Совершенствование цифровых ядерно-прецессионных геомегнитометров тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.01 ВАК РФ

На правах рукописи

0.

ОД

7 ~ АЗГ 2000

ДЕНИСОВ Алексей Юрьевич

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ЦИФРОВЫХ ЯДЕРНО-ПРЕЦЕССИОННЫХ ГЕОМАГНИТОМЕТРОВ

Специальность 01.04.01. - Техника физического эксперимента, физика приборов, автоматизация физических исследований по физико-математическим наукам

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук

Екатеринбург 2000

Работа выполнена на кафедре теоретической физики и прикладной математики Физико-технического факультета Уральского государственного технического университета

Научные руководители:

кандидат физико-математических наук В. А. Сапунов,

доктор физико-математических наук, профессор В. Г. Мазуренко.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор

Б. В. Шульгин,

кандидат физико-математических наук А. И. Рокеах.

Ведущая организация:

Институт Геофизики УРО РАН, г. Екатеринбург.

Защита состоится 26 июня 2000 г. в 15 часов на заседании диссертационного совета К 063.14.11 при Уральском государственном техническом университете - УГТУ по адресу 620002, г. Екатеринбург, ул. Мира, 19, 5 учебный корпус, аудитория Ф-419.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке УГТУ.

Ваш отзыв в одном экземпляре, заверенный гербовой печатью, просим направлять по адресу: 620002, г. Екатеринбург, ул. Мира, 19, УГТУ-УПИ, учёному секретарю университета.

Автореферат разослан 25 мая 2000 г. Ученый секретарь

диссертационного совета К 063.14.11,

кандидат физико-математических наук

<£> 2/</. 2 С О

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Развитие многих отраслей науки и производства неразрывно связано с проблемой абсолютного измерения величины магнитного ноля. В частности, современные общемировые тенденции в физике Земли и космоса по увеличению информативности проводимых измерений предполагают извлечение и комплексирование максимума данных о характеристиках окружающей среды, в том числе и магнитных. Популярность использования магнитных измерений объясняется прежде всего тем, что такого рода исследования при достаточной эффективности являются наиболее дешёвыми и массовыми. Самое широкое распространение в наземной, морской, скважинной, аэрокосмической магниторазведке, а также обсерваторских наблюдениях получили высокоточные абсолютные измерители индукции геомагнитного поля - ядерно-прецессионные магнитометры. Прецизионность измерений данных магнитометров базируется на фундаментальной связи частоты прецессии и модуля индукции магнигного поля через константу гиромагнитного отношения, определённую с высокой точностью.

Ядерно-прецессионные магнитометры начали развиваться с 50-х годов и продолжают совершенствоваться, в связи с возрастающими требованиями к абсолютным измерителям в плане повышения их точности и быстродействия. Большинство приборов, в том числе и зарубежных, разработанных до 90-х годов характеризуются аналоговыми способами обработки сигналов протонной прецессии или простейшими алгоритмами цифровой обработки, что ограничило как чувствительность до 0,1-1 нТл, так и быстродействие измерений до секундных циклов. В настоящее время физические возможности увеличения чувствительности таких приборов за счёт повышения сигнала ограничены, и поэтому на первый план выступает задача оптимизации их конструктивных, электрических и рабочих параметров, в сочетании с применением более эффективных алгоритмов обработки сигнала.

Проблеме совершенствования ядерно-прецессионных магнитометров посвящены многочисленные исследования. Однако, в основном затрагиваются вопросы оптимизации параметров измерительных датчиков или отдельных узлов тракта регистрации либо при использовании простейших методов обработки данных (например, простого периодомера), либо вообще в отрыве от конкретного алгоритма. Это объясняется тем, что основная масса поисковых работ пришлась на семидесятые-восьмидесятые годы, когда уровень науки и техники позволял применять в серийной аппаратуре только несложные типы обработки сигнала. В последнее десятилетие внедрение достижений бурно развивающейся микропроцессорной техники в область разработок магнитометров позволило использовать более «мощные» алгоритмы, и тем самым расширить свободу выбора подходящего метода обработки данных. На стадии научной проработки прибора данный момент может оказаться ключевым, так как специфика магнитометра

(вариационная станция, пешеходный, скважинный магнитометр и так далее) может наложить на аппаратуру достаточно жёсткие ограничения (например, низкое энергопотребление, повышенное быстродействие, устойчивость измерений к градиенту внешнего поля, малые габариты или вес). В результате возникающие требования могут существенно повлиять на критерии отбора алгоритма. Также следует учитывать тот факт, что выбор метода обработки требует согласования с используемыми в магнитометре схемотехническими решениями и предполагаемыми режимами его работы. В связи с этим, а также недостатком комплексных исследований современных цифровых алгоритмов в приложении к магнитометрии, особенно актуальна задача оптимизации параметров ядерно-прецессионного магнитометра с учётом применяемого типа обработки сигнала.

Цель работы: исследование и оптимизация параметров цифровых ядерно-прецессионных магнитометров слабого поля с различными типами алгоритмов обработки сигнала, изучение влияния алгоритмов обработки на конструкцию измерительного датчика, совершенствование цифровых ядерно-прецессионных геомагнитометров. Для этого предполагается провести анализ основных погрешностей магнитометра, обусловленных собственно шумами аппаратуры, затуханием (релаксацией) ядерной намагниченности рабочего вещества, а так же спецификой используемых алгоритмов. Опираясь на полученные соотношения, предполагается провести оптимизацию датчиков, режимов работы и параметров магнитометра.

Научная новизна:

1. Метод расчёта основных погрешностей ядерно-прецессионного геомагнитометра с цифровыми алгоритмами обработки сигнала периодомерного типа, учитывающий затухание сигнала, влияние уровня компарирования и корреляцию шумов датчика;

2. Выражения для основных погрешностей магнитометра с внутрицикловыми методами: периодомер с внутрицикловой обработкой сигнала и метод наименьших квадратов. Результаты сопоставления чувствительности магнитометров с внутрицикловыми методами и методом простого периодомера;

3. Результаты исследований по оптимизации электрических параметров тракта регистрации, режимов работы, а также сигнально-шумовых характеристик соленоидальных протонных датчиков магнитометров с внутрицикловой обработкой сигнала. Критерии согласования по шумам и полосе тракта регистрации магнитометра;

4. Теоретическое и экспериментальное обоснование возможности расширения полосы регистрации без настройки на измеряемое поле в магнитометрах с внутрицикловыми методами, а также повышения их быстродействия за счёт понижения добротности приёмного контура датчика;

5. Процессорная реализация внутрицикловых алгоритмов, обеспечивающих высокую точность, градиентоустойчивосгь и контроль сигнала в магнитометрах различного назначения.

На защиту выносится:

1. Общие соотношения, полученные в рамках единого подхода, для основных погрешностей цифровых ядерно-прецессионных магнитометров с внутрицикловыми методами обработки, учитывающие затухание сигнала, влияние уровня компарирования и корреляцию шумов датчика;

2. Возможность расширения полосы регистрации цифрового магнитометра за счёт внутрицикловой обработки сигнала прецессии. Полученные теоретически и экспериментально условия, при которых погрешность таких магнитометров практически не зависит от частотной полосы приёмного контура датчика;

3. Оптимальные соотношения в рабочем цикле прецессионного магнитометра и оптимальные конфигурации датчиков в зависимости от типа используемого алгоритма обработки сигнала, в частности, соотношения для внутрицикловых методов при основных режимах работы протонного магнитометра и магнитометра с динамической поляризацией ядер и численные расчёты модельных соленоидальных протонных датчиков, использующих внутрицикловые алгоритмы;

4. Результаты по оптимизации параметров и циклов работы ряда магнитометров геологического назначения. Адаптивные внутрицикловые алгоритмы, обеспечивающие высокую градиентоустойчивосгь данных приборов.

Практическая ценность. Полученные в работе соотношения и критерии позволяют сформулировать общие требования, которым должны удовлетворять измерительный тракт и параметры рабочего цикла цифрового ядерно-прецессионного магнитометра слабого поля. Представленный материал может служить основой для совершенствования современных геомагнитометров. Результаты работы частично получены или использованы в рамках 9 хоздоговорных тем с отечественными и зарубежными заказчиками, а также грантов по программе «Урал», МинВуза и РФФИ. Материалы работы нашли своё воплощение в магнитометрах POS-1, POS-2 и LOM-1, серийно выпускаемых Лабораторией квантовой магнитометрии УГТУ.

Апробация работы. Основные результаты и выводы диссертации докладывались и обсуждались на Международных конференциях: Динамические концепции в ЯМР (AMPER Summer Institute, Словения, 1996), Электромагнитный неразрушающий контроль (E'NDE '97 WORKSHOP DIGEST, Италия, 1997), Симпозиум по ЯМР релаксометрии

(Германия, 1998), Конференция по магнитному резонансу (Joint 29_th AMPERE-13_th ISMAR, Германия, 1998), Современные методы и средства океанологических исследований (МСОИ-98, Москва, 1998), Семинар по вопросам теории и практики геологической интерпретации гравитационных, магнитных и электрических полей (Екатеринбург, 1998), Конгресс по геофизике (IUGG99, Англия, 1999).

Результаты диссертационной работы опубликованы в 23 печатных работах, из которых 9 - печатные статьи, 14 - тезисы докладов на конференциях.

Струю-ура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, 8 глав, заключения и списка литературы. Она изложена на 134 страницах текста, включая 33 рисунка и 3 таблицы. Список литературы содержит 111 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение содержит обоснование актуальности темы, формулировки её цели, научной новизны и практической значимости, а также основных положений, выносимых на защиту.

Первая глава представляет краткий обзор истории развития метода ядерного магнитного резонанса (ЯМР), а также общий анализ физических основ работы ЯМР-аппаратуры. В частности, рассматриваются магнитометры двух типов: квантово-оптические и ядерно-прецессионные, включающие как собственно протонные датчики, так и датчики на эффекте динамической поляризации ядер (ДЛЯ). При этом основное внимание уделено магнитометрам циклического действия с поляризацией сильным полем и последующим наблюдением сигнала свободной прецессии ядерной намагниченности. Описаны основные режимы такого сорта аппаратуры, и приведена общая блок-схема магнитометра.

Проведённый предварительный анализ показал, что чувствительность прибора зависит от многих факторов, в том числе от величины поляризации. Указано, что для ядерных магнитометров увеличение подмагничивающего поля приводит к повышению чувствительности. Однако этот путь связан с некоторыми трудностями, в частности, с. неадиабатическим выключением этого поля с одной стороны, с другой - обеспечением теплового режима датчика сигналов. Во многом, улучшает ситуацию применение ДЛЯ, которое позволяет значительно увеличить амплитуду эффективного поляризующего поля.

Из всего многообразия режимов работы циклических магнитометров выделены самые распространённые: асинхронный (процесс поляризации нового измерения начинается без привязки по фазе к сигналу предыдущего), синхронный (поляризация синхронизирована по фазе с сигналом, оставшимся от предыдущего измерения). Рассмотрение режимов показало, что для получения максимальной чувствительности при заданном поляризующем поле время, затрачиваемое на поляризацию, должно составлять

значительную часть времени полного цикла магнитометра. Это приводит к потере информации об измеряемом поле в течение длительных промежутков времени.

Кроме того, в главе рассматриваются основные типы преобразователей частота-код ядерно-прецессионных магнитометров, осуществляющих преобразование частоты сигнала прецессии в цифровой код путём сравнения его с периодом или частотой опорного генератора стабильной частоты, а именно: простые частотомер и периодомер, а также частотомер и периодомер с внутрицикловыми методами обработки сигнала.

В конце главы подчёркнута необходимость совершенствования магнитометров с учётом современных алгоритмов, реальных свойств сигнала, датчиков и тракта регистрации.

Вторая глапа посвящена построению модели системы регистрации циклического ядерно-прецессионного магнитометра. Чаще всего тракт регистрации магнитометра включает в себя последовательный резонансный контур, состоящий из приёмной катушки датчика (индуктивностью L и сопротивлением R), регистрирующей сигнал ЯМР, и конденсатора настройки (ёмкостью С), широкополосный линейный усилитель, а также блок оцифровки сигнала. Полезный сигнал, поступающий на вход контура с резонансной частотой сор = (LC)-"2, представляет собой гармонику с частотой = 2яу0 (пропорциональной измеряемому полю) и амплитудой А (определяемой параметрами рабочего вещества и магнитометра), затухающей со временем ядерной релаксации Т3. Соответственно приближенное выражение для выходной амплитуды сигнала имеет вид:

S(t) = )K)A-exp(-t/T7), (1)

|К| = ¡К(1ио)| = (юр/шо)0( 1 О2(йз0/езр - оуа>о)2)~и2 (2)

где Q = (OpL/R - добротность контура.

Исходный шум тракта регистрации выбран нормальным, стационарным и широкополосным с известной спектральной плотностью что позволяет определить основные статистические параметры выходного шума - дисперсию и нормированную корреляционную функцию:

о2=(opQWA/2, p(t) = e"/''(cos(ffipt) + (ffipTK)-,sm(o3pt)), (3)

где тк = 2Q/cop - время корреляции, 65 р = - т~2 - частота свободных колебаний контура.

Полагается также, что на конечной стадии обработки сигнала используется цифровой алгоритм периодомерного типа, обрабатывающий последовательности to,t],...tN моментов перехода непрерывного сигнала через известный уровень напряжения Л, близкий к нулю. Причём регистрируются фронты, отвечающие каждому п-му полупериоду сигнала. Частота опорного генератора vr считается достаточно высокой, чтобы не принимать в расчёт негауссовы шумы квантования. При этом сам генератор является

высокостабилышм, то есть погрешность связанная с уходом опорной частоты не существенна. В рамках сформулированных предположений получены приближенные выражения для первых моментов случайных отклонений переходов сигнала через уровень компарирования на выходе блока оцифровки (At,) и (AtjAtj), которые включили в себя зависимость от параметров выходного сигнала и шума, амплитуды и частоты переходного колебания в контуре, а также величины уровня компарирования.

Представленная в главе модель и формулы обладают достаточной степенью общности для анализа ведущих погрешностей ядерно-прецессионного магнитометра с различными цифровыми алгоритмами обработки периодомерного типа, а именно: случайной погрешности, связанной в основном с тепловыми шумами приёмной катушки датчика, а также систематических погрешностей, обусловленных переходным процессом в приёмном контуре системы регистрации и наличием ненулевого напряжения срабатывания компаратора в блоке оцифровки аналогового сигнала.

Третья глава представляет наиболее простые в плане аппаратурной реализации методы обработки сигнала, используемые в магнитометрии, определяющие период сигнала по последовательностям to,tu—tN. Рассмотрены три алгоритма: наиболее изученный метод простого периодомера (МПМ)

T™=4(tN-t0); (4)

nN

периодомер с внутрицикловой обработкой (ПВО)

2 fe1

Т*° = nQN 3]+lXN-[N/3j) g^N-lN -t,); (5)

метод наименьших квадратов (МНК)

12 № 12 J2, Т™1 =—Г—Ц?-ч X(N-2i)-(tK-i ~ti)= / ч/-чУФ-Я)-!: . (6)

Результаты по магнитометрам с МПМ, приводимые в диссертации, в основном не представляют научной новизны и излагаются в рамках единого подхода для сопоставления их с более точными методами ПВО и МНК.

Получены общие выражения для среднего квадратического отклонения (СКО) периода, вычисляемого по формулам (4-6), в которых, помимо СКО шума, в виде отдельных сомножителей выделены поправки связанные с вкладом корреляции шумов, с изменением амплитуды сигнала за измерение, с влиянием ненулевого уровня компарирования. Приведённые предварительные оценки предложенных методов показали, что внутрицикловые методы обработки (5-6) обладают намного большей точностью по сравнению с МПМ. Однако МПМ является наиболее скоростной оценкой

периода. Показано, что ПВО, незначительно проигрывая в точности МНК, является наиболее оптимальной оценкой периода по критерию точность-скорость обработки.

В последней части главы проведено рассмотрение шума квантования для представленных методов, неизбежно возникающего при оцифровке сигнала. Получено, что при наихудших соотношениях частоты измеряемого сигнала и частоты опорного генератора для методов (4-6) относительная случайная погрешность квантования примерно одинаковая и составляет 0,5+0,6(Тиуг)~', где Т„ - время измерения сигнала. Однако показано, что доля точек, где реализуются наихудшие условия по шумам квантования, при внутрицикловых алгоритмах ПВО и МНК и длительном измерении намного меньше, чем в МПМ (примерно в N раз). При этом «плохие» точки концентрируются в области частот &v ~ пуо(Т„уг)~' вблизи значений \>0 » пуг(2к)~', исключая собственно точки = п\|г(2к)"1 (к = 1,2, 3,...).

Четвёртая глава посвящена анализу основных погрешностей цифровых ядерно-прецессионных магнитометров с поляризацией сильным полем. В первой части главы рассчитываются погрешности, связанные с переходным процессом, возникающим в приёмном колебательном контуре на этапе формирования начального сигнала. По полученным общим выражениям были проведены оценки максимальной систематической погрешности для методов МПМ, ПВО и МНК:

9тк. С„ ,._„«. 6т, С„

<дВ"м>»-!-5к; У„ТИ Бп

(ДВ00)'

(АВНК);

(7)

27рт» во ' " ' Грт,; в,

где ур - гиромагнитное отношение протона, во и Со - начальные амплитуды полезного сигнала и свободного колебания на выходе приёмного контура в момент 1о. Величины для систематической погрешности (в нТл) при тк = 10 мс и отношении Бо'Со = 10 (в начале измерения) приведены в таблице 1. Проведённые оценки показывают, что при длительных циклах измерения внутрицикловые методы имеют значительно меньшую величину систематической ошибки по сравнению с МПМ. Существенная погрешность возникает для коротких времён измерения, где все рассмотренные алгоритмы показали одшбку одного порядка при одинаковой рабочей полосе тракта регистрации. Единственная возможность подавления систематической погрешности при повышении быстродействия магнитометра заключается в использовании внутрицикловых методов с расширением рабочей полосы.

Замечено также, что при несовершенстве блока коммутации (особенно на базе

Таблица 1

Метод Т„,сек

1,5 0,5 0,1 0,05

МПМ 0,25 0,75 3,7 7,5

ПВО 0,007 0,067 1,7 6,7

МНК 0,010 0,090 2,2 9,0

(8)

электромеханических реле) из-за флуктуаций фазы возможен вклад переходного процесса в случайную составляющую погрешности магнитометра.

Следующий этап исследования был посвящен выяснению систематической погрешности за счёт ненулевого напряжения смещения компаратора, на основе которого строится детектор нулевого уровня. Для чего была получена формула погрешности

<ДВ> = «№(мп(ф0)Хг,Т2ГЧСТ«,/Т,) А/80, где фо - фаза полезного сигнала в начале

7

измерения, а поведение коэффициента \ для алгоритмов МПМ, ПВО, МНК при нулевом 5 шуме представлено на рис.1. Показано, что при шаге оцифровки равном нечётному числу 3 полупериодов сигнала и внутрицикловой обработке происходит самоусреднение ошибки (4»сте7£гега ~ 0,25пТ°/Т2). Приведены аналитические выражения для которые

3,

2. /¿Г

1

%Пг

Рис.1. Зависимость \\\ от Т„/Т2; 1 - МПМ, 2 - ПВО (чётные п), 3 - МНК (чётные п)

демонстрируют, что помимо затухания сигнала влияние на систематику оказывает шум в системе регистрации, однако вклад его становится существенным только в условиях плохого отношения сигнал/шум, что характерно для малогабаритных датчиков (например, скважинных). Представленные выражения для систематической погрешности измерений, обусловленной ненулевым уровнем компарирования, затуханием сигнала и шумом, показывают сопоставимость рассмотренных методов. Величина систематической погрешности мала (< 0,1 нТл) при реализуемых параметрах датчика и тракта регистрации.

Далее в главе приводятся вычисления случайной погрешности. В полученных формулах для СКО измерений магнитометров с МПМ, ПВО, МНК -

о? =о°в(1 + 8пи(Тн/Т2)Л2/820)т11Ш(Тн/Т2), °в = <т°в ( И- 8„ (Т. /т2) ) л во (Ти /Т2 )РК 727/8,/пТ°/'Ги ,

«Г = <*°в0 + Ои/Т2))Лик(ТИ/Т2)Р1[\1зпТ°/Ти , 1 1 ^

"ш^д,

ТРТИ 80 урТи|К|А0 в явной форме выделены множители, возникающие из-за затухания сигнала:

т4(х) = ехсЬ(х), П20(х) = Зх-1ех5Ь(х/3)сЬ(2х/3), т4(х) = Зх~3ех ((2 + х2 ) вЫх) - 2х сЬ(х)); 10

Ао = А(1о)

(9)

(10) (И) (12)

(13)

(14)

поправочные коэффициенты, связанные с ненулевым уровнем компарирования Л:

5nM(x) = lexch(2x)/ch(x), (16)

5ео(х) = exch(x/3)ch(4x/3)/ch(2x/3), (17)

5HK(x) = iex ((1 + 2х2)sh(2x)- 2хch(2x))/((2 + х2)sh(x)-2хch(x)); (18) а также коэффициент ßK, связанный с корреляцией шумов в системе регистрации: , m п „,ч l-e~2t +2(a„TK)~'e~T sin(TK(® „-со0)т) пт° ют о„

ß2 = y(-irP(t =- ."■ к -' " "-ILL

¡fl l + e-2,-2e-,cos(Tl[(S5p-<a0)T) 2тк 2Q ю0

Показано, что в отличие от магнитометра с МПМ, где расширение частотной полосы тракта регистрации приводит к понижению чувствительности, при ПВО и МНК для значений добротности Q > mt/2 и « юр СКО практически не зависит от ширины полосы и определяется только плотностью шума в этой полосе:

о? -(ТрА0Г'т1в()(Ти/Т2)^27\Уд/тГ, (20)

< s(rpAor,TlHK(T„/T2)j24Wa/TH3 . (21)

Этот факт показывает, что при внутрицикловых методах существуют значительные резервы по расширению рабочей полосы магнитометра без потери в чувствительности.

Приведённые в разделе оценки позволили заключить: -Внутрицикловые методы МНК и ПВО, практически эквивалентные по точности между собой, обеспечивают значительное улучшение чувствительности при длительных измерениях. С МПМ данные методы сопоставимы при Ти/Тк ~ 12+14. При коротких циклах, в зависимости от добротности, МПМ может оказаться более предпочтительным; -Влияние затухания сигнала на случайную погрешность магнитометра при Тй < Т2 примерно одинаковое и незначительно для всех рассмотренных методов. Однако, при больших временах измерения следует учитывать вклад этого фактора в погрешность из-за сильного падения амплитуды сигнала. Этот факт обуславливает существование оптимальных времён измерения для представленных методов (для МПМ - Тя s 1,1 Тг, а для ПВО и МНК - Ти s 1,8Т2, см. рис.2); -Вклад в случайную погрешность, связанный с ненулевым напряжением смещения компаратора, пренебрежимо мал при Ти < Ti и A/So < 0,1. В противном случае необходим учёт данной поправки, так как она может значительно повлиять на чувствительность. В предположении, что основным источником шума в системе регистрации магнитометра является тепловой шум активного сопротивления датчика, использовалась формула Найквиста:

\Уд = 2кТг, (22)

где Т - абсолютная температура, к - постоянная Болыщана и г - активное сопротивление приёмной катушки датчика. Это позволило провести оценки реальной чувствительности (рис.2), а также получить упрощённые формулы СКО магнитометров с МПМ, ПВО и МНК дая инженерных расчётов.

В конце главы представлены результаты по экспериментальному исследованию СКО магнитометров с внутрицикловой обработкой, а именно алгоритмом ПВО. Проводилась серия экспериментов с использованием установки, моделирующей реальный магнитометр. Установка включала в себя источник высокостабильного

т.,с

Рис.2. Зависимость среднего квадратического отклонения от времени измерения при Тг - 0,5 с, Ао = 10 мкВ, С} = 15, т = 0,5 кОм, у0 = ур = 2 кГц и Т = 293°К; 1 - МПМ, 2 - ПВО, 3 - МНК

синусоидального сигнала, источник шума, сумматор, который смешивал сигнал с шумом и усиливал суммарный сигнал. Далее через эмиттерный повторитель сигнал заводился в контур помещённого в магнитный экран датчика, подключенного к входу малошумящего усилителя. С выхода усилителя сигнал поступал в специализированную плату периодомера с высокостабильным источником опорной частоты (10 МГц) и возможностью передачи информации о длительности каждого периода измеряемого гармонического сигнала, а также их количестве в системную шину компьютера.

Первоначально установка тестировалась в режиме обработки МПМ, так как зависимости СКО по данному алгоритму хорошо изучены. Далее проводились эксперименты по изучению влияния корреляции шумов датчика на СКО магнитометра с ПВО. Для этого при различных значениях добротности (3 строились зависимости СКО от шага пТ°/2 последовательности обрабатываемых переходов через ноль (см. рис.3). Предел малых п отвечает случаю сильной корреляции оцифровываемых данных, больших п - отсутствию корреляции. Далее проводились эксперименты по исследованию СКО и статистики накапливаемых в измерении цифровых данных при различных отношениях сигнал/шум. Полученные результаты подтвердили справедливость формулы для СКО магнитометра с применением

30

5 20

10

— — I и 4 I ---- 1 -

1. ------- 1_ -1 —

Ч

40

80

120

160

Рис.3. Зависимость СКО при ПВО от п; Т„ = 2 с,\УдЮ/А0= 1,2-10"2 Гц""2, у0 = ур=2 кГц; 1-(2 = 2,2-0 = 5,3-0= 14,4- 0 = 29; Линии соответствуют теории, точки - эксперименту

ПВО (10) для незатухающего сигнала. Также подтверждены теоретические выводы о том, что рабочую полосу можно существенно расширить (понизить (}), если проводить оцифровку с малым шагом п. В случае больших п, увеличение погрешности за счёт роста числа пропускаемых периодов приходится компенсировать повышением то есть сужением полосы. Экспериментально обнаружена нижняя граница применимости методов (4-6) по значению отношения сигнал/шум. Методы работают некорректно при сигнал/шуме меньше 3, так как при вычислении средних возникают существенные ошибки из-за просчётов периодов сигнала (неправильное И), вызванных появлением шумовых выбросов большой амплитуды.

Пятая глава в первой части содержит теоретическое обоснование эффекта расширения частотной (полевой) полосы магнитометра с внутрицикловыми методами обработки ПВО и МНК. Рассмотрение начинается с качественного анализа частотной зависимости погрешности магнитометров с МПМ и внутрицикловой обработкой, который показывает, что в отличие от МПМ, где зависимость определяется передаточной характеристикой тракта регистрации, ПВО и МНК демонстрируют слабую зависимость от частоты сигнала (поля) и добротности приёмного контура. Для проверки этих выводов представлены численные расчёты зависимости СКО методов ПВО и МНК (10-11) от резонансной частоты приёмного контура и частоты измеряемого сигнала:

(23)

где - СКО методов в пределе

больших добротностей и настройке

частоты резонансного контура ур на

частоту измеряемого сигнала (20-21);

X - поправка содержащая всю частотную

зависимость погрешности. Оценки

показали, что при точной настройке доя

значений (} (0 > 10), характерных для рис.4. Зависимость поправки к идеальной

погрешности от добротности 0 и шага п при большинства протонных датчиков, и тт

к ' = \р; На кривых указаны соответствующие

шага оцифровки п = 1+8, зависимость значения п

СКО (23) от добротности несущественна, так как X «1 (см. рис.4). При независимом варьировании частот и уо были получены приближённые выражения и построены графики А. (см. рис.5). Кривые Я. имеют достаточно сложную форму, что связано с значительным влиянием при расстройках контура корреляционных эффектов. При этом для (} 2; пя/2 в области минимумов X зависимость СКО от добротности 0 не существенна, в тоже время величина максимумов прямо пропорциональна 0. Как видно из графиков,

наилучшие условия по чувствительности достигаются при настроенном датчике, однако, для небольших значений п, ширина полосы тракта регистрации без подстройки приёмного контура на частоту сигнала по чувствительности прибора значительно шире, чем полоса контура (пропорциональная (?"'). Для О > пя/2 проделаны оценки эффективной ширины полосы магнитометра по уровню погрешности ы2атуЛ (X £ 0,41) при фиксированной \>р, которые показали, что ширина для п > 1 неплохо аппроксимируется формулой Ду0 я 2vp/a. Последняя формула показывает, что при увеличении интервалов оцифровки возрастают требования по селективности системы регистрации магнитометра. Представленные в данном разделе результаты позволили теоретически обосновать возможность значительного расширения области измеряемых полей без перестройки приёмного контура датчика при использовании внутрицикловых методов ПВО и МНК. Установлено, что эффект расширения полосы связан с фактом подавления корреляционного вклада шумов датчика на стадии конечной обработки оцифрованного сигнала.

Рис.5. Зависимость поправки к идеальной погрешности от частоты сигнала Уо и частоты настройки контура ур при добротности 5 и различных параметрах шагов оцифровки п: п = 2 (а), II = 4 (б); На графиках приведены изолинии X от 1 до 5

Во второй части пятой главы выяснялось влияние на погрешность магнитометра с внутрицикловой обработкой ПВО и МНК его усилительной части. В предположении об использовании униполярной полупроводниковой структуры в первом усилительном каскаде рассмотрены два типа усилителей: линейный широкополосный и 1/^усилитель. При этом предполагалось, что на вход усилителя помимо сигнала с измерительного датчика аддитивно подаётся «белый» шум напряжения со спектральной плотностью Источником такого шума может выступать дробовой шум 1-го усилительного каскада, а также тепловой шум, порождаемый активным сопротивлением усилителя.

Рассматривалось СКО магнитометров, в состав которых входит широкополосный линейный усилитель с полосой пропускания Ал)у и модельный Ш-усилитель с упрощённой передаточной функцией Ку(р) = [ 1 +<3у(р/сйу+шу/р)]~', где р е ¡ш, соу - центральная (в данном случае нижняя граничная) частота п (}у - добротность усилителя. При этом

дисперсия шума напряжения усилителя, приведённая к его входу, в первом случае составит сту=2\УуЛуу, во втором - Су ='Ч1у(йу/(2()у). Было получено, что при настройке на резонанс учёт линейного усилителя приведёт просто к домножению СКО (10-11) на дополнительный фактор: [1+(4<3)-,пл:-ау2/а2]'''2. В случае 1/Т-усилителя удобнее анализировать возникающий фактор в наиболее типичном пределе \Уу/\¥д » 1, выразив его через отношение спектральных плотностей шумов усилителя и датчика, приведённых к одной точке: [1+24~1(Ш1)2(2-(-1)п)-№у/(р2Шд)]'/2. Сопоставление с МПМ (фактор [1+оу2/ст2]1/2) показывает, что критерии согласования по шумам при внутрицикловых методах отличаются от стандартных и требуют дополнительного учёта типа усилителя, добротности датчика и шага оцифровки измеряемого сигнала. Эффект расширения диапазона измеряемых полей магнитометром без настройки приёмного контура (по сравнению с полосой датчика), обнаруживающийся при идеальном усилителе и представленный в предьщущем разделе, в реальной ситуации может быть ограничен. Для исследования этого факта оценивалась ширина полосы по уровню погрешности при фиксированной Получены приближённые формулы для полосы: в случае широкополосного усилителя Лу * ур[2ур"№У(пДуу\Уу)]1/2, 1/(-усилителя (\Уу/\Уд » 1) -Ду я ур{8(2+(-1)п)\Уд/(п2712\Уу)]1/2. Подстановка реальных параметров в формулы показала, что ширина полосы по сравнению с идеальным случаем (Лу » 2ур/п) меньше, но остаётся при небольших п значительной, превышающей исходную полосу датчика (Лу « vp/q).

Представленные в главе оценки показывают, что влияние широкополосного линейного усилителя и 1Я-усилителя на СКО магнитометра примерно одинаковое и не значительно при небольших шагах оцифровки. Для большого шага Ш-усилитель будет существенно проигрывать линейному как по чувствительности, так и по полосе. При использовании 1/£-усилителя большое влияние на погрешность оказывают корреляционные эффекты, которые не удаётся исключить даже применением идеального усилителя с нулевым собственным шумом, так как в этом случае остается вклад звона усилителя, индуцированного выходными шумами датчика. Этот факт налагает требования на выбор «граничной» частоты усилителя: п<»у « 2(а>о)тш- При этом добротность его желательно понизить с целью уменьшения звона контура усилителя.

Шестая глава включает материалы по расчёту оптимальных временных соотношений для внутрицикловых методов при основных режимах работы протонного и ДЛЯ магнитометров. Одновременно воспроизводятся и дополняются результаты для магнитометров с МПМ. Проводится анализ зависимости СКО магнитометров (9-11) от основных параметров, определяющих рабочий цикл (Тц - времени полного цикла, Т„ -

времени измерения, Тп - времени поляризации), времени релаксации Тг с учётом явного вида амплитуды входного сигнала для асинхронного и синхронного режимов:

А0=Е.(1~ехр(-Тп/Т2)), (24)

а^Е-Ь^-Т-А),

1-ехр(-Тц/Т2)

(25)

где величина Е связана с максимальной за цикл потребляемой датчиком МОЩНОСТЬЮ Р тая> суммарной ядерной намагниченностью рабочей жидкости, и вид связи определяется типом магнитометра. Также принимались в расчёт требования к магнитометру по питанию и быстродействию. Практический интерес представляют следующие комбинации:

- Максимальная точность при неограниченном энергопотреблении и времени цикла;

- Высокое быстродействие при неограниченном энергопотреблении;

- Высокое быстродействие при ограниченном энергопотреблении.

В первых двух случаях потребляемая максимальная мощность фиксирована, и, следовательно, амплитуда Е не является варьируемой величиной. Поэтому здесь оптимальные временные соотношения не зависят от типа магнитометра. В последнем случае не варьируется средняя потребляемая за цикл мощность Р, которая, пренебрегая переходными процессами в контуре датчика, связана с Ртах соотношением Р = РтахТП/Тц.

Для указанных выше требований представлены временные зависимости и построены диаграммы СКО протонных и ДЛЯ магнитометров в асинхронном и синхронном режиме. Сравнительный анализ режимов работы показывает наличие глобального минимума СКО для асинхронною режима. Например, если фиксирована максимальная МОЩНОСТЬ Гтах, минимум находится в области значений Ти/Тц з 0,4 при использовании МПМ и Т„/Тц 2 0,6 при использовании ПВО, МНК, вне зависимости от типа магнитометра (см. рис.6). Оптимальное отношение между Тг и Тц в обоих случаях составляет 0,6. В синхронном

- 4.5

4.0

3.5

3.0

^2.5 Н

2.0

1лЖчЧ1

Ш^ЗчГ

* \ \ 'Л '-4-';?

.V

. • ' V -х \\fe\x«

. . л -

■"/■"■К-

4.0

3.5 а 1 -ТЬж'.Чг^Ч^Р

"'■ ■'......-V -Х^ЯЙ

Ч 2.5 иГ

2.0

0.1 0.2 03 04 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 Т /Т

'0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 Т„/Ти

Рис.6. Зависимость нормированного СКО протонного магнитометра с МПМ (а) и ПВО (б) при фиксированных длительности цикла и максимальной мощности в асинхронном режиме

режиме СКО падает по мере роста Тг. Однако оптимальное разбиение цикла на поляризацию и измерение меняется слабо при временах релаксации больших или сопоставимых с длительностью цикла. Оптимум в синхронном режиме лежит в области Тц/Тз —> оо и составляет для рассмотренного выше случая фиксированной Ргаах при МПМ -ТУТц = 0,5, при ПВО и МНК - Тн/Т„ з 0,6, также вне зависимости от типа магнитометра. Для едщинных» циклов измерения (Тц/Тг 5 2) качественное поведение СКО в обоих режимах близки. При укорочении времени цикла синхронный режим дает выигрыш в точности по сравнению с асинхронным, что позволяет использовать его для быстрых измерений. Диаграммы для протонного и ДПЯ-магнитометров имеют качественно близкий характер. При этом не сильно отличаются оптимальные соотношения времён для обоих типов магнитометров. Практически совпадающие результаты показали внутрицикловые методы обработки ПВО и МНК для всех режимов и типов магнитометра. Сравнение зависимостей доя внутрицикловых методов и МПМ показывает, что оптимальные временные соотношения при внутрицикловой обработке являются более «выгодными» как в плане повышения чувствительности прибора, так и в плане энергосбережения, так как оптимальные времена измерения Ти для ПВО и МНК во всех режимах больше, чем аналогичные в МПМ (примерно на 25% в асинхронном режиме, 15% в синхронном и 60% при неограниченном быстродействии).

Седьмая глава содержит результаты расчёта и оптимизации соленоидальных датчиков протонных магнитометров. За основу расчёта бьиа взята общая формула для напряжения индуцируемого в контуре датчика прецессирующей во внешнем поле компонентой вектора ядерной намагниченности образца объёмом V на стадии регистрации сигнала:

А(1) = -Ц>| |(МА(г,0 Ёп(т))(1г, (26)

где В„ и 1„ - поле и ток поляризации. Для численного анализа датчиков был создан пакет прикладных программ. Расчёт поляризующего магнитного поля основывался на представлении каждого соленоидального фрагмента контура датчика в виде суперпозиции полубесконечных соленоидов, поле которых было предварительно протабулировано. Интегралы в (26) вычислялись по формулам Гаусса с возможностью выбора степени используемых полиномов Лежандра. Программа обеспечивала вычисление и двумерную визуализацию стандартных магнитных параметров: компонент и модуля поляризующего поля, а также плотности сигнала при различных ориентации внешнего поля относительно оси приёмно-поляризующего контура (рис.7).

Численный анализ проводился для датчиков протонных магнитометров реализованных на одиночном соленоиде. Изучались их сигнально-шумовые и

Рис.7. Пространственное распределение плотности условного сигнала от соленоида, ось которого перпендикулярна (а) и параллельна (6) внешнему полю

ориентационные характеристики. Для данного типа датчиков продемонстрирована возможность достижения ориентационной характеристики близкой к изотропной. Однако показано, что при этом происходит снижение чувствительности датчика в направлении, перпендикулярном измеряемому полю.

Согласно полученным ранее результатам при фиксированной мощности поляризации в зависимости от применяемого алгоритма обработки критерием оптимизации протонного датчика может быть максимум отношений сигнала к интегральному тепловому шуму контура (МПМ) или к плотности шума (ПВО и МНК), то есть отношение амплитуды сигнала к активному сопротивлению приёмной катушки или корню из сопротивления. В связи с этим, исследовалось отношение А/г"2 и А/г при различных сечениях приёмного соленоида датчика, фиксированной мощности и различных ориентациях внешнего поля. Расчёт позволил найти оптимальное сечение соленоида по критерию максимальной чувствительности, в частности, отношение внутреннего и внешнего диаметров катушки составляет 0,6 для ПВО и МНК, 0,5 для МПМ при максимальной длине. Показана слабая критичность к геометрии катушек, что позволяет достаточно широко варьировать размеры датчика около оптимальных значений, добиваясь нужных габаритов пли массы, и при этом, не значительно проигрывая в чувствительности. Так, например, при использовании внутрицикловых методов ПВО и МНК удаётся добиться снижения массы в 1,5+2 раза по сравнению с МПМ, без существенной потери в чувствительности.

Восьмая глава представляет аппаратурную реализацию цифровых ядерно-прецессионных магнитометров и их некоторые применения. Предъявляемая в диссертации аппаратура разрабатывалась автором в составе коллектива Лаборатории квантовой магнитометрии УГТУ. Создание конкурентоспособных магнитометров потребовало, во-первых, проведения исследований, описанных ранее в данной работе, во-вторых, разработки конкретной микропроцессорной реализации высокоточного алгоритма обработки сигнала ядерной прецессии. В главе представлена серия процессорных ДДЯ-

12 0000 15.0000 18:0000 21 0000

Рис.8. Внешний вид вариационной станции на основе РОБ-1 (а) и пример записи геомагнитных вариаций в обе. Арти (07.01.1999). В - модуль индукции поля (б); в - разность модулей на вертикальной базе 1,8 м (в)

датчиков: Р05-1 (см. рис. 8), Р08-2 для наземной и ЬОМ-1 для скважинной магниторазведки, которые включают в себя собственно ДПЯ-датчик, блок возбуждения и усиления сигнала прецессии, а также специализированную процессорную плату, обеспечивающую выдачу командных сигналов, внутрицикловую обработку сигнала и связь с внешним компьютером по последовательному порту 118232. В датчиках реализована схема вычисления периода прецессии по методу ПВО (5). Причём схема адаптирована под измерения в присутствии сильного градиента внешнего ноля. Как известно, градиент поля приводит к уменьшению времени затухания сигнала ядерной прецессии, то есть к сокращению времени фактического измерения. Помимо стандартного приёма, использующего амплитудный детектор-компаратор (остановка измерения при падении сигнала ниже заданного уровня), в данной аппаратуре осуществляется контроль шума фазы сигнала с помощью дисперсионного анализа периодов. Для этого на начальном участке измерения определяется верхняя планка разброса периодов. Далее по мере поступления данных сравнивается с полученной планкой модуль разности соседних оцифрованных периодов. При превышении её счёт прекращается. Параллельно в процессе измерения происходит запоминание поступающих отсчётов и формирование суммы (5) из расчёта предполагаемого времени измерения Ти. Если по каким-либо причинам произошло сокращение Ти, сформированная сумма пересчитывается с учётом нового времени. Описанная реализация ПВО в сочетании с характеристиками датчика позволила обеспечить высокую градиентоустойчивость аппаратуры на уровне 10000-50000 нТл/м, что соответствует и превышает лучшие мировые аналоги.

Заключение содержит формулировки основных результатов и выводов работы. 1. В рамках представленной работы получены общие выражения для погрешностей цифровых ядерно-прецессионных магнитометров слабого поля с алгоритмами

обработки сигнала периодомерного типа. Выражения учитывают в явном виде релаксацию намагниченности в рабочем веществе, корреляцию шумов датчика и неидеальность компаратора. Продемонстрированы экспериментальные данные, подтверждающие справедливость основных теоретических заключений.

2. Сравнение методов обработки показало, что внутрицикловые методы МНК и ПВО, практически эквивалентны по точности между собой, обеспечивают значительное улучшение чувствительности магнитометра при длительных измерениях. При коротких циклах данные методы сопоставимы с МПМ.

3. Результаты исследования позволили утверждать, что алгоритм обработки сигнала прецессии формирует критерии по оптимизации тракта регистрации, режимов работы и датчика магнитометра, в частности:

- использование МПМ обуславливает оптимизацию датчиков по критерию отношения амплитуды сигнала к интегральному шуму, а внутрицикловых, соответственно, отношения сигнала к плотности шума;

- численный расчёт соленоидальных протонных датчиков на специально созданном программном обеспечении и сформулированные критерии показали, что оптимальные параметры приёмной катушки позволяют снизить вес датчика в магнитометрах с внутрицикловыми алгоритмами, по отношению к магнитометрам с МПМ;

- чувствительность измерений магнитометров с МНК и ПВО слабо зависит от полосы регистрации датчика, в отличие от магнитометров с МПМ, где чувствительность фактически пропорциональна корню из частотной полосы;

- оптимизация временной диаграммы магнитометра показала, что применение внутрицикловых методов позволяет повысить быстродействие и понизить энергопотребление прибора, так как оптимальное время собственно измерения сигнала в общем цикле работы при данных методах больше, чем при МПМ.

4. Теоретически и экспериментально обоснована возможность без потери в чувствительности существенно расширить полосу регистрации при ненастроенном датчике в магнитометрах с МНК и ПВО. Этот факт позволяет, во-первых, увеличить быстродействие прибора путём расширения частотной полосы датчика, во-вторых, реализовать в магнитометре широкополосный режим с грубой настройкой на измеряемое поле, либо вообще без настройки.

Данные результаты и выводы позволили добиться практически оптимальных параметров в цифровых ДПЯ-магнитометрах: Р08-1, Р08-2 и ШМ-1, разработанных и выпускаемых малыми сериями Лабораторией квантовой магнитометрии УГТУ. Представленная в работе процессорная реализация алгоритма ПВО с дополнительными программами анализа поступающих данных обеспечила высокую точность и градиентоустойчивость в указанных магнитометрах.

Основные результаты диссертации изложены в следующих работах:

1. Денисов А.Ю., Сапунов В.А., Чирков А.К. О возможности радиальной томографии в методе ЯМКУ/ Радиоспектроскопия.- Пермь: Пермский ун-т, 1993.-Вып.21,- С. 184-187

2. Sapunov V., Gavrilin A., Denisov A. et. all. Electron-nuclear Overhauser effect in low magnetic field and applications - investigation of relaxation canals; sensors of magnetic fields// Dynamical concepts in NMR: nuts and bolts approach to modern NMR: Book of abstracts.- Portoroz, Slovenia, 1996.- P.32

3. Sapunov V., Denisov A., Kiselev S. et. all. Ground non-destructive evaluation of oil and gas pipelines by proton geomagnetometry// E'NDE '97 WORKSHOP DIGEST: Book of abstracts.- Reggio Calabria, Italy, 1997,- P.28-29

4. Dekusar O., Denisov A., Sapunov V., Savel'ev D. The NMR development of weak magnetic field: high-precision measurement of magnetic field induction by free precession// Joint 29_th AMPERE-13_th ISMAR international conference: Book of abstracts.- Berlin, Germany, 1998.-V.I.- P.540-541

5. Денисов А.Ю., Сапунов В А., Дикусар O.B., Савельев Д.В. Процессорная обработка в протонных прецессионных магнитометрах// Современные методы и средства океанологических исследований. Тез. докл. IV Международной науч.-тех. конф.- Москва, 1998.- С.64

6. Денисов А.Ю., Сапунов В.А. Особенности использования цифровых методов обработки данных в протонных магннитометрах// Физические свойства материалов и методы их исследования,- Екатеринбург: УрГПУ, 1998,- С.35-41

7. Дикусар О.В., Денисов А.Ю., Сапунов В.А. Оптимизация работы протонных и Оверхаузеровских прецессионных магнитометров различного назначения// Современные методы и средства океанологических исследований. Тез. докл. IV Международной науч.-тех. конф.- Москва, 1998.- С.бб

8. Денисов А.Ю., Дикусар О.В., Сапунов В.А. Оптимальные режимы работы ядерно-прецессионных магнитометров// Физические свойства материалов и методы их исследования.- Екатеринбург: УрГПУ, 1998.- С.23-29

9. Sapunov V., Sabanin A., Denisov A. et. all. Field-cycling dynamic nuclear polarisation and relaxometry in low magnetic fields: techniques and applications// Field cycling NMR relaxometry symposium: Book of abstracts.- Berlin, Germany, 1998.- P.82-83

10. Сапунов B.A., Денисов А.Ю., Савельев Д.В. и др. Современные оверхаузеровские магнитометры// Современные методы и средства океанологических исследований. Тез. докл. IV Международной науч.-тех. конф - Москва, 1998,- С. 117

11. Некрасов И.А., Денисов А.Ю., Киселев С.Е. и др. Определение местонахождения сварных швов трубопроводов при помощи протонного магнитометра// Дефектоскопия - 1998,- №3.- С.45-50

12. Савельев Д.В., Сапунов В.А, Денисов А.Ю. Унифицированный контроллер протонного магнитометра POS-1// Современные методы и средства океанологических исследований. Тез. докл. IV Международной науч.-тех. конф.- Москва, 1998.- С.116

13. Sapunov V., Saveliev D., Kiselev S., Denisov A., Dekusar O. Absolute proton Overhauser magnetometers: designs and properties //TUGG99: Book of abstracts - Bermingham, UK, 1999,- V.B.- P.91

14. Сапунов B.A., Филатов А.И., Денисов А.Ю., Дикусар О.В. FC-NMR датчики в диапазоне геомагнитных полей. Точные расчеты. Оптимизация и некоторые применения// Проблемы спектроскопии и спектрометрии,- Екатеринбург: УГТУ, 1999,- Вып.З.- С.83-88

15. Sabanin A., Sapunov V., Denisov A. The monitoring of ground humidity by methods NMR of the earth's field// IUGG99: Book of abstracts.- Bermingham, UK, 1999.- V.B.- P.33

16. Сапунов B.A., Филатов А.И., Денисов А.Ю и др. Некоторые применения ЯМР-спектроскопии слабого магнтного поля// Проблемы спектроскопии и спектрометрии,-Екатеринбург: УГТУ, 1999.- Вып.2,-С.42-45

17. Sapunov V., Saveliev D., Denisov A. et. all. New processor Overhauser sensors intended for observatories and fieldwork// IUGG99: Book of abstracts.- Bermingham, UK, 1999 - VA.- P.385

18. Киселев C.E., Сапунов B.A., Некрасов И.А., Денисов А.Ю., Савельев Д.В. Применение метода протонной магниторазведки для исследования магистральных газопроводов// Международный семинар им. Д.Г. Успенского (26 сессия): Тез. докл,-Екатеринбург, 1999.-С.127-128

19. Денисов А.Ю., Сапунов В.А., Дикусар О.В. Оценка качества измерения ядерно-прецессионных магнитометров// Проблемы спектроскопии и спектрометрии.-Екатеринбург: УГТУ, 1999.- Вып.2.- С.67-69

20. Dekusar О., Denisov A., Sapunov V. et. all. Control methods for geomagnetic field measurements based on proton precession signal processing //IUGG99: Book of abstracts.-Bermingham, UK, 1999.- V.A.- P.383

21. Сапунов B.A., Филатов А.И., Савельев Д.В., Денисов А.Ю. Развитие геофизической аппаратуры и методов на основе эффекта Оверхаузера и протонного магнитного резонанса// Международный семинар им. Д.Г. Успенского (26 сессия): Тез. докл.-Екатеринбург, 1999.- С.201-203

22. Денисов А.Ю., Дикусар О.В., Сапунов В.А. Погрешность квантования в определении периода по переходам сигнала через нулевой уровень// Проблемы спектроскопии и спектрометрии,- Екатеринбург: УГТУ, 1999.- Вып.З,- С.67-69

23. Денисов А.Ю., Сапунов В.А., Дикусар О.В. Расчет погрешности измерения ядерно-прецессионного магнитометра// Геомагнетизм и аэрономия.- 1999.- Т.39, №6.- С.68-73