一種用球形偏置線圈測量地磁場矢量的裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種用球形偏置線圈測量地磁場矢量的裝置，包括三角架，三角架上安裝水平刻度盤，刻度盤上安裝轉(zhuǎn)筒，轉(zhuǎn)筒內(nèi)安裝固定柱，固定柱上安裝線圈座，線圈座上安裝兩個(gè)半軸支架，兩個(gè)半軸支架頂部安裝相應(yīng)的半軸，半軸通過連接板與垂直線圈骨架連接，垂直線圈骨架與水平線圈骨架連接，沿水平線圈骨架纏繞水平線圈，沿垂直線圈骨架纏繞垂直線圈，垂直線圈與水平線圈的幾何中心重合，垂直線圈和與水平線圈均通過導(dǎo)線與線圈激磁電源相連，在垂直線圈與水平線圈的幾何中心重合處安裝總場磁力儀探頭，總場磁力儀探頭通過導(dǎo)線與總場磁力儀連接。本發(fā)明能解決現(xiàn)有技術(shù)的不足。
【專利說明】一種用球形偏置線圈測量地磁場矢量的裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及地球物理地磁場精細(xì)測量【技術(shù)領(lǐng)域】，是一種用球形偏置線圈測量地磁 場矢量的裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 地磁矢量測量可有效減少地球物理勘查反演中的多解性，有助于對磁性體的定性 及定量解釋。目前，國內(nèi)外地球物理探礦工作者普遍使用的地磁野外測量儀器是普通質(zhì)子 磁力儀、光泵磁力儀或overhauser質(zhì)子磁力儀。這些磁力儀在野外使用方便，測量精度已 經(jīng)達(dá)到或優(yōu)于InT，可測量地磁總場強(qiáng)度標(biāo)量值，但是，總場磁力儀不能測量地磁場矢量， 在進(jìn)行地磁矢量野外測量時(shí)，只能使用精度較低、測量誤差達(dá)數(shù)1〇ηΤ的磁通門三分量磁力 儀，這種磁力儀不能滿足專業(yè)地球物理勘查工作的需要。目前市場銷售的加拿大CEM公司 didD矢量磁力儀代表了地磁矢量測量的國際先進(jìn)水平，采用的測量方法是：在高精度總場 磁力儀探頭上安裝兩組互相正交的線圈，正交線圈的軸線在水平面和子午面內(nèi)與地磁場矢 量F正交。首先記錄未加偏置電流時(shí)的全磁場T，然后向在子午面內(nèi)軸線垂直T的線圈，即 磁場傾角D線圈內(nèi)，依次輸入大小相等，方向相反的偏置電流，記錄這兩個(gè)偏置電流所產(chǎn)生 的偏轉(zhuǎn)磁場與地磁場的合成磁場，稱之為Ip和Im，同樣，再向在水平面內(nèi)軸線垂直T的線 圈，即磁偏角D線圈內(nèi)，依次輸入大小相等，方向相反的偏置電流，記錄這兩個(gè)偏置電流所 產(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)磁場與地磁場的合成磁場，稱為Dp和Dm,然后經(jīng)計(jì)算確定磁場T的傾角I和偏 角 D 的變化 dl 和 dD (http://www. gemsys. ca/products/vecrot-magneromerets/)· GME 公 司didD矢量磁力儀測量時(shí)無需對地磁分量做完全補(bǔ)償，設(shè)備比較輕便。但是需要將探頭上 的正交線圈軸線預(yù)先分別在水平面和子午面內(nèi)調(diào)整到與待測地磁場矢量T正交的方位，儀 器的安裝調(diào)整準(zhǔn)備工作復(fù)雜繁瑣，只能用于在地磁場傾角I和磁場偏角D已知的固定式地 震地磁觀測臺(tái)站，測量地磁傾角I和偏角D隨時(shí)間的偏移變化量。因此，現(xiàn)有的地磁矢量測 量設(shè)備和技術(shù)均不適合在野外找礦環(huán)境中進(jìn)行高精度測量。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是提供一種用球形偏置線圈測量地磁場矢量的裝置，它能解決現(xiàn)有 技術(shù)的不足。
[0004] 本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的，通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種用球形偏置線圈測量地磁 場矢量的裝置，包括三角架，三角架上安裝水平刻度盤，刻度盤上安裝轉(zhuǎn)筒，轉(zhuǎn)筒內(nèi)安裝固 定柱，固定柱上安裝線圈座，線圈座上安裝兩個(gè)半軸支架，兩個(gè)半軸支架頂部安裝相應(yīng)的半 軸，半軸通過連接板與垂直線圈骨架連接，垂直線圈骨架與水平線圈骨架連接，沿水平線圈 骨架纏繞水平線圈，沿垂直線圈骨架纏繞垂直線圈，垂直線圈與水平線圈的幾何中心重合， 垂直線圈和與水平線圈均通過導(dǎo)線與線圈激磁電源相連，在垂直線圈與水平線圈的幾何中 心重合處安裝總場磁力儀探頭，總場磁力儀探頭通過導(dǎo)線與總場磁力儀連接；所述垂直線 圈為垂直多圓環(huán)線圈，垂直多圓環(huán)線圈由至少3個(gè)圓環(huán)線圈縱向共軸依次排列構(gòu)成，中間 的圓環(huán)線圈直徑大于其它兩端的圓環(huán)線圈的直徑，從中間圓環(huán)線圈到兩端的圓環(huán)線圈的直 徑依次縮小，各圓環(huán)線圈的間距相等，中間圓環(huán)線圈的兩側(cè)圓環(huán)線圈對稱分布；所述水平線 圈為水平多圓環(huán)線圈，水平多圓環(huán)線圈由至少3個(gè)圓環(huán)線圈縱向共軸依次排列構(gòu)成，中間 的圓環(huán)線圈直徑大于其它兩端的圓環(huán)線圈的直徑，從中間圓環(huán)線圈到兩端的圓環(huán)線圈的直 徑依次縮小，各圓環(huán)線圈的間距相等，中間圓環(huán)線圈的兩側(cè)圓環(huán)線圈對稱分布。水平線圈骨 架上安裝支撐板，支撐板上安裝相互正交的第一玻璃長水準(zhǔn)泡和第二玻璃長水準(zhǔn)泡，第一 玻璃長水準(zhǔn)泡和第二玻璃長水準(zhǔn)泡的水平面與垂直線圈平面平行。水平刻度盤的上端、轉(zhuǎn) 筒外周安裝旋轉(zhuǎn)座，旋轉(zhuǎn)座上端面與線圈座連接，旋轉(zhuǎn)座的側(cè)面上安裝鎖緊螺栓。垂直線圈 骨架與水平線圈骨架正交安裝在線圈座的兩個(gè)半軸上，線圈骨架可繞水平半軸堅(jiān)向180° 轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈座可繞固定柱水平180°轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0005] 本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明的一種用球形偏置線圈測量地磁場矢量的裝置適用于 中高緯度地區(qū)地磁測量。用本發(fā)明所述的裝置測量地磁場矢量僅需將附加磁場線圈調(diào)整 到水平或垂直狀態(tài)，觀測前的準(zhǔn)備工作簡單，不僅可用于地球物理勘查的地磁場矢量野外 大面積快速測量、還可用于固定臺(tái)站定點(diǎn)觀測，提高測量效率；本發(fā)明的裝置僅需要提供短 時(shí)間內(nèi)數(shù)值相差一倍、方向與地磁場垂直分量相反的附加磁場，所需的附加磁場值不超過 2000 nT、不需對地磁垂直分量進(jìn)行精確補(bǔ)償，提供附加磁場的線圈電流不必大功率長時(shí)間 穩(wěn)流，線圈功耗低，裝置輕便，不僅適合于野外移動(dòng)測量，用于固定臺(tái)站觀測也可明顯降低 能耗。本發(fā)明所述的使用球形偏置線圈配合總場磁力儀，可在野外環(huán)境下快速測量地磁場 矢量的各個(gè)分量，包括垂直分量Ζ、水平分量Η、傾角I和偏角D，進(jìn)而可推算出任意方向的地 磁場分量，所得到的地磁場矢量參數(shù)多，在觀測前僅需對線圈作水平調(diào)整和方向調(diào)整，測量 前的準(zhǔn)備工作比較簡單，適用于地球物理勘查剖面工作中的精細(xì)測量。本發(fā)明使用時(shí)，可單 獨(dú)用一組垂直多圓環(huán)線圈配合總場磁力儀，可測量除地磁偏角D以外的其它地磁場分量， 包括垂直分量Ζ、水平分量Η和傾角I。在觀測前僅需對線圈作水平調(diào)整，適用于地球物理勘 查野外普查工作中的大面積快速測量。本發(fā)明所述的地磁場矢量測量的精度與配合使用的 總場磁力儀的精度正相關(guān)。若總場磁力儀使用測量精度達(dá)到〇. OlnT或更高的overhauser 質(zhì)子磁力儀或光泵磁力儀，將使本發(fā)明的地磁場矢量測量精度遠(yuǎn)優(yōu)于測量誤差達(dá)數(shù)1〇ηΤ 的磁通門三分量磁力儀。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0006] 附圖1是本發(fā)明一種用球形偏置線圈測量地磁場矢量的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；附圖2 是附圖1中I部放大結(jié)構(gòu)示意圖；附圖3是附圖1中Α向結(jié)構(gòu)示意圖；附圖4是垂直線圈和 水平線圈正交后形成球形偏置線圈的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖5是多環(huán)形線圈示意圖；附圖6是 本發(fā)明地磁場矢量測量原理圖；圖面為通過地磁場矢量T和垂直線圈軸線的垂直平面，Η為 水平分量，Ζ為垂直分量，1和21^為數(shù)值相差一倍、方向與地磁場垂直分量相反的垂向附 加磁場，Ζ - Tf為施加反向附加磁場后的合成磁場垂直分量，Ζ - 2Tf為施加2倍反向附加 磁場后的合成磁場垂直分量，T。為無附加磁場時(shí)觀測的正常地磁場，T_i和T_ 2數(shù)值為附加反 向垂向磁場和2倍反向垂向磁場后觀測的合成磁場，I為地磁傾角。
[0007] 附圖標(biāo)記：1三角架2固定板3水平刻度盤4調(diào)節(jié)螺栓5旋轉(zhuǎn)座6轉(zhuǎn)筒7固定 螺母8線圈座9固定柱10鎖緊螺栓11水平線圈骨架12垂直線圈架13探頭固定筒14 總場磁力儀探頭15連接桿16支撐板17瞄準(zhǔn)器18玻璃圓水準(zhǔn)泡19通孔20垂直線圈 21水平線圈22總場磁力儀23第一玻璃長水準(zhǔn)泡24第二玻璃長水準(zhǔn)泡25. 26半軸支架 27. 28連板29. 30半軸31水準(zhǔn)泡32電源K開關(guān)。
[0008] 本發(fā)明所述球形偏置線圈也可稱為改進(jìn)型亥姆霍茨線圈。

【具體實(shí)施方式】
[0009] 本發(fā)明所述的一種用球形偏置線圈測量地磁場矢量的裝置，包括三角架1，三角架 1上安裝水平刻度盤3,水平刻度盤3上安裝轉(zhuǎn)筒6,轉(zhuǎn)筒6內(nèi)安裝固定柱9,固定柱9上安 裝線圈座8,線圈座8上安裝兩個(gè)半軸支架，兩個(gè)半軸支架頂部安裝相應(yīng)的半軸，半軸通過 連接板與垂直線圈骨架12連接，垂直線圈骨架12與水平線圈骨架11連接，沿水平線圈骨 架11纏繞水平線圈21，沿垂直線圈骨架12纏繞垂直線圈20,垂直線圈20與水平線圈21 的幾何中心重合，垂直線圈20和與水平線圈21均通過導(dǎo)線與線圈激磁電源相連，在垂直線 圈與水平線圈的幾何中心重合處安裝總場磁力儀探頭14,總場磁力儀探頭14通過導(dǎo)線與 總場磁力儀22連接。水平刻度盤3的外圈上安裝玻璃圓水準(zhǔn)泡18。所述垂直線圈為垂直 多圓環(huán)線圈，垂直多圓環(huán)線圈由至少3個(gè)圓環(huán)線圈縱向共軸依次排列構(gòu)成，中間的圓環(huán)線 圈直徑大于其它兩端的圓環(huán)線圈的直徑，從中間圓環(huán)線圈到兩端的圓環(huán)線圈的直徑依次縮 小，各圓環(huán)線圈的間距相等，中間圓環(huán)線圈的兩側(cè)圓環(huán)線圈對稱分布；所述水平線圈為水平 多圓環(huán)線圈，水平多圓環(huán)線圈由至少3個(gè)圓環(huán)線圈縱向共軸依次排列構(gòu)成，中間的圓環(huán)線 圈直徑大于其它兩端的圓環(huán)線圈的直徑，從中間圓環(huán)線圈到兩端的圓環(huán)線圈的直徑依次縮 小，各圓環(huán)線圈的間距相等，中間圓環(huán)線圈的兩側(cè)圓環(huán)線圈對稱分布。
[0010] 本發(fā)明所述裝置優(yōu)選的方案是：水平線圈骨架11上安裝支撐板16,支撐板16上 安裝相互正交的第一玻璃長水準(zhǔn)泡23和第二玻璃長水準(zhǔn)泡24,第一玻璃長水準(zhǔn)泡23和第 二玻璃長水準(zhǔn)泡24的水平面與垂直線圈平面平行。水平刻度盤3的上端、轉(zhuǎn)筒6外周安裝 旋轉(zhuǎn)座5,旋轉(zhuǎn)座5上端面與線圈座8連接，旋轉(zhuǎn)座5的側(cè)面上安裝鎖緊螺栓10。垂直線圈 骨架12與水平線圈骨架11正交安裝在線圈座8的兩個(gè)半軸上，線圈骨架可繞水平半軸堅(jiān) 向180°轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈座8可繞固定柱9水平180°轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0011] 本發(fā)明所述的用球形偏置線圈測量地磁場矢量的裝置的測量方法，步驟如下： ① 在擬觀測位置安裝三角架，三角架上安裝水平刻度盤3,刻度盤3上安裝轉(zhuǎn)筒6,轉(zhuǎn)筒 6內(nèi)安裝固定柱9,固定柱9上安裝線圈座8,線圈座8上安裝兩個(gè)半軸支架，兩個(gè)半軸支架 頂部安裝相應(yīng)的半軸，半軸通過連接板與垂直線圈骨架12連接，垂直線圈骨架12與水平線 圈骨架11連接，沿水平線圈骨架11纏繞水平線圈21，沿垂直線圈骨架12纏繞垂直線圈20， 垂直線圈20與水平線圈21的幾何中心重合，垂直線圈20和與水平線圈21均通過導(dǎo)線與 線圈激磁電源相連，在線圈幾何中心重合處安裝總場磁力儀探頭14,總場磁力儀探頭14通 過導(dǎo)線與總場磁力儀22連接； ② 調(diào)整三角架使垂直線圈處在垂直狀態(tài)，水平線圈處在水平狀態(tài)，水平線圈方位角為 D0 ； ③ 調(diào)整激磁電源開關(guān)，使激磁電源對垂直線圈不加電，用總場磁力儀測量無附加磁場 的地磁場T。； ④ 調(diào)整激磁電源開關(guān)，使激磁電源對垂直線圈反向加電，電源強(qiáng)度為I，垂直線圈產(chǎn)生 垂直向上的磁場Tf，用總場磁力儀測量磁場1^與地磁場的合成磁場τ_1; ⑤ 調(diào)整激磁電源開關(guān)，使激磁電源對垂直線圈反向加電，電源強(qiáng)度為21，垂直線圈產(chǎn)生 垂直向上的磁場2Tf，用總場磁力儀測量磁場2T f與地磁場的合成磁場Τ_2，用計(jì) 算磁場垂直分量Ζ、水平分量Η和地磁傾角I，計(jì)算方法如下：

【權(quán)利要求】
1. 一種用球形偏置線圈測量地磁場矢量的裝置，其特征在于：包括三角架（1)，三角架 (I) 上安裝水平刻度盤（3)，刻度盤（3)上安裝轉(zhuǎn)筒（6)，轉(zhuǎn)筒（6)內(nèi)安裝固定柱（9)，固定 柱（9)上安裝線圈座（8)，線圈座（8)上安裝兩個(gè)半軸支架，兩個(gè)半軸支架頂部安裝相應(yīng) 的半軸，半軸通過連接板與垂直線圈骨架（12)連接，垂直線圈骨架（12)與水平線圈骨架 (II) 連接，沿水平線圈骨架（11)纏繞水平線圈（21)，沿垂直線圈骨架（12)纏繞垂直線圈 (20)，垂直線圈（20)與水平線圈（21)的幾何中心重合，垂直線圈（20)和與水平線圈（21) 均通過導(dǎo)線與線圈激磁電源相連，在垂直線圈與水平線圈的幾何中心重合處安裝總場磁力 儀探頭（14)，總場磁力儀探頭（14)通過導(dǎo)線與總場磁力儀（22)連接；所述垂直線圈為垂直 多圓環(huán)線圈，垂直多圓環(huán)線圈由至少3個(gè)圓環(huán)線圈縱向共軸依次排列構(gòu)成，中間的圓環(huán)線 圈直徑大于其它兩端的圓環(huán)線圈的直徑，從中間圓環(huán)線圈到兩端的圓環(huán)線圈的直徑依次縮 小，各圓環(huán)線圈的間距相等，中間圓環(huán)線圈的兩側(cè)圓環(huán)線圈對稱分布；所述水平線圈為水平 多圓環(huán)線圈，水平多圓環(huán)線圈由至少3個(gè)圓環(huán)線圈縱向共軸依次排列構(gòu)成，中間的圓環(huán)線 圈直徑大于其它兩端的圓環(huán)線圈的直徑，從中間圓環(huán)線圈到兩端的圓環(huán)線圈的直徑依次縮 小，各圓環(huán)線圈的間距相等，中間圓環(huán)線圈的兩側(cè)圓環(huán)線圈對稱分布。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用球形偏置線圈測量地磁場矢量的裝置，其特征在于： 水平線圈骨架（11)上安裝支撐板（16)，支撐板（16)上安裝相互正交的第一玻璃長水準(zhǔn)泡 (23)和第二玻璃長水準(zhǔn)泡（24)，第一玻璃長水準(zhǔn)泡（23)和第二玻璃長水準(zhǔn)泡（24)的水平 面與垂直線圈平面平行。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用球形偏置線圈測量地磁場矢量的裝置，其特征在于： 水平刻度盤（3)的上端、轉(zhuǎn)筒（6)外周安裝旋轉(zhuǎn)座（5)，旋轉(zhuǎn)座（5)上端面與線圈座（8)連 接，旋轉(zhuǎn)座（5)的側(cè)面上安裝鎖緊螺栓（10)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用球形偏置線圈測量地磁場矢量的裝置，其特征在于： 垂直線圈骨架（12)與水平線圈骨架（11)正交安裝在線圈座（8)的兩個(gè)半軸上，線圈骨架可 繞水平半軸堅(jiān)向180°轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈座（8)可繞固定柱（9)水平180°轉(zhuǎn)動(dòng)。
【文檔編號(hào)】G01V3/40GK104101908SQ201410343516
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年7月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月30日
【發(fā)明者】高建東, 杜利明, 劉勇, 楊昌彬, 韓云松, 高勇, 孫克勇, 韓進(jìn)國, 劉蕾, 趙序峰, 高升, 李中平, 王璐, 柯騫, 高嘉汕 申請人:高建東