Диагностические магнитометры серии «МАГИК»,

созданные в и для ИЗМИРАН: Как все начиналось.


В.В.Любимов

 

Первый опытный образец малогабаритного и экономичного ди-

агностического магнитометра (ДМ) на основе однокомпонентного

феррозондового датчика был создан в конце 1989 - начале 1990

года [12, 14, 28] и тем самым было положено начало появлению и

разработке в ИЗМИРАН нового класса современных цифровых и ана-

логовых компонентных магнитометров переносного ("HAND-HELD")

типа и ДМ - индикаторов магнитной бури (ИМБ) [6, 14, 15, 28,

35-37]. При создании различных вариантов магнитометров и вари-

ометров было обращено особое внимание на оптимизацию и компак-

тность всех узлов электрической схемы и конструкции приборов,

на технологичность изготовления их как в производственных, так

и в лабораторных условиях, на минимизацию числа используемых

радиокомпонентов, на простоту и надежность их в эксплуатации,

на дешевизну приборов и на их экономичность, на возможность

использования в качестве источников электропитания типовых су-

хих элементов, батарей или аккумуляторов, выпускаемых по меж-

дународным стандартам как отечественной, так и зарубежной про-

мышленностью, на возможность электропитания приборов при под-

ключении к сети переменного тока при помощи стандартных адап-

теров, применяемых для питания микрокалькуляторов.

Уже в октябре 1989 г. был создан первый макет ДМ, на ко-

тором отрабатывались следующие пять основных поставленных за-

дач:

- малый размер и малое напряжение источника питания (ба-

тареи);

- микропотребление;

- малые габариты прибора;

- малый вес прибора;

- малая стоимость прибора.

Испытания первых макетов ДМ и ФМВС дали обнадеживающие

результаты. Так стремление автора создать базовую, универсаль-

ную и технологичную схему электронной аналоговой части магни-

тометра привели к тому, что схемное решение, например, вари-

ационной станции ФМВС позволяло использовать феррозондовые

датчики различных типов и конструкций без существенной перес-

тройки ее параметров и, в дальнейшем, позволило использовать

эту базовую схему для ДМ различных конструкций практически без

изменения ее основных элементов и узлов. При использовании

современной элементной базы удалось добиться некоторых рекор-

дных в то время для магнитометров такого типа показателей как:

- достижение минимального порога питающего напряжения для

электронных схем +_ 1,5 В;

- работы в широких пределах изменения напряжения источни-

ка питания от +_ 3 до +_ 15 В;

- достижения минимального потребления схемой тока по цепи

источника питания, не более 15...20 мА, при изменении питающе-

го напряжения в широких пределах;

- максимальной продолжительности работы прибора от одной

батареи типа 3336Л (3R12) в течение 13 суток;

- чувствительности порядка 0,1 нТл при собственных шумах в

диапазоне от 0 до 1 Гц, не более 0,2 нТл;

- минимальных габаритов и веса блока электронной аналого-

вой части магнитометра при его:

1) двухплатной конфигурации

- плата цифровая (ПЦ) - 75х25х12 мм (70 г);

- плата аналоговая (ПА) - 50х30х17 мм (50 г);

2) одноплатной конфигурации - 115х32х20 мм (150 г).

 

Следующим шагом по пути миниатюризации ДМ было создание

такого магнитного измерительного преобразователя (МИП), в ко-

тором магниточувствительный датчик (МЧД) был бы расположен на

минимально возможном расстоянии от электронных схем без сущес-

твенного увеличения их магнитного влияния. Для этой цели было

проведено специальное исследование всех элементов, входящих в

состав электрической схемы, на их магнитность как по отдель-

ности, так и при их размещении на плате в различной конфигура-

ции [20] и определено то минимально возможное расстояние платы

(плат) от МЧД, при котором погрешность измерения магнитометра

не превышала бы принятой максимально допустимой величины (в

нашем случае 2...3 нТ) [26]. Проведенные поисковые, экспери-

ментальные и исследовательские работы в этом направлении поз-

волили создать конструкцию МИП для ДМ и ИМБ, в которой элек-

тронные схемы аналоговой части магнитометра были расположены

от МЧД на расстоянии в 2...3 его диаметра (ширины) и которые

представляли собой единую жесткую конструкцию - модуль [14,

26]. Это позволило, в свою очередь, резко уменьшить размеры

МИП, по сравнению с известными, доведя их, например, до:

1) для МИП циллиндрической формы:

- диаметр 140 мм, длина 40 мм (у ИМБ МФ-04 MAGIC);

- диаметр 68 мм, длина 180 мм (у ИМБ МФ-05);

2) для МИП прямоугольной формы:

- длина 213 мм, ширина 83 мм, высота 35 мм (у ФМ-Н);

- длина 114 мм, ширина 80 мм, высота 40 мм (у МИП).

 

Простое конструкторское решение МИП и МЧД созданных одно-

компонентных ДМ позволило успешно использовать их для измере-

ния не только магнитного склонения D, но и, в комплекте с спе-

циально изготовленными оригинальными поворотными устройствами

различных конструкций, измерять различные составляющие ВМИ

(H,Z,T,X и Y), применяя компенсационные устройства как механи-

ческого типа (магниты), так и электронные [15, 17]. Уменьшение

габаритно-весовых характеристик МИП и МЧД ДМ позволило резко

расширить область их использования, особенно в тех местах, где

ранее не удавалось применять "традиционные" магнитометрические

приборы: кварцевые, протонные или квантовые,- в условиях, нап-

ример, города с большим уровнем техногенных помех, большими

импульсными помехами и большим пространственным градиентом по-

ля [1-5, 9, 23, 24, 27, 42-47]. Микроминиатюризация МИП и МЧД

позволила использовать основные его решения также для создания

DI-магнитометра на основе отечественного немагнитного теодоли-

та типа Т-15, применяемого в настоящее время И.Х.Семеновым на

обсерватории "БОРОК".

К концу 1992 года было создано пять серийно пригодных мо-

дификаций ДМ и ИМБ: ИМБ МФ-01 [14], МФ-02 [14, 15, 19], МФ-03

MAGIC [14, 18, 30, 35], ИМБ МФ-04 MAGIC [6, 14, 18] и MAGIC

МФ-03-М [21, 22, 30, 36, 37]. В течение 1994 года было разра-

ботано и создано две серийно пригодные модели ДМ: ИМБ МФ-05

MAGIC [7, 8, 25, 34] и МИП [29], а в 1996г., на основе много-

канального универсального регистратора данных и МИП, был соз-

дан регистратор магнитной активности (РМА) IDL-04 [10, 11, 38]

позволяющий накапливать, визуализировать и регистрировать ин-

формацию в течение длительного времени (до 113 суток).

Созданные феррозондовые ДМ можно условно подразделить на

четыре группы: портативные переносные магнитные вариационные

станции (ПП МВС), автономные МВС (АМВС), ДМ и ИМБ.

Сравнительные характеристики феррозондовых диагностичес-

ких "HAND-HELD"-магнитометров и вариометров представлены в

таблице.

Созданные феррозондовые малогабаритные переносные

("HAND-HELD") магнитометры могут использоваться для измерения

вариаций модуля вектора магнитной индукции поля Земли и его

составляющих, для исследования электромагнитных полей, созда-

ваемых искусственными источниками, для систем, служащих для

привязки и ориентации объектов по магнитному полю, для прове-

дения мониторинговых работ в локальных помещениях и для специ-

альных целей.

Все магнитометры имеют сравнительно низкую стоимость, яв-

ляются оптимизированными и компактными по конструкции, очень

экономичными, имеют небольшие размеры и вес, что позволяет эф-

фективно использовать их на суше и на море, на подвижном носи-

теле, в помещениях различного типа: в клиниках в условиях го-

рода и в обычных жилых помещениях, при относительно большом

уровне индустриальных и техногенных помех, где магнитное поле

бывает сильно аномальным, в обсерваториях, в кунгах, в полевых

условиях (в качестве автономной станции) в местах, где нет

электропитания или где невозможно использовать стандартные об-

серваторские приборы.

Созданные приборы могут найти применение: в геофизике -

для определения намагниченности образцов и проб, в медицине и

магнитобиологии, санэпидемстанциями - для определения величины

и местонахождения "вредных" электромагнитных возмущений искус-

ственного происхождения, оказывающих воздействие на человека

на его рабочем месте, службами воздушного, морского, железно-

дорожного и автомобильного транспорта, а также в электронной

промышленности - для контроля уровня электромагнитной обста-

новки.

К настоящему моменту времени опытные и серийные образцы

вариометров ДМ и ИМБ различных типов прошли длительные испыта-

ния в различных морских [9, 16, 45, 46] и сухопутных [5, 27,

31-33, 39-41, 44] экспедициях, прошли клинические испытания и

период длительной апробации в некоторых медицинских центрах

[1-4, 24, 43, 47]. Приборы хорошо зарекомендовали себя при

проведении геофизических работ в Крыму [27, 31-33, 39-41], в

условиях большого промышленного города, при организации службы

слежения за окружающей электромагнитной обстановкой, в жилых

домах и клиниках [1-5, 23, 24, 42-44, 47], при обеспечении фи-

зических экспериментов и при проведении работ в магнитной ка-

мере, при проведении геофизических, методических и поисковых

работ за рубежом (Болгария, Вьетнам) [9, 16, 46, 47].

 

 

ПУБЛИКАЦИИ ПО СОЗДАННЫМ МАГНИТОМЕТРАМ

 

1. Гурфинкель Ю.И., Любимов В.В. Геомагнитный мониторинг в ус-

ловиях клиники // Крымский Международный семинар "Влияние

солнечной активности, на медицинские, биологические и физи-

ко-химические процессы", Тезисы докладов, 11-14 октября

1995г., Крым, Фрунзенское, 1995. С.62 - 63.

2. Гурфинкель Ю.И., Любимов В.В., Ораевский В.Н. Опыт примене-

ния диагностического магнитометра в клинике неотложных сос-

тояний//Биофизика, М.: Наука, 1995.Том 40. Вып.5. С.1042 -

1049.

3. Гурфинкель Ю.И., Любимов В.В., Ораевский В.Н., Парфенова

Л.М. Геомагнитный мониторинг: эксперименты и перспективы в

биологии и медицине//В книге "Biophotonics", М.: Биоинформ-

сервис, 1995. С.473 - 477.

4. Гурфинкель Ю.И., Любимов В.В., Ораевский В.Н. Опыт геомаг-

нитного мониторинга в условиях клиники// Конференция "Эко-

логия и геофизика", посвященная памяти члена-корреспондента

РАН Каруса Е.В. Тезисы докладов, г.Дубна, 1995. С.130-131.

5. Гусева Т.А., Канониди Х.Д., Любимов В.В. Электромагнитный

мониторинг в центре города Ялты//Международный симпозиум

"Мониторинг окружающей среды и проблемы Солнечно - Земной

физики", посвященный 60-летию регулярных ионосферных иссле-

дований в России (18 - 21 июня 1996 г., г.Томск). Тезисы

докладов, 1996. С.44 - 45.

6. Диагностический магнитометр - индикатор магнитной бури

МФ-04 MAGIC. Проспект ИЗМИРАН. 1992.

7. Заруцкий А.А., Любимов В.В. Бытовой малогабаритный магнито-

метр - индикатор магнитной бури// Крымский Международный

семинар "Влияние солнечной активности на медицинские, би-

ологические и физико-химические процессы", Тезисы докладов,

11-14 октября 1995г., Крым, Фрунзенское, 1995. С.72 - 73.

8. Заруцкий А.А., Любимов В.В. Малогабаритный магнитометр -

индикатор магнитной бури// Конференция "Экология и геофизи-

ка", посвященная памяти члена-корреспондента РАН Каруса

Е.В. Тезисы докладов, г.Дубна, 1995. С.56.

9. Зверев А.С., Кириаков В.Х., Любимов В.В. Морской буксиру-

емый протонный магнитометр "GEONT". Препринт No 11 (1061)

М.: ИЗМИРАН, 1994. - 26 с.

10. Зверев А.С., Кириаков В.Х., Любимов В.В. Регистратор маг-

нитной активности//Приборы и техника эксперимента. М.: На-

ука, 1997. No.1.

11. Зверев А.С., Кириаков В.Х.,Любимов В.В.,Тищенко А.Г. Регис-

тратор магнитной активности для больниц и клиник// Крымский

Международный семинар "Влияние солнечной активности на ме-

дицинские, биологические и физико-химические процессы", Те-

зисы докладов, 11-14 октября 1995г., Крым, Фрунзенское,

1995. С.73 - 74.

12. Любимов В.В. Компонентные вариометры с низким потреблением

энергии на базе феррозондового датчика // Исследования по

проблемам главного и аномального магнитных полей Земли. М.:

ИЗМИРАН, 1992. С.108 - 114.

13. Любимов В.В. Компонентные магнитометры для науки и медици-

ны//Конференция "Экология и геофизика", посвященная памяти

члена-корреспондента РАН Каруса Е.В. Тезисы докладов,

г.Дубна, 1995. С.55 - 56.

14. Любимов В.В. Малогабаритные, экономичные и дешевые компо-

нентные вариометры для нужд науки и медицины. Препринт No

60 (1007) М.: ИЗМИРАН, 1992. - 21 с.

15. Любимов В.В. Магнитная вариационная станция. Патент России

No 2008702 МКИ G01V 3/14. Бюлл. No 4 28.09.94.

16. Любимов В.В. Магнитометрические исследования по программе

экспедиции "ЕМИНЕ-90" в западной части Черного моря. Преп-

ринт No 40 (987) М.: ИЗМИРАН, 1991. - 36 с.

17. Любимов В.В. Микропотребляющий АРД для диагностического

магнитометра. ИЗМИРАН. Рационализаторское предложение No.

3/460 от 19.12.90г.

18. Любимов В.В. Феррозондовые диагностические магнитометры,

созданные в ИЗМИРАН в период с 1989 по 1994 гг. (Обзор).

Препринт No.15 (1065) М.: ИЗМИРАН, 1994. - 19 с.

19. Любимов В.В. ФЕРРОЗОНДОВЫЕ МАГНИТОМЕТРЫ. Вопросы разработ-

ки. Часть 1: Способ устранения температурной нестабильности

компенсационной обмотки датчика. Препринт No 50 (997) М.:

ИЗМИРАН, 1992. - 29 с.

20. Любимов В.В. ФЕРРОЗОНДОВЫЕ МАГНИТОМЕТРЫ. Вопросы разработ-

ки. Часть 2: Выбор и применение маломагнитных радиоэлемен-

тов - реальный путь уменьшения габаритов магнитного измери-

тельного преобразователя. Препринт No 16 (1066) М.: ИЗМИ-

РАН, 1994. - 12 с.

21. Любимов В.В., Выдрин В.В. Малогабаритный цифровой компонен-

тный магнитометр//Приборы и техника эксперимента, М.: На-

ука, 1995. No.5. С.206-207.

22. Любимов В.В., Выдрин В.В. Малогабаритный цифровой компонен-

тный феррозондовый магнитометр MAGIC МФ-03-М. Препринт No

14 (1064) М.: ИЗМИРАН, 1994. - 18 с.

23. Любимов В.В., Гурфинкель Ю.И., Канониди Х.Д. Опыт и резуль-

таты исследования окружающей электромагнитной обстановки в

некоторых клиниках города Москвы при помощи диагностических

магнитометров типа MAGIC//Международный симпозиум "Монито-

ринг окружающей среды и проблемы Солнечно - Земной физики",

посвященный 60-летию регулярных ионосферных исследований в

России (18 - 21 июня 1996 г., г.Томск). Тезисы докладов,

1996. С.89-90.

24. Любимов В.В., Гурфинкель Ю.И., Ораевский В.Н. Опыт примене-

ния диагностических магнитометров в условиях города и в

клиниках. Препринт No 99 (1046) М.:ИЗМИРАН, 1993. - 28 с.

25. Любимов В.В., Заруцкий А.А. Диагностический магнитометр -

индикатор магнитной бури//Приборы и техника эксперимента.

М.: Наука, 1996. Nо.2. С.171.

26. Любимов В.В., Ораевский В.Н., Гурфинкель Ю.И. Способ диаг-

ностики и визуализации интенсивности магнитной бури и ус-

тройство для его осуществления - индикатор магнитной бури.

Заявка на изобретение No 94012688 МКИ G01R 33/02, G01V

3/00. Подана 12.04.1994 г.

27. Любимов В.В., Шарыгин С.А. Применение диагностических маг-

нитометров для проведения непрерывного электромагнитного

мониторинга на прогностическом герпетологическом полигоне в

Никитском ботаническом саду// Четвертый Международный Пу-

щинский симпозиум "Корреляции биологических и физико-хими-

ческих процессов с космическими и гелио-геофизическими фак-

торами", посвященный 100-летию со дня рождения основателя

гелиобиологии А.Л.Чижевского (1897-1964) 23 - 28 сентября

1996 г., г. Пущино. Тезисы докладов, 1996. С.76-77.

28. Магнитная вариационная станция ФМВС. Диагностический магни-

тометр ДМ. Проспект ИЗМИРАН СССР. 1990. - 5 с.

29. Магнитоизмерительный преобразователь МИП. Проспект ИЗМИРАН.

1994.

30. Магнитометр феррозондовый компонентный цифровой малогаба-

ритный МФ-03 MAGIC. Проспект НПФ ИМПЕДАНС. 1996. С.14.

31. Магнитометрические исследования в Крыму в 1990-1991гг. От-

чет. М.: ИЗМИРАН, 1992. - 55 с.

32. Магнитометрические исследования на сейсмостанции ЯЛТА и в

районе Никитского ботанического сада в июле-августе 1992 г.

Отчет. М.: ИЗМИРАН, 1992. - 36 с.

33. Магнитометрические исследования в Никитском ботаническом

саду в июле-августе 1993 г. Отчет. М.: ИЗМИРАН, 1993.-53 с.

34. Малогабаритный магнитометр - индикатор магнитной бури ИМБ

МФ-05. Проспект ИЗМИРАН. 1994.

35. Малогабаритный цифровой компонентный феррозондовый магнито-

метр МФ-03 MAGIC. Проспект ИЗМИРАН. 1992.

36. Малогабаритный цифровой компонентный феррозондовый магнито-

метр МAGIC МФ-03-М. Проспект ИЗМИРАН. 1993.

37. Малогабаритный цифровой компонентный феррозондовый магнито-

метр MAGIC МФ-03-М. Техническое описание и инструкция по

эксплуатации. М.: ИЗМИРАН, 1993. - 11 с.

38. Регистратор геофизических данных. Модель IDL-04. Проспект

НПФ ИМПЕДАНС. 1996. С.8 - 9.

39. Шарыгин С.А. Биопредвестники землетрясений и геофизические

аномалии// Четвертый Международный Пущинский симпозиум

"Корреляции биологических и физико-химических процессов с

космическими и гелио-геофизическими факторами", посвященный

100-летию со дня рождения основателя гелиобиологии А.Л.Чи-

жевского (1897-1964) 23 - 28 сентября 1996 г., г. Пущино.

Тезисы докладов, 1996. С.89-90.

40. Шарыгин С.А. Перспективные методы изучения НЛО//Сборник на-

учных трудов "Тоннель". М.: Отделение "Уфология и биоэнер-

гоинформатика" Международной Академии информатизации, Уфо-

логическая Ассоциация СНГ, УФОЦЕНТР, 1994. Вып.8. С.52-55.

41. Шарыгин С., Любимов В. Животные - НЛО - землетрясения //Не-

поседа. Харьков, 1995. No.5-6 С.14 - 19.

42. Gurfinkel Yu., Lyubimov V. and Oraevsky V. "Geomagnetic mo-

nitoring: experience and prospects in medicine and biology"

//Third International Congress of the European Bioelectro-

magnetic Assotiation/Book of Abstracts. Nancy, France,

1996.

43. Gurfinkel Yu., Lyubimov V., Oraevsky V., Parfenova L.

Geomagnetic Monitoring: Experience and Prospects in Medici-

ne and Biology. Internation Conference "Non-Equilibrium and

Coherent Systems in Biophysics, Biology and Biotechnology"

dedicated to 120-th birthday of Alexander Gavrilovitch

Gurwitch (1874-1954). 28 September - 1 Oktober 1994.

Moscow, Russia. Abstracts. P.36.

44. Guseva T.A., Kanonidi Kh.D., Lyubimov V.V. "Results of

Electromagnetic Monitoring in Yalta"//The Fours Internatio-

nal Pushchino Symposium "Relations of Biological and Physi-

co-Chemical Processes With Space and Helio-Geophysical

Factors" dedicated to the centennial of helio-biology

founder A.L.Chizhevsky (1897-1964) September 23-28, 1996

Pushchino, Moscow Region, RUSSIA. Abstracts. 1996. P.20-21.

45. Lyubimov V.V. Magnetometric surveys in the west part of the

Black Sea. Preprint No. 102 (1049) Moscow: IZMIRAN, 1993.

- 26 p.

46. Lyubimov V.V. Experimental results of a measuring base

noise determination of the marine gradientometer. Preprint

of IZMIRAN No 103 (1050) Moscow, 1993.- 46 р.

47. Lyubimov V.V., Gurfinkel Yu.I., Kanonidi Kh.D. "On the

possibility of electromagnetic weather monitoring and

electromagnetic control in conditions of Moscow clinics"//

The Fours International Pushchino Symposium "Relations of

Biological and Physico-Chemical Processes With Space and

Helio-Geophysical Factors" dedicated to the centennial of

helio-biology founder A.L.Chizhevsky (1897-1964) September

23-28, 1996 Pushchino, Moscow Region, RUSSIA. Abstracts.

1996. P.29.



Hosted by uCoz