[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

本發明提供了線圈矢量磁力儀幾何軸與磁軸夾角電學檢測系統及方法。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，獲得地磁環境磁場大小；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；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；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。本發明的有益效果是：操作簡單，成本低，實現了無需借助額外檢測工具的情況下對線圈矢量磁力儀幾何軸向與磁軸向一致性的高精度檢測。

技術領域

本發明涉及磁場測量領域，尤其涉及線圈矢量磁力儀幾何軸與磁軸夾角電學檢測系統及方法。

背景技術

地磁測量是測量地磁要素及其隨時間和空間的變化，為地磁場的研究提供基本數據。地磁場是矢量場，由總場F，水平分量H，北向分量X，東向分量Y，垂直分量Z，磁傾角I，磁偏角D七個要素組成。傳統地磁測量主要針對地磁總場以及三分量展開觀測，獲取的目標信息有限，而地磁全要素觀測則能夠獲取更多的磁場信息，準確反映研究對象的特性，在弱磁目標探測上更具有優勢。高精度地磁要素觀測可以廣泛應用于地球科學研究、災害監測預警、軍事探測、資源勘探等領域，因此，研究地磁全要素測量具有重要意義。

地磁測量的主要工具是高精度磁力儀。目前，地磁矢量測量以三分量測量為主，如磁通門磁力儀，但是該方法存在精度較低、溫度漂移等問題。少量儀器以不同傳感器組合測量的方式實現磁向或地磁分量等部分信息測量。而線圈式矢量磁力儀，如FHD、ZHD等，通過總場傳感器與Helmholtz線圈相結合的方式，能夠有效獲取地磁全要素信息，且相比于其他儀器具有更高的穩定性和測量精度，具有廣泛的應用前景。

對于線圈式矢量磁力儀，其測量系統對Helmholtz線圈產生的磁場方向有特殊要求，需要確保線圈產生的均勻磁場朝向某一特定方向以實現地磁要素測量。理想情況下，Helmholtz線圈均勻區磁場方向沿線圈的幾何中心軸向，但是當Helmholtz線圈加工過程中存在線圈繞制不對稱等問題時，線圈均勻區磁場方向將偏離幾何中心軸向，使線圈式矢量磁力儀中施加的均勻磁場偏離預期朝向。在精度要求不高的場合中，通常默認線圈的幾何軸向為磁場均勻區方向，但在矢量測量中，需要進行秒級觀測，線圈產生的磁場方向與幾何軸向的偏離會導致地磁矢量測量精度降低，產生不可忽視的測量誤差，影響測量數據的準確性，因此需要知道線圈矢量磁力儀幾何軸向與磁軸向的一致性。通常，該問題通過磁通門傳感器的方向敏感性確定，但是磁通門體積較大，無法適用于線圈矢量磁力儀。雖然一些半導體傳感器，如AMR、GMR，其體積小、空間分辨率高，但是往往存在磁測精度不高、穩定性不夠等問題，難以滿足高精度測量的需要。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提供了線圈矢量磁力儀幾何軸與磁軸夾角電學檢測系統及方法；

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；

線圈矢量磁力儀幾何軸與磁軸夾角電學檢測方法，利用如上所述的線圈矢量磁力儀幾何軸與磁軸夾角電學檢測系統進行實現，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；