CN109471184B - 一种基于分体式悬挂球形线圈的地磁测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于分体式悬挂球形线圈的地磁测量方法，步骤包括：安装测量系统；在未对补偿球形线圈进行供电的情况下，测试仪主机通过补偿球形线圈测得地磁总场；在对补偿球形线圈进行供电的情况下，记录测量值达到最低时为地磁水平分量；由测试仪主机对偏置球形线圈进行供电，偏置球形线圈在东西方向上施加偏置磁场，偏置磁场与地磁总场的合成磁场，计算可得相对磁偏角；利用地磁总场、地磁水平分量以及相对磁偏角计算地磁的其余参数。该地磁测量方法采用的分体式悬挂球形线圈结构十分简单，线圈内部产生磁场均匀度更高，线圈外磁场衰减更快，对外辐射小，能够有效提高采样频率。
Description
技术领域
本发明涉及一种地磁测量方法，尤其是一种基于分体式悬挂球形线圈的地磁测量方法。
背景技术
目前悬挂式球形线圈由两个相互正交的球形线圈组成，与质子磁力仪组合可以观测地磁场总场绝对值F、水平分量H和偏角D的相对值。但存在以下缺点：(1)由于将二个球形线圈组装为一体，并需要相互正交，组装和拆卸更复杂，安装调试、拆卸检修的难度大，一旦发生故障一般都需要厂家技术人员亲自完成，增加了运行维护成本；(2)两个球形线圈组装为一体，相互之间存在互感，影响观测精度；(3)线圈内部产生磁场均匀度较低；(4)线圈产生磁场对外辐射影响较大；(5)观测采样率较低，每分钟总场F和水平分量H仅可测量两次，偏角D为1次；(6)磁偏角的测量过程中偏置合成磁场是补偿磁场和偏置磁场及总场共同合成的，因而仪器在测量磁偏角工作中产生补偿磁场和偏置磁场应同时作用于探头区域，这样产生两组磁场的线圈就必须共同作用于同一个区域，两组线圈无法独立开来。
发明内容
本发明要解决的技术问题：现有的悬挂式球形线圈地磁测量方法组装和拆卸更复杂，安装调试、拆卸检修的难度大，线圈内部存在互感，产生磁场均匀度较低且对外辐射影响较大，采样率低且磁偏角测量必须依赖补偿磁场和偏置磁场及总场合成计算，方法繁琐。
技术方案：本发明所述的基于分体式悬挂球形线圈的地磁测量方法，包括如下步骤：
步骤1，安装测量系统，测量系统包括补偿球形线圈、偏置球形线圈、两组悬挂装置、两个测量探头以及测试仪主机，补偿球形线圈和偏置球形线圈通过两组悬挂装置分别独立悬挂安装，两个测量探头分别设置在补偿球形线圈和偏置球形线圈内，测试仪主机分别与两个测量探头、补偿球形线圈以及偏置球形线圈电连接；
步骤2，在未对补偿球形线圈进行供电的情况下，测试仪主机通过补偿球形线圈测得地磁总场F；
步骤3，在测试仪主机对补偿球形线圈进行供电的情况下，补偿球形线圈形成垂直磁场以抵消地磁垂直分量Z，并记录测量值达到最低时为地磁水平分量H；
步骤4，由测试仪主机对偏置球形线圈进行供电，偏置球形线圈在东西方向上施加偏置磁场C－和C+，偏置磁场与地磁总场F的合成偏置磁场为R－和R+，则有如下计算公式：
R+ 2＝F2+C2+2FCsinφ (1)
R－ 2＝F2+C2－2FCsinφ (2)
Fsinφ＝Hsinθ (3)
由式(1)、(2)和(3)计算可得相对磁偏角为：
式(4)中，偏置磁场C的大小为：
步骤5，利用地磁总场F、地磁水平分量H以及相对磁偏角θ计算地磁的其余参数。
进一步地，步骤1中，两组悬挂装置相距10米。
进一步地，步骤2中，地磁总场F的测量频率为4次/分钟。
进一步地，步骤3中，地磁水平分量H的测量频率为6次/分钟。
进一步地，两个测量探头分别位于补偿球形线圈以及偏置球形线圈的球心位置处。
进一步地，地磁的其余参数包括地磁场北向分量X、地磁场东向分量Y以及磁倾角I。
本发明与现有技术相比，其有益效果是：(1)相比于现有球形线圈测量方式，本发明采用的分体式悬挂球形线圈结构十分简单，线圈内部产生磁场均匀度更高，线圈外磁场衰减更快，对外辐射小；(2)相比于现有球形线圈一体式正交线圈，本发明采用的分体式悬挂球形线圈理论上相距10m能够保证不存在互感影响，从而便于提高采样频率；(3)相比于现有球形线圈测量方式，本发明每分钟内观测地磁总场F的次数将由原来的2次增加到4次，水平分量H由2次增加到6次，提高采样率；(4)相比于现有球形线圈磁偏角测量方式，本发明仅在东西方向上施加偏置磁场C－、C+，与地磁总场F合成，不对地磁场的垂直分量Z进行补偿，计算简单快捷且与传统方法计算结果一致。
附图说明
图1为本发明的方法流程图；
图2为本发明的系统架构图；
图3为本发明的计算模型图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
实施例1：
如图1-3所述，本发明所述的基于分体式悬挂球形线圈的地磁测量方法，包括如下步骤：
步骤1，安装测量系统，测量系统包括补偿球形线圈3、偏置球形线圈4、两组悬挂装置2、两个测量探头5以及测试仪主机1，补偿球形线圈3和偏置球形线圈4通过两组悬挂装置2分别独立悬挂安装，两个测量探头5分别设置在补偿球形线圈3和偏置球形线圈4内，测试仪主机1分别与两个测量探头5、补偿球形线圈3以及偏置球形线圈4电连接；
步骤2，在未对补偿球形线圈3进行供电的情况下，测试仪主机1通过补偿球形线圈3测得地磁总场F；
步骤3，在测试仪主机1对补偿球形线圈3进行供电的情况下，补偿球形线圈3形成垂直磁场以抵消地磁垂直分量Z，并记录测量值达到最低时为地磁水平分量H；
步骤4，由测试仪主机1对偏置球形线圈4进行供电，偏置球形线圈4在东西方向上施加偏置磁场C－和C+，偏置磁场与地磁总场F的合成偏置磁场为R－和R+，则有如下计算公式：
R+ 2＝F2+C2+2FCsinφ (1)
R－ 2＝F2+C2－2FCsinφ (2)
Fsinφ＝Hsinθ (3)
由式(1)、(2)和(3)计算可得相对磁偏角为：
式(4)中，偏置磁场C的大小为：
步骤5，再利用地磁总场F、地磁水平分量H以及相对磁偏角θ根据勾股定理计算地磁场北向分量X、地磁场东向分量Y以及磁倾角I，从而实现地磁测量。
其中，步骤1中，两组悬挂装置2相距10米；步骤2中，地磁总场F的测量频率为4次/分钟；步骤3中，地磁水平分量H的测量频率为6次/分钟；两个测量探头5分别位于补偿球形线圈3以及偏置球形线圈4的球心位置处。测试仪主机1每一次测量时间为7秒，除去探头冷却时间，一分钟内可以测量6次，因此分配测地磁总场F测量2次，地磁水平分量H测量2次，合成偏置磁场测量2次，由于是两个探头工作，分摊到每个探头上的时间减少。相比于现有的球形线圈测量方式，地磁总场F的测量频率提高至4次/分钟，地磁水平分量H的测量频率提高至6次/分钟。
如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。
Claims (5)
1.一种基于分体式悬挂球形线圈的地磁测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，安装测量系统，测量系统包括补偿球形线圈、偏置球形线圈、两组悬挂装置、两个测量探头以及测试仪主机，补偿球形线圈和偏置球形线圈通过两组悬挂装置分别独立悬挂安装，两个测量探头分别设置在补偿球形线圈和偏置球形线圈内，测试仪主机分别与两个测量探头、补偿球形线圈以及偏置球形线圈电连接；
步骤2，在未对补偿球形线圈进行供电的情况下，测试仪主机通过补偿球形线圈测得地磁总场F；
步骤3，在测试仪主机对补偿球形线圈进行供电的情况下，补偿球形线圈形成垂直磁场以抵消地磁垂直分量Z，并记录测量值达到最低时的值作为地磁水平分量H；
步骤4，由测试仪主机对偏置球形线圈进行供电，偏置球形线圈在东西方向上施加偏置磁场C－和C+，偏置磁场与地磁总场F的合成偏置磁场为R－和R+，则有如下计算公式：
R+ 2＝F2+C2+2FCsinφ (1)
R－ 2＝F2+C2－2FCsinφ (2)
Fsinφ＝Hsinθ (3)
由式(1)、(2)和(3)计算可得相对磁偏角θ为：
式(4)中，偏置磁场C的大小为：
步骤5，利用地磁总场F、地磁水平分量H以及相对磁偏角θ计算地磁的其余参数；
步骤1中，两组悬挂装置相距10米。
2.根据权利要求1所述的基于分体式悬挂球形线圈的地磁测量方法，其特征在于，步骤2中，地磁总场F的测量频率为4次/分钟。
3.根据权利要求1所述的基于分体式悬挂球形线圈的地磁测量方法，其特征在于，步骤3中，地磁水平分量H的测量频率为6次/分钟。
4.根据权利要求1所述的基于分体式悬挂球形线圈的地磁测量方法，其特征在于，两个测量探头分别位于补偿球形线圈以及偏置球形线圈的球心位置处。
5.根据权利要求1所述的基于分体式悬挂球形线圈的地磁测量方法，其特征在于，地磁的其余参数包括地磁场北向分量X、地磁场东向分量Y以及磁倾角I。
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