Итак, с чего бы начать... Магнитометров существует много, причем абсолютно идеального, подходящего под все роды замеров нет, как обычно. Поэтому, для начала, хорошо бы выяснить, какой прибор нужен. На деле все ограничивается пятью типам датчиков (если самому делать прибор): протонный, феррозондовый, магниторезистивный, индукционный, Холловский; про компасс и магнит на веревочке я не говорю- это каждый "знает и умеет". Продвигаясь дальше, я скажу, что сделать протонный магнитометр и нормальный феррозондовый, держа в руках паяльник пару раз, невозможно. Поэтому будем подходить к делу конкретно: выясняем, какие МП будут подвергаться обнаружению и замерам, что требуется от прибора. Вводная часть. Отбрасываем пока что протонный магниометр, так как сделать хороший не просто если кому нужен именно скалярный тип датчиков, тогда пишите, поговрим про квантовые магнитометры. Остановимся на датчиках, чувствительных к направлению МП (векторный тип): магниторезист, индукционный, Холл. Феррозонды во внимание пока не берем, по причине дороговизны датчиков и/или сравнительной сложности самодельного изготовления-повторения с достижением хороших результатов. Теперь выясним, какие МП хочется мерить: постоянные (псевдопостоянные) и/или переменные. Отсюда: динамический диапазон (полный разлет амплитуд), частотный диапазон (полоса интересующих нас частот), разрешение (минимальная разница амплитуд МП, которую способен уловить прибор), чувствительность (минимальная индукция поля в Тл, которую способен зарегистрировать прибор), точность в.
Можно просто описать характер явлений, к которым вы привязываете действие МП- попробуем оттолкнуться от этого...
Определимся вот еще с чем: правелнее говорить про Индукцию (имзеряется в Тл- Тесла в системе Си) а не про напряженность МП, хоть они и различаются на магнитную проницаемость среды. Уровень магнитного поля Земли лежит в пределах от 35мкТл до 60мкТл, за исключением мест с аномальными широтными показателями (как КМА). Вот некоторые сравнительные показатели:
1) Поле Земли ( 10-5 до 10-4 Тл).
2) Городской шум (10-7 до 10-6 Тл).
3) Автомобиль с расстояния ~ 60м ( 10-9 Тл).
4) Шум транзистора с расстояния ~1м (10-14 Тл).
5) Человеческий мозг (10-15 до 10-12 Тл).
Про первые пожелания: а) Магнитометр, не чувствительный к направлению МП: скалярный прибор, для нас это только протонный тип датчиков, во-первых они работают только с постояннвми МП, или с УНЧ МП до 10Гц, во-вторых их не просто самому сделать, как я говорил.трехосный магнитометр на трех взаимноортогонально расположенных датчиках, где показания с 3 датчиков, взятых одновременно, взвешиваются среднеквадратически для получения модуля вектор индукции МП. Можно использовать любой тип векторных датчиков (есть некоторые тонкости, правда, о которых пока говорить не будем). Проблема здесь заключается в том, что идеально взаимноортогонально расположить сенсоры невозможно даже в заводских условиях (ошибка ~0.1 градуса), так же не стоит забывать, что каждый датчик имеют свою, пусть даже очень близкую к заявленной, передаточную функцию Напряжение -> Индукци МП. Эти две проблемы приводят к тому, что приходится использовать катушки Гельмгольца при юстировке системы, далее вычислять взвешивающие коэффициенты и матрицу коррекции, для получения стабильных и качественный показаний с системы трехосного магнитометра. б) Рассмотрим теперь частотный диапазон: 10кГц. Вопрос: почему выбрано такое число? До 1-2Кгц, можно использовать феррозонд, для измерения постоянной и переменной составляющей МП. Для расширенного диапазона частот тоже существуют феррозонды, но они узкоспециализированны. Остаются только следующие типы датчиков: индукционный, Холла, магниторезист. Индукционный отпадает, т.к. будучи в статичном состоянии чувствителен только к переменному полю. Выходит Холл и магниторезист- дальнейший выбор (есди готовы- феррозонд) зависит от следующих предложенией, пожеланий.
Начнем с магнитометров, которые доступны 'обычным смертным', т.е. частным лицам с ограниченным бюджетом: 1)Катушка индуктивности: диапазон напряженностей 10-10 до 106 мТл, разрешающая способность сильно варьируется и может достигать несколько пкТл, диапазон частот 0,1 до 106 Гц; векторный тип, не может мерить постоянную составляющую магнитного поля 2)Магнитомодуляционный(он же Феррозонд, он же Fluxgate): диапазон напряженностей 10-4 до 1 мТл, разрешающая способность обычно несколко нТл- максимальная 100пкТл, диапазон частот DC до 2000 Гц; векторный тип, универсальный 3)Протонный: диапазон напряженностей 0,02 до 0,1 мТл, разрешающая способность обычно 0,1нТл- максимальная 0,05нТл, диапазон частот DC до 2Гц; скалярный тип, в осном используется при геологических исследованиях, потребляет много питания 4)Овергауссер: отличается от протонного меньшим потреблением питания, и растянутой полосой частот. 5)Магниторезистивный: диапазон напряженностей 10-3 до 5 мТл, разрешающая способность 10нТл, диапазон частот DC до 107 Гц; векторный тип, обычно используются в навигации, и приложениях средней чувствительности
6)Холловский: диапазон напряженностей 0,1 до 3*104 мТл, разрешающая способность 100нТл, диапазон частот DC до 108 Гц; векторный тип, хорош только при исследовании полей повышенных напряженностей.
Вот вроде бы и все типы общедоступных магнитометров. Некоторые аспекты: Скалярный тип магнитометров- магнитометр, измеряющий полную составляющую магнитного поля(H=sqrt(X2+Y2+Z2)), виртуально не чувствителен к вращениям в пространстве. Векторный тип магнитометров- магнитометр измеряющий няпряженность составялющей магнитного поля(X,Y,Z). При исследованиях магнитометром АЯ стоит учитывать наличие: собственного магнитного поля Земли(на наших широтах порядка 56мкТл), магнитных бурь, возможность реакции на металлические и прочие объекты, обладающие ферромагнитными свойствами. Теперь поговорим о АЯ. Старлинг предлагает такой подход при использовании приборов: если и будет в АЗ изменение физ. параметров- то оно будет внушительным(написано не дословно, на практике достаточно часто предположение верно). С магнитометрами, по моему мнению, дело обстоит немного иначе, особенно при исследовании переменного магнитного поля. Как видно из описания типов магнитометров: под каждое приложение стоит выбирать определлный тип. Перед окончательным выбором я бы отметил минусы некоторых типов магнитометров, которые ограничивают их применение при изучении АЯ(учитывам, что часто АЗ находятся 'на задворках'): 1)Протонный- много потребляет, и соотвественно весит, из-за особенностей подхода к измерениею(прецессия протонов) разброс измеряемых напряженностей мал и состаявляет +/- 5мкТл без подстройки, так же всвязи с измерением частоты прецессии, время одного цикла измерения составляет минимум 0.3секунды, что ограничивает частотный диапазон. Овергауссер: то же, что и протонный, но потребляет меньше и частотный диапазон до 20Гц. 2)Про Холловский тип, думаю, многие наслышаны: ощутимый температурный дрейф и смещение нуля. Время поджимает, подведем краткий итог. Мое мнение таково: Для исследования АЯ идеальный магнитометр должен иметь: чувствительность порядка 1нТл, диапазон напряженностей не ниже 70мкТл, частотый разброс от DC до 1кГц, мало потреблять, и быть векторным типом с измерением по 3 осям(т.е. получаем виртуально скалярный тип, но с покомпонентной чувствительностью), возможность сопряжения с компьютером. Для 'повседневных' работ выбираем:
а)Индуктивный тип
б)Магнитомодуляционный тип
в)Магниторезистивный тип
|
[Космопоиск]
[Селигер]
Леониды 2010 #85 10.11.2010
