【摘要】：磁法勘探作為最早的也是最重要的地球物理勘探方法之一,在地球物理研究、軍事工程等領(lǐng)域中有著非常廣泛的應(yīng)用。隨著科技的不斷發(fā)展,磁法勘探從地磁場總強度測量和地磁場三分量測量發(fā)展到對磁場梯度張量的測量。國外在很早就開始了對于全張量磁梯度儀的研發(fā),美國、德國、澳大利亞以及一些歐洲國家已經(jīng)研發(fā)出自己的全張量磁梯度儀,并且已經(jīng)取得了一些實驗成果。我國在全張量磁梯度測量方面還處于起步階段,因此全張量磁梯度儀的研發(fā)有著重要的意義。本文分析了多種不同構(gòu)型磁梯度張量儀的測量誤差,建立了磁梯度張量儀的誤差模型,提出了磁梯度張量儀的測量誤差校正方法,并通過校正實驗驗證了方法的可行性,從而設(shè)計并研制了一種基于磁通門磁強計的磁場梯度張量測量儀。本文先簡要介紹了磁場梯度張量的基本性質(zhì)和磁場梯度張量測量的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀,并且說明了磁場梯度張量測量的優(yōu)勢。簡述了三軸磁通門磁強計的結(jié)構(gòu)和電路設(shè)計。介紹了三角形、十字形、直角四面體形、正四面體形和正方形五種基本磁梯度張量儀構(gòu)型,通過對五種基本磁梯度張量儀構(gòu)型進行誤差仿真,對比各構(gòu)型的仿真結(jié)果,得出了十字形構(gòu)型磁梯度張量儀測量誤差最小的結(jié)論,確定了所研制磁場梯度張量儀的幾何構(gòu)型為十字形構(gòu)型。在上述結(jié)論的基礎(chǔ)上,本文分析了磁通門梯度張量儀的誤差模型,梯度張量儀的誤差主要分為兩部分,組成梯度張量儀的四個磁通門磁強計各自的誤差,主要有三軸非正交誤差,軸間標度因子誤差,三軸零點偏移誤差等,以及安裝梯度張量儀時由于機械精度或者人為操作造成的非對準誤差。本文提出了一種非對準誤差校正方法,并對該方法進行了仿真分析并進行了實驗驗證,經(jīng)過校正后的磁場梯度張量與校正前的磁場梯度張量比較誤差降低了96.3%,因此本文提出的校正方法能夠很好地對磁梯度張量儀進行誤差校正。驗證了磁場梯度張量儀的校正方法后,本文基于實驗室現(xiàn)有磁通門傳感器研制了磁場梯度張量測量儀。設(shè)計并完成了磁場梯度張量測量儀的信號檢測電路部分,電路調(diào)試完成后對磁通門傳感器和電路進行了性能測試,達到了很好地性能,磁通門傳感器的線性度≤0.013%,量程為±83,000 nT,噪聲≤0.04 nT/Hz~(0.5)@1Hz,磁通門梯度張量儀各測量分量的噪聲≤0.1667 nT/m/Hz~(0.5)@1Hz。
【學位授予單位】：中國科學院大學(中國科學院國家空間科學中心)
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：P631.2
【圖文】：

美國和澳大利亞以及一些歐洲國家的技術(shù)水平更加先進。2000 年，澳大利亞最大的政府研究機構(gòu)——聯(lián)邦科學工業(yè)研究組織（CSIRO）的工業(yè)物理學部用一個雙 SQUID 差分梯度儀進行了初步試驗，并且與勘探與礦業(yè)部和五礦公司進行合作，研發(fā)可以測量全張量地磁要素的 HTS-SQUID 系統(tǒng)[15]。該研究小組使用了一種新型的設(shè)計，通過讓梯度儀圍繞著其軸旋轉(zhuǎn)來進行測量。通過初步的人工轉(zhuǎn)動系統(tǒng)證明了這個系統(tǒng)的可行性。目前，澳大利亞正在進行另一項研究，這項研究的目標是地球淺層環(huán)境——透視地球（Class Earth）,其中包括航空張量磁梯度儀 GETMAG（Class Earth Tensor Magnetic AirborneGradiometer,GETMAG）的研制。設(shè)計要求 GETMAG 的靈敏度優(yōu)于 0.01nT/m，基線長度 3cm。GETMAG 的目標是探測幾百米深處磁化率非常低的地質(zhì)現(xiàn)象[8]。

圖 1.2IPHT 第二代航空超導全張量磁梯度系統(tǒng)[14]econd generation aviation superconducting full tensor magnetic gradienIPHT嶺國家實驗室的一個小組，通過使用由美國海軍提供的現(xiàn)所自主研發(fā)的航空地球物理平臺相結(jié)合，組成了完整的航進行飛行試驗。海軍提供的 HTS-SQUID 由 8 個 SQUID 元件。通過合理的配置 SQUID 元件，可以用它來測量磁場三向值。該小組進行了地面試驗，得到了在不同環(huán)境條件下的噪行屏蔽處理后對一個使用偶極子模擬的目標進行了磁測。系統(tǒng)的性能，也檢驗了偶極子追蹤的方法[7]。

圖 1.3 美國 HTS-SQUID 航空磁梯度張量測量系統(tǒng)[7]g 1.3Aeromagnetic gradient tensor measurement system of HTS-SQUID inAm基于 SQUID 的磁梯度張量儀，還有以磁通門磁強計為基礎(chǔ)構(gòu)造的磁地質(zhì)調(diào)查局（U.S.Geological Survey）設(shè)計研發(fā)了基于磁通門磁張量儀，該磁梯度張量儀為四個磁通門磁強計組成正四面體構(gòu)型磁強計分別放置在四面體構(gòu)型的四個頂點上組成磁梯度張量儀[9]

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10 范曉勇;磁通門地磁經(jīng)緯儀的研制[D];中國地震局地球物理研究所;2011年

本文編號：2801584