[實用新型]磁偏角補償測量裝置

無效

• 申請號: 01240117.X
• 申請日: 2001-05-22
• 公開（公告）號: CN2476826Y
• 公開（公告）日: 2002-02-13
• 發明（設計）人: 印開山
• 申請（專利權）人: 中國地震局地震研究所
• 主分類號: G01V3/40
• 分類號: G01V3/40
• 代理公司: 武漢科宏專利事務所
• 代理人: 黃瑞棠

本實用新型涉及一種磁偏角的測量裝置，尤其涉及一種磁偏角的補償測量裝置。

地球磁場(簡稱地磁)的存在是人類較早發現的地球物理現象之一，早在公元前幾個世紀，我們的祖先就已經發現了地磁現象，并于公元八世紀在航海中利用了羅盤。地磁資料在導航、勘探、地球科學研究領域得到了廣泛的應用，因此倍受關注。為了觀測地球基本磁場的變化，全球有上百個地磁觀測臺站在日夜不停地運轉。

地磁(F)是一個矢量場，如圖1(地磁矢量圖)所示。確定某一觀測點的地磁場需要用三個彼此獨立的分量來描述。這些獨立的分量稱為地磁要素。常用的可供選擇的地磁要素有F(地磁總強度，即地磁向量的模)，X、Y、Z(地磁向北、向東、向下的三個分量)，H(地磁水平分量，即地磁在水平面上的投影，其方向為磁子午線方向)，D(地磁偏角，地理北與磁子午線間的夾角)和I(地磁傾角，即地磁場對水平面的傾角)。這些要素可以有多種方式的組合，如X、Y、Z；H、D、Z；F、D、I等，已知其中獨立的三個，其它要素就可以計算出來。

目前，國內外采用的磁偏角測量方法及其儀器有：

①磁力測量法。用無扭力吊絲懸掛磁針，當磁針停止時，磁針軸線方向即磁偏角方向。如英國的COOKE磁經緯儀，中國的CJ6磁經緯儀。

②感應測量法。利用電磁感應原理，使線圈在磁場中運動，當線圈平面軸線與磁場平行時，因為不切割磁力線則無感應電流，此軸線方向即為磁場方向。如日本的G·S·I一等磁力儀。

③磁通門測量法。利用磁通門探頭有良好的方向性特點，如：加拿大EDA公司的DIM-100、英國BARTINGTON公司的MAG-01H和中國科學院地球物理所的DI儀。

④矢量測量法。利用線圈產生磁場抵消Z分量，再在水平面內產生兩個方向相反的磁場，與地磁水平強度分別進行矢量相加測量。按一定的幾何關系計算磁偏角。如國外有幾個國家、國內有中國科學院地球物理所和江蘇省地震局使用了此方法。

由于①②③三種方法是人工手動操作，難于實現自動化觀測。第④種方法雖然可以自動連續測量磁偏角，但造價高，無法實時測量，磁擾時誤差大。

本實用新型的目的就在于克服上述測量法及其裝置存在的缺點和不足。而提出一種磁偏角補償測量法及其裝置，從根本上(原理上)解決了磁偏角連續絕對觀測的困難。

本磁偏角補償測量法是這樣實現的，如圖2(補償法原理圖)所示，即利用一個水平線圈產生磁場Z′，基本完全補償地磁垂直分量強度Z；用另一個垂直線圈產生水平磁場H_W，其軸向偏移H的角度為90°+β，可基本完全補償H分量在線圈軸線上的投影分量H_W′，這時用補償法可以較精確地測定H_D，只要H_W是水平的，并且它與地理北之間的夾角α是已知的，就可以算出磁偏角D：

D＝β-α＝COS^-1H_D/H-α

α測量有兩種方法，一種是傳統的比測法，另一種要求線圈及度盤進行精密加工，并配上望遠鏡系統和D標定管，自行標定，直接測定α角度。

本補償法和國內外通用的矢量法相比，其優點在于：

①補償法可以同時測量地磁要素的三個分量F、H、D，無時間差；而矢量法則必須在磁偏角線圈中前后分別加上正反兩個方向的附加磁場電流并作兩次測量，才能與水平磁場強度一同作磁偏角計算，實現磁偏角的測量，這樣在磁擾時會帶來較大的誤差，這一致命的弱點限制了它的應用。

②利用補償法測量磁偏角，偏角測值是偏角補償場的最小值點，類同于測量水平或垂直強度。因極值點附近的磁場梯度較小，而矢量法是對偏角附加磁場進行矢量相加，其測值點附近的磁場梯度較大，所以對于同樣的測量強度儀器，補償法可以取得更好的觀測資料。

③在磁靜時，為獲得同樣的磁偏角測量精度，矢量法需要萬分之一的恒流源穩定度，而補償法只需要千分之三的穩定度，造價大大節省。

④補償法的偏角計算公式：

D＝β-α＝COS^-1H_D/H-α(1)

國際通用的矢量法計算公式：

D＝D₀+θ＝D₀+SIN^-1[(R₊^2-R_-²)/4HC](2)