【摘要】：地磁場是矢量場,具有磁場強度和方向兩個特性,磁力儀是能夠同時測量磁場強度和方向的儀器設備的統(tǒng)稱。在海洋地質勘查與地球物理研究中,地磁場三分量的測量相比總場測量其數據能夠反演出更多的磁源體特征,獲取更詳細的地質構造信息。傳統(tǒng)的三分量磁力儀輸出的數據建立在儀器坐標系下。因此,后期數據的處理階段,需要結合載體姿態(tài)數據將磁力數據轉換到地理坐標系下。如果磁力數據與姿態(tài)數據采集不同步,將導致轉換結果出現偏差。本文針對上述問題,基于磁通門技術研制了能夠直接輸出地理坐標系下地磁三分量數據的磁力儀。同時,在磁力儀本體誤差校正的關鍵技術上展開了深入的研究,并且實現了本體誤差的校正。為實現磁力儀系統(tǒng)設計,首先明確了課題的研究背景與意義,調研了國內外地磁三分量測量的相關研究及設備的發(fā)展現狀。接著對磁通門技術原理機制展開研究,分析了磁通門探頭的結構與特性,比較了單分量探頭與三分量探頭之間的差異,重點突出了三分量探頭的優(yōu)勢。討論了磁異常現象及磁異常探測機制的原理。其次,實現了磁力儀的數據采集板的硬件設計、嵌入式軟件設計、上位機軟件設計,應用矩陣變換將儀器坐標系下的地磁三分量數據換算到地理坐標系下。然后,概括了磁力儀本體誤差的定義,分析了本體誤差的組成,建立了本體誤差模型,研究并實現了基于粒子群優(yōu)化算法的本體誤差校正。在磁力儀系統(tǒng)的測試部分,對磁力儀系統(tǒng)先后經歷的實驗室基礎測試、杭州地磁臺靜態(tài)對比測試、千島湖綜合測試、南海綜合測試等一系列測試過程進行了詳細的介紹。利用誤差校正算法對測試數據進行校正處理,并繪制地磁場平面分布圖。測試結果驗證了磁力儀性能的可靠性。最后,針對磁力儀系統(tǒng)中存在的問題,提出了進一步完善與優(yōu)化的意見,展望了未來磁測技術和相關儀器的研究方向及趨勢。
【圖文】：

從于法拉第電磁感應定律的一種電磁感應現象。磁通門探頭可以理解為一種將變壓器效應作逡逑為對被測磁場調試手段的變壓器式的器件［１５］。逡逑下面以單鐵芯磁通門探頭為例描述磁通門技術的基本原理。如圖２．１所示，在一個軟磁逡逑材料制造的鐵芯上繞有一個激磁線圈和一個感應線圈［５５］。鐵芯的橫截面積表示為鐵芯的逡逑導磁率表示為／／，載流的激磁線圈作用鐵芯上產生的激磁磁場強度表示為／／＿［ｌ６］ｔ５５），感應線逡逑圈的有效匝數表示為ｉＶ。逡逑激磁線圈邐軟磁鐵芯邐感應線圈逡逑＼邐＼逡逑邐ｒ＼邋ｒ＼邐邐１邐邐逡逑＂＂１￣￣邐ｖ－／邋ｖ－＾逡逑邐0邋ｕ邋0—■■邐0邋ｅ邋0邐逡逑圖２．ｉ單鐵芯磁通ｎ探頭意圖逡逑根據法拉第電磁感應定律，在未指出ｓ、／／、／／＿、ｗ中的任意一個參數為不變量、即非逡逑時間／的函數時，感應線W上產生的感應電動勢為［５５］：逡逑ｅ邋＝邋－ｌ0－８邋—（／／Ａ７／５）邐（２．１）逡逑ｄｔ逡逑如果保持Ｓ和ＴＶ不變，鐵芯未處于飽和狀態(tài)，鐵芯的磁導率ｐ將近似于常數，那么感應逡逑線圈上產生的感應電動勢＾將由激磁線圈在鐵芯上產生的激磁磁場強度決定。激磁磁場強逡逑度表７Ｋ為：逡逑／／．邋＝邋Ｈｍ邋ｃｏｓ邋２７ｔｆ｛ｔ邐（２．２）逡逑等式中／／，？一激磁磁場強度幅值，＿／；一激磁電源頻率。逡逑則等式（２．１）轉化為：逡逑ｅ邋＝邋２＾ｒ邋ｘ邋１０＂８邋ｆ＾ＮＳＨｍ邋ｓｉｎ邋２ｎｆｘｔ邐（２．３）逡逑上式即為理想情況下的變壓器效應的數學模型。逡逑鐵芯的磁化曲線是非線性的

不過應用此方法，探頭呈現出的靜態(tài)特性與動態(tài)特性都不理想。逡逑２．２．１雙鐵芯磁通門探頭的結構及特性逡逑解決上述問題的辦法是引入圖２．２所示的并行雙鐵芯探頭結構設計，該結構下感應線圈逡逑同向串聯在探頭上，激磁線圈反向串聯在探頭上。這種差分輸出式探頭結構設計能夠抵消變逡逑壓器效應所產生的感應電動勢［１９］。在理想狀態(tài)下，雙鐵芯結構參數完全一致，，忽略激磁電路逡逑因鐵芯飽和率、磁導率改變引起的變化�？臻g內平行對稱安裝。兩個鐵芯上激勵磁場在空間逡逑內的任一時刻都是反向的，在公共感應線圈上產生的感應電動勢將相互抵消，在鐵芯軸向上逡逑環(huán)境磁場的分量是同向的，感應線圈上的磁通門信號得以保留。逡逑激磁線圈軟磁鐵芯感應線圈逡逑Ｉ邐—邋Ｔ邋ＴＴ二Ｉ逡逑ｕ邐ｅ逡逑ｆ邋ｉ邋ｌｌｌｌｌｌｌ邋［［［［［［［—］邐｜逡逑圖２．２雙鐵芯磁通門探頭示意圖逡逑鐵芯必須工作在過飽和狀態(tài)，如果交變激磁磁場未能使鐵芯飽和，鐵芯的磁化程度低，逡逑導致磁通門信號非常微弱。為提高磁通門信號強度，通常鐵芯選用高磁導率材料制造，材料逡逑的退磁系數及固有磁導率決定了其磁導率的大小，坡莫合金（又稱鐵鎳合金）具有極高的磁逡逑導率
【學位授予單位】：杭州電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：P631.23;P716.82

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

1 王一;趙瑜;宗發(fā)保;秦佩;程德福;;航磁矢量測量姿態(tài)坐標變換技術研究[J];科學技術與工程;2015年22期

2 李莉;;測控儀器常用坐標系轉換算法分析[J];儀表技術;2015年06期

3 趙小俊;張祥金;姜琦;;基于DSP和APD的水下激光信號采集系統(tǒng)[J];現代電子技術;2012年23期

4 吳志添;武元新;胡小平;吳美平;;基于總體最小二乘的捷聯三軸磁力儀標定與地磁場測量誤差補償[J];兵工學報;2012年10期

5 黃英豪;黎兆宇;;汽車坐標系和車身姿態(tài)角的確定方法[J];裝備制造技術;2012年10期

6 趙曉穎;溫立書;么彩蓮;;歐拉角參數表示下姿態(tài)的二階運動奇異性[J];科學技術與工程;2012年03期

7 吳招才;高金耀;羅孝文;張濤;楊春國;沈中延;;海洋地磁三分量測量技術[J];地球物理學進展;2011年03期

8 葛維亮;庹先國;李懷良;王洪輝;張賡;杜勇;;高速多通道地震數據采集處理系統(tǒng)[J];儀表技術與傳感器;2011年03期

9 閆輝;肖昌漢;張朝陽;朱興樂;;三分量磁場延拓的遞推算法[J];計算物理;2010年05期

10 方潔;陳偉;;基于DS3231的高精度時鐘接口設計[J];電子設計工程;2010年02期

本文編號：2644104