Современные протонные и оверхаузеровские магнитометры для полярных геофизических исследований Cапунов В.А., Денисов А.Ю., Савелье

Основные параметры скалярных магнитометров

Технико-экономическое сравнение
коммерчески доступных магнитометров

Лучшие коммерчески доступные скалярные магнитометры

POS магнитометр OEM
Разрядность 0.001 нТл СКО до 0.01 нТл Абсолютная точность до 0.1 нТл
С 2009 г. внесен в реестр средств измерений РФ. Производится с 1997 г.

GPS опция POS магнитометра
Предназначена для точной синхронизации начала сигнала прецессии до 10 мкс по OEM GPS-приемнику Trimble Lassen iQ
Транзитный резервный SD card накопитель
Регистратор DLPOS предназначен для полевых (пикет-маршрутных, GPS) наземных работ и вариационных измерений. Используется на контрольных пунктах и при магнитной очистке территории обсерваторий
MMPOS-1 & 2 & …

Требования к полярному протонному магнитометру
Анализ и выбор по существующим скалярным магнитометрам в достаточной степени неоднозначен и даже субъективен, поскольку весовые коэффициенты свойств поддаются только экспертной оценке в зависимости от условий и методики применений.
Важнейший для полярных условий работы параметр надежности, по-видимому, однозначно диктует выбор в пользу протонного магнитометра. Естественно, хочется иметь остальные параметры также высокими. По-видимому, из этих соображений было составлено ТЗ по ГБ тендеру ААНИИ
ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ ПО ЛОТУ №1
Оснащение станций наблюдательной сети современными системами ………..., магнитометрической аппаратурой и системами накопления, подготовки и передачи цифровых магнитных данных.
2.1.3. Технические требования к прецизионному протонному магнитометру (ППМ).
2.1.3.1. Состав технической продукции
Прецизионный протонный магнитометр – прибор, осуществляющий непрерывную регистрацию (с максимально возможной частотой дискретизации) …… в различных условиях эксплуатации, в том числе на труднодоступных полярных станциях при отсутствии регулярного обслуживания и проверки.
2.1.3.2.1. Должен быть реализован непрерывный режим работы прибора с предустанавливаемым шагом дискретности измерений 1 секунда.
2.1.3.2.2. Установка конфигурации прибора должна осуществляется через последовательный коммуникационный порт.
2.1.3.2.3. После выключения питания прибор должен сохранять все конфигурационные установки в энергонезависимой памяти.
2.1.3.2.4. При подаче напряжения питания прибор должен автоматически переходить в рабочий режим непрерывных измерений.
2.1.3.2.5. Для управления, конфигурации и регистрации данных должна быть реализована программа, работающая в операционной среде Windows.
2.1.3.2.6. Программа должна обладать возможностью непрерывного сохранения данных на жесткий диск, и визуализации результатов измерений.

Приполярные работы, вариации по MMPOS-1 № 387
при – 35 град. С
ПАНГЕЯ заказчик, ВСЕГЕИ - В. Кузнецов, 74 км. От МО ШАИМ
Цена деления 0.5 нТл
Цикл 3 и 1 сек.
СКО = степень 3/2 цикла

Расчёт сигнала датчика
S0 = χωpLIηθ
Расчёт и обработка сигнала прецессии
Оценка чувствительности
SP – простой периодомер
IP – внутрицикловый периодомер
LS – метод наименьших квадратов
dd

Расчет и Оптимизация Сигнала и СКО протонного датчика совмещенного с Оверхаузеровским датчиком
Протонник 4 Вт (ср. мощь.) СКО = 0. 015 нТл > Military
Оверхаузер 1 Вт (ср. мощь.) СКО = 1.5 пикоТл >> Military

Что такое оптимальная оцифровка?
Чем красивей сигнал прецессии на осциллографе, тем лучше? Умножить добротность? Сузить полосу до 0-ля? Применить супер-АЦП и Фурье процессор? ДА! Красиво, но НЕТ, т.к. есть оптимальная мат. обработка!

Cерийный POS-1 (Т1 ≅ 1 сек. при н.у.) задается концентрацией радикала в вакуумном объеме) показывает < 0.05 нТл при температурах до -30°С. Хорошая перспектива до -60°С при чувствительности до 0.01-0,003 нТл.
Вакуумирование и маловязкие жидкости с Т10 = 7-10 сек при н.у. улучшают протонный датчик, но перспектива развития требует значительных усилий
Вязкость жидкости η определяет время релаксации Т10 η⋅Т10/Т ≅ C (const) При низких температурах короткое Т10 керосина на порядки ухудшает СКО протонных датчиков. Растущая растворимость парамагнитного кислорода также уменьшает Т10
Полярная опция POS-1 магнитометра