ТЕХНИЧЕСКОЕ ПРЕДЛОЖЕНИЕ - ИНИЦИАТИВНЫЙ ПРОЕКТ

по

модернизации магнитовариационного оборудования и оснащению обсерваторий и пунктов наблюдений современным комплексом цифровой аппаратуры.

 

Анализ информации о наличии и состоянии магнитометрического оборудования на отечественных обсерваториях и пунктах наблюдения показывает, что настала настоятельная необходимость в его обновлении, модернизации и подводу к уровню современных зарубежных обсерваторий в плане максимального упрощения и автоматизации получения необходимой текущей научной и прогностической информации, ее обработке, накоплению и хранению. В настоящее время вызывает недоумение тот анахронизм, что получение информации во многих пунктах обсерваторских наблюдений, в том числе и на Центральной магнитной обсерватории (ЦМО) "Москва" до сих пор осуществляется на фотобумаге или ленточном самописце. Настало время, когда необходимо «участвовать своей информацией» в различных международных проектах и задачах, передавать получаемые данные в реальном времени в пункты их сбора и обработки, в том числе и с помощью мобильной связи, что практически невозможно делать, применяя ручной труд (ручную обработку магнитограмм). В плане модернизации оборудования, автоматизации проведения исследований и упрощения обработки и анализа получаемой информации, предлагается перевести все магнитовариационные приборы на единый формат цифрового получения и представления информации. А следующим шагом – передача накопленной информации при помощи глобальных телефонных мобильных систем, по телефонным линиям связи. С этой целью нами предлагается «джентльменский набор» (комплекс) различной магнитометрической и другой аппаратуры, предназначенной для решения широкого спектра обсерваторских задач, в том числе и основной – прогностической. В состав аппаратуры должны, по нашему мнению, входить следующие приборы:

 

1)      Протонный магнитометр (ПМ);

2)      Автономная станция на базе протонного магнитометра (АПМ);

3)      Обсерваторский комплекс, включающий протонный магнитометр + феррозондовые D и I-вариометры (ОК);

4)      Автономная МВС, включающая феррозондовые D и I-вариометры (2АМВС);

5)      Автономная МВС, содержащая феррозондовые D, H и Z-вариометры (3АМВС);

6)      Автономная МВС, содержащая феррозондовый Z-вариометр (1АМВС);

7)      Автономная станция, содержащая феррозондовые D, H и Z-вариометры + 2 (3) канала измерения электрического поля (5 или 6АМЭВС);

8)      То же, но в обсерваторском исполнении (5 или 6ОМЭВС);

9)      Измеритель вертикальной составляющей Ez (EzВС);

10)  МВС – анализатор спектра быстрых магнитных вариаций (3-х компонентная) на базе феррозондовых датчиков до частот порядка 20…100 Гц (3ОМВС-АС).

 

 

ОПИСАНИЕ ПРЕДЛАГАЕМОГО ИНСТРУМЕНТАРИЯ

 

Всю магнитометрическую часть комплекса аппаратуры предлагается создать на базе феррозондовых магнитных измерительных преобразователей (МИП). Электрическая часть комплекса аппаратуры реализуется с использованием неполяризующихся электродов, соединенных длинными проводными линиями с измерительной частью. А для реализации измерителя Ez-составляющей существует собственный оригинальный проект прибора.

Базовую модель всех автономных станций предлагается строить на основе стеклоэпоксидного герметичного контейнера, выполненного в виде толстостенной трубы (10 мм) диаметром 100…150 мм и длиной от 700 до 1000 мм, в которой размещается весь прибор. При помощи ручного бура в грунте (в земле) сверлится отверстие глубиной на 10…20 см, превышающей высоту контейнера и затем устанавливается контейнер. При этом с целью защиты станции от влияния наклонов МИП установлены в карданный подвес. Схема построения станции включает в себя канал регистрации температуры окружающей среды внутри контейнера вблизи МИП, что позволяет математическим путем автоматически вводить в результаты измерения вариаций поля поправки, связанные с влиянием изменения температуры окружающей среды.

Следует отметить, что для унификации и стандартизации всех вариационных наблюдений должны быть приняты и реализованы одинаковые для всех приборов параметры по разрешающей способности для измерения вариаций магнитного поля. В предлагаемом проекте рекомендуется реализовать все автономные станции с разрешением 1 нТл (как более дешевый вариант), а абсолютные приборы (протонные магнитометры и станции) и обсерваторские станции (комплексы) с разрешением 0,1 нТл. При этом имеется в виду, что переход на более высокую разрешающую способность для автономных станций, поведет за собой только замену феррозондовых датчиков на более малошумящие (дорогостоящие) и, как следствие, увеличение общей стоимости прибора примерно на 10…15%.

Концепция построения обсерваторского оборудования следующая, - ОК включает в себя несколько измерительных каналов с датчиками, расположенными в различных местах помещения обсерватории и соединенных с общим для всех блоком измерения и накопления (БИН) информации при помощи кабелей длиной 10…20 м. Все измерители выполнены в виде функционально законченных блоков (модулей), электронная часть которых установлена в защитные корпуса (кожухи) и расположена в непосредственной близости от датчиков (на расстоянии 2…3 м). Вся информация в БИН поступает в цифровой форме (протокол RS-232). Такой подход позволяет на базе БИН реализовать систему сбора и накопления информации от различных и достаточно большого числа параллельно включенных физических датчиков (измерительных каналов). Аналогичная система уже успешно прошла апробацию в наших новых разработках и приборах.

 

 

Магнитная вариационная станция 1АМВС.

Представляет собой однокомпонентный вариометр (магнитометр) вертикальной составляющей вектора магнитной индукции поля Земли. Измерительный диапазон прибора равен ± 1 мкТл (± 2 мкТл), при этом «не измеряемая часть поля» компенсируется при помощи встроенного канала ЦАП автоматически. Точность измерения магнитного поля - 1 нТл. Прибор имеет встроенный канал измерения и контроля температуры окружающей среды. Управление всеми схемами осуществляется при помощи микропроцессора, позволяющего организовать, путем контроля и анализа измеряемых данных (амплитуды приращения поля), режим управления энергопотреблением всей станции, – реализуя режим экономии питания. Накопление получаемых данных о вариациях поля осуществляется в энергонезависимую память, объем которой позволяет накапливать и хранить данные в цифровой форме в течение от 30 до 100 суток без вмешательства оператора. Прибор имеет встроенный таймер и автономный источник питания, емкостью которого определяется длительность непрерывной работы станции. Вывод накопленных данных из станции (их перекачка) осуществляется через внешний разъем по последовательному каналу (протокол RS-232) при помощи специального устройства, выполненного в виде ручного пульта. Пульт содержит встроенный дисплей (для контроля поступающей информации), клавиатуру и энергонезависимую память, объем которой позволяет скачивать накопленные данные единовременно и последовательно с двух-трех 1АМВС. Пульт работает от встроенного автономного источника питания – батареи. Размеры пульта не превышают 140х60х30 мм, вес не более 150 г. Конструктивно датчик станции установлен в двойной карданный подвес, что обеспечивает его постоянную вертикальную установку в корпусе. Контейнер всей станции выполнен из стеклоэпоксидной трубы длиной 800…1000 мм, диаметром 100…150 мм и толщиной 10 мм и позволяет осуществить герметизацию всех схем станции. Общий предполагаемый вес станции с источником питания, - не более 5…7 кг. При установке станция не требует скрупулезной ориентации по вертикали.

 

Автономная магнитная вариационная станция 2АМВС.

Отличается от 1АМВС тем, что содержит два МИП - измерительных канала D и I, выполненных на базе кольцевого феррозонда без электрической компенсации. Основным отличием от 1АМВС является то, что производится ориентация станции относительно плоскости магнитного меридиана, которая осуществляется вручную и достаточно просто.

 

Пятикомпонентная автономная станция 5АМЭВС.

Представляет собой трехкомпонентный вариометр (магнитометр) с автоматической компенсацией не измеряемых составляющих по двум каналам и двухканальный электрометр, созданный на основе неполяризующихся электродов.

Динамический диапазон по магнитометрическим каналам, как и у 1АМВС. Точность измерения каналов магнитного поля – 1 нТл. Динамический диапазон по электрическим каналам – 500 мВ/км (1000 мВ/км). Чувствительность –1 мВ/км. Все электрические схемы прибора расположены в герметичном контейнере, выполненном на основе стеклоэпоксидной трубы. От 1АМВС прибор отличается тем, что имеет больший объем энергонезависимой памяти и большую энергоемкость источника автономного питания, а также имеет устройство для ориентации в пространстве, относительно плоскости магнитного меридиана. Вывод накопленных данных из станции (их перекачка) осуществляется через внешний разъем по последовательному каналу (протокол RS-232) при помощи ручного пульта или Ноутбука.

 

Пятикомпонентная стационарная станция 5ОМЭВС.

Представляет собой стационарный (обсерваторский) вариант 5АМЭВС, отличающейся тем, что магнитометрическая часть прибора и измерительная часть электрометрических каналов располагается в немагнитном помещении (обсерватории) при температуре окружающей среды 20 ±10 ºС, без контейнера При этом все электронные схемы и функциональные узлы магнитометрических и электрических каналов помещены в специальные защитные кожухи, которые связаны с блоком измерения и накопления (БИН) информации при помощи кабелей длиной 10…15 м. При помощи кабелей осуществляется питание измерительных каналов и передача измеренной информации в БИН, на передней панели которого расположен жидкокристаллический графический дисплей размером 240х240 точек и клавиатура для управления прибором. БИН включает в себя также прецизионный кварцевый генератор и таймер, позволяющие осуществлять синхронизацию всех измерительных схем прибора и обеспечивать привязку регистрируемых данных в точностью не хуже чем 1 с/сут. Питание прибора осуществляется от сети переменного тока при помощи сетевого адаптера или от аккумуляторной батареи напряжением 12…15 В. Связь с ПК и передача данных осуществляется через последовательный порт (протокол RS-232).

 

Обсерваторский комплекс ПМ + 2МВС (ОК).

Самый простой обсерваторский комплекс приборов для проведения компонентных наблюдений, включающий в себя протонный магнитометр и два вариометра D и I-составляющих вектора магнитной индукции поля Земли. Вариометры, как и у 2АМВС выполнены на базе кольцевого двухкомпонентного феррозонда (без компенсации) и располагаются на карданном подвесе для устранения влияния наклона немагнитного столба или постамента в процессе длительных обсерваторских наблюдений. Вблизи МИП расположен датчик температуры, который предназначен для введения поправки, связанной с изменением температуры окружающей среды. Другой датчик температуры расположен в помещении, где находится БИН и предназначен для контроля температуры и выдачи сигнала для подключения калориферов или вентиляторов, обеспечивающих режим поддержания оптимальной температуры в помещении обсерватории. Оба датчика температуры подключены через канал связи к БИН. Протонный магнитометр имеет динамический диапазон от 48 до 55 мкТл (определяется географическим положением обсерватории или пункта наблюдения) и цену единицы счета младшего разряда отсчетного устройства равную 0,1 нТл. При этом СКО прибора 0,5 нТл, что определяется длиной кабеля между датчиком и блоком электроники БЭ (усилителем), которая равна 2…3 м и оригинальным программным обеспечением, позволяющим проводить внутрицикловую обработку сигнала прецессии, программное контролирование и изменение всех временных параметров циклограммы прибора и статистическую обработку результатов измерений в темпе эксперимента. Протонный магнитометр для эффективного функционирования может использовать любое протоносодержащее рабочее вещество. БЭ протонного магнитометра является функционально законченным узлом, информация об измеренном магнитном поле с которого по кабелю (длиной 10…15 м), соединяющему его с БИН, поступает в цифровой форме (протокол RS-232). Точно так же по кабелю в БИН поступает и информация от вариометров. На графическом дисплее БИН визуализируются кривые измеренных данных в реальном времени. Предусмотрена возможность просмотра ранее зафиксированных данных, проведение их цифровой фильтрации и осреднения на выбранной временной измерительной базе. БИН оснащен большим объемом твердотельной энергонезависимой памяти, которая позволяет накапливать и хранить данные в течение продолжительного времени. Предусмотрен режим оперативного управления приборами, режимом измерения при помощи встроенной клавиатуры, позволяющей «комментировать» необходимые события. Предусмотрен режим связи с ПК (по протоколу RS-232) и постоянная или периодическая (по заполнении памяти) передача данных для обработки в ПК. Питание комплекса осуществляется от сети переменного тока при помощи специального сетевого адаптера или от аккумулятора напряжением постоянного тока 12…15 В. Ток поляризации не превышает 0,8 А. При работе от автономного источника, в приборе предусмотрен режим экономии питания.

 

СРОКИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ АППАРАТУРЫ И ПРИМЕРНАЯ СТОИМОСТЬ РАБОТ

 

1.      Сроки изготовления, включая разработку необходимого программного обеспечения и эксплуатационной документации 1ОМВС – 2,5…3 месяца после начала финансирования работ. Предоплата (авансирование) работ – 100%.

2.      Стоимость разработки и изготовления 1 комплекта 1ОМВС – 2000…3000 $US.

(При изготовлении партии приборов более 3 комплектов, общая стоимость одного прибора может быть уменьшена в 1,3 раза).

3.      Сроки изготовления, включая проведение метрологических испытаний,

2АМВС и 3АМВС – 3,5…6 месяцев.

4.      Стоимость разработки, изготовления и проведения метрологических испытаний

2АМВС и 3АМВС – соответственно 4000…5000 и 5000…6000$US.

5.      Сроки изготовления, включая проведение метрологических испытаний,

5АМЭВС (5ОМЭВС) и 6АМЭВС (6ОМЭВС) – 4…6 месяцев.

6.      Стоимость разработки, изготовления и проведения метрологических испытаний

5АМЭВС (5ОМЭВС) и 6АМЭВС (6ОМЭВС) – соответственно 4000…6000 и 6000…7000 $US.

7.      Стоимость разработки (включая программное обеспечение), изготовления и метрологической поверки комплекта ОК – 6500…8000 $US.

8.      Сроки изготовления ПМ (АПМ) – 3,5…4 месяца.

9.      Стоимость изготовления ПМ, включая проведение метрологической поверки и испытаний – 3000…3500 $US.

 

ПРЕДПОСЫЛКИ И СОСТАВ ИСПОЛНИТЕЛЕЙ РАБОТЫ

 

Все предложения проработаны в инициативном порядке и основаны на большом опыте построения и реализации аналогичных приборов уже созданных для нужд геофизики, медицины и магнитобиологии. При этом в наших разработках наряду с творческим подходом реализуется оптимальное сочетание использования уровня современной техники и технологий с разумным подходом к маркетинговым вопросам.

За последние 10 лет нами сделано более 160 публикаций по предлагаемой тематике, направленых в различные средства массовой информации в форме статей, докладов, тезисов, рекламных проспектов и т.д.

За последние годы нами создано более 20-ти инициативных проектов, направленных на реализацию современных веяний в научном, в частности магнитобиологическом и геофизическом, приборостроении, созданы новые приборы, информацию о которых можно посмотреть на наших страницах в Интернете по адресу: http://www.pribory-magic.narod.ru и http://www.impedance-mag.narod.ru.

В настоящее время существует уже сложившийся небольшой коллектив сотрудников, на базе которого и предлагается реализовать эти наши предложения в указанные сроки. Есть определенные наработки и все готово «к старту». Необходима и достаточна только помощь в организации и поддержке финансирования предложенных проектов.

Подготовил: В.В.Любимов