УДК 550.838.002:621.317:621.373

 

НОВЫЕ ПРИБОРЫ НПФ «ИМПЕДАНС»

ДЛЯ ГЕОФИЗИКИ И МЕДИЦИНЫ

 

ã 1998 г. А.С.Зверев, В.Х.Кириаков, В.В.Любимов

 

Представлен обзор новой магнитометрической аппаратуры и малогабаритных цифровых автономных накопителей информации, созданных для проведения исследовательских работ, мониторинговых работ в условиях города и в клиниках, полевых геофизических и обсерваторских работ. Новые модели приборов малогабаритны, созданы с применением последних достижений микропроцессорной техники, недороги, имеют современный дизайн, достаточно просты и удобны в эксплуатации и обслуживании. Приводятся внешний вид и основные технические характеристики приборов.

 

 

Научно-производственной фирмой (НПФ) ИМПЕДАНС на основе микропроцессоров типа 80L188EC созданы новые приборы [3 - 16], которые могут быть использованы при проведении геофизических, магнитобиологических и медицинских исследований. В состав серии новых приборов входят:

·     малогабаритные цифровые автономные системы сбора информации - универсальные регистраторы данных (УРД), предназначенные для накопления и хранения в течение длительного времени информации, поступающей от различных датчиков по аналоговым линиям;

·     протонные магнитометры (ПМ).

 

 

МНОГОКАНАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ СБОРА ГЕОФИЗИЧЕСКОЙ

ИНФОРМАЦИИ

 

УРД представляют собой малогабаритные устройства, которые оснащены энергонезависимой памятью и выполнены в виде герметичных блоков, имеющих низкое энергопотребление. УРД работают по программе, которая позволяет оперативно устанавливать режим работы, регистрируемые характеристики и порядок опроса информационных линий. Аналоговые сигналы цифруются с помощью встроенных АЦП. Цифровые данные вводятся через последовательный интерфейс типа RS232, который используется также для передачи данных в компьютер и, при необходимости, для загрузки специализированной программы накопления и обработки данных, отличной от поставляемой. Для управления режимом работы УРД оснащены функциональными кнопками и жидкокристаллическим индикатором.

 

УНИВЕРСАЛЬНЫЙ РЕГИСТРАТОР ДАННЫХ (модель IDL-02) [4, 7-11, 15, 16] предназначен для накопления и хранения информации, поступающей от различных датчиков по аналоговым каналам. Сохраненная информация в цифровом виде передается по последовательному каналу во внешний компьютер для последующей обработки. Основные параметры и режимы работы выбираются при помощи шести функциональных кнопок, расположенных на передней панели, или могут быть установлены программно в зависимости от задач пользователя. Питание IDL-02 осуществляется от аккумуляторов типа НКМЦ-3-III или от сетевого адаптера. При проведении длительных непрерывных измерений предусмотрен режим энергосбережения источника питания, реализованный с применением программно-импульсного режима питания всех схем. Масса прибора (без аккумуляторных батарей) не более 1 кг. Основные технические характеристики прибора представлены в табл.1.

 

СИСТЕМА СБОРА ДАННЫХ (модель IDL-03) [4, 7-11, 15, 16] предназначена для накопления, хранения в течение длительного времени и передачи в компьютер информации, поступающей от различных датчиков по аналоговым каналам. IDL-03 может применяться при проведении сейсмических и акустических измерений (в качестве 8-ми канальной полевой переносной сейсмостанции), при проведении гидрологических измерений, при проведении вариационных многоканальных электромагнитных исследований и мониторинговых работ, использоваться при проведении исследовательских работ в медицине и магнитобиологии. Структурная схема IDL-03 аналогична IDL-02 [11], однако отличается тем, что каждый измерительный канал имеет дифференциальный вход, индивидуальную регулировку усиления (0...48 дБ) и перестраиваемый фильтр НЧ. Предусмотрена возможность ручной или программной установки временной задержки между моментами запуска и началом регистрации, а также выбора временной базы осреднения получаемых данных и проведение их цифровой фильтрации. Питание IDL-03 осуществляется от встроенных аккумуляторных батарей или от источника питания постоянного тока напряжением 7...24 В. Основные технические характеристики представлены в табл.1.

 

РЕГИСТРАТОР ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ДАННЫХ (модель IDL-04) [4, 6-11, 15, 16] предназначен для регистрации, хранения, обработки, анализа и представления медленноменяющейся информации от восьми аналоговых датчиков. IDL-04 включает в себя блок измерения и накопления (БИН) и магнитоизмерительный преобразователь (МИП), который подключается к первому каналу БИН при помощи кабеля длиной 6...10 м. МИП выполнен в виде отдельного модуля (114 х 80 х 40 мм) на основе феррозондового датчика, имеет три измерительных диапазона: ± 125, ± 250 и ± 500 нТл и располагается на немагнитном поворотном устройстве. IDL-04 осуществляет следующие операции: поканальную визуализацию на индикаторе графика "сигнал-время", передачу накопленных данных через последовательный порт в компьютер, поканальный вывод данных в аналоговом виде на самописец, изготовление "твердой копии" экрана на принтере, расчет и демонстрацию индекса магнитной активности. IDL-04 автоматически отслеживает текущие магнитные возмущения, для оповещения о зафиксированном возмущении регистратор снабжен звуковой сигнализацией. При расчете магнитного возмущения и индекса магнитной активности данные регистратора подвергаются цифровой фильтрации. Объем энергонезависимой памяти позволяет накапливать данные в течение 14...113 суток. Масса прибора не более 3 кг. Основные технические характеристики представлены в табл.1.

 

УНИВЕРСАЛЬНЫЙ РЕГИСТРАТОР ДАННЫХ (модель IDL-07) [10, 13] предназначен для проведения мониторинговых работ по исследованию окружающей среды, для проведения профилактических мероприятий в медицине, может применяться в магнитобиологических исследованиях. На его базе возможно построение автономных редко обслуживаемых обсерваторий, пунктов сбора и накопления данных, построение автономных станций для измерения различных физических полей. IDL-07 включает в себя БИН и два МИП, которые подключаются соответственно к первому и второму измерительным каналам. Остальные 6 измерительных каналов могут быть использованы для подключения датчиков электрического поля, давления, влажности, температуры и других, имеющих электрический выход.

Оба МИП представляют собой высокочувствительные однокомпонентные магнитометры, первый из которых позволяет проводить измерения вариаций D-составаляющей вектора магнитной индукции (ВМИ) в любом районе Земного шара, а второй МИП предназначен для измерения амплитуды искусственно созданного постоянного или переменного магнитных полей при проведении исследований в колечных системах, в магнитных экранах и камерах, в помещениях и обсерваториях при проведении специальных работ. Диапазоны измерений магнитометрических каналов: ± 125, ± 250, ± 500 и ± 1000 нТл. Отсчетная точность по магнитометрическим каналам - 1 нТл. Частотный диапазон измерения переменных магнитных полей 0...500 Гц. Диапазон входных напряжений встроенных АЦП 0...2,5 В. Цикл регистрации 0,1...3600 с. Скорость регистрации данных на аналоговом регистраторе 1, 4, 10 значений/с. Габариты: 200х140х230 мм (БИН), 140х80х40 мм (первого МИП) и 50х10х6 мм (второго МИП). БИН снабжен жидкокристаллическим графическим дисплеем с размерами 320 х 240 точек. Питание осуществляется от аккумуляторной батареи напряжением 5 В или от стандартного сетевого адаптера. При проведении длительных непрерывных измерений с IDL-07 предусмотрен режим энергосбережения, реализованный с применением программно-импульсного режима питания всех схем и МИП.

Многоканальные системы сбора геофизической информации ИМПЕДАНС. Таблица 1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ПРОТОННЫЕ МАГНИТОМЕТРЫ ДЛЯ ГЕОМАГНИТНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ

 

ПМ [7, 8, 11], отличающиеся высокой чувствительностью и малым средним квадратическим отклонением (СКО) случайной составляющей погрешности измерения, обладают возможностью программной установки и изменения длительности всех основных временных интервалов циклограммы прибора, возможностью работы в полях с высокими градиентами, возможностью работы в комплекте с персональным компьютером (ПК), а также возможностью комплексирования с другими методами геофизических исследований.

Схемное решение магнитометров использует принцип измерения частоты прецессии ядер протоносодержащего рабочего вещества, поляризованных постоянным подмагничивающим полем, направление которого примерно ортогонально вектору измеряемого поля. При этом подмагничивающее постоянное поле включается только на время поляризации. Измерительная часть приборов, построенная по схеме периодомера, формирует измерительный интервал и преобразует его длительность в значение магнитной индукции в нанотеслах, после чего информация о величине модуля магнитной индукции выводится на дисплей и, через последовательный интерфейс типа RS232, в ПК.

Оригинальное схемное решение приборов позволяет использовать в процессе

проведения работ любые протоносодержащие рабочие вещества с различным временем релаксации.

 

МАГНИТОМЕТР ПРОТОННЫЙ БУКСИРУЕМЫЙ МОРСКОЙ (модель МР-02) [7, 8, 11] предназначен для автоматического измерения модуля ВМИ поля Земли в условиях морской магнитной съемки. МР-02 является усовершенствованной моделью ПМ "GEONT" [3, 5], выполненной на основе современной технологии с применением современной элементной базы и обладает улучшенными эксплуатационными характеристиками. Прибор включает в себя две части: забортную и набортную, соединенные между собой кабелем-буксиром. Забортная часть содержит магниточувствительный датчик (МЧД) и предварительный усилитель (ПУ), соединяющиеся кабелем длиной 3 м. Конструктивное решение прибора позволяет при проведении работ на море применять недорогие кабель-буксиры любого типа. МЧД погружного типа, выполнен в виде тора и установлен в герметичном контейнере. Набортная часть прибора включает в себя измерительное устройство и перепрограммируемого ЗУ, которое хранит программы установок и управления. Возможность оптимальной и гибкой установки времен циклов поляризации и отсчета ПМ позволяет проводить работы в сильно аномальных районах и полях, работать совместно с электроискровыми источниками излучения, применяемыми в морской сейсморазведке.

 

МАГНИТОМЕТР ПРОТОННЫЙ РЕГИСТРИРУЮЩИЙ (модель МР-03) [7, 8, 11] предназначен для автоматического измерения модуля ВМИ поля Земли и накопления данных во внутренней памяти. Основное назначение прибора - работа в качестве переносной вариационной станции. Прибор включает в себя МЧД и БИН. МЧД позволяет иметь сигнал прецессии при любой его ориентации в пространстве. БИН с габаритными размерами 150 х 132 х 242 мм включает в себя встроенный ПУ и оснащен энергонезависимой памятью для хранения данных и программ, объем которой позволяет накапливать данные в течение 13...154 суток. В приборе использован оригинальный алгоритм работы (статистическая обработка сигнала), позволяющий проводить измерения в высоко градиентных полях и в условиях с большим уровнем техногенных электромагнитных помех. Основные технические характеристики магнитометров MP-02 и MP-03 представлены в Табл. 2.

 

Основные технические характеристики ПМ “ИМПЕДАНС”. Таблица 2.

 

 

 

РЕГИСТРАТОР ДАННЫХ "ГРАДИЕНТ" МОРСКОГО БУКСИРУЕМОГО ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОГО ПРОТОННОГО МАГНИТОМЕТРА (модель IDL-06) [7, 8, 12] предназначен для фиксации, накопления и статистической обработки сигналов прецессии, поступающих от буксируемых протонных МЧД. Предусмотрено три основных режима работы устройства, в которых количество МЧД одновременно подключаемых к РД может быть от одного до трех. Кроме того, РД выполняет функции многоканальной автоматизированной системы сбора информации путем одновременного комплексирования, регистрации, накопления и визуализации поступающих данных об измеряемом магнитном поле (значения по трем измерительным каналам и разность между ними), глубине погружения буксируемых гондол с МЧД, текущем времени измерений и данных от навигационной системы определения координат типа GPS.

РД оснащен энергонезависимой памятью Flesh-типа емкостью 1 Мбайт для хранения данных и программ. Управление устройством осуществляется при помощи встроенной клавиатуры. Визуализация регистрируемых данных осуществляется на графическом жидкокристаллическом дисплее в реальном масштабе времени. Предусмотрена возможность работы совместно с персональным компьютером для сбора информации и ее визуального отображения с возможностью проведения синхронных измерений при работе с другими методами геофизических исследований, например, сейсмопрофилированием. Схема РД предусматривает подключение многоканального аналогового регистратора (например, типа КСПП-4) с возможностью переменного масштабирования аналоговой записи и тестовой проверки всего устройства или использование специально разработанного НПФ ИМПЕДАНС термопринтера типа

ТР-1600.

Основными отличительными особенностями РД являются: возможность программной установки времен циклов поляризации МЧД и измерения, оптимальный подбор количества импульсов сигнала прецессии, необходимых для их статистической обработки, возможность сдвига времени измерений по временной оси циклограммы работы прибора, возможность выбора в темпе эксперимента оптимальной из встроенных программ статистической обработки данных и возможность проведения цифровой фильтрации получаемых данных в процессе их получения.

Основные технические характеристики IDL-06. Диапазон измерений модуля магнитной индукции по каждому из измерительных каналов магнитометра - 25...70 мкТл. Диапазон измерений разности полей между измерительными каналами магнитометра - 0... ± 1000 нТл. Цена единицы наименьшего разряда отсчетного устройства магнитометрических каналов 0.1 нТл. Цикл автоматических измерений - 3, 5, 10, 20, 60 с. Предусмотрена возможность работы в режимах ручного и внешнего запуска. Диапазон регистрации измерений глубины погружения буксируемых гондол с датчиками - 0...999 м. Диапазон регистрации географических координат от навигационной системы GPS: широта - 0... ± 90 угл. град., долгота - 0... 360 угл. град. Напряжение постоянного тока на аналоговом выходе - 0...10 мВ. Питание от сети переменного тока - 220 ± 22 В при помощи сетевого адаптера напряжением 12 В.

 

 

 

 

 

ЛИТЕРАТУРА

 

1. ЗВЕРЕВ А.С., КИРИАКОВ В.Х., ЛЮБИМОВ В.В. // Приборы и техника эксперимента. М.: Наука, 1995. No.5. С.205 - 206.

2. ЗВЕРЕВ А.С., КИРИАКОВ В.Х., ЛЮБИМОВ В.В. // Международный Конгресс "Слабые и сверхслабые поля и излучения в биологии и медицине". Тезисы. Санкт-Петербург, 1997. С.227 - 228.

3. ЗВЕРЕВ А.С., КИРИАКОВ В.Х., ЛЮБИМОВ В.В. Морской буксируемый протонный магнитометр "GEONT". Препринт No.11 (1061) М.: ИЗМИРАН, 1994. - 26 с.

4. ЗВЕРЕВ А.С., КИРИАКОВ В.Х., ЛЮБИМОВ В.В. // Приборы и техника эксперимента. М.: Наука, 1997. No.1. С.168.

5. ЗВЕРЕВ А.С., КИРИАКОВ В.Х., ЛЮБИМОВ В.В. Новая аппаратура для геофизики и медицины. Препринт No.2 (1098) М.: ИЗМИРАН, 1997. - 22 с.

6. Конференция-школа: "Технические средства изучения и освоения океанов и морей. Состояние и перспективы". Труды конференции. М.: ИО РАН, 1996. С.23 - 25, 39 - 41.

7. Крымский международный семинар "Космическая экология и ноосфера" (6-11 октября 1997 г.). Тезисы докладов. Партенит, 1997. С.104 - 106.

8. ЛЮБИМОВ В.В., ШАРЫГИН С.А. Новые геофизические приборы в биологии // Информационный листок No.109-98. Симферополь: Крымский ЦНТЭИ, 1998. - 2 с.

9. Приборы для геофизики и медицины. Каталог Научно-производственной фирмы "ИМПЕДАНС". М. Cентябрь 1996. - 16 с.

10. Регистратор данных для морского буксируемого трехдатчикового протонного магнитометра. Модель IDL-06. Проспект Научно-производственной фирмы ИМПЕДАНС. М., 1997.

11. Универсальный регистратор данных. Модель IDL-07. Проспект Научно-производственной фирмы ИМПЕДАНС. М., 1998.

12. The Fours International Pushchino Symposium "Relations of Biological and Physico-Chemical Processes With Space and Helio-Geophysical Factors". Abstracts. Pushchino, 1996. P.29, P.92.

13. The 8-th Scientific Assembly of IAGA with ICMA and STP Symposia (August 4-15, 1997, Uppsala, Sweden). Abstract Book. IAGA, Uppsala, 1997. P.380. P.459.