Аналіз та дослідження аналогового блоку системи автоматичної компенсації невимірюваних складових магнітного поля Землі
Автор: Горинь Вікторія Вікторівна
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Комп'ютеризовані системи управління та автоматика
Інститут: Інститут комп'ютерних технологій, автоматики та метрології
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2020-2021 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: Горинь В.В., Мокренко П.В. (керівник). Аналіз та дослідження аналового блоку системи автоматичної компенсації невимірюваних складових магнітного поля Землі квантовим магнітометром з оптичною орієнтацією атомів цезію – 133. Магістерська кваліфікаційна робота. Національний університет «Львівська політехніка», Львів 2020. У роботі описаний досліджуваний автоматичний компенсатор невимірюваної складової геомагнітного поля, що має високу швидкодію і точність компенсації, на основі виконаного огляду існуючої магнітометричної апаратури і методів автоматичної компенсації складових магнітного поля Землі. Приведені аналітичні вирази, виміри компоненти, що зв’язують похибку, з граничною величиною помилки компенсації, швидкодією системи і її стійкістю. Пристрій досліджуваний на мікросхемах 217 серії і вимагає для своєї реалізації близько 126 корпусів Об’єкт дослідження – структура системи автоматичної компенсації складових геомагнітного поля. Мета дослідження – дослідити аналоговий блок системи автоматичної компенсації невимірюваних складових магнітного поля Землі квантовим магнітометром з оптичною орієнтацією атомів цезію – 133 і відповідно до результатів, зробити аналіз даного дослідження. Для досягнення даної мети поставлені наступні задачі: 1. побудова ферозондових магнітометрів; 2. розробка методу і структурної схеми системи автоматичної компенсації; 3. розробка основних вузлів системи, де відбувався розрахунок робочих імпульсів системи автоматичної компенсації; 4. розрахунок похибок квантового магнітометра з системою автоматичної компенсаціії складової магнітного поля. Новизна: 1. запропонована структура систем автоматичної компенсації невимірюваних складових геомагнітного поля Землі при роботі з квантовим магнітометром з оптичною орієнтацією цезію-133; 2. проведено аналіз структури аналового блоку системи автоматичної компенсації; 3. проаналізовані основні джерела похибок квантового магнітометра з системою автоматичної компенсації складової геомагнітного поля. Актуальність – робота актуальна. Побудована з застосуванням квантових магнітометрів з оптичним помпуванням. Дає можливість підвищити точність вимірювання компонентів Землі з швидкісних об’єктів. Розроблена система не вимагає додаткових обчислювальних пристроїв. Магнітометричний метод дослідження будови земної кори або магнітна розвідка полягає у вивченні магнітного поля аномальних районів, що дозволяє вирішувати завдання про знаходження джерел цього поля, а тим самим і про будову шарів земної кори, що нижче-лежать. Магнітне поле Землі є сукупністю ряду полів, викликаних різними джерелами, одним з яких є гірські породи, що залягають у верхніх шарах земної кори і мають феромагнітні властивості. Знаходячись в магнітному полі інших джерел, ці породи намагнічуються і створюють своє власне поле, яке і дістало назву аномального, а область, в якій воно спостерігається, названа аномальною областю або магнітного аномалією. Структура та розмір магістерської роботи. Магістерська робота складається зі вступу, анотації, 8 розділів, економічної частини, висновку, списку використаних джерел, списку скорочень та додатків. В першому розділі описана власне побудова ферозондових магнітометрів. В деталях описано явище перетворення напруженості або індукції вимірюваного магнітного поля в пропорційний електричний сигнал. Проведено аналіз характеристики диференціального ферозонду виходом на різних (чотирьох) гармонік і наведена одна з можливих класифікацій даних ферозондів. Другий розділ присвячений огляду магнітометричної апаратури, який ми будемо використовувати для отримання позитивного результату нашої магістерської роботи. Сюди належать індукційні та магнітометричні прилади. В третьому йдеться про огляд методів автоматичної компенсації, що становлять геомагнітне поле. Саме в даному розділі ми більше зупиняємось на різних видах компенсаторів, дослідження яких і виявлення різниці між ними, дає нам повну картину щодо вирішення однієї задач, такої як коректний вибір пристрою. В четвертому розділі, на основі теоретичних положень, розглянутих в попередніх розділах, ми вже займаємось розробкою методу і структурної схеми системи автоматики компенсації Z-складової. Особливо суттєвим є те, що в даному розділі вже визначається необхідна швидкодія та точність компенсатора, яка істотно буде впливати на наш результат. П’ятий розділ призначений для короткого опису системи, яка складається з блоку аналізатора, вимірювального блоку, блоку сканування. В даному розділі за допомогою різних кодових комбінаць ми тримуємо кінцевий сигнал, який напряму впливає на вирішення оснновоної задачі магістерської кваліфікаційної роботи. В шостому розділі ми розробляємо основні вузли схеми компенсаці. У розділі запропонована елементна бази (інтегральна мікросхема 217 серії) і на основі вибраної схеми, аналізу та слідження магнітометра і розробки мікросхеми, ми здійснили розрахунки сигналів, які отримали в попередньому розділі. Сьомий розлід – це визначення похибки квантового магнітометра, а також розрахунок параметрів компенсуючої кільцевої системи. Виведели залежності між основними параметрами системи : Zск, ?Н, Нг, ?Z і їх розрахунок для того, щоб система могла надійно знаходити екстремум і тримати цей екстремум в області, при якій похибка за рахунок помилки компенсації не перевищувала заданої. Восьмий – це дослідження приладу на надійність та точність, адже саме кінцевий результат, якого ми намагаємось отримати, залежить від цих складових пристрою. В результаті ми бачимо, що точність і надійність повністю задовільняють теоретичне завдання магістерської роботи. Ключові слова: компенсатор, квантові магнітометри, ферозонди, блок системи, імпульс сигналів, компенсуюча кільцева система. Перелік використаної літератури: 1. Автоматическая оптимизация управляемых систем / Под ред. академика Б.Н.Петрова. – М.: Изд-во "Иностранная литература", 1960. 2. Яновский В.М. Земной магнетизм. - Л.: Изд-во Ленинград. ун-та,1963. 3. Афанасьев В.В. Феррозонды. - Л.: Энергия, 1969. - 168с. 4. Чечурина Е.Н. Приборы для измерения магнитных величин. – М.:Энергия, 1969. - I68с 5. Шиффер Дж. Теория сверхпроводимости. - М.: Мир, 1970. 6. Афанасьев Ю.В., Студенцов Н.В., Щелкин А.П. Магнитометрические преобразователи, приборы, установки. - Л.: Энергия, 1972. – 272 с. 7. Померанцев Н.М., Рыжков В.М., Скроцкий Г.В. – М.: Наука, 1972. - 448с.Физические основы квантовой магнит Сметрии. 8. Алексеев Г.В. Исследование погрешности морских измерений компонент в плоскости магнитного меридиана квантовыми магнитометрами с датчиками гировертикали. Диссерт. на соискание ученой степени к.т.н. - Ленинград, 1972. 9. Семенов Н.М., Яковлев Н.И. Цифровые феррозондовые магнитометры 1978. - 168 с. 10. Средства измерений параметров магнитного поля / Афанасьев В.В., Студенцов Н.В., Хорев В.Н. и др. - Л.: Энергия, 1979. – 320с.