Яновский Б.М. Земной Магнетизм. Том 2

Подождите немного. Документ загружается.

Магнитографы системы Б. Е. Брюнеллн 411

Удачное разрешение этого вопроса было сделано в 1947 г

Б.

Е. Б ρ юн ел л и [9].

Станция Б. Е. Брюнелли состоит из трех вариометров: D, Н,

Ζ и пишущей части, установленных на общем основании и за-

крываемых сверху кожухом. С помощью накладной буссоли и

уровней основание может быть установлено в горизонтальной

плоскости и в любом азимуте. Первой особенностью этой стан-

ции является то, что вариометры и пишущая часть жестко свя-

заны с основанием и лишены возможности взаимного переме-

щения и поворота. Вторая особенность станции — малые габа-

риты вариометров и пишущей части по сравнению с приборами

обсерваторного типа. Достаточно указать, что основание, на ко-

тором установлены вариометры, имеет размеры

50x20

см

, а

высота кожуха 1.5 см. Сокраще-

ние размеров станции потребова-

ло конструктивной разработки от-

дельных узлов станции. Так, со-

вершенно по-новому оформлена

пишущая часть, где вместо вра-

щающегося барабана устроен

лентопротяжный механизм, и за-

пись производится на киноплен-

ках шириной в 24 мм. Скорость

подачи пленки предусмотрена

в 18 и 3 мм в час, так что полное

перемещение ленты происходит

либо за сутки, либо за шесть су-

ток. Смена пленки производится

снаружи станции ключом, пере-

матывающим пленку из одной

кассеты в другую. Ни при уста-

новке, ни при смене лент станция не нуждается в затемненном

помещении.

Для сохранения существующей точности записи при умень-

шении ширины ленты необходимо было уменьшить толщину

линии записи в несколько раз по сравнению с применяемыми в

существующих вариометрах. Это требование в приборах

Б.

Е. Брюнелли достигнуто применением ахроматических объ-

ективов и улучшением качества остальных оптических деталей.

Кроме того, особенностью этой станции является особая

схема оптической системы, позволяющая увеличить число отра-

женных индексов до трех, которые перемещаются на ленте с

различной скоростью, т. е. имеют различную чувствительность.

Такое устройство дает возможность расширить ширину шкалы

в пять раз и регистрировать, наряду со спокойными вариаци-

Рис. 189. Схема оптической си-

стемы в магнитографе Б. Е.

Брюнелли.

412

Вариационные приборы

[гл.

ХИ

ями,

сильные магнитные бури. Схема такой системы изображе-

на на рис. 189. Часть лучей (1), прошедших от источника света

через объектив А и неподвижную призму В, отражается от гипо-

тенузной грани призмы С, связанной с магнитом, далее от ка-

тета неподвижной призмы D и еще раз от гипотенузы С и соз-

даст тем самым быстрый индекс а. Другая часть лучей (II) и

(III)

отражается от различных катетов призмы С, создает ин-

дексы вис, движущиеся со скоростями, вдвое меньшими ско-

рости первого. Неподвижный индекс d получается отражением

от призмы D.

Рис. 190. Общий вид магнитной станции системы Б. Е. Брюнелли.

Температурная компенсация осуществляется при помощи

калмаллоевых пластинок, припаиваемых к магнитам.

Общий вид станции со снятым кожухом показан на рис. 190»

где можно видеть взаимное расположение вариометров и пишу-

щей части.

Цена деления вариометров определяется при помощи колец»

скрепленных с домиками вариометров, что можно видеть на том

же рис. 190.

Все управление станции: регулирование силы тока накала

лампочки, подача и измерение силы тока при определении чув-

Быстроходные магнитографы

413

ствительности, подача ручных и автоматических отметок вре-

мени— совершается при помощи коммутатора, соединяемого со

станцией.

§ 6. Быстроходные магнитографы системы Ла Кура

Для исследований вариаций, имеющих малый период, таких

как магнитные пульсации, датским магнитологом Ла Куром в

1931 г. были построены магнитографы, позволяющие на ленте

размерами

30x39

см

вести запись в течение суток со скоро-

стью 3 мм в минуту. Достигается это разбивкой пучка света на

множество отдельных пучков, отражающихся от зеркала варио-

метра.

Рис. 191. Схема оптической записи магнитометра Ла Кура.

Расходящийся пучок света от однонитной лампы 5 (рис. 191)

встречает на своем пути целый ряд- равноотстоящих призм (до

44) и, проходя через них, преломляется и распадается на 44 от-

дельных пучка. Каждая третья часть этих пучков поворотами

призм направляется на одно из зеркал вариометров D, H и Z.

Отразившись от зеркала и пройдя через объектив, помещенный

перед зеркалом вариометра, эти пучки падают на цилиндриче-

скую линзу перед барабаном и дают на барабане световые ин-

дексы, отстоящие друг от друга на определенном расстоянии

около 7 мм. Таким образом, каждый вариометр посылает на

барабан до 15 световых индексов, которые с поворотом

зеркала перемещаются одновременно. Однако из 15 индексов на

барабан попадает только один, так как перед барабаном позади

цилиндрической линзы находится экран, в котором сделано для

414

Вариационные приборы

[гл.

Хи

каждого вариометра по отверстию — щель шириной 7 мм, так

что на барабане, как бы ни поворачивалось зеркало с магнитом,

всегда пишется один индекс. Схема такой записи показана на

рис.

192, где жирными линиями обозначена запись на ленте, а

более тонкими — движение индексов по экрану.

После полного оборота барабан автоматически переме-

щается вдоль всей оси на расстояние, несколько большее шири-

ны щели, около 8 мм. Так как ширина бумаги 300 мм, то на

долю каждого вариометра приходится 100 мм, и поэтому бара-

бан в течение суток может сделать 13 полных оборотов, что уве-

личивает длину ленты в 13 раз.

Рис. 192. Кривые записи приборами Ла Кура.

Особенностью устройства самих магнитометров являются

малые размеры магнитов; длина магнитов у Я и D вариометров

не превосходит 6 мм при диаметре, меньшем миллиметра.

Внешний вид вариометров с пишущей частью и некоторыми

деталями показан на рис. 193.

Вариометры были предназначены для работ на полярных

станциях во время Второго Международного полярного года,

однако по окончании его они продолжали там работать, и не

только там, но и на обсерваториях средних и низких широт, где

амплитуды вариаций всех элементов имеют сравнительно боль-

шие значения. Поэтому цена деления вариометров была уста-

новлена для склонения порядка 1 мин/мм, для горизонтальной и

вертикальной составляющих порядка 5 у/мм. Однако путем за-

мены нити подвеса нитью меньшего диаметра цену деления

вариометра H можно уменьшить до 0,1 у1мм, а цену деления

вариометра D путем установки магнита в направлении, противо-

положном магнитному меридиану, довести до 0,1 мин/мм.

§71

Короткопериодные магнитометры

415,

Поэтому

во

время Первого Международного геофизического

года

(1957—1958)

вариометры Л а Кура были использованы

на

большинстве магнитных обсерваторий

как

приборы

для

записи

короткопериодных колебаний

(КПК)

магнитного поля.

Рис.

193.

Общий

вид

вариометров

Ла

Кура.

Короткопериодные магнитометры системы

Б. Е.

Брюнеллк

§ 2

было указано,

что для

регистрации вариаций

перио-

дами

от 10 до 1000 сек Б. Е.

Брюнелли

был

предложен магнито-

метр

обратной связью,

котором измеряемой величиной

яв-

ляется

ток от

фотоэлемента, регистрирующий вариацию.

Из уравнения (12.6в) следует,

что

угол отклонения магнито-

метра

при

наличии обратной связи выражается:

(12.19)

Из равенств (12.6а)

и (12.19)

следует,

что

сила тока

/ от

фото-

элемента

каждый момент времени пропорциональна углу

Θ,

т.

е.

(12.20)

Сопоставляя

(12.19) и (12.20),

получим

(12.21)

416

Вариационные приборы

ХЦ

При достаточно больших коэффициенте

k и

постоянной

ко-

лец

второе слагаемое

знаменателе становится значительно

меньше единицы,

и в

соответствии

уравнением (12.6а)

т.

е.

вариации внешнего поля полностью компенсируются полем

колец Гельмгольца. Обозначим

где

k\^>\;

тогда

для

амплитуды силы тока получим следующее

выражение:

(12.22)

Изменение параметров прибора, например коэффициента

усиления

приведет

изменению

ki.

Погрешность

Д'

вызывае-

мая этим, может быть определена

из (12.22).

или,

так как

Как видно, применение обратной связи позволяет

в k

+ 1

раз уменьшить влияние нестабильности всех элементов схемы,

кроме постоянной

колец Гельмгольца. Если коэффициент

Λι

достаточно велик,

то

система будет работать весьма устойчиво

даже

в том

случае, если параметры отдельных элементов схемы

будут меняться.

Вместе

с тем

увеличение

повышает собственную частоту

ωο*

прибора,

так как из

(12.6г) видно,

что

Таким образом, обратная связь, увеличивая собственную

частоту магнитометра, увеличивает

тем

самым полосу пропуска-

ния частот

повышает стабильность работы схемы, понимаемую

как постоянство отношения

Схематическое устройство магнитометра

Б. Е.

Брюнелли,

ос-

нованное

на

указанных выше теоретических соображениях,

по-

$7]

Короткопериодные магнитометры

417

казано на рис. 194. Пучок света от осветительной лампы (/), ог-

раниченный шириной щели (2), пройдя через линзу (3), падает

на зеркало магнита (4). Отразившись и пройдя снова через

линзу (3), он попадает на фотоэлемент (6). Ввиду того что

щель (2) и фотоэлемент (6) находятся в главной фокальной

плоскости линзы (3), ширина пучка света, падающего на фото-

элемент, равна ширине щели (2). Перед фотоэлементом нахо-

дится заслонка (5), которая задерживает часть пучка света.

Рис. 194. Схематическое устройство короткопериодного магнитометра Б. Е.

Брюнелли.

Если пучок целиком падает на заслонку, то, очевидно, фототок

будет равен нулю и будет расти по мере движения пучка в сто-

рону от заслонки, т. е. по мере движения магнита в ту же сто-

рону. Так как фототок пропорционален количеству падающего

на фотоэлемент света, то он, очевидно, будет пропорционален

и углу поворота магнита.

Ток же от фотоэлемента, усиленный электронной лампой (7),

пропускается по обмотке колец Гельмгольца (8), внутри кото-

рых находится магнитная система магнитометра. Направление

тока и число витков в обмотке выбрано так, чтобы скомпенсиро-

вать полем колец Гельмгольца составляющую поля вариаций

o#ft.

Поэтому поворот магнита под действием ЬН

будет проис-

ходить до тех пор, пока световой пучок, двигаясь от заслонки,

не вызовет фототок, равный току компенсации.

418

Вариационные приборы

[гл.

XII

Если усиление фототока достаточно велико, и действие ко-

лец достаточно энергично, то повороты магнита будут весьма

малы, магнит будет почти неподвижным.

В § 2 данной главы (см. рис. 182) было показано, что ампли-

туда колебаний магнита зависит от коэффициента затухания Л.

Для нормальной работы прибора необходимо, чтобы h со-

ставлял значительную часть собственной частоты ωο, а именно;

Л «

(0,5—1,0)

ωο- В рассмотренном приборе это достигается

введением дополнительной обмотки (9) на кольцах Гельмголь

ца, в которой при движении магнита возникает ток, пропорцио-

нальный скорости движения. Обмотка (9) включается в цепь

анода через дифференцирующую цепочку — сопротивление (11)

и конденсатор (13).

Рис. 195. Частотная характеристика магнитометра Б. Е. Брюнеллн.

Для градуировки магнитометра служит третья обмотка (10)

на кольцах Гельмгольца, которая включается в особую цепь

элемента {17) напряжением в 2 β при помощи выключателя (14)

через сопротивление (15).

Измерение фототока производится при помощи зеркального

гальванометра (16) типа М-2 или ГЗС-47, который включается

в анодную депь лампы через конденсатор (18) емкостью до

10 мф и сопротивлением

(

19) до 6 моя.

Такое включение дает возможность срезать все колебания

с периодами выше нескольких тысяч секунд.

Частотная характеристика магнитометра, представленная

на рис, 195, показывает, что в области от 3 до 1000 сек мы имеем

независимость показаний прибора от периода.

§71

Короткопериодные магнитометры

419

Цена деления магнитометра может быть доведена до 0,01

у1мм и может меняться в сторону больших значений до десятка

долей гамм на 1 мм.

Питание магнитометра производится от аккумулятора типа

З-СГ-84 (емкость 100 аЫас) и анодных батарей БАС-Г-80-Л-0.8.

Один комплект аккумуляторов обеспечивает непрерывную ра-

боту трех магнитометров в течение 24 часов, а анодных бата-

рей— 100 часов. Внешний вид вариометра показан на рис. 196.

Рис. 196. Короткопериодный магнитометр Б. Е.

Брюнелли.

На том же принципе фотоэлектрической регистрации с об-

ратной связью заводом «Геологоразведка» разработана конст-

рукция вариометров для регистрации КПК, которая несколько

отличается от конструкции вариометров Б. Е. Брюнелли.

Основным отличием, не имеющим принципиального значе-

ния, является подвес всех магнитов на растянутых нитях, в то

время как в приборах Б. Е. Брюнелли магниты вариометров H

и D подвешены на вертикальной нити.

Обе станции предназначены для работы как в обсерватории,

так и в экспедиционных условиях. В первом случае они служат

для регистрации КПК в познавательных целях, т. е. для уста-

ет*

420

Вариационные приборы

N. xii

новления закономерности в их протекании и связи их с другими

геофизическими явлениями; во втором — для использования в

магнитотеллурическом методе исследования структуры земной

коры.

§ 8. Магнитные вариационные станции СМВ-2 и GV3

фирмы Аскания-Верке

Станция СМВ-2, выпускаемая заводом «Геологоразведка»,

предназначена для полевых измерений вариаций полного век-

тора напряженности Земли 6Н

или вариаций вертикальной со-

ставляющей 6Z. Результаты этих измерений используются для

введения поправок за вариацию при наземных и аэромагнитных

съемках.

Принцип действия ее и схематическое устройство одинаково

с устройством магнитометра М-18, описанного в § 6 гл. X.

Схема магнитной и оптической системы показана на рис. 197, а

внешний вид на рис. 198.

Из рис. 198 видно, что магнитная система почти идентична

магнитной системе М-18, оптическая же часть значительно от-

личается, так как прибор предназначен для непрерывной записи

вариаций. Поэтому, помимо шкалы для визуального наблюде-

ния ЬН

или δΖ, имеется вращающийся барабан с фотобумагой.

При регистрации вариаций δΖ нить, на которой подвешен

магнит, устанавливается горизонтально в плоскости магнитного

меридиана. Для регистрации ЬН

нить должна быть наклонена

к горизонту в плоскости магнитного меридиана на угол, равный

дополнению угла наклонения /. Установка прибора в плоскости

магнитного меридиана производится при помощи буссоли, а

наклон к горизонту — при помощи червячной передачи. Весь

корпус прибора наклоняется на угол 90° — /.

Перед началом измерения производится компенсация по-

стоянной составляющей магнитного поля при помощи системы

магнитов, аналогично компенсации в магнитометре М-18.

Цена деления составляет 2—5 у/мм, но может быть увеличе-

на до

10—20

у/мм.

Градуировка вариометра производится при помощи колеи

Гельмгольца, вмонтированных в корпус прибора.

Отдельно от вариометра имеется пульт управления, который

можно видеть на рис. 198. В пульте расположены источники

питания лампочек подсвечивания и градуировочных колец, при-

бор для контроля напряжения и тока, потенциометр регулиров-

ки напряжения и тока и часы для отметки времени.

Подобного же типа, но выпущенная несколько ранее вариа-

ционная станция фирмы Аскания-Верке (ФРГ) (рис. 199) в от-

личие от станции СМВ-2 регистрирует вариации всех трех со-