Кириаков В.Х., Любимов В.В.

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н. В. Пушкова Российской академии наук (ИЗМИРАН), г. Троицк, Московская область

ЦИФРОВОЙ МАЛОГАБАРИТНЫЙ МИКРОПОТРЕБЛЯЮЩИЙ МАГНИТОМЕТР ДЛЯ РАЗЛИЧНОГО ПРИМЕНЕНИЯ

Разработанный в Институте земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн (ИЗМИРАН) малогабаритный цифровой регистрирующий магнитометр предназначен для измерения различных составляющих вектора магнитной индукции поля Земли, а также для исследования полей, создаваемых искусственными источниками, для систем, служащих для привязки и ориентации объектов по магнитному полю и для специальных целей.

Прототипами прибора явились ранее созданные нами магнитометры серии MAGIC: MF-03, MAGIC-MF-03M, а также магнитометры MF-03R и IDL-12, выполненные на базе феррозондовых датчиков различных типов и конструкций [1-12].

Магнитометр может использоваться в геофизике на суше, на море, на подвижном носителе, в условиях обсерватории, в качестве автономной станции, в полевых условиях и для проведения поисковых и рекогносцировочных работ. Прибор позволяет проводить исследования, обнаружение и фиксацию гипогеомагнитных полей и помещений согласно нормам и требованиям, регламентируемым в ГОСТ Р51724-2001 и СанПиН Р2.2.755-99.

Функциональная схема магнитометра показана на рисунке и включает в себя два основных узла,- магнитоизмерительный преобразователь (МИП) и блок регистрации (БР).

Функциональная схема МИП является стандартной для такого типа приборов, представлена на рисунке и включает в себя следующие основные узлы: феррозонд с катушкой обратной связи, генератор возбуждения, усилители сигнала и мощности, умножитель частоты, синхронный детектор, интегратор и резистор обратной связи, определяющий ширину рабочего диапазона МИП.

МИП магнитометра выполнен на основе однокомпонентного феррозондового магнито- чувствительного микропотребляющего датчика FLC 100 фирмы Stefan Mayer Instruments и имеет два измерительных диапазона ± 20 и ± 100 мкТл, при этом цикл автоматических измерений во всех измерительных диапазонах равен 0,25; 0,5; 1; 2; 3; 10; 20; 30 и 60 с.

Измеренное значение магнитной индукции совместно с текущим временем измерений визуализируется на цифровом табло. Напряжение питания прибора от источника постоянного тока в пределах от 2,7 до 3,3 В. Отличительной особенностью прибора является рекордно низкое потребление энергии от источника питания и работа только от двух батареек типа АА.

Мощность потребления от источника постоянного тока в режиме измерения составляет 0,045 Вт, а в режиме энергосбережения потребляемая мощность от источника питания не превышает 0,3 мВт. Предусмотрена возможность питания прибора от сетевого (220 В 50 Гц) адаптера напряжением 3 В.

Объем энергонезависимой памяти для регистрации измеренных данных 1 Мбайт, что позволяет проводить непрерывные измерения при самом коротком цикле измерения 0,25 с и накапливать данные в течение 34 часов. При необходимости конструкция прибора позволяет увеличить объём встроенной энергонезависимой памяти в 2, 4 и более раз.

Встроенное АЦП позволяет организовать режим работы с фиксацией «базового значения поля», что позволяет использовать магнитометр как в режиме вариационной станции, так и в режиме измерения градиента поля.

Блок регистрации (БР) представляет собой микропроцессорное устройство. На лицевую часть БР выведен индикатор и установлена клавиатура для управления работой блока и прибора. В режиме просмотра (и при регистрации) измеренных данных предусмотрена возможность фильтрации получаемых результатов измерений (фильтрации помех) при помощи скользящего фильтра путем осреднения получаемых данных в реальном времени, а также цифровой фильтрации ранее записанных в память данных.

При просмотре и регистрации данных на ПК реализована возможность их масштабирования (выбор масштаба записи и просмотра) по вертикальной и горизонтальной осям графика.

Вес собственно магнитометра (МИП и БР) зависит от массы применяемых встроенных аккумуляторов (батареек АА) и составляет 0,2 кг, а вес всего комплекта прибора, уложенного в укладочный ящик, составляет не более 1,5 кг.

Прибор прошёл многочисленные испытания, по результатам которых выпущена серия магнитометров под коммерческим наименованием MF-03-RM. Эти магнитометры в настоящее время используются для проведения исследований различными научными, оборонными, поисковыми и учебными организациями Москвы, Подмосковья, Вологды, Сибири и Дальнего Востока. Карта использования магнитометра различными организациями в РФ приведена на рисунке.

Прибор успешно использовался авторами при проведении научно-исследовательских работ на различных обсерваториях РФ, в том числе в обсерваториях «МОСКВА», «Калининград», «АРТИ», а также при проведении экологических исследований, методических работ в клиниках и при проведении работ по аттестации рабочих мест по условиям труда в гипогеомагнитных помещениях.

Полевые работы с применением магнитометра проводились также авторами на Крайнем Севере (на Ямале) как в наземных, так и в морских условиях. Некоторые результаты его применения представлены на рисунке.

Литература.

1. Любимов В.В., Выдрин В.В. Малогабаритный цифровой компонентный феррозондовый магнитометр MAGIC МФ-03-М. Препринт No.14 (1064) М.: ИЗМИРАН, 1994. - 18 с.

2. Любимов В.В., Выдрин В.В. Малогабаритный цифровой компонентный магнитометр // Приборы и техника эксперимента. М.: Наука, 1995. No.5. С.206 - 207.

3. Любимов В.В. Новые приборы для исследования гипомагнитных полей и помещений. Препринт No.12а (1128) Троицк: ИЗМИРАН, 1999. - 12 с.

4. Любимов В.В. Приборы для электромагнитного мониторинга и экологических исследований окружающей среды // Датчики и Системы / Конструирование и производство датчиков, приборов и систем. М.: «ООО СенСиДат», 2004. No.9. С.25-27.

5. Кириаков В.Х., Любимов В.В. Малогабаритный цифровой интеллектуальный регистрирующий феррозондовый магнитометр MAGIC МФ-03-Р // Экономика и производство. /Технологии, оборудование, материалы / Журнал организаторов производства. М., 2004. No.4. С.58-60.

6. Кириаков В.Х., Любимов В.В. Малогабаритный цифровой интеллектуальный регистрирующий феррозондовый магнитометр MAGIC МФ-03-Р // Датчики и Системы / Конструирование и производство датчиков, приборов и систем. М.: «ООО СенСиДат», 2004. No.10. С.37-38.

7. Любимов В.В. Феррозондовые диагностические магнитометры серии «МАГИК» // Экономика и производство. /Технологии, оборудование, материалы / Журнал организаторов производства. М., 2006. No.1. С.58-61.

8. Кириаков В.Х., Любимов В.В. Новые магнитометры для электромагнитного мониторинга окружающей среды и исследований в обсерваториях // Экономика и производство / Журнал организаторов производства/Журнал депонированных рукописей No.6. июнь 2006 г.

9. Кириаков В.Х., Любимов В.В. Малогабаритный цифровой регистрирующий феррозондовый магнитометр для геофизики, обсерваторских и методических работ // Материалы Международного семинара «170 лет обсерваторских наблюдений на Урале: история и современное состояние». Екатеринбург, 17-23 июля 2006 г. Екатеринбург: Институт геофизики УрО РАН, 2006. С.91 – 94.

10. Кириаков В.Х., Любимов В.В. Магнитометры для электромагнитного мониторинга окружающей среды и исследований в обсерваториях // Экономика и производство. /Технологии, оборудование, материалы / Журнал организаторов производства. М., 2007. No.1. С.78-80.

11. Любимов В.В. Магнитометры-градиентометры для научных исследований: новые разработки // Экономика и производство. /Технологии, оборудование, материалы / Журнал организаторов производства. М., 2009. No.2. С.61-63.

12. Любимов В.В. Новые магнитометрические приборы для научных исследований // Приборы. М., 2009. №6. С.8-12.