder diskrete komponenter bør være så korte som mulig. Forsterkerbrettet er plassert i en spesialstøpt kasse dekket med en aluminiumsskjerm (tape). Den eksterne skjermen er koblet til det interne kortet med en jumper.

Merk oversettelse Hva er bra med et protonpresesjonsmagnetometer: Frekvensen av protonpresesjon avhenger ikke av designen til sensoren og typen protonholdig væske, men avhenger kun av styrken til det eksterne magnetfeltet. (Dette er fordi den magnetiske permeabiliteten til typiske protonholdige væsker og materialer som brukes i produksjonen av sensorer er lik enhet.) Men signalamplituden, måletiden, så vel som signal-til-støy-forholdet, og derfor følsomheten til enheten som helhet, avhenger veldig av kretsdesignbeslutningene du tar, av design og nøye produksjon av sensoren og hele enheten som helhet.

Den neste siden viser et diagram av et magnetometer med en ekstra generator, hvis generasjonsfrekvens er synkronisert med presesjonsfrekvensen [av protoner]. Dette er et fullstendig tilgjengelig kretsdiagram av en enhet som lar deg måle magnetfeltstyrken i et lokalt geomagnetisk område. Slike målinger gjøres vanligvis kun for informasjonsformål. Interesserte kan tilpasse enheten for andre spesifikke praktiske bruksområder. Jeg søkte å oppnå kostnadseffektivitet og tilgjengelighet for utvikling, slik at jeg ved gjentakelse kunne bruke standard, lett tilgjengelige komponenter. CMOS-logikken jeg valgte kan erstattes med TTL-analoger – men da vil det kreves en kraftigere strømforsyning.

GÅ INN I KONSTRUKSJON AV EN ENHET MED EN EKSTRA GENERATOR!

BESKRIVELSE AV DESIGNET AV ET MAGNETOMETER MED EN EKSTRA GENERATOR OG PLL

Fig. 15. Funksjonsdiagram av et protonmagnetometer med en ekstra generator og PLL Dette er et blokkdiagram av et protonmagnetometer, som legger til muligheten til å måle frekvensen for endring av emf generert i sensorspolen av presesjonen av protoner etter påføring av en polariserende strøm i flere sekunder. Fire desimaldelere lar deg vise måleresultatet med en oppløsning på 1 eller 0,1 Hz. En så høy oppløsning, med en måletid på mindre enn ett sekund, ble oppnådd ved N-fold multiplikasjon av den målte frekvensen til presesjonssignalet.

Instrumentet inneholder tolv integrerte kretser (IC) og et lite antall forskjellige diskrete komponenter. Bruken av integrerte kretser er mer økonomisk i alle henseender, siden en slik enhet består av et lite antall standard standardelementer. Det er mange alternativer til multifunksjons-IC-ene som brukes her - de kan erstattes av diskrete INE (NAND), ExOR (ExNOR)-porter, tellere og multivibratorer. For denne applikasjonen er det en god løsning å velge multifunksjons IC 4046 med innebygd faseautomatisk frekvenskontroll (VCO) i kombinasjon med teller/deler 4060, men det finnes andre alternativer. Hvis enheten er batteridrevet, vil erstatning av TTL-logiske IC-er med CMOS redusere belastningen og DC-strømkravene betydelig.

(I denne artikkelen ble en annen multifunksjonell mikrokrets tidligere presentert, vist i forrige segment (fig. 2), på grunnlag av hvilken KUN den enkleste versjonen av enheten for å oppdage magnetiske anomalier "LYTT" (VED HØRING) kan implementeres. En slik teknisk løsning krever ikke frekvensmålinger [protonpresesjon]; den bruker bare en timer for å periodisk slå på og av strømmen til sensorspolene for periodisk polarisering [av protoner]).

Merk oversettelse Til tross for sin enkelhet er denne enheten ganske funksjonell. Når det gjelder dybde og radius for deteksjon av magnetiske anomalier skapt i jord- og vannforekomster av jernholdige metaller, overlapper den betydelig de fleste metalldetektorer av andre klasser og typer. (Den spesifiserte følsomheten kan kun oppnås ved å koble til enheten en sensor med to nesten identiske spoler koblet i motsatte retninger).

I en enhet med en PLL (fig. 15, 16) utføres synkronisering av strømpulsen gjennom spolene, samt alle påfølgende frekvensmålingsprosesser [protondepolarisering] ved hjelp av en kvartsresonator. Du kan finne lignende små sylindriske enheter i noen digitale armbåndsur. De selger for omtrent $1 for 2 stykker. i Active Electronics eller 1 dollar per 1 stk. på Radio Shack.

En masterkvartsresonator er et uunnværlig tillegg til CD4060/MC14060 MS-paret. Sammen med en klokkekvartsresonator genererer de en frekvens på 32768 Hz, som observeres ved inngangen til en fjortenbiters teller/deler. Den endelige utgangsfrekvensen til telleren/deleren er 2 Hz, som tilsvarer en pulsrepetisjonshastighet på 0,5 sekunder. For å kontrollere enheten sendes denne frekvensen til 4 binære tellere, hvorav den siste styrer integrerte logiske elementer: fire sekunder - logisk ett / fire sekunder - logisk null. Hele tellesyklusen på 4 binære tellere brukes for enkelhets skyld. Hvis du har tenkt å lage en bærbar versjon av magnetometeret, kan det være nyttig å redusere depolarisasjonsintervallet (lytte) til et halvt sekund. For å gjøre dette er det nødvendig å supplere kretsen med minst ett til av de fire NAND-logiske elementene for å dekode innkommende pulser (10 klokkesykluser) og gjenopprette tellingen.

En polariserende strøm påføres sensorspolene i noen få sekunder for å oppnå en god amplitude av bæresignalet. Vanligvis [for protonpolarisering] er tre sekunder tilstrekkelig. Etter at spolen er koblet fra polarisasjonsstrømkilden, kobler koblingsreléet spolen(e) til inngangen til lydforsterkeren. Etter forsterkning går signalet til telleren. Hvis tellingen er ved relaksasjonsfrekvensen, kreves det ett ekstra telleintervall for å oppnå frekvensmålenøyaktighet med en oppløsning på 1 Hz, og ti sekunder for å oppnå en oppløsning på 0,1 Hz. Utvilsomt, i sistnevnte tilfelle har signalet tid til å synke til støynivået til forsterkeren. Derfor, i en typisk bakgårdskretsdesign (fig. 2), konkurrerer avslapningssignalet allerede etter ett sekund med støy og interferens.

Fig. 16 Skjematisk diagram av et magnetometer med en ekstra oscillator og PLL

Lukket sløyfe faselåst sløyfe [som er implementert i CD(HEF)40406 MS, så vel som i 74AC(ACT)4046, 74HC(HCT)4046, 74HC(HCT)7046, 74HC(HCT)9046, og brukes i denne kretsen], gir måling av bærefrekvens med høy nøyaktighet og oppløsning på 1 og 0,1 Hz, og på mindre enn ett sekund. Én inngang til de innebygde fasekomparatorene [ФК1:EXOR og ФК2:СОМВ)] mottar et signal fra utgangen til lydforsterkeren. Den andre inngangen til samme fasekomparator(e) mottar et signal syntetisert av den interne oscillatoren MS......046, styrt av en spenning - VCO.

[Ca. I den ovennevnte MS-serien.....046 lar den innebygde fasekomparatoren FK1 deg sammenligne inngangssignaler både ved grunnfrekvensen og ved inngangssignalets harmoniske, som tilsvarer N-fold multiplikasjon av inngangen frekvens selv uten ekstern skillelinje. FC2 kan sammenligne 2 periodiske (puls) signaler kun på hovedfrekvensen. Diskretisering av frekvenstellingen (eller rettere sagt, perioden) til det innkommende signalet for å oppnå den nødvendige maksimale oppløsningen av frekvensmåling f/N er sikret ved at gjeldende verdi av generasjonsfrekvensen til den innebygde VCO for alle typiske forstyrrelser innenfor kontrollgrensene holdes automatisk, og i nærvær av en ekstern deler har den alltid en verdi , som er N ganger høyere enn den nåværende frekvensen til det innkommende signalet. Tiden for å etablere VCO-utgangsfrekvensen etter en trinnvis endring i frekvensen eller fasen til inngangssignalet er mindre enn 1 ms. Vanligvis skjer sammenligningen av fasene til de innkommende og referansesignalene, utført i en av de innebygde fasekomparatorene: FK1, FK2 eller FK3 (i noen modeller), med frekvensen til det innkommende signalet. Derfor blir utgangsfrekvensen til VCO vanligvis delt med en faktor N før den mates til inngangen til komparatoren.]

I denne kretsen blir strømutgangsfrekvensen til VCO sekvensielt delt med 10 og 8 av to eksterne digitale tellere/delere. Når den eksterne kommunikasjonssløyfen til 4046 MC er lukket, holdes VCO-frekvensen kontinuerlig lik utgangsfrekvensen til lydforsterkeren, multiplisert med en faktor N lik den totale delingsfaktoren for alle tilkoblede eksterne delere (8x10 = 80) . [Merk bane: for MMP-203 N = 64, dvs.

Direkte sampling av signalet fra VCO-utgangen til skillene gjør at du kan få en indikasjon med en oppløsning på 0,1 Hz (True for MS CD(HEF)4046. MS-serien AC, NS lar deg få høyere oppløsning - se notatet på slutten av artikkelen). Naturligvis kan den firesifrede indikasjonen av magnetisk feltstyrke flyte over det fjerde tellende sifferet, siden med økt oppløsning vises tusenvis i det høyeste (fjerde) sifferet, og hundrevis, tiere, enheter og tiendedeler av Hz vises i de følgende sifrene , henholdsvis.

[Merk kjørefelt MS av alle serier...046 Fasekomparator FK2 (og bare en!) har 2 utganger: en - invers - sendes til et eksternt lavpassfilter, og den andre - direkte - er ment å indikere øyeblikket når den inverse utgangen til FK2 er i den tredje tilstanden Z. Bare i denne tilstanden til FC2 er inngangs- og utgangsfrekvensene til MS strengt synkronisert med multiplikasjons-/delingsfaktoren N, mens en logisk vises ved den direkte utgangen til FC2. Denne utgangen (1. pin av MS) kan (og bør) brukes til å aktivere visning av sanne måleresultater, og forby falske. En lignende kretsdesign brukes i MMP-203 - kretsen er veldig klumpete, som et resultat av at den er betydelig dårligere enn enhver integrert MS...046 i motstand mot interferens og interferens. I det skjematiske diagrammet av demoversjonen av enheten som presenteres her, brukes ikke denne viktigste funksjonen til MS...046-mikrokretsen for å forenkle].

I denne utformingen (forenklet demoversjon) vises tilstandene til tiårstellere ved hjelp av lysdioder. Diagrammet (fig. 16) viser fire lysdioder i de signifikante sifrene [viser tilstander 1, 2, 4, 8], og i det mest signifikante sifferet er det nok å installere to eller tre lysdioder, siden det sjelden er et overskudd i dette sifferet. Brukeren vil lett kunne lese den enkle ekvivalenten til en BCD2 binær dekoder (to tusen eller to hundre, avhengig av valgt oppløsning). Vanligvis, under stabile måleforhold, skjer endringer bare i det minst signifikante sifferet - med en valgt oppløsning på 1 Hz, eller i de to siste sifrene - med en oppløsning på 0,1 Hz. Hvis den tiltenkte bruken av instrumentet er bærbar søking, mistenker jeg at en full desimalsiffervisning vil være svært ønskelig slik at alle variasjoner blir lest. (Selv om for å oppdage magnetiske anomalier, kan det være ganske tilstrekkelig å bare lytte til lyden fra lydutgangen). Det finnes mange løsninger for å implementere desimalvisningen vi er vant til: dette er... en sammensatt LCD-skjerm, en syv-segments LCD-skjerm, etc. De krever at kretsen suppleres med en passende BCD-dekoder slik at dekoderen/indikatoren kan segmenteres. En kostbar kombinert teller/indikator kan også brukes. For å spare og minimere antallet koblingsledere som følger med tellekomponentene til kretsen, er det i noen tilfeller mulig å bruke monostabile multivibratorer (monostabile) i stedet for diskrete tellere. Med deres hjelp kan du stille inn periodene for pulser som kommer til tilfeldighets- og synkroniseringskretsene. Dette er enklere enn å dekode tilstandene til CD4060- og 74197-tellerne (U1 og U2), som drives av tidspulser generert av en 32,768 kHz-krystall. (Fig.7). Alle dekodings- og kontrolloperasjoner kan implementeres ved hjelp av NAND-logiske elementer, samt invertere (spesielt i tilfeller der tellerne i seg selv ikke gir de nødvendige logiske operasjonene på utgangssignalene Qpr og Qinv).

For å garantere spesifiserte tidsintervaller, må pulsperiodene ved utgangene til multivibratorene stilles inn og stabiliseres med en tilstrekkelig grad av nøyaktighet, men toleransen til de nominelle verdiene til de eksterne tidselementene til multivibratoren er ofte utilstrekkelig til å garantere nøyaktige tidsintervaller (forsinkelser). I ovennevnte skjema utføres dannelsen av nøyaktige tidsintervaller ved bruk av kvartsfrekvensstabilisering og en multi-bit teller. Tidsmotstandene R3 og R4 er utformet riktig, og likevel må de i praksis justeres for å gi de nødvendige tidsforsinkelsene (tidsintervaller), [ siden toleransen for kondensatorer med en nominell verdi på 10 mF er veldig bred! Merk kjørefelt].

Ris. 7. Tidsdiagrammer for dannelsen av kontrollpulser. INNSTILLING AV TIDSFORSINKELSE Det fjerde binære sifferet til CD4060-oscillator/tellerutgangen (Q4) er tilgjengelig på MS U1, pinne 7. På dette tidspunktet deles krystalloscillatorfrekvensen (32768 Hz) med 16, lik 2048 Hz. Stille inn forsinkelsen til multivibratoren U3A

Opprett følgende midlertidige lenker:

1. Bryt forbindelsen mellom punktene A1 og A2. Koble A2 til et testsignal med en frekvens på 2048. Dette er utgangen til MC U1, pin #7.

2. Bryt forbindelsen mellom punktene TC1 og TC2. Det første innstillingssignalet (RESET TO ZERO) for tiårene til alle tellere, generert og forsinket av multivibratoren U3A, passerer her.

Sett verdien av variabel motstand R12 på pinne 11 på U10 til ca. 8000 ohm. På denne måten er senterfrekvensen til CD4046 MS VCO forhåndsinnstilt for å sjekke hvor mye den faller innenfor tilbakekoblingssløyfefangstbåndet for testsignalet. Når frekvensen fanges opp av VCO, bør den være 80 ganger høyere enn frekvensen til testsignalet, dvs. lik 163840 Hz. Sett oppløsningsbryteren (S1) til "1 Hz"-posisjon. I dette tilfellet er utgangen til desimalfrekvensdeleren til MS 16384 VCO (MS 74196 er indikert i diagrammet!) koblet til inngangen til den høye ordens ti-dagers teller. Sett den nominelle verdien til tidsmotstanden R3 til 56 kOhm eller 62 kOhm.

Displayet må oppdateres hvert åttende sekund. Den beregnede varigheten av visningssyklusen er 0,2 sekunder, så ved en VCO-frekvens på 163840 Hz vil den vises som 3277. (0,2 X 16384 = 3277). Velg en verdi for motstand R3 slik at forsinkelsestiden U3A er i området 190 - 210 millisekunder, mens telleren skal lese mellom 3112 - 3440.

Stille inn forsinkelsen til multivibratoren U3B:

Forlat alle tidligere testtilkoblinger. Opprett i tillegg følgende midlertidige testtilkoblinger:

1. Bryt forbindelsen mellom punktene D1 og D2.

2. Bryt forbindelsen mellom punktene B1 og B2. På B1 fester du en jumper av isolert ledning slik at du manuelt kan koble den til jord og gjenopprette tiårs-tilbakestillingen.

3. Lag en midlertidig kobling fra punkt E1 til D1. Tilbakestill måleren manuelt ved å jorde B1. Observer telleren, som må telle både før og etter manuell gjenoppretting av telleren. For R4, sett startverdien til 27 kOhms. Juster verdien av R4 slik at forsinkelsestiden er mellom 90 og 100 millisekunder, som tilsvarer en telleravlesning mellom 1475 og 1638. Gjenopprett alle tilkoblinger i henhold til kretsskjemaet til enheten. STILLE VCO-FREKVENSEN TIL MS CD4046:

Fest punkt A2 midlertidig til bakken. Juster verdien av motstand R12 slik at indikatoravlesningene faller innenfor området 2230 - 2250. Fjern midlertidig jording.

[Merk kjørefelt Ved å erstatte CD4046 med MS 74NS(NST)7046-9046 kan man få en indikasjon på protonmed en oppløsning på 1; 0,1; 0,01 og 0,001 Hz!. (Se ovenfor: I følge CD4046 VCO-kretsen genererer sammen med delere med 10 og 8 et testsignal på 163840 Hz. For CD4046 VCO er grensefrekvensen 1-2 MHz. Hvis vi i stedet for CD4046 tar 74HC( HCT)70(90)46, og legg til at OS-kjeden har en annen desimaldivisor (10*10*8), så vil VCO stabilt generere en sentral frekvens en størrelsesorden høyere, dvs. 1638400 Hz. Om nødvendig kan du øke VCO-frekvensen med en annen størrelsesorden, og da får vi en oppløsning på 0,001 Hz! For den nye MS-serien 74NS...046 heves den øvre driftsfrekvensen til 16-18 MHz. For den nye CMOS-motdekoderserien 74NS, heves tellefrekvensen til 50-80 MHz).]

Med uv. Beletsky A.I. 10.2008 Kuban Krasnodar.

Differensialmagnetometeret vi gjør oppmerksom på kan være svært nyttig for å søke etter store jerngjenstander. Det er nesten umulig å søke etter skatter med en slik enhet, men det er uunnværlig når du søker etter grunnt sunkne stridsvogner, skip og andre typer militært utstyr.

Driftsprinsippet til et differensialmagnetometer er veldig enkelt. Enhver ferromagnetisk gjenstand forvrenger jordens naturlige magnetfelt. Disse gjenstandene inkluderer alt laget av jern, støpejern og stål. Forvrengningen av magnetfeltet kan også være betydelig påvirket av objektenes egen magnetisering, som ofte forekommer. Etter å ha registrert avviket til magnetfeltstyrken fra bakgrunnsverdien, kan vi konkludere med at det er en gjenstand laget av ferromagnetisk materiale i nærheten av måleenheten.

Forvrengningen av jordens magnetfelt langt fra målet er liten, og den estimeres ved forskjellen i signaler fra to sensorer atskilt med en viss avstand. Det er derfor enheten kalles differensial. Hver sensor måler et signal proporsjonalt med magnetfeltstyrken. De mest brukte er ferromagnetiske sensorer og sensorer basert på den magnetiske presesjonen av protoner. Den aktuelle enheten bruker sensorer av den første typen.

Grunnlaget for en ferromagnetisk sensor (også kalt en fluxgate) er en spole med en kjerne laget av ferromagnetisk materiale. En typisk magnetiseringskurve for et slikt materiale er velkjent fra et skolefysikkkurs og har, tatt i betraktning påvirkningen av jordens magnetfelt, følgende form, vist i fig. 29.

Ris. 29. Magnetiseringskurve

Spolen eksiteres av et vekslende sinusformet bæresignal. Som man kan se av fig. 29, fører forskyvningen av magnetiseringskurven til spolens ferromagnetiske kjerne av det ytre magnetfeltet til jorden til at feltinduksjonen og den tilhørende spenningen på spolen begynner å bli forvrengt på en asymmetrisk måte. Med andre ord vil sensorspenningen med en sinusformet strøm av bærefrekvensen avvike fra sinusoiden med mer "flatede" topper av halvbølgene. Og disse forvrengningene vil være asymmetriske. På språket for spektralanalyse betyr dette utseendet i spekteret av utgangsspenningen til spolen av jevne harmoniske, hvis amplitude er proporsjonal med styrken til det magnetiske forspenningsfeltet (Jordens felt). Det er disse jevne harmoniske som må "fanges".

Ris. 30. Differensial ferromagnetisk sensor

Før vi nevner en synkron detektor som naturlig foreslår seg selv for dette formålet, som opererer med et referansesignal med dobbel bærefrekvens, la oss vurdere utformingen av en komplisert versjon av en ferromagnetisk sensor. Den består av to kjerner og tre spoler (fig. 30). I kjernen er dette en differensialsensor. Men for enkelhets skyld, lenger i teksten vil vi ikke kalle det differensial, siden magnetometeret i seg selv allerede er differensielt (©).

Designet består av to identiske ferromagnetiske kjerner med identiske spoler anordnet parallelt ved siden av hverandre. I forhold til det spennende elektriske signalet til referansefrekvensen kobles de motstrøms. Den tredje spolen er en vikling viklet på toppen av de to første kjernespolene brettet sammen. I fravær av et eksternt forspennende magnetfelt, er de elektriske signalene til den første og andre viklingen symmetriske og fungerer ideelt sett på en slik måte at det ikke er noe utgangssignal i den tredje viklingen, siden de magnetiske fluksene gjennom den er fullstendig kompensert .

I nærvær av et eksternt forspennende magnetfelt, endres bildet. Først "flyr" den ene eller andre kjernen på toppen av den tilsvarende halvbølgen inn i metning dypere enn vanlig på grunn av den ekstra påvirkningen fra jordens magnetfelt. Som et resultat vises et dobbeltfrekvens mistilpasningssignal ved utgangen til den tredje viklingen. Grunnleggende harmoniske signaler blir ideelt sett fullstendig kompensert der.

Bekvemmeligheten til den betraktede sensoren ligger i det faktum at spolene kan inkluderes i oscillerende kretser for å øke følsomheten. Den første og andre er i en oscillerende krets (eller kretser) innstilt på bærefrekvensen. Den tredje - inn i en oscillerende krets innstilt på den andre harmoniske.

Den beskrevne sensoren har et utpreget strålingsmønster. Utgangssignalet er maksimalt når sensorens lengdeakse er plassert langs kraftlinjene til det eksterne konstante magnetfeltet. Når lengdeaksen er vinkelrett på kraftlinjene, er utgangssignalet null.

En sensor av den typen som vurderes, spesielt i forbindelse med en synkron detektor, kan med hell fungere som et elektronisk kompass. Utgangssignalet etter retting er proporsjonalt med projeksjonen av jordens magnetiske feltstyrkevektor på sensoraksen. Synkron deteksjon gjør det mulig å finne ut tegnet på denne projeksjonen. Men selv uten tegn - ved å orientere sensoren i henhold til minimumssignalet får vi en retning mot vest eller øst. Ved å orientere oss maksimalt får vi retningen til jordens magnetfeltlinje. På mellombreddegrader (for eksempel i Moskva) går den på skrå og "stikker" ned i bakken i retning nord. Vinkelen for magnetisk deklinasjon kan brukes til å tilnærmet estimere den geografiske breddegraden til et område.

Differensielle ferromagnetiske magnetometre har sine fordeler og ulemper. Fordelene inkluderer enhetens enkelhet; den er ikke mer komplisert enn en radiomottaker med direkte forsterkning. Ulempene inkluderer arbeidskrevende produksjon av sensorer - i tillegg til nøyaktighet er det nødvendig med en absolutt nøyaktig samsvar med antall omdreininger til de tilsvarende viklingene. En feil på en eller to omdreininger kan redusere den mulige følsomheten betraktelig. En annen ulempe er "kompasset" til enheten, det vil si umuligheten av å kompensere fullstendig for jordens felt ved å trekke signaler fra to adskilte sensorer. I praksis fører dette til falske signaler når sensoren roteres rundt en akse vinkelrett på den langsgående.

Praktisk design

Den praktiske utformingen av et differensielt ferromagnetisk magnetometer ble implementert og testet i en prototypeversjon uten en spesiell elektronisk del for lydindikasjon, med kun et mikroamperemeter med en null i midten av skalaen. Lydindikasjonskretsen kan hentes fra beskrivelsen av metalldetektoren basert på "overføring-mottak"-prinsippet. Enheten har følgende parametere.

De viktigste tekniske egenskapene
Forsyningsspenning 15... 18 V
Strømforbruk ikke mer enn 50 mA
Deteksjonsdybde:
pistol 2 m
pistolløp 4 m
tank 6 m

Strukturopplegg

Ris. 31. Blokkdiagram av et differensielt ferromagnetisk magnetometer

Blokkskjemaet er vist i fig. 31. En kvartsstabilisert masteroscillator produserer klokkepulser for signalbehandleren.

På en av utgangene er det en firkantbølge av den første harmoniske, som går til effektforsterkeren, som eksiterer utstrålingsspolene til sensor 1 og 2. Den andre utgangen genererer en firkantbølge med referansedobbelklokkefrekvensen med en 90° skift for en synkron detektor. Differansesignalet fra utgangs- (tredje) viklingene til sensorene forsterkes i mottaksforsterkeren og likerettes av en synkron detektor. Det likerettede konstantsignalet kan tas opp med et mikroamperemeter eller med lydindikeringsenheter beskrevet i tidligere kapitler.

Skjematisk diagram

Det skjematiske diagrammet av et differensielt ferromagnetisk magnetometer er vist i fig. 32 - del 1; master oscillator, signalbehandling, effektforsterker og utstrålingsspoler, Fig. 33 - del 2: mottaksspoler, mottaksforsterker, synkrondetektor, indikator og strømforsyning.

Ris. 32. Elektrisk kretsskjema - del I

MASTER GENERATOR (FIG. 32)

Masteroscillatoren er montert på omformere D1.1-D1.3. Generatorfrekvensen stabiliseres av en kvarts- eller piezokeramisk resonator Q med en resonansfrekvens på 215 Hz = 32 kHz ("klokkekvarts"). Krets R1C1 hindrer generatoren i å bli eksitert ved høyere harmoniske. OOS-kretsen er lukket gjennom motstand R2, og PIC-kretsen er lukket gjennom resonator Q. Generatoren er enkel, har lavt strømforbruk, fungerer pålitelig ved en forsyningsspenning på 3...15 V, og inneholder ikke tuning-elementer eller motstander med for høy motstand. Utgangsfrekvensen til generatoren er omtrent 32 kHz.

SIGNALFORMER (FIG. 32)

Signalbehandleren er satt sammen på en binær teller D2 og en D-flip-flop D3.1. Typen binær teller er ikke viktig; hovedoppgaven er å dele klokkefrekvensen med 2, 4 og 8, og dermed oppnå meandere med frekvenser på henholdsvis 16, 8 og 4 kHz. Bærefrekvensen for eksitering av emitterende spoler er 4 kHz. Signaler med frekvenser på 16 og 8 kHz, som virker på D-flip-flop D3.1, danner ved sin utgang en firkantbølge doblet i forhold til bærefrekvensen på 8 kHz, forskjøvet med 90° i forhold til utgangssignalet på 8 kHz til den binære telleren. En slik forskyvning er nødvendig for normal drift av en synkron detektor, siden den samme forskyvningen har et nyttig dobbeltfrekvens mistilpasningssignal ved sensorutgangen. Den andre halvdelen av mikrokretsen til to D-flip-flops - D3.2 brukes ikke i kretsen, men dens ubrukte innganger må kobles til enten logisk 1 eller logisk 0 for normal drift, som er vist i diagrammet.

STRØMFORSTERKER (FIG. 32)

Effektforsterkeren virker ikke slik ved første øyekast og representerer kun kraftige omformere D1.4 og D1.5, som i motfase svinger en oscillerende krets bestående av serieparallellkoblede utstrålingsspoler til sensoren og kondensatoren C2. En stjerne ved siden av kondensatorklassifiseringen betyr at verdien er angitt omtrentlig og at den må velges under oppsett. Den ubrukte omformeren D1.6 inverterer D1.5-signalet, for ikke å la inngangen være koblet fra, men fungerer praktisk talt "tomgang". Motstander R3 og R4 begrenser utgangsstrømmen til vekselretterne til et akseptabelt nivå og danner sammen med oscilleringskretsen et høykvalitets båndpassfilter, på grunn av hvilket formen på spenningen og strømmen i emitterende spoler til sensoren nesten sammenfaller med den sinusformede.

Ris. 33. Elektrisk kretsskjema - del II. Mottakende forsterker

MOTTAKSFORSTERKER (FIG 33)

Mottakerforsterkeren forsterker differansesignalet som kommer fra mottaksspolene til sensoren, som sammen med kondensatoren SZ danner en oscillerende krets innstilt til en dobbel frekvens på 8 kHz. Takket være innstillingsmotstanden R5 blir signalene fra mottaksspolene trukket fra med visse vektingskoeffisienter, som kan endres ved å flytte glideren til motstanden R5. Dette oppnår kompensasjon for ikke-identiske parametere for sensorens mottaksviklinger og minimerer dens "kompass". Mottaksforsterkeren er to-trinns. Den er satt sammen ved hjelp av op-ampene D4.2 og D6.1 med parallell spenningstilbakemelding. Kondensator C4 reduserer forsterkningen ved høyere frekvenser, og forhindrer derved overbelastning av forsterkerbanen med høyfrekvent interferens fra strømnettverk og andre kilder. Op-amp korreksjonskretser er standard.

SYNKRONDETEKTOR (FIG. 33)

Synkrondetektoren er laget ved hjelp av op-amp D6.2 i henhold til en standardkrets. D5 CMOS multiplekser-demultiplekser 8 x 1 brikke brukes som analoge brytere (fig. 32). Dets digitale adressesignal flyttes bare i den minst signifikante biten, og gir alternativ svitsjing av punktene K1 og K2 til en felles buss. Det likerettede signalet filtreres av kondensator C8 og forsterkes av op amp D6.2 med samtidig ekstra demping av ufiltrerte RF-komponenter av kretsene R14C11 og R13C9. Op-amp korreksjonskretsen er standard for typen som brukes.

INDIKATOR (FIG. 33)

Indikatoren er et mikroamperemeter med null i midten av skalaen. Indikatordelen kan med hell bruke kretsene til andre typer metalldetektorer beskrevet tidligere. Spesielt kan utformingen av en metalldetektor basert på prinsippet om en elektronisk frekvensmåler brukes som en indikator. I dette tilfellet erstattes LC-oscillatoren med en RC-oscillator, og den målte utgangsspenningen mates gjennom en resistiv deler til frekvensinnstillingskretsen til timeren. Du kan lese mer om dette på Yuri Kolokolovs nettside.

D7-brikken stabiliserer den unipolare forsyningsspenningen. D4.1-operasjonsforsterkeren skaper en kunstig midtpunktsstrømforsyning, som tillater bruk av konvensjonelle bipolare op-forsterkerkretser. Keramiske blokkeringskondensatorer C18-C21 er montert i umiddelbar nærhet til husene til digitale mikrokretser D1, D2, D3, D5.

Typer deler og design

Typene mikrokretser som brukes er angitt i tabellen. 6.

Tabell 6. Typer chips brukt

I stedet for mikrokretser i K561-serien er det mulig å bruke mikrokretser i K1561-serien. Du kan prøve å bruke noen mikrokretser av K176-serien eller utenlandske analoger av 40ХХ- og 40ХХХ-serien.

Doble operasjonsforsterkere (op-amps) i K157-serien kan erstattes med alle generelle op-amper med lignende parametere (med passende endringer i pinout og korreksjonskretser).

Det er ingen spesielle krav til motstandene som brukes i differensialmagnetometerkretsen. De trenger bare å ha en slitesterk og miniatyrdesign og være enkle å installere. Nominell effekttap 0,125...0,25 W.

Potensiometrene R5, R16 er fortrinnsvis multi-turn for enkel presis justering av enheten. Håndtaket på potensiometer R5 må være laget av plast og må være av tilstrekkelig lengde slik at berøring av operatørens hånd under justering ikke forårsaker endringer i indikatoravlesningene på grunn av interferens. Kondensator C16 - elektrolytisk av hvilken som helst liten type.

Kondensatorer til oscillerende kretser C2* og SZ* består av flere (5-10 stk.) kondensatorer koblet parallelt. Innstilling av kretsen til resonans utføres ved å velge antall kondensatorer og deres vurdering. Anbefalt type kondensatorer K10-43, K71-7 eller utenlandske termostabile analoger. Du kan prøve å bruke konvensjonelle keramiske eller metallfilmkondensatorer, men hvis temperaturen svinger, må du justere enheten oftere.

Mikroamperemeter - hvilken som helst type for en strøm på 100 μA med null i midten av skalaen. Små mikroamperemetere, for eksempel type M4247, er praktiske. Du kan bruke nesten hvilket som helst mikroamperemeter, og til og med et milliammeter - med hvilken som helst skalagrense. For å gjøre dette, må du justere verdiene til motstandene R15-R17 tilsvarende. Kvartsresonator Q - hvilken som helst liten klokkekvarts (lignende brukes også i bærbare elektroniske spill).

Bryter S1 - hvilken som helst type, liten størrelse.

Ris. 34. Sensor-antenne design

Sensorspolene er laget på runde ferrittkjerner med en diameter på 8 mm (brukes i magnetiske antenner til radiomottakere i CB- og DV-området) og en lengde på ca. 10 cm Hver vikling består av 200 vindinger av kobberviklingstråd med en diameter på 0,31 mm, jevnt og tett viklet i to lag i dobbel lakk-silke isolasjon. Et lag skjermfolie er festet over alle viklinger. Kantene på skjermen er isolert fra hverandre for å forhindre at det dannes en kortsluttet sving. Skjermutgangen er laget med fortinnet enkjernet kobbertråd. Når det gjelder en aluminiumsfolieskjerm, plasseres denne terminalen på skjermen i hele lengden og pakkes tett inn med elektrisk tape. Ved en skjerm laget av kobber- eller messingfolie er terminalen loddet.

Endene av ferrittkjernene er festet i fluoroplastiske sentreringsskiver, takket være hvilke hver av de to halvdelene av sensoren holdes inne i et plastrør laget av tekstolitt, som fungerer som et hus, som skjematisk vist i fig. 34. Lengden på røret er ca 60 cm Hver av sensorhalvdelene er plassert i enden av røret og er i tillegg festet med silikonforsegling, som fyller rommet rundt viklingene og deres kjerner. Fylling utføres gjennom spesielle hull i rørkroppen. Sammen med fluoroplastiske skiver gir et slikt tetningsmiddel festingen av skjøre ferrittstenger den nødvendige elastisiteten, som forhindrer dem i å sprekke under utilsiktede støt.

Sette opp enheten

1. Kontroller at installasjonen er riktig.

2. Sjekk strømforbruket, som ikke bør overstige 100 mA.

3. Kontroller at masteroscillatoren og andre elementer for generering av pulssignaler fungerer korrekt.

4. Sett opp oscillasjonskretsen til sensoren. Sender ut - ved en frekvens på 4 kHz, mottar - ved 8 kHz.

5. Kontroller at forsterkningsbanen og synkrondetektoren fungerer som de skal.

Arbeider med enheten

Prosedyren for å sette opp og betjene enheten er som følger. Vi går ut til søkesiden, slår på enheten og begynner å rotere sensorantennen. Det er best i et vertikalt plan som går gjennom nord-sør-retningen. Hvis enhetssensoren er på en stang, kan du ikke rotere den, men svinge den så langt som stangen tillater. Indikatornålen vil avvike (kompasseffekt). Ved å bruke variabel motstand R5 prøver vi å minimere amplituden til disse avvikene. I dette tilfellet vil midtpunktet til mikroamperemeteravlesningene "bevege seg", og det må også justeres med en annen variabel motstand R16, som er designet for å sette null. Når "kompass"-effekten blir minimal, anses enheten som balansert.

For små gjenstander er metoden for å søke ved hjelp av et differensialmagnetometer ikke forskjellig fra metoden for å jobbe med en konvensjonell metalldetektor. I nærheten av et objekt kan pilen avvike i alle retninger. For store gjenstander vil indikatornålen avvike i forskjellige retninger over et stort område.

Et magnetometer er en enhet som brukes til å utforske jordens magnetfelt eller søke etter skjulte objekter. Basert på operasjonsprinsippet er enheten litt som en metalldetektor som reagerer på metalloverflater, med unntak av at den er følsom for jordens naturlige magnetfelt, samt store ikke-metalliske objekter som har sine egne gjenværende felt. Enheten har funnet sin anvendelse i ulike industri- og vitenskapsgrener, da den lar deg registrere naturlige anomalier og også øke hastigheten på søket etter objekter.

Hvorfor brukes et magnetometer?

Magnetometre reagerer på et magnetfelt og uttrykker dets styrke i ulike fysiske måleenheter. I denne forbindelse er det mange typer av disse enhetene, som hver er tilpasset et spesifikt søkeformål. Modifikasjoner av disse enhetene brukes i dusinvis av grener av vitenskap og industri:

• Geologi.
• Arkeologi.
• Navigasjon.
• Seismologi.
• Militær etterretning.
• Geokronologi.

I geologi Ved hjelp av et magnetometer kan man finne mineraler uten behov for prøveboring for å ta prøver. Enheten lar deg registrere en mineralrik vene og ta en avgjørelse om det er tilrådelig å starte gruvedrift i området. Ved å bruke dette utstyret kan du også bestemme hvor underjordiske drikkevannskilder er plassert, hvordan de er plassert og deres volum. Takket være dette kan du på forhånd bestemme hvor du skal bygge en brønn eller borehull for å komme til vannet uten behov for maksimal utdyping.

Magnetometre brukes i arkeologi under utgravninger. De lar deg reagere på bygningsfundamenter, statuer og andre gjenstander gjemt dypt under jorden som har gjenværende magnetisering. Først av alt er det brent murstein eller stein. Enheten reagerer på eldgamle ildsteder og ovner gjemt dypt under jorden. Den kan brukes til å søke etter gjenstander i is eller snø.

Magnetometer brukes også i navigasjon. Med dens hjelp bestemmes jordens magnetfelt, som et resultat av at det er mulig å få data om bevegelsesretningen i tilfelle desorientering. Slike enheter brukes i luftfart og sjøtransport. Magnetometre er nødvendig utstyr på romstasjoner og skyttelbåter.

I seismologi Magnetometre som reagerer på jordens magnetfelt gjør det mulig å forutsi et jordskjelv, siden når egenskapene til tektoniske plater endres, blir de vanlige feltindikatorene forstyrret. På denne måten er det mulig å identifisere ferske underjordiske sprekker som et utbrudd kan begynne gjennom.

I militær etterretning Dette utstyret lar deg søke etter militære mål skjult fra konvensjonelle radarer. Ved hjelp av et magnetometer kan du identifisere en ubåt som ligger på havet eller havbunnen.

I geokronologi Alderen til bergarter kan bestemmes av styrken til gjenværende magnetisering. Det finnes mer nøyaktige metoder, men med et magnetometer kan dette gjøres på sekunder, uten behov for kostbar analyse.

Typer magnetometre i henhold til driftsprinsipp

Basert på deres driftsprinsipp er magnetometre delt inn i 3 typer:

• Magnetostatisk.
• Induksjon.
• Kvante.

Hver variant reagerer på et eksternt magnetfelt ved å bruke et spesifikt fysisk prinsipp. Basert på disse tre variantene er det laget ulike høyspesialiserte typer magnetometre, som er mer nøyaktige for målinger under visse forhold.

Magnetostatisk

Til tross for den eksterne kompleksiteten til denne enheten, fungerer den i henhold til et fullstendig forståelig fysisk prinsipp. Inne i magnetometeret er det en liten permanent magnet som reagerer på magnetfeltet den kommer i kontakt med. Magneten er hengt opp i en elastisk oppheng, slik at den kan rotere. Den har praktisk talt ingen stivhet, så den holder den ikke og lar den rulle uten motstand. Når en permanent magnet reagerer med et fremmedfelt hvis retning eller styrke ikke er den samme som dens egen, oppstår en tiltreknings- eller avvisningsreaksjon. Som et resultat begynner den suspenderte permanentmagneten å rotere, noe som oppdager den følsomme sensoren. På denne måten måles styrken og retningen til det ytre magnetfeltet.

Følsomheten til en magnetostatisk enhet avhenger av referansemagneten som er installert i den. Elastisiteten til fjæringen påvirker også målenøyaktigheten.

Induksjon

Induksjonsmagnetometre har en spole inni med en ledningsvikling laget av ledende materiale. Den får strøm fra batteristrømforsyningen. Spolen skaper sitt eget magnetfelt, som begynner å komme i kontakt med tredjepartsfelt som passerer gjennom kretsen. Sensitive sensorer reagerer på endringer som vises på spolen som et resultat av denne interaksjonen. De kan reagere på rotasjon eller vibrasjoner. I mer komplekse enheter reagerer sensorer på endringer i den magnetiske permeabiliteten til spolekjernen. Uavhengig av hvordan endringen registreres, viser enheten indikatorer for eksterne magnetiske felt og lar deg bestemme plasseringen av objekter, deres størrelse og avstand.

Kvante

Et kvantemagnetometer reagerer på det magnetiske øyeblikket til elektroner som beveger seg under påvirkning av eksterne magnetiske felt. Dette er dyrt utstyr som brukes til laboratorieforskning, samt komplekse søk. Enheten registrerer det magnetiske øyeblikket til mikropartikler og styrken til det målte feltet. Dette utstyret lar deg måle styrken til svake felt, inkludert de som finnes i verdensrommet. Det er dette utstyret som brukes i geoutforskning for å lete etter dype mineralforekomster.

Forskjellen mellom modellene

Et magnetometer er et svært teknisk utstyr som kan skille seg fra andre lignende enheter, ikke bare i det fysiske prinsippet for respons på endringer i magnetfeltet eller følsomheten, men også i andre egenskaper. Enheter kan avvike fra hverandre i henhold til følgende kriterier:

• Tilgjengelighet av skjerm.
• Antall sensorer.
• Tilstedeværelsen av en lydindikator.
• Målefeil.
• Indikasjonsmetode.
• Varighet av kontinuerlig drift.
• Mål og vekt.

Når det gjelder antall sensitive sensorer, jo flere det er, desto mer nøyaktig vil utstyret være. Magnetometeret kan vise målingene enten numerisk eller grafisk. Det er vanskelig å si hvilken som er bedre, siden alt avhenger av egenskapene til forholdene der målingen utføres. I visse tilfeller trenger du bare å få en visning av magnetfeltindikatorene i tall, mens noen ganger trenger du mer visuell bestemmelse av vektoren til virvlene. Det beste alternativet er kombinerte enheter som lar deg visualisere indikatorer i digital og grafisk visning.