3.3.2. Торсионные магнитометры

Долгое время удобными приборами считались различные модификации вертикальных весов Шмидта. В начале 50-х гг. в конструкциях этих приборов ножевидная опора была заменена подвесом на растянутых кварцевых нитях /2, 8,12/

Такие торсионные магнитометры на горизонтальной растяжке служили отечественной магнитометрии с начала 60-х до конца 90-х гг. За это время были разработаны приборы марок М-18, М-23, М-27 и М-27М, предназначенные для измерения компенсационным методом приращений вертикальной составляющей магнитной индукции Земли. Чувствительным элементом магнитометров является подвижный магнит-индикатор, вращающийся на горизонтальной нити-растяжке. Его применение и усовершенствование системы ступенчатой компенсации поля позволило уменьшить цену деления отсчетного устройства до 10 нТл/дел., а смещение нуль-пункта – до 1 нТл/ч. Однако к значительному повышению производительности измерений разработка магнитометров с подвесами на растянутых нитях не привела.

Рассмотрим особенности работы магнитометров на горизонтальных подвесках (рис.3.4).

Чувствительным элементом магнитометра является подвижный постоянный магнит 10, вращающийся на горизонтальной металлической нити 8, подвешенной на стойке 12. На верхней части магнита прикреплено зеркало 9. Подвижный магнит 10 под воздействием вращающего момента, создаваемого аномальным магнитным полем, отклоняется на угол, пропорциональный величине изменения ΔZ.

Система уравновешивается вращающими моментами полей компенсационных магнитов и моментом кручения металлической нити. Отчетное устройство состоит из автоколлимационной зрительной трубки и шкалы 15. Трубка снабжена окуляром 2 и объективами 7 и 5. Зеркало 16 и призма 6 служат для подсветки шкалы, а зеркало 1 и призма 3 подсвечивают подвижный индекс.

Плавная компенсация магнитного поля осуществляется измерительным магнитом 14, а диапазонная – магнитом 11, укрепленным на конце биметаллической пластины 13, второй конец которой связан с узлом ступенчатой компенсации. Прибор обладает ступенями компенсации: 14 –– в сторону увеличения и 14 ступеней – в сторону уменьшения поля.

При компенсации поля ΔZ магнитная ось подвижного магнита выводится в горизонтальное положение и, следовательно, горизонтальная составляющая Н не влияет на показания магнитометра. Внешний вид магнитометра М-27 представлен на рис. 3.5.

Рис. 3.4. Основные узлы торсионного магнитометра

В магнитометрах с горизонтальной крутильной нитью кроме вращающих моментов со стороны действия М Z cos i и P d cos i действуют: крутильный момент упругой нити τ (θ + i), моменты сил компенсирующих магнитов, которые при малых углах i примем пропорциональными косинусу угла их поворота α от вертикали в плоскости xoz.

Уравнение равновесия системы при принятых условиях будет следующим:

M Z cos i – M H cos A sin I –

– M L cos α – P d cos i + τ (θ + i) = 0, (3.9)

где М – магнитный момент стрелки; i – угол отклонения стрелки от горизонтальной плоскости; А – азимут оси магнитной стрелки; L cos α – поле, создаваемое компенсационным магнитом; α – угол между магнитной осью компенсирующего магнита и вертикалью; Р – вес магнитной стрелки; d – расстояние от центра тяжести подвижного магнита до оси вращения; τ – коэффициент кручения крутильной нити; θ – угол начального закручивания нити.

В положении полной компенсации (i = 0) влияние горизонтальной составляющей магнитного поля не сказывается на положении равновесия системы при любой азимутальной ориентировке прибора, следовательно,

М Z – M L cos α – P d + τθ = 0.

Написав уравнения для двух соседних пунктов, получим зависимость изменения ΔZ от угла наклона фиксации компенсирующих магнитов.

Рис. 3.5. Работа с магнитометром М- 27М

Оптико-механические приборы, магниточувствительным элементом которых является магнитная стрелка, отклоняющаяся под действием магнитного поля Земли, служат для измерения относительных приращений компонент магнитного поля. Чувствительность приборов достигает 5 – 10 нТл, она значительно зависит от внешних факторов, упругие характеристики магнитной системы нестабильны.

В настоящее время этот тип приборов не выпускается, он имеет ограниченное применение.