[發明專利]差分梯度測量磁力計、系統及其使用方法

無效

• 申請號: 200980139386.1
• 申請日: 2009-08-05
• 公開（公告）號: CN102171588A
• 公開（公告）日: 2011-08-31
• 發明（設計）人: W·A·梅
• 申請（專利權）人: MR技術公司
• 主分類號: G01V3/40
• 分類號: G01V3/40;G01R33/022;G01R33/02;G01V3/00
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 王茂華

相關申請

本申請要求于2008年8月5日提交的美國臨時專利申請號61/086,207的優先權。

技術領域

本發明的實施方式涉及用于通過感測磁場中斷來定位期望物體的裝置和系統以及使用該裝置的方法。

背景技術

使用磁力測定搜尋和發現物品具有很長的歷史，特別是在物品埋藏于地下或者淹沒于水下的情況下。通過磁力測定來調查的項目類型眾多且各不相同，諸如作為示例但無疑并非限定的未爆彈藥(UXO)、地雷和水雷、潛水艇、簡易爆炸裝置(IED)、考古領域的物品、與石油或礦物勘探有關的地球物理學特征等等。搜尋、檢測和定位物體必定需要對某些探區的勘測。傳統的磁力計和磁力計系統通過如下方式來實現這種勘測，即，隨著儀器和/或傳感器沿著多條路徑(通常是形成蛇形線的一系列平行線)移動來采樣磁場測量。這些采樣數據在時域中、連續地、逐個數據點地被記入日志或以其他方式記錄。在某些情況下，儀器或傳感器的地點或位置被與采樣數據點相關地進行記錄，并且隨后用于制作勘測圖，即，空間域中的有用信息。因此，傳統的系統收集大量的數據集合，其需要計算機軟件操作以將時域數據變換為空間域中的有意義信息，即，勘測圖或坐標網格上的物體的位置。這總是成立的，不論例如標量、矢量、梯度或者梯度率變化通量密度等被測磁場參數如何，也無論磁力計使用的磁場傳感器如何，該磁力計例如，一軸、二軸或三軸矢量類型通量門，磁性二極管，霍爾效應，磁阻的、磁感應的或旋轉穿隧接面(spin?tunnel?junction)裝置，和/或由所謂的總磁場傳感器使用的磁場傳感器，該總磁場傳感器諸如質子銫(proton?cesium)或質子進動(Overhauser)裝置。

發明內容

在磁力測定領域，術語“磁力計”經常被可交換地用于表示整個系統或者單個磁場感測裝置。在指代單個裝置時，術語“磁力計”通常為標量裝置(總磁場)保留。然而，在研究文獻和產品手冊中存在反例。術語“傳感器”被排他地用于有關單個磁場感應裝置，通常是矢量類型傳感器。在本公開中，術語“磁力計”和“傳感器”可互換地用于表示矢量或標量裝置。在本公開中，術語“磁力計”還用于表示完整的系統。

檢測陣列架構和特定的數字信號處理技術代表DGM儀器的關鍵。該陣列是排布成線性幾何圖案的多個個體磁性傳感器或者完整的磁力計的網絡。例如，該陣列可以包括裝配在簡單的碳纖維管中的一系列均勻分隔的傳感器。陣列長度的實際上限和下限非常寬泛，從微米規模到千米規模的范圍。在一個實施方式中，DGM陣列所需要的個體傳感器的最小數目是3個。然而，上限僅僅受到工程考慮的限制。例如，1千米長的陣列可以使用1000個1米間隔的均勻分隔的傳感器。在陣列中可以使用任何類型或種類的磁性傳感器或計量器，上述類型或種類適合于應用或任務。在陣列中使用的傳感器或計量器的解析度可以是適合于磁力測定目標的任何值。

本發明的實施方式教導了一種設計和方法，由此當DGM陣列在物體之上、之下或旁邊移動時，在空間域中直接收集磁場信息。具有此能力是由于該陣列是多個磁場傳感器的線性排布，其橫跨磁場異常的兩側并且穿過它，由此同時測量背景地磁場以及圍繞物體的感應磁場。圍繞與應用的磁場相互作用的物體的感應磁場的大小可以由對其進行測量的儀器的解析度限定，或者由某些信噪比限制限定。DGM陣列長度可被設計為涵蓋圍繞大多數通常受磁力測定影響的物體的感應磁場。例如，具有1ηT(1豪微特斯拉(nanotesla)＝10^-9特斯拉(tesla)，通量密度單位)的解析度的3米長的陣列可以包圍圍繞手槍大小的任何物體的感應磁場。以0.5ηT的解析度運作的6米長的陣列將足夠用于任何地雷。

取決于本地磁場狀況，數字信號處理算法選擇陣列中的一個傳感器作為參照。從其余傳感器的輸出減去此參照傳感器的輸出，從而生成沿著陣列的長度規律分布的一系列差分測量。所有差分測量都在相同的時間點進行。由于感應磁場異常的物理特性對所有上述磁場都是公知的并且常見的，因此有關磁場異常的形狀、幅值和梯度的信息可以與陣列中的傳感器的位置進行相關。這提供了一種向操作者實時呈現信息的途徑，因為數據是在一個時間點在空間域中被直接收集的。以這種方法收集信息轉化為低計算需求。這里不像傳統的系統那樣需要計算機軟件數據重建。