[發(fā)明專利]一種高精度自動化絕對地磁觀測方法

有效

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• 申請日: 2017-07-19
• 公開（公告）號: CN107390277B
• 公開（公告）日: 2019-03-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張濤;張策;范曉勇;滕云田;吳瓊
• 申請（專利權(quán)）人: 中國地震局地球物理研究所
• 主分類號: G01V3/40
• 分類號: G01V3/40;G01C1/06
• 代理公司: 北京市盛峰律師事務(wù)所 11337
• 代理人: 席小東

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于地磁觀測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高精度自動化絕對地磁觀測方法。

背景技術(shù)

磁通門經(jīng)緯儀是用于測量絕對地磁參數(shù)的儀器，一般包括磁通門傳感器以及普通經(jīng)緯儀；普通經(jīng)緯儀配置有望遠鏡。磁通門傳感器固定在望遠鏡上，并且，磁通門傳感器的磁軸基本與望遠鏡光軸平行。磁通門經(jīng)緯儀可測量到地磁偏角D和地磁傾角I。以地磁偏角D的測量為例，其測量原理為：首先手動轉(zhuǎn)動望遠鏡，并依靠肉眼觀察，使望遠鏡對準標志物，此時通過經(jīng)緯儀刻度得到標志方位角α；然后，在水平面內(nèi)繼續(xù)手動轉(zhuǎn)動磁通門傳感器，直到磁通門傳感器測出的磁場為0時，即為地磁水平強度H的垂直方向，此時經(jīng)緯儀水平讀盤讀數(shù)為β，因此，β+90°即為地磁北方向m；再借助標志方位角α，即可計算得到地磁偏角D。

上述依靠磁通門經(jīng)緯儀測量地磁偏角D和地磁傾角I的方法，存在以下不足：

(1)采用肉眼觀察方法使望遠鏡對準標志物，不可避免存在較大的觀察誤差，從而降低了最終測量得到的地磁偏角D和地磁傾角I的測量精度；

(2)手動轉(zhuǎn)動磁通門傳感器，并依靠肉眼觀察確定磁場為0的位置，仍然不可避免存在較大的觀察誤差，進而降低了測量精度。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明提供一種用于絕對地磁觀測的自動化磁通門經(jīng)緯儀，可有效解決上述問題。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

本發(fā)明提供一種高精度自動化絕對地磁觀測方法，包括以下步驟：

步驟1，在測點布置絕對地磁測量機構(gòu)，所述絕對地磁測量機構(gòu)包括支撐機構(gòu)(1)、二維無磁旋轉(zhuǎn)機構(gòu)(2)和測量單元(3)；其中，所述二維無磁旋轉(zhuǎn)機構(gòu)(2)設(shè)置于所述支撐機構(gòu)(1)中；所述二維無磁旋轉(zhuǎn)機構(gòu)(2)包括水平無磁旋轉(zhuǎn)單元和垂直無磁旋轉(zhuǎn)單元；所述垂直無磁旋轉(zhuǎn)單元設(shè)置于所述水平無磁旋轉(zhuǎn)單元上面；所述測量單元(3)設(shè)置于所述垂直無磁旋轉(zhuǎn)單元上面，包括：平行支架(3.1)、激光器(3.2)和單分量磁通門探頭(3.3)；所述平行支架(3.1) 的上下兩端安裝有平行設(shè)置的所述激光器(3.2)和所述單分量磁通門探頭(3.3)；

所述垂直無磁旋轉(zhuǎn)單元用于使所述測量單元(3)在垂直空間中旋轉(zhuǎn)并自動記錄旋轉(zhuǎn)角度值；所述水平無磁旋轉(zhuǎn)單元用于使所述測量單元(3)在水平空間中旋轉(zhuǎn)并自動記錄旋轉(zhuǎn)角度值；其中，所述垂直無磁旋轉(zhuǎn)單元和所述水平無磁旋轉(zhuǎn)單元分別包括用于實現(xiàn)無磁旋轉(zhuǎn)的壓電電機、以及用于讀取旋轉(zhuǎn)角度的激光讀數(shù)頭；

在選定的位置布置標志物位置傳感器(4)；并且，所述標志物位置傳感器為一種實現(xiàn)同一個PSD傳感器對兩路不同高度入射激光進行方位測量的傳感器，包括：外殼體(4.1)、分束鏡(4.2)、反射鏡(4.3)和PSD位置傳感器(4.4)；

所述分束鏡(4.2)傾斜固定于所述外殼體(4.1)的內(nèi)部；在所述分束鏡(4.2) 的透射光路上，固定安裝所述PSD位置傳感器(4.4)；所述反射鏡(4.3)位于所述分束鏡(4.2)的正下方，所述反射鏡(4.3)的反射面與所述分束鏡(4.2)的分光面平行設(shè)置；

所述反射鏡(4.3)到分束鏡(4.2)的垂直距離和激光器(3.2)到單分量磁通門探頭(3.3)的垂直距離相同；

在儀器架設(shè)過程中，將測量單元(3)調(diào)平，確保測量單元(3)的激光器 (3.2)和單分量磁通門探頭(3.3)處于水平測試面；同時，根據(jù)調(diào)平后激光器 (3.2)發(fā)出的激光光斑高度，調(diào)整所述標志物位置傳感器(4)的窗口高度，使二者等高；

步驟2，初始對準標志物位置傳感器過程，包括：

步驟2.1，使激光器(3.2)平行布置于單分量磁通門探頭(3.3)的上方；

步驟2.2，總控制器打開激光器(3.2)，同時，總控制器對水平無磁旋轉(zhuǎn)單元進行控制，從而使激光器(3.2)在水平空間旋轉(zhuǎn)，激光器(3.2)發(fā)射出的水平激光逼近標志物位置傳感器的感應(yīng)窗口，即：逼近PSD位置傳感器(4.4)的感應(yīng)窗口；

步驟2.3，總控制器繼續(xù)控制水平無磁旋轉(zhuǎn)單元轉(zhuǎn)動，并使激光器發(fā)射出的激光經(jīng)分束鏡(4.2)的透射作用后，水平入射到PSD位置傳感器(4.4)的感應(yīng)窗口邊緣，從而使數(shù)據(jù)采集器采集到感應(yīng)電壓；然后，總控制器控制水平無磁旋轉(zhuǎn)單元繼續(xù)旋轉(zhuǎn)；由于激光在PSD位置傳感器感應(yīng)窗口的不同位置對應(yīng)不同的感應(yīng)電壓，當數(shù)據(jù)采集器采集到指定感應(yīng)電壓時，即表示水平無磁旋轉(zhuǎn)單元旋轉(zhuǎn)到了指定方位，此時，總控制器控制水平無磁旋轉(zhuǎn)單元停止轉(zhuǎn)動，并得到此時單分量磁通門探頭(3.3)的精確方位角，記作N₁，由此完成對標正鏡測量；