3.3.1. Принцип работы магнитных весов

Основу конструкции датчика-стрелки магнитометра составляют две магнитные металлические пластины ромбической формы, соединенные между собой кубическим каркасом, через который проходит кварцевая треугольная призма, нижнее ребро ее служит осью вращения и наклона магнитов (рис. 3.1).

Рис. 3.1. Внешний вид датчика-стрелки магнитометра М-2

При изменении окружающего магнитного поля система принимает то или иное положение относительно нижнего ребра призмы. Угол наклона системы в вертикальной плоскости отражает изменение вертикальной составляющей напряженности магнитного поля. Измерение, основанное на принципе магнитных весов, показано на рис. 3.2.

Рассмотрим теорию принципа работы магнитных весов. Металлическую пластину, изготовленную из магнитного материала, можно представить магнитом, который обладает двумя магнитными фиктивными массами m и –m, расположенными на расстоянии L. В момент измерения магнит наклонен относительно горизонта на угол i. Равновесие системы наступает при уравновешивании моментов вращения, вызванного действием земного магнитного поля, и момента силы тяжести.

Уравнение равновесия приобретет вид

Z m L cos i = P d cos ( - i), (3.3)

m о i горизонт β -m Р

Рис. 3.2. К выводу рабочего уравнения магнитных весов

где Z – вертикальная составляющая напряженности магнитного поля, Р – вес системы, d- плечо, расстояние от оси вращения до центра силы тяжести системы,  - угол между осью магнита и направлением плеча d.

Разложив косинус разности двух углов и заменив магнитный момент M = m L, получим уравнение равновесия магнитных весов

Z M cos i = P d cos  cos i+ P d sin  sin i.

Величину Z найдем так:

Z = P d cos  / M + P d sin  tg i / M.

Полевые измерения магнитометром начинаются с наблюдений на контрольном пункте (0), для которого величина вертикальной составляющей определяется по формуле

Z (0) = P d cos  / M + P d sin  tg i (0) / M. (3.4)

Рис. 3.3. Внешний вид магнитометра М-2

В каждом последующем пункте (1) наблюдения величина вертикальной составляющей напряженности магнитного поля будет равна

Z (1) = P d cos  / M + P d sin  tg i (1) / M. (3.5)

Изменение угла наклона магнитной системы служит мерой изменения магнитной индукции. Приращение вертикальной составляющей в пункте наблюдения (1) относительно контрольного измерения Z (0) опишется уравнением

Z = Z (1) – Z (0) = P d sin  ( tg i (1) – tg I (0) ) / M. (3.6)

Тангенс угла наклона магнитной системы tg i можно определить по показаниям прибора (шкале n) и постоянной оптической трубы r:

tg i = n / r,

тогда  Z будет зависеть от параметров магнитной системы и показаний прибора:

Z = P d sin  (n (1) – n (0)) /M r. (3.7)

Параметры магнита определяют чувствительность прибора  – цену деления прибора,

= P d sin  / M r,

которая во время его настройки регулируется путем изменения длины плеча r. После введения цены деления в формулу (3.7) получим рабочее уравнение для приборов, действующих по принципу весов:

, (3.8)

где n_i - отсчет по прибору на любом пункте профиля, n₀ – отсчет по прибору на КП. По принципу весов работает магнитометр М-2, внешний вид его представлен на рис. 3.3.