CN103185871B - 一种单方向测量船舶感应磁场垂直分量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明所设计的一种单方向测量船舶感应磁场垂直分量的方法，该方法在船舶周围绕制地磁模拟线圈，对线圈通电模拟产生不同的地磁场，利用不同地磁场对船舶磁化产生的磁场来分解其感应磁场的垂直分量。本发明采用地磁模拟线圈模拟产生地磁场的方法来实现单方向测量船舶感应磁场的垂直分量，解决了现有测量船舶感应磁场垂直分量方法中需要调转方向及转移位置的问题，具有测量效率高、分解速度快、节省人力物力的优点。

Description

一种单方向测量船舶感应磁场垂直分量的方法

技术领域

本发明涉及消磁技术领域，具体地指一种单方向测量船舶感应磁场垂直分量的方法。

技术背景

船舶等铁磁物体在地球磁场作用下，会产生感应磁性，进而在铁磁物体周围产生感应磁场，感应磁场是一种随外界磁场（主要是地球磁场）变化的磁场，它与铁磁物体实时的位置、方向、姿态等因素有关，因而是一种瞬时效应磁场。铁磁物体感应磁性的大小与下列因素有关：

1）铁磁物体所在位置地磁场的大小；

2）铁磁物体的方向、姿态等；

3）铁磁物体建造时所用钢材的磁性能；

4）铁磁物体形状、尺寸及结构。

同一类型的铁磁物体如果建造的材料相同，结构相同，则其感应磁性应该是相同的。

对铁磁物体进行退磁时，需要准确测量其感应磁场的垂直分量，从而可以对其进行退磁处理。

一般情况下，铁磁物体水平感应磁场的垂直分量用磁东、磁西或磁南、磁北两个相差180°方向的同一点磁场测量数据进行分解；垂直感应磁场的垂直分量用铁磁物体在不同地区的磁场测量数据进行分解。

这种感应磁场分解方法对于小型铁磁物体是很容易实现的，但是，对于船舶等大型铁磁物体，对其进行调转方向需要浪费大量的人力物力，非常不方便；而对于垂直感应磁场垂直分量的测量，又需要将被测量目标转移到另外一个地区进行测量，这样更加不方便。因此，实现单方向测量铁磁物体感应磁场的垂直分量非常重要，具有非常重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的就是要提供一种单方向测量船舶感应磁场垂直分量的方法，该方法解决了现有测量铁磁物体感应磁场垂直分量方法中需要调转被测船舶方向的问题，能适用于船舶等大型铁磁物体的垂直感应磁场垂直分量的测量。

为实现此目的，本发明所设计的单方向测量船舶感应磁场垂直分量的方法，其特征在于，它包括如下步骤：

步骤1）：在待测船体进入测试场之前，通过磁传感器测量地磁场的垂直分量Z_D1；

步骤2）：根据船体的设计尺寸，绕制能罩住船首至船尾的多匝纵向地磁模拟线圈，所述纵向地磁模拟线圈的内圈能包裹住船体横向外轮廓；绕制能罩住船体左舷和右舷的两个横向地磁模拟线圈；绕制能罩住船底的垂向地磁模拟线圈；

步骤3）：只对纵向地磁模拟线圈通电，使纵向地磁模拟线圈中心产生均匀的纵向模拟地磁场，线圈中心磁场变化的数值为线圈未通电时地磁场水平分量数值的2倍，此时通过磁传感器测量纵向地磁模拟线圈中心处含地磁场的磁场垂直分量，记为Z_D2；

步骤4）：只对上述绕制的能罩住船体左舷和右舷的两个横向地磁模拟线圈通电，使两个横向地磁模拟线圈产生均匀的横向模拟地磁场，两个横向地磁模拟线圈中心磁场变化的数值为两个横向地磁模拟线圈未通电时地磁场水平分量数值的2倍，此时通过磁传感器测量两个横向地磁模拟线圈中心处含地磁场的磁场垂直分量，记为Z_D3；

步骤5）：只对上述绕制的能罩住船底的垂向地磁模拟线圈通电，使垂向地磁模拟线圈产生均匀的垂向模拟地磁场，垂向地磁模拟线圈中心磁场变化的数值为垂向地磁模拟线圈未通电时地磁场垂直分量数值的2倍，此时通过磁传感器测量垂向地磁模拟线圈中心处含地磁场的磁场垂直分量，记为Z_D4；

步骤6）：断开上述纵向地磁模拟线圈、垂向地磁模拟线圈和两个横向地磁模拟线圈的电源，然后将船体带入测试场，并将船体送入上述纵向地磁模拟线圈、垂向地磁模拟线圈和两个横向地磁模拟线圈围绕的区域内，通过磁传感器测量船体产生的磁场与地磁场垂直分量之和，记为Z₁；

步骤7）：只对纵向地磁模拟线圈通电且产生2倍地磁场水平分量，然后通过磁传感器测量被测船体的磁场、纵向地磁模拟线圈磁场和地磁场垂向分量之和，记为Z₂；

步骤8）：根据如下公式得出纵向感应磁场的垂直分量Z_ix；

$Z_{\mathrm{ix}}=\frac{((Z_1-Z_{D1})-(Z_2-Z_{D2}))}{2}---\left(1\right)$

这样即完成了待测船体的纵向感应磁场垂直分量的测量；

步骤9）：只对能罩住船体左舷和右舷的两个横向地磁模拟线圈通电且产生2倍地磁场水平分量，然后通过磁传感器测量被测船体的磁场、两个横向地磁模拟线圈产生的磁场和地磁场垂直分量之和，记为Z₃；

步骤10）根据如下公式得出横向感应磁场的垂直分量Z_iy；

$Z_{\mathrm{iy}}=\frac{((Z_1-Z_{D1})-(Z_3-Z_{D3}3))}{2}---\left(2\right)$

这样即完成了待测船体的横向感应磁场垂直分量的测量；

步骤11）：只对能罩住船底的垂向地磁模拟线圈通电且产生2倍地磁场垂直分量，然后通过磁传感器测量被测船体的磁场、垂向地磁模拟线圈产生的磁场以及地磁场垂直分量之和，记为Z₄；

步骤12）：根据如下公式得出垂向感应磁场的垂直分量Z_iz；

$Z_{\mathrm{iz}}=\frac{((Z_1-Z_{D1})-(Z_4-Z_{D4}))}{2}---\left(3\right)$

这样即完成了待测船体的垂向感应磁场的垂直分量测量。

所述纵向地磁模拟线圈为螺线管线圈。

所述能罩住船底的垂向地磁模拟线圈和能罩住船体左舷和右舷的两个横向地磁模拟线圈均为矩形地磁模拟线圈。

本发明采用地磁模拟线圈模拟产生地磁场的方法来实现单方向测量船舶感应磁场的垂直分量，解决了现有测量船舶感应磁场垂直分量方法中需要调转方向及转移位置的问题，具有测量效率高、分解速度快、节省人力物力的优点。

附图说明

图1为本发明中纵向地磁模拟线圈示意图；

图2为本发明中横向地磁模拟线圈示意图；

图3为本发明中横向地磁模拟线圈横剖示意图；

图4为本发明中垂直地磁模拟线圈示意图；

图5为本发明中垂直地磁模拟线圈横剖示意图；

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：

众所周知，地磁场对铁磁物体的磁化使其具有三个方向的磁性：垂直磁性、纵向磁性、横向磁性。铁磁物体的磁性可以看成是由固定磁性和感应磁性两个部分合成的，其中固定磁性在一定条件下、一定时间内可视作固定不变，与地磁场变化无关；感应磁性随地磁场成比例地变化。由于铁磁物体的磁场是一个矢量场，为了分析方便，一般将每种磁场又分解成三个方向的分量，即垂直分量、纵向分量、横向分量。

对于铁磁物体感应磁场的垂直分量，一般有纵向感应磁场的垂直分量、横向感应磁场的垂直分量和垂向感应磁场的垂直分量三种，利用以下方法可以实现在不调转被测船舶方向的情况下完成船舶纵向感应磁场的垂直分量、横向感应磁场的垂直分量和垂向感应磁场的垂直分量的测量。

一种单方向测量船舶感应磁场垂直分量的方法，其特征在于，它包括如下步骤：

步骤1）：在待测船体进入测试场之前，通过磁传感器测量地磁场的垂直分量Z_D1；

步骤2）：根据船体的设计尺寸，绕制能罩住船首至船尾的多匝纵向地磁模拟线圈（如图1所示），所述纵向地磁模拟线圈的内圈能包裹住船体横向外轮廓；绕制能罩住船体左舷和右舷的两个横向地磁模拟线圈（如图2和图3所示）；绕制能罩住船底的垂向地磁模拟线圈（如图4和图5所示）；

步骤3）：只对纵向地磁模拟线圈通电，使纵向地磁模拟线圈中心产生均匀的纵向模拟地磁场，线圈中心磁场变化的数值为线圈未通电时地磁场水平分量数值的2倍，此时通过磁传感器测量纵向地磁模拟线圈中心处含地磁场的磁场垂直分量，记为Z_D2；

步骤4）：只对上述绕制的能罩住船体左舷和右舷的两个横向地磁模拟线圈通电，使两个横向地磁模拟线圈产生均匀的横向模拟地磁场，两个横向地磁模拟线圈中心磁场变化的数值为两个横向地磁模拟线圈未通电时地磁场水平分量数值的2倍，此时通过磁传感器测量两个横向地磁模拟线圈中心处含地磁场的磁场垂直分量，记为Z_D3；

步骤5）：只对上述绕制的能罩住船底的垂向地磁模拟线圈通电，使垂向地磁模拟线圈产生均匀的垂向模拟地磁场，垂向地磁模拟线圈中心磁场变化的数值为垂向地磁模拟线圈未通电时地磁场垂直分量数值的2倍，此时通过磁传感器测量垂向地磁模拟线圈中心处含地磁场的磁场垂直分量，记为Z_D4；

步骤6）：断开上述纵向地磁模拟线圈、垂向地磁模拟线圈和两个横向地磁模拟线圈的电源，然后将船体带入测试场，并将船体送入上述纵向地磁模拟线圈、垂向地磁模拟线圈和两个横向地磁模拟线圈围绕的区域内，通过磁传感器测量船体产生的磁场与地磁场垂直分量之和，记为Z₁；

步骤7）：只对纵向地磁模拟线圈通电且产生2倍地磁场水平分量，然后通过磁传感器测量被测船体的磁场、纵向地磁模拟线圈磁场和地磁场垂向分量之和，记为Z₂；

步骤8）：根据如下公式得出纵向感应磁场的垂直分量Z_ix；

$Z_{\mathrm{ix}}=\frac{((Z_1-Z_{D1})-(Z_2-Z_{D2}))}{2}---\left(1\right)$

这样即完成了待测船体的纵向感应磁场垂直分量的测量；

步骤9）：只对能罩住船体左舷和右舷的两个横向地磁模拟线圈通电且产生2倍地磁场水平分量，然后通过磁传感器测量被测船体的磁场、两个横向地磁模拟线圈产生的磁场和地磁场垂直分量之和，记为Z₃；

步骤10）根据如下公式得出横向感应磁场的垂直分量Z_iy；

$Z_{\mathrm{iy}}=\frac{((Z_1-Z_{D1})-(Z_3-Z_{D3}))}{2}---\left(2\right)$

这样即完成了待测船体的横向感应磁场垂直分量的测量；

步骤11）：只对能罩住船底的垂向地磁模拟线圈通电且产生2倍地磁场垂直分量，然后通过磁传感器测量被测船体的磁场、垂向地磁模拟线圈产生的磁场以及地磁场垂直分量之和，记为Z₄；

步骤12）：根据如下公式得出垂向感应磁场的垂直分量Z_iz；

$Z_{\mathrm{iz}}=\frac{((Z_1-Z_{D1})-(Z_4-Z_{D4}))}{2}---\left(3\right)$

这样即完成了待测船体的垂向感应磁场的垂直分量测量。

上述技术方案中，所述纵向地磁模拟线圈为螺线管线圈。

上述技术方案中，所述能罩住船底的垂向地磁模拟线圈和能罩住船体左舷和右舷的两个横向地磁模拟线圈均为矩形地磁模拟线圈。

上述技术方案中，对于Z_ix的求取，采用图1所示的纵向地磁模拟线圈，对线圈进行通电，使线圈中心产生均匀的纵向磁场，线圈中心磁场纵向分量变化的数值为线圈未通电时地磁场水平分量数值的2倍，这样，可以直接利用公式（1）求取该铁磁物体的感应磁场垂直分量Z_ix。

上述技术方案中，对于Z_iy的求取，采用图2和图3所示的横向地磁模拟线圈，对线圈进行通电，使线圈中心产生均匀的横向磁场，线圈中心磁场横向分量变化的数值为线圈未通电时地磁场水平分量数值的2倍。这样，可以直接利用公式（2）求取该铁磁物体的感应磁场垂直分量Z_iy。

上述技术方法中，对于Z_iz的求取，可采用图4和图5所示的垂直地磁模拟线圈，对线圈进行通电，使线圈中心产生均匀的垂直磁场，线圈中心磁场垂直分量变化的数值为线圈未通电时地磁场垂直分量数值的2倍。这样，可以直接利用公式（3）求取该铁磁物体的感应磁场垂直分量Z_iz。

本发明通过上述方法在船舶周围绕制地磁模拟线圈，对线圈通电模拟产生不同的地磁场，利用不同地磁场对船舶磁化产生的磁场来分解其感应磁场的垂直分量。

本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (1)

1.一种单方向测量船舶感应磁场垂直分量的方法，其特征在于，它包括如下步骤：

步骤1)：在待测船体进入测试场之前，通过磁传感器测量地磁场的垂直分量Z_D1；

步骤2)：根据船体的设计尺寸，绕制能罩住船首至船尾的多匝纵向地磁模拟线圈，所述纵向地磁模拟线圈的内圈能包裹住船体横向外轮廓；绕制能罩住船体左舷和右舷的两个横向地磁模拟线圈；绕制能罩住船底的垂向地磁模拟线圈；

步骤3)：只对纵向地磁模拟线圈通电，使纵向地磁模拟线圈中心产生均匀的纵向模拟地磁场，线圈中心磁场变化的数值为线圈未通电时地磁场水平分量数值的2倍，此时通过磁传感器测量纵向地磁模拟线圈中心处含地磁场的磁场垂直分量，记为Z_D2；

步骤4)：只对上述绕制的能罩住船体左舷和右舷的两个横向地磁模拟线圈通电，使两个横向地磁模拟线圈产生均匀的横向模拟地磁场，两个横向地磁模拟线圈中心磁场变化的数值为两个横向地磁模拟线圈未通电时地磁场水平分量数值的2倍，此时通过磁传感器测量两个横向地磁模拟线圈中心处含地磁场的磁场垂直分量，记为Z_D3；

步骤5)：只对上述绕制的能罩住船底的垂向地磁模拟线圈通电，使垂向地磁模拟线圈产生均匀的垂向模拟地磁场，垂向地磁模拟线圈中心磁场变化的数值为垂向地磁模拟线圈未通电时地磁场垂直分量数值的2倍，此时通过磁传感器测量垂向地磁模拟线圈中心处含地磁场的磁场垂直分量，记为Z_D4；

步骤6)：断开上述纵向地磁模拟线圈、垂向地磁模拟线圈和两个横向地磁模拟线圈的电源，然后将船体带入测试场，并将船体送入上述纵向地磁模拟线圈、垂向地磁模拟线圈和两个横向地磁模拟线圈围绕的区域内，通过磁传感器测量船体产生的磁场与地磁场垂直分量之和，记为Z₁；

步骤7)：只对纵向地磁模拟线圈通电且产生2倍地磁场水平分量，然后通过磁传感器测量被测船体的磁场、纵向地磁模拟线圈磁场和地磁场垂向分量之和，记为Z₂；

步骤8)：根据如下公式得出纵向感应磁场的垂直分量Z_ix；

$Z_{\mathrm{ix}}=\frac{((Z_1-Z_{D1})-(Z_2-Z_{D2}))}{2}---\left(1\right)$

这样即完成了待测船体的纵向感应磁场垂直分量的测量；

步骤9)：只对能罩住船体左舷和右舷的两个横向地磁模拟线圈通电且产生2倍地磁场水平分量，然后通过磁传感器测量被测船体的磁场、两个横向地磁模拟线圈产生的磁场和地磁场垂直分量之和，记为Z₃；

步骤10)根据如下公式得出横向感应磁场的垂直分量Z_iy；

$Z_{\mathrm{iy}}=\frac{((Z_1-Z_{D1})-(Z_3-Z_{D3}))}{2}---\left(2\right)$

这样即完成了待测船体的横向感应磁场垂直分量的测量；

步骤11)：只对能罩住船底的垂向地磁模拟线圈通电且产生2倍地磁场垂直分量，然后通过磁传感器测量被测船体的磁场、垂向地磁模拟线圈产生的磁场以及地磁场垂直分量之和，记为Z₄；

步骤12)：根据如下公式得出垂向感应磁场的垂直分量Z_iz；

$Z_{\mathrm{iz}}=\frac{((Z_1-Z_{D1})-(Z_4-Z_{d4}))}{2}---\left(3\right)$

这样即完成了待测船体的垂向感应磁场的垂直分量测量；

所述纵向地磁模拟线圈为螺线管线圈；

所述能罩住船底的垂向地磁模拟线圈和能罩住船体左舷和右舷的两个横向地磁模拟线圈均为矩形地磁模拟线圈。