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
ЦИФРОВАЯ МАГНИТОВАРИАЦИОННАЯ АВТОМАТИЧЕСКАЯ СТАНЦИЯ
В Институте земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В.Пушкова РАН (ИЗМИРАН) на протяжении последнего десятилетия проводилась активная работа по созданию новых современных геофизических приборов для решения научных, прикладных и специальных задач. Одним из направлений деятельности для создателей аппаратуры явилось традиционное в институте направление по разработке магнитометрической аппаратуры нового поколения, на базе различного типа датчиков, предназначенной для проведения магнитовариационных научных исследований как в обсерваторских, так и в полевых условиях.
В 2005 году авторами была разработана
новая концепция построения цифровых станций (ЦС) на основе
кварцевых датчиков и ранее созданных ЦС, был создан
ряд цифровых магнитометрических приборов, предназначенных для их использования
в различных условиях [1, 2, 9-11]. Эти приборы на протяжении ряда лет
активно используются сотрудниками института и других организаций при проведении
экспедиционных и исследовательских работ.
Прототипами данного
прибора явились ранее созданные нами цифровые магнитовариационные станции (ЦМВС)
серии Кварц-4 и Кварц-4МО
[1-7], а также созданные в ИЗМИРАН в конце прошлого столетия
магнитометры, выполненные на базе кварцевых датчиков различных
конструкций [8-11].
Цифровая
магнитовариационная автоматическая станция (ЦМВАС) [12] выполнена
на базе кварцевых датчиков, и включает в себя три измерительных канала (D, H, Z), каждый из которых имеет измерительный
диапазон от ±1000 до ±6000 нТл. Станция предназначена для проведения работ в
автономном режиме в условиях не обслуживаемых (НО) и редко
обслуживаемых (РО) пунктов наблюдений, а также работу в условиях
больших изменений температуры окружающей среды, - до ±40°С. Общий вид станции показан на рисунке.
Функциональная схема ЦМВАС состоит из
двух основных узлов: блока датчиков (БД) и блока электроники (БЭ).
Станция имеет
возможность питания от трёх альтернативных источников,- сети переменного тока (СА),
аккумуляторной (АБ) или солнечной (СБ) батарей, при
этом напряжение источника постоянного
тока может находиться в пределах от 7 до 40 В.
Максимальный цикл оцифровки АЦП аналоговых данных МИП по всем измерительным каналам составляет 100 изм/с, при этом осреднённые значения регистрируются и накапливаются во встроенную внутреннюю (до 8 Мб) или во внешнюю (ФН) память с циклом 1 изм/с.
Штатный режим работы ЦМВАС предусматривает регистрацию вариаций составляющих ВМИ поля Земли с точностью 0,1 нТл, при этом 24-разрядный АЦП позволяет реализовать разрешающую способность станции до 1...10 пТл в условиях с малым уровнем техногенных шумов и помех.
Контроль температуры в БД и управление
его обогревом (в условиях низких температур) реализовано при помощи
интегрального датчика температуры (ДТ) LM35D с
разрешением 0,1°С. Управление всеми режимами работы и калибровкой
станции, а также передача данных, - осуществляется дистанционно автоматически
при помощи каналов GPRS или ВТ.
Для привязки станции к мировому времени и
для её позиционирования в пространстве имеется встроенный приёмник GPS.
ЦМВАС разработана с учётом предельных
требований по минимизации энергопотребления, при этом максимально возможное её
потребление от постоянного источника напряжением 12 В составляет не более
2,5...3 Вт. Вся цифровая часть станции сделана с применением 3-х вольтовой
элементной базы.
Схемное построение и реализация высоких технических и
эксплуатационных характеристик станции позволяет ей осуществлять длительную
работу в автономном режиме и легко интегрироваться в работу международных
цифровых систем сбора и обработки данных.
Литература.
1. Бобров В.Н., Любимов В.В. Цифровая магнитовариационная станция // Датчики и Системы / Новые приборы. М.: «ООО СенСиДат», 2005. No.2. С.40-42.
2. Белов Б.А., Бурцев Ю.А., Кириаков В.Х., Любимов В.В. Цифровые кварцевые магнитовариационные станции // Экономика и производство. /Технологии, оборудование, материалы / Журнал организаторов производства. М., 2005. No.4. С.73-77.
3. Бурцев Ю.А., Кириаков В.Х., Любимов В.В. Цифровая магнитовариационная станция «КВАРЦ-4» // Датчики и Системы / Новые приборы. М.: «ООО СенСиДат», 2006. No.1. С.45-48.
4. Кириаков В.Х., Любимов В.В. Цифровая магнитная обсерватория // Приборы. М., 2009. №12. С.7-10.
5. Кириаков В.Х., Любимов В.В. Цифровая магнитная обсерватория // Экономика и производство / Журнал организаторов производства. М., 2010. No.1. С.50-53.
6. Кириаков В.Х., Любимов В.В. Новые разработки: цифровая магнитная обсерватория // Датчики и Системы / Конструирование и производство датчиков, приборов и систем. М.: «ООО СенСиДат», 2010. No.4 С.22-24.
7. Кириаков В.Х., Любимов В.В. Цифровая магнитная обсерватория: опыт построения и варианты // Актуальные достижения европейской науки-2011 / Материалы международной научно-практической конференции 17-25 июня 2011/ Физика. Том 36. София «Бял ГРАД-БГ» ООД, 2011. С.37-46.
8. Бобров В.Н., Любимов В.В. Цифровая магнитовариационная станция // Экономика и производство. /Технологии, оборудование, материалы / Журнал организаторов производства. М., 2005. No.2. С.51-52.
9. Белов Б. А., Бурцев Ю. А., Кириаков В. Х., Любимов В. В. Цифровые кварцевые магнитные вариационные станции // Датчики и Системы / Новые приборы. М.: «ООО СенСиДат», 2006. No.5 С.35-38.
10. Белов Б.А., Бурцев Ю.А., Кузнецов В.Д., Любимов В.В. Кварцевые приборы ИЗМИРАН в полярных геомагнитных исследованиях // Экономика и производство / Журнал организаторов производства/Журнал депонированных рукописей No.4. апрель 2006 г.
11. Бурцев Ю.А., Головков В.П., Кузнецов В.Д., Любимов В.В. История магнитного приборостроения в ИЗМИРАН: прошлое, настоящее, ... будущее??? // Экономика и производство / Журнал организаторов производства/Журнал депонированных рукописей No.6. июнь 2006 г.
12. Любимов В.В., Кириаков В.Х. Цифровая магнитовариационная станция (ЦАМВС) // Выставочный центр Российской Академии наук / Разработки / ИЗМИРАН / http://www.expo.ras.ru/base/prod_data.asp?prod_id=5302