Определение чувствительности гравиметра

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 10Следующая ⇒

Между чувствительностью гравиметра и периодом колебания рычага после выведения его из положения равновесия существует следующая зависимость:

= = T²,

где:

= ,

n- линейное смещение отсчетного индекса, Т – период колебания после выведения индекса из положения равновесия. Р_с - расстояние от оси вращения кварцевой системы до отсчетного индекса, с увеличением микроскопа, М(0) – момент силы тяжести при горизонтальном положении рычага, I – момент инерции.

Для гравиметров ГАК-3М, ГАК-4М и ГАК-ПТ = 0,04, для гравиметров КВГ-1М, ГАК-6М =0,14, для ГНУК и ГНШК =0,05.

Работа по определению чувствительности производится следующим образом.

Изображение отсчетного индекса гравиметра устанавливается на середину шкалы. Легким толчком выводят рычаг из положения равновесия и при помощи секундомера определяют период колебаний.

По формуле:

= = T²

определяем чувствительность гравиметра.

Контрольные вопросы:

1. Что называется ценой деления измерительного устройства?

2. Сколько способов определения цены деления гравиметров существует?

3. Какая зависимость между чувствительностью гравиметра и периодом колебания рычага после выведения его из положения равновесия?

4. Какой метод является точным при определении цены деления гравиметра?

5. Что может играть роль экзаменатора?

6. Что означает U в формуле C = g/ U?

Лабораторная работа№4

Изучение устройства и принципа действия феррозондового магнитометра типа М-29

Цель работы:Изучить теорию феррозондового магнитометра и принцип работы с ним

Возможность измерения магнитного поля при помощи феррозонда основана на нелинейности кривой намагничивания магнитомягких сплавов, например, пермаллоя. Пермаллой представляет собой железоникелевый сплав состава: Ni 79%, Mo 3.8%, Fe 17.2%. Для уменьшения коэрцитивной силы, он отжигается в водороде при температуре около 1000°С. Пермаллой имеет очень высокую магнитную проницаемость (до 130000 ед. СГС), малую коэрцитивную силу (около 0.24 Э) и достигает насыщения в слабом поле порядка 1 Э.

Наиболее распространенный в магниторазведочной аппаратуре феррозонд типа второй гармоники состоит из двух катушек возбуждения с пермаллоевыми сердечниками (рисунок 4.1). Обмотки катушек выполнены так, что магнитные поля H1 и Н2 синусоидального тока возбуждения, протекающего по ним, направлены навстречу друг к другу. Обе катушки охватываются одной общей измерительной катушкой. Замечательная особенность такого устройства заключается в том, что при отсутствии внешнего постоянного поля в измерительной катушке э.д.с. наводиться не будет; э.д.с. появится под влиянием только внешнего поля.

В самом деле, индукции В1 и В2, наводимые в сердечниках током возбуждения, при отсутствии внешнего поля в каждый момент будут одинаковыми и, следовательно, будут полностью компенсировать друг друга. Внешнее поле нарушает симметрию кривых В1 и В2 (рисунок 4.2).

Рисунок 4.1- Схема феррозонда типа второй гармоники

Рисунок 4.2 - Работа феррозонда типа второй гармоники

Суммарная индукция В=В1+В2 становится отличной от нуля и наводит в измерительной катушке полезный сигнал удвоенной частоты.

Э.Д.С. сигнала будет изменяться по закону:

E=CωEsin2ωt,

где ω - частота тока возбуждения.

Очевидно, изменение знака измеряемого поля на обратный приведет к изменению фазы сигнала на 180°. Приведенное объяснение является приближенным. Строго говоря, в измерительной катушке при наличии внешнего поля появляется, кроме второй, четвертая, шестая и другие четные гармоники, но для измерений чаще всего используется вторая.

Магнитометр М-29 (рисунок 4.3) предназначен для измерений ∆Z. Прибор обеспечивает очень высокую производительность, позволяет измерять градиенты поля, дает возможность измерять поле в шурфах и канавах и, наконец, позволяет выполнять грубые наблюдения за измерениями поля в процессе движения оператора при рекогносцировочных съемках. Он очень удобен при съемках в заболоченных районах, так как для установки не требует твердого грунта.

В настоящее время прибор не выпускается, но еще находится на вооружении в производственных организациях. В последнее время начат серийный выпуск феррозондового Z-магнитометра М-29. Чувствительным элементом прибора является феррозонд типа второй гармоники. Феррозонд (смотрите рисунок 4.1) состоит из двух катушек возбуждения с пермаллоевыми сердечниками. Обмотки катушек выполнены так, чтобы магнитное поле H₁ и Н₂ , создаваемые катушках током возбуждения, в каждый момент времени были встречными. Обе катушки возбуждения охватываются одной общей измерительной

Рисунок 4.3 - Блок-схема магнитометра М-29

обмоткой. При наличии внешнего поля, например, ∆Z, в измерительной катушке возникает э.д.с, величина, которой зависит от интенсивности поля, а фаза от его знака. Частота э.д.с. вдвое больше частоты тока возбуждения.

Пермаллоевые сердечники феррозонда имеют форму тонкой пластины длиной около 100мм. И сечением 2.5-4 мм. на 0.1-0.25 мм. Коэффициент размагничивание таких стержней при намагничивании их вдоль длинной оси имеет величину в сотни раз меньшую, чем при намагничивании в поперечном направлении. В связи с этим сигналом, возникающий на выходе феррозонда, будет определяться полем, действующим вдоль оси феррозонда. Иными словами, если феррозонд поместить в измеряемое поле в произвольной ориентировке по отношению к вектору напряженности поля, то феррозондом будет измеряться проекция вектора поля на ось феррозонда. У магнитометра М-29 феррозонд вмонтирован в маятник, укрепленный на кардановом подвесе. Маятник под действием силы тяжести установлен так, что ось феррозонда оказывается вертикальной. Поле Z , принятое при съемке за нормальное, компенсируется в объеме феррозонда полем постоянного магнита. Магнит укреплен в нижней части маятника и его положение может изменяться. На рисунке 4.4 представлена блок-схема прибора. Обмотки возбуждения феррозонда 1 питаются от генератора 2, собранного на полупроводниковых приборах. Сигнал, удвоенный частоты с измерительной обмотки феррозонда подается на избирательный усилитель 3 и с него на фазочувствительный детектор 4, синхронизирующее или опорное напряжение поступает на детектор с того же генератора 2. Полярность выпрямленного напряжения зависит от фазы сигнала. Часть выпрямленного тока с детектора подается через цепь обратной связи 5 в измерительную обмотку феррозонда и обеспечивает автоматическую компенсацию измеряемого поля. Сила тока в цепи обратной связи служит мерой поля. Для измерения ее, в цепь обратной связи включен

Рисунок 4.4- Блок-схема магнитометра М-29

измерительный прибор 6, проградуированный в гаммах. Шкала прибора имеет ±50 делении. Цена деления по желанию оператора может принимать значения 10, 50, и 200 гамм; тем самым изменяются пределы измерений.

С целью расширения диапазона измерений часть поля в объеме датчика может быть скомпенсирована током. Ток создается за счет питания цепи начала и пропускается через обмотку возбуждения. Сила тока изменяется ступенями. Изменение силы компенсированного тока и его направления осуществляется при помощи переключателя ступенчатой компенсации поля 7. Переключатель имеет нулевую и ±5 токовых ступеней.

Конструктивно прибор представлен двумя блоками магниточувствительным 1 и электронным 3 (смотрите рисунок 4.3). В магниточувствительном блоке находится маятник с феррозондом и компенсационным магнитом. На нижнем торце маятника имеются постоянные магниты, ускоряющие затухание колебаний маятника. Все другие элементы схемы размещены в электронном блоке. Блоки связаны соединительным кабелем.

Диапазон измерений без введения ступенчатой компенсации имеет величину: при е = 50 гамм/дел + 500 гамм; при е = 50 гамм/дел ±2500 гамм и при е = 200 гамм/дел ± 10000 гамм.

За счет ступенчатой компенсации он может быть увеличен соответственно до ±3000, ±1500 и ±60000 гамм. Питание прибора осуществляется от сухих элементов типа «Сатурн». Трех элементов примерно на ± 100ч. работы.

Основной недостаток прибора заключается в том, что точность измерений с ним более низка, чем при работе с оптико-механическими приборами; смещение нуль - пункта около 5 гамм/ч.; температурный коэффициент около 2 гамм/с.

Подготовка прибора к измерениям выполняется в следующей последовательности. Прибор устанавливают на треноге в поле, близкому к нормальному полю района работ. Магниточувствительный блок (МЧБ) относят от измерительного на длину кабеля. Освобождают фиксатор корпуса МЧБ с тем, чтобы он мог принять положение близкое к вертикальному. Убирают стопорный винт, которым нижний конец маятника скрепляется с кожухом с МЧБ. Блоки прибора соединяют с кабелем. Переключатель блока ступенчатой компенсации поля ставят на нулевой отсчет. Переключателем устанавливают самую низкую чувствительность е = 200 гамм/дел. Уточняет механический нуль измерительного прибора. Дезарретируют маятник. Включают питание.

При помощи сопротивления, установленного на входе схемы, напряжение питания доводят до оптимального значения так, чтобы стрелка прибора совместилась со специальным дополнительным штрихом, нанесенным на шкале прибора. Выполнив перечисленные подготовительные операции, приступают к проверкам и настройке прибора. Прежде всего, добиваются компенсации Z₀ При полной компенсации стрелка прибора установится на нуль. Компенсация осуществляется поворотом компенсирующего магнита 8: грубо - от руки, плавно - специальными юстирными винтами.

Затем проверяют вертикальность магнитной оси магниточувствительного элемента (МЧЭ). При вертикальной оси отсчет по прибору с изменением МЧБ по азимуту изменяться не будет. При наклонной оси угол между осью и вектором Т_о с поворотом МЧБ будет изменяться, что поведет к изменению измеряемого поля и, следовательно, отсчета. Настройка практически осуществляется в следующем порядке. МЧБ устанавливают так, чтобы какие-нибудь два стержня с регулировочными грузчиками, имеющиеся на нижнем конце маятника, оказались расположенными в меридиональной плоскости и берут отсчет n₂. Затем МЧБ поворачивают на 180° и берут отсчет n₂. Если отсчеты не совпадают, перемещают грузчики на меридиональных стержнях так, чтобы отсчет оказался равным среднему значению.

Затем с меридиональной плоскостью совмещают вторую пару стержней и таким же способом приводят магнитную ось к вертикали в вертикальной плоскости этих стержней. Операции повторяют, пока при повороте МЧБ на 360° сход стрелки не станет меньшим 10 гамм.

Затем уточняет компенсацию Z₀ при более высоких чувствительностях и оценивают застой маятника. Застой может быть вызван слишком большим трением на подвесе. Для определения застоя до 10 отсчетов; каждый раз маятник отводят от положения равновесия и дают ему успокоиться. Допускается разброс показаний, обусловленный застоем, до 5 гамм.

Завершив настройку, определяют цену деления шкалы при помощи градуировочных колец. При исправной схеме и нормальном питании она обычно совпадает с паспортной. Для косвенной оценки чувствительности сравнивают отсчеты по шкале n₁ и n₂ взятые при двух соседних положениях переключателя ступенчатой компенсации поля, таких, при которых стрелка остается в пределах шкалы. При нормальной чувствительности эти отсчеты отличаются в пределах шкалы. При нормальной чувствительности эти отсчеты отличаются ровно на 50 делении.

Измерения выполняют обычно оператор и помощник. Электронный блок укрепляется у оператора на груди. Помощник несет МЧБ. При измерениях МЧБ устанавливают на треноге в точку наблюдений, удаляя его от электронного блока на длину кабеля. Приводят к вертикали корпус МЧБ, дзарретируют маятник и изменяют положение переключателя ступеней так, чтобы знаки отсчетов по шкале /n/ и по переключателю /r/ оказались одинаковыми. Записывают n и r с их знаком и значение Є. Кроме того, записывают координаты точки измерения, время измерений и температуру прибора. Для исключения ошибок, связанных со смещением нуль - пункта прибора, в начале и в конце каждой смены берут отсчеты на КП и при наличии опорной сети берут, кроме того, отсчеты на ближайших к линии наблюдений опорных точках. Ориентировку МЧБ на всех точках лучше сохранять одинаковой («на глаз»).

Если опорная сеть создавалась другим прибором с другой высоты штатива, очень важно, чтобы точки измерений обоих приборов совпадали не только в плане, но и по высоте.

При измерениях вертикального градиента на каждой точке берут два отсчета, перемещая МЧБ по вертикали примерно на 1м. Величину перемещения лучше брать большей, но для этого нужен специальный штатив для крепления на нем МЧБ. При измерении поля в нижней точке ставить МЧБ на землю не желательно, так как измерения могут оказаться сильно искаженными, в почвенном слое под прибором могут оказаться валуны магматических пород.

Контрольные вопросы:

1. В результате чего появляется э.д.с. в катушках магнитометра?

2. Какой сплав представляет собой пермаллой?

3. По какому закону изменяется э.д.с.?

4. Возможности магнитометра М-29.

5. Что является чувствительным элементом магнитометра М-29 ?

6. Форма и сечение пермаллоевых сердечников феррозонда

7. Цена делений шкалы прибора М-29.

8. Конструктивное представление прибора.

9. Недостатки прибора М-29.

10. Суть подготовки магнитометра к работе.

Лабораторная работа № 5

Дата добавления: 2018-04-05; просмотров: 702; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 2 345 6 7 8 9 10 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!