МАЛОГАБАРИТНЫЙ
ЦИФРОВОЙ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЙ
РЕГИСТРИРУЮЩИЙ ФЕРРОЗОНДОВЫЙ МАГНИТОМЕТР
MAGIC МФ-03-Р
Кириаков В.Х., Любимов В.В.
Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн РАН,
г. Троицк, Московской
области
Последние достижения в области интегральной и
микропроцессорной техники позволили перейти к созданию нового поколения
научно-исследовательской аппаратуры, отличающейся не только улучшенными
техническими характеристиками, но и позволяющей получать качественно новую информацию
о процессах, происходящих в Земной коре, в воздушной и водной окружающих
средах. Новое поколение
микропроцессорной измерительно-вычислительной техники существенно расширило
функции приборов и заметно улучшило их технические характеристики.
Возможность при помощи микропроцессора осуществлять анализ
получаемой информации в темпе эксперимента позволило перейти от фиксированного
дискретного режима измерения к адаптивному, что позволило не только повысить
качество получаемой информации, но и более рациональное использование объема
памяти в автономных приборах.
Способность самоконтроля микропроцессорных измерительных
систем является незаменимым качеством, например, для автономных станций и
приборов. Новая элементная база обеспечивает более высокую точность
преобразования первичных данных, а высокое быстродействие схем и применение
программно-импульсных режимов питания позволяют на несколько порядков снизить
энергопотребление, уменьшить емкость и
габариты источников питания в автономных приборах. Миниатюрные размеры и высокая степень
интеграции элементной базы существенно уменьшают размеры измерительных систем.
Наличие твердотельной памяти высокой степени интеграции позволило не только
повысить надежность автономных приборов, но и существенно уменьшить их габариты
и энергопотребление. Снижение размеров измерительных схем, накопителя
информации и источников питания в совокупности позволяет уменьшить общие
габариты приборов и их стоимость.
Другим важным достоинством применения микропроцессорных систем является возможность унификации измерительных схем приборов, возможность подключения первичных преобразователей с выходными сигналами в виде напряжения, тока, частоты и периода, которая сводится, главным образом, к изменению программы, записываемой в ПЗУ микропроцессора, и подбора емкости твердотельного накопителя. Программа может также содержать индивидуальную коррекцию характеристик первичных преобразователей, учитывать их температурный и временной дрейф, нелинейность преобразования и т.д. При этом микропроцессор может фиксировать выходные сигналы и формировать их в виде, рассчитанном на непосредственный ввод в персональный компьютер (ПК) или для передачи по линиям связи.
При наличии в приборах встроенного микропроцессора появляется возможность осуществления легко доступной связи между ними, обеспечения двустороннего обмена информацией, программного автоматического изменения самой программы и режима измерений, формирования различных кодовых посылок, повышающих помехоустойчивость и быстродействие канала связи. Все это наделяет созданный прибор как бы интеллектом, то есть способностью без помощи оператора (извне) осуществлять автоматический контроль и проведение измерений.
В течение
последних лет в ИЗМИРАН активно проводились инициативные работы по созданию
интеллектуальных переносных малогабаритных приборов на основе современных
достижений микропроцессорной техники и
на современной элементной базе. Так в начале 2003 г. был разработан опытный
образец и на его основе выпущена малая серия переносных магнитометрических
приборов MAGIC МФ-03-Р,
позволяющих решать большой круг научно-исследовательских задач в области
геофизики, медицины и магнитобиологии, использовать их для проведения
электромагнитного мониторинга окружающей среды в локальных помещениях и для
общеобразовательных целей. Общий вид прибора показан на рисунке.
|
|
Высокочувствительный
магнитометр MAGIC МФ-03-Р, выполненный на
основе однокомпонентного феррозондового датчика в виде переносного прибора,
предназначен для измерения модуля
магнитной индукции поля Земли (Т), или одной из его составляющих (D, H или Z),
а также для исследования полей,
создаваемых искусственными источниками, для систем, служащих для привязки и
ориентации объектов по магнитному полю и для специальных целей.
Прибор может использоваться на суше, на море, на подвижном носителе, в
условиях обсерватории, в качестве автономной станции, а также для проведения
поисковых и рекогносцировочных работ.
Прибор
может использоваться в медицине для оценки интенсивности магнитной бури в любом
районе Земного шара в реальном масштабе времени, использоваться в качестве
одного из основных инструментов для оснащения магнитных камер в лечебных и
диагностических центрах, использоваться лечебными учреждениями и медицинскими
центрами диагностики для внесения необходимых изменений в курс лечения
травматических, психоневрологических, терапевтических и послеоперационных
больных, подверженных повышенной чувствительности к изменениям магнитного поля. А использование прибора
службами санэпиднадзора позволяет выявлять и определять местонахождение "вредных" электромагнитных
излучений искусственного происхождения, оказывающих воздействия на человека на
его рабочем месте.
Прибор (см. рисунок) оснащен пленочной клавиатурой для
управления и установки необходимых режимов работы и цифровым табло, в качестве
которого используется двухстрочный жидкокристаллический индикатор, на котором
измеренная информация отображается в единицах магнитной индукции, - нанотеслах.
Предусмотрена
возможность регистрации измеренной информации во встроенную энергонезависимую
память объемом 1 Мбайт ее хранение и передача через последовательный порт (RS232) в
ПК или работа совместно с ПК любого типа в реальном масштабе времени. При этом
появляется возможность визуализации получаемой информации в виде программно
масштабируемого графика поле-время.
ТЕХНИЧЕСКИЕ
ХАРАКТЕРИСТИКИ
Диапазоны измерения магнитного
поля, мкТл:
первый диапазон
- 0 ...± 1
второй диапазон - 0 ... ± 10
третий диапазон - 0 ... ± 100
Цена единицы счета младшего
разряда цифрового табло, нТл:
во всех диапазонах - 1
Цикл автоматических измерений на всех измерительных диапазонах, с:
-
0,1;
1; 10; 30; 60
Напряжение питания от источника постоянного тока, В:
- 9...12, типовое - 9 (от стандартного сетевого
адаптера)
Потребляемая мощность, Вт,
не более
- 0,45
Диапазон рабочих температур, °С, в пределах
- 0...40
Длина кабеля выносного датчика, м - 1...1,5
Габаритные размеры, мм (масса,
кг):
датчика - 50 х 40 х 40 (0,3)
блока электроники - 180 х 80/60 х 35 (0,2)
Прибор имеет встроенный таймер текущего времени, что позволяет использовать его в режиме автономной вариационной станции. При этом объема энергонезависимой памяти при цикле измерения 0,1 с достаточно для непрерывной регистрации измеренных данных в течение 8 ч. Встроенный микропроцессор позволяет проводить цифровую фильтрацию данных и их осреднение в темпе эксперимента, осуществлять раздельную установку циклов визуализации данных на табло и записи их в твердотельную память. Отличительной особенностью магнитометра является возможность оперативной смены (смещения) измерительной базы при значительном выходе измеряемой величины за границы диапазона (цифрового табло) и возможность непосредственной работы совместно с ПК. При этом предусмотрена возможность изменения разрешающей способности прибора программно и быстро до максимально возможных значений, что в ряде случаев необходимо при проведении специальных работ, например, при определении металлических предметов на расстоянии или при их перемещении в пространстве относительно датчика магнитометра.
Магнитометр MAGIC МФ-03-Р удобен и прост в эксплуатации, способен работать в любых помещениях, что позволяет авторам надеяться на хорошие перспективы его дальнейшего использования для нужд науки и медицины при проведении полевых и исследовательских работ.
