Оптико-механические магнитометры.

Принцип работы оптико-механических магнитометров основан на взаимодействии постоянных магнитов с магнитным полем Земли и называется принципом магнитных весов. В зависимости от измеряемого элемента магнитного поля различают горизонтальные (для измерения H - составляющей) и вертикальные (для измерения Z - составляющей) магнитные весы. Одной из последних модификаций оптико-механических магнитометров является магнитометр М-27М, предназначенный для измерения приращений вертикальной составляющей напряженности (DZ) магнитного поля Земли.

Устройство магнитометра следующее (рис.3.13). На горизонтально натянутой тонкой металлической нити (точнее - ленте) жестко укреплен измерительный магнит (1) с зеркальцем (2), который может поворачиваться в вертикальной плоскости на определенный угол в зависимости от величины вертикальной напряженности магнитного поля Z. Пусть в некоторой точке (например, на эталонном полигоне завода) нить подвеса и магнитная ось магнита горизонтальны. В другой любой точке наблюдений, где вертикальная составляющая напряженности отличается на величину DZ, на полюсы магнита действуют противоположно направленные силы F₁ и F₂. Под действием этих сил магнит будет поворачиваться, закручивая нить подвеса. Угол отклонения магнита от горизонтального положения будет пропорционален изменению поля DZ. Луч света (7) падает на зеркало и отражается в окуляр (8), где можно зафиксировать отклонение магнита от горизонтали по отклонению луча света.

Рис.3.13. Принципиальное устройство оптико-механического магнитометра

М – 27М

Практически удобнее не измерять угол отклонения магнита, а компенсировать его, то есть проводить измерения компенсационным способом. Для этого сбоку от измерительного магнита установлен компенсационный магнит (или магнит плавной компенсации 3), жестко связанный с прозрачным диском, на котором нанесена шкала (4). С другой стороны установлен диапазонный магнит (или магнит грубой компенсации - 5), положение которого меняется ступенями с помощью зубчатого сектора (6).

Отклонения измерительного магнита от горизонтального положения под действием приращения поля DZ компенсируются с помощью изменения положения компенсационного магнита (а когда его магнитного момента недостаточно, ступенчато изменяют положение диапазонного магнита). Таким образом, мерой измеряемого поля DZ служит величина магнитного момента компенсационного и диапазонного магнитов, потребовавшегося для приведения измерительного магнита в горизонтальное положение (т.е. для компенсации). Угол поворота компенсационного магнита определяется по шкале (4), которая градуируется на заводе-изготовителе и проверяется ежегодно по мере необходимости с помощью специальных градуировочных комплектов (кольца Гельмгольца).

В окуляре магнитометра при измерении видна вращающаяся шкала, неподвижная линия (индекс и подвижный индекс (световой блик от измерительного зеркала с двумя параллельными линиями в центре).

В магнитометре имеются и еще элементы, не показанные на рисунке 3.13 - дополнительные настроечные магниты (температурный и юстировочный), а также арретир. Арретир представляет собой специальный механический захват, в нерабочем положении магнитометра поддерживающий измерительный магнит и предохраняющий нить подвески от обрыва при транспортировке и случайных ударах прибора.

Рис. 3.14. Общий вид магнитометра М - 27М.

Чувствительная система магнитометра М-27М помещена в немагнитный теплоизолирующий кожух (12), который с помощью специального установочного винта (13) укрепляется на треноге (рис.3.14). Для приведения системы в горизонтальное положение используются три нивелировочных винта (5) в нижней части корпуса, а на верхней панели рядом с окуляром установлены два взаимно перпендикулярных уровня (1). На боковую поверхность корпуса прибора выведены ручки арретира (4), управления измерительным (7) и диапазонным (16) магнитами. Вес магнитометра составляет около 6,5 кг, цена деления шкалы 10 нТл/дел, диапазон измерений ±70 000 нТл, погрешность измерений обычно ± 5-10 нТл.

С конца 50-х до конца 80-х годов XX века магнитометры типа М-23, М-27, (М-27М) были основными приборами для наземных магниторазведочных работ. В настоящее время в производственных организациях эти магнитометры не применяются из-за сравнительно низкой производительности и низкой точности по отношению к более современным типам магнитометров. Применяются они в основном при специализированных опытных работах и при работах в зонах больших градиентов магнитного поля (более 600 нТл/м).