2.2. Принцип дії магнітометричних систем

Всі феромагнітні тіла, що знаходяться в магнітному полі Землі, намагнічуються, причому ступінь намагнічення залежить від таких чинників, як форма тіла, матеріал, з якого воно виготовлено, ступінь обробки поверхні, взаємна орієнтація тіла і магнітного поля Землі (магнітний курс) і т. ін.

Магнітом’які матеріали втрачають свою намагніченість після їх видалення з поля, що намагнічує (індуктивне намагнічення). Матеріали, що зберігають намагніченість після видалення їх з поля, що намагнічує, володіють так званим залишковим намагнічуванням.

Власне поле більшості об'єктів розвідки магнітометра обумовлене як залишковим, так і індуктивним намагнічуванням. Індуктивне намагнічування завжди співпадає з напрямом магнітного поля, що викликало це намагнічування, тоді як залишкове намагнічування створює напруженість магнітного поля, що зберігає свій первинний напрям.

На рис. 5.10 показана залежність результуючої напруженості Т_р, що створюється

Рис. 5.10. Залежність напруженості Т_р від магнітного курсу

феромагнітним тілом, яке має залишкове намагнічування, від його орієнтації щодо магнітного поля Землі.

Якщо напруженість магнітного поля Землі в деякій точці до внесення в це поле феромагнітного тіла була (рис. 5.11), то в результаті внесення феромагнітного тіла, що створює напруженість , напруженість в даній точці поля стане рівною .

Рис. 5.11. До визначення величини магнітної аномалії

створюваної феромагнітним тілом

Знайдемо величину магнітної аномалії ΔТ, яка визначаться як різниця модулів векторів і :

.

Значення напруженості Т' магнітного поля в даній точці після внесення феромагнітного тіла знаходиться із співвідношення:

.

Тоді величина магнітної аномалії ΔT, пов'язана з появою поля об'єкту становить:

;

або

.

Оскільки T_p << T і , то можна вважати, що:

Тому з достатньою для практики точністю величина ΔT визначається за формулою:

В системах магнітометрів повітряної розвідки частіше за все використовуються магнітометри, що реагують на величину магнітної аномалії ΔT.

Характер зміни величини ΔT залежить не тільки від магнітних властивостей об'єкту спостереження, але і від того, в якому напрямі пролітає над об'єктом літальний апарат. На рис. 5.12 відповідно показані ізолінії магнітного поля, що створюється феромагнітним тілом, і характер зміни напруженості аномального магнітного поля залежно від траєкторії польоту літака з апаратурою магнітометра.

Рис. 5.12. Характер зміни аномальної складової

напруженості магнітного поля

2.3. Ферозондові аеромагнітометри

Чутливим елементом в таких магнітометрах є магнітний зонд, що перетворює напруженість магнітного поля Землі в напругу змінного струму. За принципом дії ферозонди найбільш близькі до підсилювачів. Найпростіший ферозонд є пермалоєве осердя, на якому знаходиться обмотка, що підключена до джерела змінного струму. Зонд розташовують у вимірюваному магнітному полі так, щоб вісь осердя співпадала з вектором напруженості вимірюваного магнітного поля. Якщо величина цієї напруженості рівна нулю (постійне підмагнічування відсутнє), то в обмотці наводиться електрорушійна сила (е. р. с.), яка містить лише парні гармоніки, що пояснюється симетричністю кривої магнітної індукції, яка пронизує обмотку відносно осі абсцис (рис. 5.13, а).

Рис. 5.13. Крива магнітної індукції, яка пронизує сердечник

за відсутності і наявності постійного підмагнічування

За наявності постійного підмагнічування (напруженість вимірюваного магнітного поля відмінна від нуля) крива магнітної індукції стає несиметричною відносно осі абсцис, що свідчить про появу парних гармонік в е. р. с., що наводиться в обмотці (рис. 5.13, б). Значення вимірюваної напруженості магнітного поля оцінюється за величиною другої гармонійної складової е. р. с., що наводиться в обмотці.

На практиці феромагнітний зонд виконаний інакше. В ньому є два однакові пермалоєві осердя, розташовані паралельно одне одному. На осердях розташовано три обмотки: обмотка збудження (що намагнічує) 1, вимірювальна обмотка 2 і компенсаційна обмотка 3 (рис. 5.14).

Рис. 5.14. Схема магнітного зонда, що використовується в аеромагнітометрах:

1 – обмотка збудження; 2 – вимірювальна обмотка; 3 – компенсаційна обмотка

Обмотка збудження підключається до джерела змінного струму з частотою f. Вона намотується таким чином, що при протіканні по ній струму, е. р. с. у вимірювальній обмотці не наводиться.

Якщо компенсаційну обмотка 3 знеструмити і зонд помістити в постійне магнітне поле, напруженість якого рівна Н, то в осердях сконцентрується магнітне поле. Магнітний потік Ф, який пронизує осердя, буде пропорційний магнітній проникності матеріалу, з якого вони виконані. Змінний струм з частотою f, який протікає по обмотці збудження 1, періодично намагнічує осердя і змінює їх магнітну проникність. При максимальних значеннях струму в обмотці 1 відбувається насичення осердь, магнітна проникність їх різко зменшується, що викликає різке зменшення магнітного потоку Ф, обумовленого вимірюваним магнітним полем. При зменшенні струму в обмотці 1 магнітна проникність осердь зростає, що приводить до збільшення потоку Ф.

Таким чином, якщо струм в обмотці 1 змінюється з частотою f, то магнітний потік Ф, який пронизує осердя, змінюватиметься з подвійною частотою 2f і у вимірювальній обмотці наводитиметься е. р. с. з частотою 2f, амплітудне значення якої буде пропорційне вимірюваній напруженості магнітного поля Землі. Компенсаційна обмотка 3 підключається до джерела постійного струму. Сила струму в ній регулюється так, щоб компенсувати напруженість нормального магнітного поля Землі, чим досягається виділення аномальної складової. Спрощена структурна схема ферозондового аеромагнітометра показана на рис. 5.15.

Вимірювальний ферозонд ВФ розташовано на карданному підвісі і орієнтовано уздовж вектора напруженості магнітного поля. При зміні напруженості поля на його виході з'являється електричний сигнал, який після посилення, фільтрації і випрямлення подається на вимірювальний прилад. Орієнтуючі ферозонди (ОФ1 і ОФ2) аналогічні за конструкцією вимірювальному ферозонду ВФ, але не мають компенсаційних обмоток. ОФ1 і ОФ2 розташовані взаємно перпендикулярно. Вони і є датчиками системи стеження орієнтації в просторі ферозонда ВФ. Чутливість ферозондових магнітометрів рівна декільком гаммам (1 - 10γ).

Рис. 5.15. Структурна схема ферозондового аеромагнітометра