[發明專利]線圈矢量磁力儀幾何軸與磁軸夾角電學檢測系統及方法

有效

• 申請號: 202010849023.5
• 申請日: 2020-08-21
• 公開（公告）號: CN112130217B
• 公開（公告）日: 2021-08-06
• 發明（設計）人: 葛健;錢君立;董浩斌;王銳;鄭千瑋;霍治帆
• 申請（專利權）人: 中國地質大學（武漢）
• 主分類號: G01V3/40
• 分類號: G01V3/40
• 代理公司: 武漢知產時代知識產權代理有限公司 42238
• 代理人: 孔燦

1.一種線圈矢量磁力儀幾何軸與磁軸夾角電學檢測方法，基于一種線圈矢量磁力儀幾何軸與磁軸夾角電學檢測系統，其特征在于：所述線圈矢量磁力儀幾何軸與磁軸夾角電學檢測系統包括：Helmholtz線圈、總場傳感器和無磁轉臺，所述Helmholtz線圈中包含兩個平行設置的線圈，所述總場傳感器放置于所述兩個平行設置的線圈所圍成區域的中心處，且所述兩個平行設置的線圈所圍成區域內磁場均勻分布，所述無磁轉臺保持水平狀態，所述Helmholtz線圈中其中一個線圈與水平面平行放置在所述無磁轉臺上，且所述Helmholtz線圈的幾何中心軸向與所述無磁轉臺的旋轉軸心保持同軸；

所述線圈矢量磁力儀幾何軸與磁軸夾角電學檢測方法包括以下步驟：

S1、將所述電學檢測系統放置于地磁環境下，保持所述Helmholtz線圈與所述無磁轉臺為關閉狀態，通過所述總場傳感器獲得地磁環境磁場大小；

S2、向所述Helmholtz線圈中施加激勵電流，產生線圈磁場，計算出線圈磁場大小；

S3、持續向所述Helmholtz線圈中施加激勵電流，且電流大小不變，開啟所述無磁轉臺，利用所述無磁轉臺帶動所述Helmholtz線圈在水平面上旋轉一周，通過所述總場傳感器獲得所述地磁環境磁場與所述線圈磁場的合成磁場值的最大值和最小值；

S4、基于所述合成磁場值的最大值和最小值，計算出所述Helmholtz線圈的幾何中心軸向與磁軸向的偏離角度；所述磁軸向即為步驟S2中線圈磁場方向。

2.如權利要求1所述的線圈矢量磁力儀幾何軸與磁軸夾角電學檢測方法，其特征在于：步驟S1中，保持所述Helmholtz線圈為關閉狀態即是：不向Helmholtz線圈通入電流，使該線圈不產生線圈磁場；保持所述無磁轉臺為關閉狀態即是：使無磁轉臺停止轉動。

3.如權利要求1所述的線圈矢量磁力儀幾何軸與磁軸夾角電學檢測方法，其特征在于：步驟S2中，通過公式(1)，計算出線圈磁場大小：

A＝k×i (1)

其中，k為線圈常數，i為向所述Helmholtz線圈中施加的激勵電流的大小，A為線圈磁場大小。

4.如權利要求1所述的線圈矢量磁力儀幾何軸與磁軸夾角電學檢測方法，其特征在于：步驟S3中，以線圈磁場中心為原點，以Helmholtz線圈幾何中心軸為z軸，以地磁環境磁場所在豎直平面的水平方向為x軸，以垂直于xoz平面直線為y軸，建立坐標系；

無磁轉臺旋轉過程中，線圈磁場表示為如公式(2)：

其中，A表示線圈磁場大小，θ表示無磁轉臺與x軸的夾角，即無磁轉臺旋轉角度，α表示線圈磁場與z軸的夾角，即線圈矢量磁力儀幾何軸向與磁軸向的夾角；

無磁轉臺旋轉過程中，根據矢量運算法則，所述地磁環境磁場與所述線圈磁場的合成磁場表示為如公式(3)：

其中，地磁環境磁場F₀表示地磁環境磁場大小，I表示地磁環境磁場與水平面的夾角，即地磁環境磁場的傾角；

由公式(3)可知，合成磁場值F隨著無磁轉臺旋轉角度θ的變化關系如公式(4)所示：

將公式(4)進行簡化得到公式(5)：

通過公式(6)、(7)、(8)，計算得到合成磁場值的最大值和最小值：

其中，F_max表示合成磁場值的最大值，F_min表示合成磁場值的最小值。

5.如權利要求4所述的線圈矢量磁力儀幾何軸與磁軸夾角電學檢測方法，其特征在于：在步驟S4中，通過公式(7)和公式(8)，計算得出線圈矢量磁力儀幾何軸向與磁軸向的夾角α，如公式(9)：

其中，F₀表示地磁環境磁場大小，A表示線圈磁場大小，F_max表示合成磁場值的最大值，F_min表示合成磁場值的最小值。