一种用方形偏置线圈测量地磁场矢量的装置制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种用方形偏置线圈测量地磁场矢量的装置，包括三角架，三角架上安装水平刻度盘，刻度盘上安装转筒，转筒内安装固定柱，固定柱上安装线圈座，线圈座上安装两个半轴支架，两个半轴支架顶部安装相应的半轴，半轴通过连接板与垂直线圈骨架连接，垂直线圈骨架与水平线圈骨连接，沿水平线圈骨架缠绕水平线圈，沿垂直线圈骨架缠绕垂直线圈，垂直线圈与水平线圈的几何中心重合，垂直线圈和与水平线圈均通过导线与线圈激磁电源相连，在垂直线圈与水平线圈的几何中心重合处安装总场磁力仪探头，总场磁力仪探头通过导线与总场磁力仪连接。本发明能解决现有技术的不足。
【专利说明】一种用方形偏置线圈测量地磁场矢量的装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及地球物理地磁场精细测量【技术领域】，是一种用方形偏置线圈测量地磁 场矢量的装置。
【背景技术】
[0002] 地磁场矢量测量可有效减少地球物理勘查反演中的多解性，有助于对磁性体的定 性及定量解释。目前，国内外地球物理探矿工作者普遍使用的地磁野外测量仪器是普通质 子磁力仪、光泵磁力仪或overhauser质子磁力仪。这些磁力仪在野外使用方便，测量精度 已经达到或优于InT，可测量地磁总场强度标量值，但是，总场磁力仪不能测量地磁场矢量， 在进行地磁场矢量野外测量时，只能使用精度较低、测量误差达数1〇ηΤ的磁通门三分量磁 力仪，这种磁力仪不能满足专业地球物理勘查工作的需要。目前市场销售的加拿大CEM公 司didD矢量磁力仪代表了地磁场矢量测量的国际先进水平，采用的测量方法是：在高精度 总场磁力仪探头上安装两组互相正交的线圈，正交线圈的轴线在水平面和子午面内与地磁 场矢量F正交。首先记录未加偏置电流时的全磁场T，然后向在子午面内轴线垂直T的线 圈，即磁场倾角D线圈内，依次输入大小相等，方向相反的偏置电流，记录这两个偏置电流 所产生的偏转磁场与地磁场的合成磁场，称之为Ip和Im，同样，再向在水平面内轴线垂直 T的线圈，即磁偏角D线圈内，依次输入大小相等，方向相反的偏置电流，记录这两个偏置电 流所产生的偏转磁场与地磁场的合成磁场，称为Dp和Dm,然后经计算确定磁场T的倾角I 和偏角 D 的变化 dl 和 dD (http://www. gemsys. ca/products/vecrot-magneromerets/). GME公司didD矢量磁力仪测量时无需对地磁分量做完全补偿，设备比较轻便。但是需要将 探头上的正交线圈轴线预先分别在水平面和子午面内调整到与待测地磁场矢量T正交的 方位，仪器的安装调整准备工作复杂繁琐，只能用于在地磁场倾角I和磁场偏角D已知的固 定式地震地磁观测台站，测量地磁倾角I和偏角D随时间的偏移变化量。因此，现有的地磁 场矢量测量设备和技术均不适合在野外找矿环境中进行高精度测量。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是提供一种用方形偏置线圈测量地磁场矢量的装置，它能解决现有 技术的不足。
[0004] 本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：一种用方形偏置线圈测量地磁 场矢量的装置，包括三角架，三角架上安装水平刻度盘，刻度盘上安装转筒，转筒内安装固 定柱，固定柱上安装线圈座，线圈座上安装两个半轴支架，两个半轴支架顶部安装相应的半 轴，半轴通过连接板与垂直线圈骨架连接，垂直线圈骨架与水平线圈骨连接，沿水平线圈骨 架缠绕水平线圈，沿垂直线圈骨架缠绕垂直线圈，垂直线圈与水平线圈的几何中心重合，垂 直线圈和与水平线圈均通过导线与线圈激磁电源相连，在垂直线圈与水平线圈的几何中心 重合处安装总场磁力仪探头，总场磁力仪探头通过导线与总场磁力仪连接。所述垂直线圈 为方形线圈，方形线圈由4个边长相等的正方形线圈依次纵向排列，各正方形线圈的中心 点的连线垂直于任一正方形线圈，每两个正方形线圈的间距相等，两个上下端正方形线圈 间的距离等于正方形线圈的边长；所述水平线圈为方形线圈，方形线圈由4个边长相等的 正方形线圈依次横向排列，各正方形线圈的中心点的连线垂直于任一正方形线圈，每两个 正方形线圈的间距相等，两个左右外侧正方形线圈间的距离等于正方形线圈的边长。水平 线圈骨架上安装支撑板，支撑板上安装相互正交的第一玻璃长水准泡和第二玻璃长水准 泡，第一玻璃长水准泡和第二玻璃长水准泡的水平面与垂直线圈平面平行。水平刻度盘的 上端、转筒外周安装旋转座，旋转座上端面与线圈座连接，旋转座的侧面上安装锁紧螺栓。 垂直线圈骨架与水平线圈骨架正交安装在线圈座的两个半轴上，线圈骨架可绕水平半轴坚 向180°转动，线圈座可绕固定柱水平180°转动。
[0005] 本发明的有益效果：本发明的一种用方形偏置线圈测量地磁场矢量的装置适用于 中高纬度地区地磁测量。用本发明所述的装置测量地磁场矢量仅需将附加磁场线圈调整 到水平或垂直状态，观测前的准备工作简单，不仅可用于地球物理勘查的地磁场矢量野外 大面积快速测量、还可用于固定台站定点观测，提高测量效率；本发明的装置仅需要提供短 时间内数值相差一倍、方向与地磁场垂直分量相反的附加磁场，所需的附加磁场值不超过 2000 nT、不需对地磁垂直分量进行精确补偿，提供附加磁场的线圈电流不必大功率长时间 稳流，线圈功耗低，装置轻便，不仅适合于野外移动测量，用于固定台站观测也可明显降低 能耗。本发明所述的使用方形偏置线圈配合总场磁力仪，可在野外环境下快速测量地磁场 矢量的各个分量，包括垂直分量Ζ、水平分量Η、倾角I和偏角D，进而可推算出任意方向的地 磁场分量，所得到的地磁场矢量参数多，在观测前仅需对线圈作水平调整和方向调整，测量 前的准备工作比较简单，适用于地球物理勘查剖面工作中的精细测量。本发明使用时，可单 独用一组垂直多环线圈配合总场磁力仪，可测量除地磁偏角D以外的其它地磁场分量，包 括垂直分量Ζ、水平分量Η和倾角I。在观测前仅需对线圈作水平调整，适用于地球物理勘查 野外普查工作中的大面积快速测量。本发明所述的地磁场矢量测量的精度与配合使用的总 场磁力仪的精度正相关。若总场磁力仪使用测量精度达到〇. OlnT或更高的overhauser质 子磁力仪或光泵磁力仪，将使本发明的地磁场矢量测量精度远优于测量误差达数1〇ηΤ的 磁通门三分量磁力仪。
【专利附图】
【附图说明】
[0006] 附图1是本发明一种用方形偏置线圈测量地磁场矢量的装置的结构示意图；附图 2是附图1中I部放大结构示意图；附图3是附图1中Α向结构示意图；附图4是垂直线圈 和水平线圈正交后形成的方形偏置线圈的结构示意图；附图5是方形线圈示意图；附图6 是本发明地磁场矢量测量原理图；图面为通过地磁场矢量T和垂直线圈轴线的垂直平面，Η 为水平分量，Ζ为垂直分量，1^和21^为数值相差一倍、方向与地磁场垂直分量相反的垂向 附加磁场，Ζ - Tf为施加反向附加磁场后的合成磁场垂直分量，Ζ - 2Tf为施加2倍反向附 加磁场后的合成磁场垂直分量，T。为无附加磁场时观测的正常地磁场，T_i和T_ 2数值为附加 反向垂向磁场和2倍反向垂向磁场后观测的合成磁场，I为地磁倾角。
[0007] 附图标记：1三角架2固定板3水平刻度盘4调节螺栓5旋转座6转筒7固定 螺母8线圈座9固定柱10锁紧螺栓11水平线圈骨架12垂直线圈骨架13探头固定筒 14总场磁力仪探头15连接杆16支撑板17瞄准器18玻璃圆水准泡19通孔20垂直线 圈21水平线圈22总场磁力仪23第一玻璃长水准泡24第二玻璃长水准泡25. 26半轴支 架27. 28连板29. 30半轴31水准泡32电源K开关。
[0008] 本发明所述方形偏置线圈也可称为改进型亥姆霍茨线圈。
【具体实施方式】
[0009] 本发明所述的一种用方形偏置线圈测量地磁场矢量的装置，包括三角架1，三角架 1上安装水平刻度盘3,水平刻度盘3上安装转筒6,转筒6内安装固定柱9,固定柱9上安 装线圈座8,线圈座8上安装两个半轴支架，两个半轴支架顶部安装相应的半轴，半轴通过 连接板与垂直线圈骨架12连接，垂直线圈骨架12与水平线圈骨架11连接，沿水平线圈骨 架11缠绕水平线圈21，沿垂直线圈骨架12缠绕垂直线圈20,垂直线圈20与水平线圈21 的几何中心重合，垂直线圈20和与水平线圈21均通过导线与线圈激磁电源相连，在垂直线 圈与水平线圈的几何中心重合处安装总场磁力仪探头14,总场磁力仪探头14通过导线与 总场磁力仪22连接。水平刻度盘3的外圈上安装玻璃圆水准泡18。
[0010] 本发明所述装置优选的方案是：水平线圈骨架11上安装支撑板16,支撑板16上 安装相互正交的第一玻璃长水准泡23和第二玻璃长水准泡24,第一玻璃长水准泡23和第 二玻璃长水准泡24的水平面与垂直线圈平面平行。水平刻度盘3的上端、转筒6外周安装 旋转座5,旋转座5上端面与线圈座8连接，旋转座5的侧面上安装锁紧螺栓10。垂直线圈 骨架12与水平线圈骨架11正交安装在线圈座8的两个半轴上，线圈骨架可绕水平半轴坚 向180°转动，线圈座8可绕固定柱9水平180°转动。
[0011] 所述垂直线圈为方形线圈，方形线圈由4个边长相等的正方形线圈依次纵向排 列，各正方形线圈的中心点的连线垂直于任一正方形线圈，每两个正方形线圈的间距相等， 两个上下端正方形线圈间的距离等于正方形线圈的边长。所述水平线圈为方形线圈，方形 线圈由4个边长相等的正方形线圈依次横向排列，各正方形线圈的中心点的连线垂直于任 一正方形线圈，每两个正方形线圈的间距相等，两个左右外侧正方形线圈间的距离等于正 方形线圈的边长。
[0012] 本发明所述的用方形偏置线圈测量地磁场矢量的装置的测量方法，步骤如下： ① 在拟观测位置安装三角架，三角架上安装水平刻度盘3,刻度盘3上安装转筒6,转筒 6内安装固定柱9,固定柱9上安装线圈座8,线圈座8上安装两个半轴支架，两个半轴支架 顶部安装相应的半轴，半轴通过连接板与垂直线圈骨架12连接，垂直线圈骨架12与水平线 圈骨架11连接，沿水平线圈骨架11缠绕水平线圈21，沿垂直线圈骨架12缠绕垂直线圈20， 垂直线圈20与水平线圈21的几何中心重合，垂直线圈20和与水平线圈21均通过导线与 线圈激磁电源相连，在线圈几何中心重合处安装总场磁力仪探头14,总场磁力仪探头14通 过导线与总场磁力仪22连接； ② 调整三角架使垂直线圈处在垂直状态，水平线圈处在水平状态，水平线圈方位角为 D0 ； ③ 调整激磁电源开关，使激磁电源对垂直线圈不加电，用总场磁力仪测量无附加磁场 的地磁场T。； ④ 调整激磁电源开关，使激磁电源对垂直线圈反向加电，电源强度为I，垂直线圈产生 垂直向上的磁场Tf，用总场磁力仪测量磁场1^与地磁场的合成磁场τ_ 1; ⑤ 调整激磁电源开关，使激磁电源对垂直线圈反向加电，电源强度为21，垂直线圈产生 垂直向上的磁场2T f，用总场磁力仪测量磁场2Tf与地磁场的合成磁场T_2，用计 算磁场垂直分量Ζ、水平分量Η和地磁倾角I，计算方法如下：
【权利要求】
1. 一种用方形偏置线圈测量地磁场矢量的装置，其特征在于：包括三角架（1)，三角架 (1)上安装水平刻度盘（3)，刻度盘（3)上安装转筒（6)，转筒（6)内安装固定柱（9)，固定 柱（9)上安装线圈座（8)，线圈座（8)上安装两个半轴支架，两个半轴支架顶部安装相应的 半轴，半轴通过连接板与垂直线圈骨架（12)连接，垂直线圈骨架（12)与水平线圈骨架（11) 连接，沿水平线圈骨架（11)缠绕水平线圈（21)，沿垂直线圈骨架（12)缠绕垂直线圈（20)， 垂直线圈（20)与水平线圈（21)的几何中心重合，垂直线圈（20)和与水平线圈（21)均通过 导线与线圈激磁电源相连，在垂直线圈与水平线圈的几何中心重合处安装总场磁力仪探头 (14)，总场磁力仪探头（14)通过导线与总场磁力仪（22)连接；所述垂直线圈为方形线圈， 方形线圈由4个边长相等的正方形线圈依次纵向排列，各正方形线圈的中心点的连线垂直 于任一正方形线圈，每两个正方形线圈的间距相等，两个上下端正方形线圈间的距离等于 正方形线圈的边长；所述水平线圈为方形线圈，方形线圈由4个边长相等的正方形线圈依 次横向排列，各正方形线圈的中心点的连线垂直于任一正方形线圈，每两个正方形线圈的 间距相等，两个左右外侧正方形线圈间的距离等于正方形线圈的边长。
2. 根据权利要求1所述的一种用方形偏置线圈测量地磁场矢量的装置，其特征在于： 水平线圈骨架（11)上安装支撑板（16)，支撑板（16)上安装相互正交的第一玻璃长水准泡 (23)和第二玻璃长水准泡（24)，第一玻璃长水准泡（23)和第二玻璃长水准泡（24)的水平 面与垂直线圈平面平行。
3. 根据权利要求1所述的一种用方形偏置线圈测量地磁场矢量的装置，其特征在于： 水平刻度盘（3)的上端、转筒（6)外周安装旋转座（5)，旋转座（5)上端面与线圈座（8)连 接，旋转座（5)的侧面上安装锁紧螺栓（10)。
4. 根据权利要求1所述的一种用方形偏置线圈测量地磁场矢量的装置，其特征在于： 垂直线圈骨架（12)与水平线圈骨架（11)正交安装在线圈座（8)的两个半轴上，线圈骨架可 绕水平半轴坚向180°转动，线圈座（8)可绕固定柱（9)水平180°转动。
【文档编号】G01V3/40GK104101907SQ201410327402
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年7月10日 优先权日:2013年7月30日
【发明者】高建东, 杜利明, 刘勇, 杨昌彬, 韩云松, 高勇, 孙克勇, 韩进国, 刘蕾, 赵序峰, 高升, 李中平, 王璐, 柯骞, 高嘉汕 申请人:高建东