专利名称：球形反馈三分量磁通门磁梯度全张量探头的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种地球物理勘探装置，尤其是球形反馈三分量磁通门磁梯度全张量探头。
背景技术：
磁梯度张量探头是一种测量磁场在空间沿直角坐标系中xyz三个方向变化率的传感器。由于此类传感器需要对磁场方向敏感，故目前张量探头的实现主要有两种方式，一种是由超导量子干涉器件组合而成，如德国的LTS-SQUID航空全张量磁梯度张量仪 [R. Stolz et al, Magnetic full-tensor SQUID gradiometer system for geophysical applications, The Leading Edge, 2006, 25 (2) : 178-180.],澳大利亚 GETMAG 磁梯度张量仪[P. Schmidt et al, GETMAG-a SQUID magnetic tensor gradiometer for mineral and oil exploration, Exploration Geophysics, 2004, 35:297-305.]等。超导系统不能在常温下使用，价格昂贵，特别是不适合空间探测。因此出现了另一类张量探头，即由磁通门构成的张量探头，如美国地质调查局的正四面体形磁通门张量探头[PJ. Brown et al, A case study of magnetic gradient tensor invariants applied to the UXO problem, U. S. Geological Survey, 2004 :1_4. ]。IBM研制的使用亥姆赫兹线圈分别反馈的磁通门张量探头[RH· Koch et al, Room temperature three sensor magnetic field gradiometer, Review of Scientific Instruments, 1996，64(I) :230-235.]。由于磁梯度张量的每个分量是梯度，故与之相关的梯度计有Bartington公司设计的高稳定性磁通门梯度探头 [G. Bartington et al, A high-stability fluxgate magnetic gradiometer for shallow geophysical survey application. Archaeological Prospection, 2004， 11:19-34.]和丹麦设计的高精度梯度探头[J. M. G. Merayo et al, Triaxial fluxgate gradiometer of high stability and linearity, Sensors and Actuators A, 2005，120:71-77.]。磁通门张量探头具有价格低廉，温度范围广泛等优点，但是由于磁通门传感器本身的缺陷，使得磁通门张量探头的精度较低，主要是系统的稳定性差，误差大。因此在地磁场环境下工作的高精度磁通门张量探头必须具有反馈线圈(也可称为补偿线圈)，使得磁通门工作在零磁场附近，减少温度灵敏度，增加动态范围，提高精度等。目前的磁通门张量探头要么没有反馈部分，要么在单个磁通门上进行反馈，然后再构成张量系统。这种方式存在的问题是作用在某个磁通门上的反馈线圈会对其它磁通门进行干扰。比如反馈线圈半径为5cm，电流2. 5A，那么当磁通门I z方向的补偿线圈在此磁通门中心处产生45000nT的磁场来抵消地磁场时, 在与其相距27cm的磁通门2的中心将产生约400nT的磁场。在实际实现过程中由于受不可避免的安装误差等影响，这些干扰磁场无法相互抵消，造成较大的系统误差，在运动情况下会转化为随机误差，难以消除。特别是在航空航天安装空间有限以及为提高微分的近似程度而需要磁通门之间基线(即磁通门中心点之间的距离)较小的情况下，此干扰磁场的影响尤为明显。
发明内容
本发明的目的就在于针对上述现有技术的不足，提供一种把多个磁通门传感器放在一个三轴球形线圈中的球形反馈三分量磁通门磁梯度全张量探头。
本发明的目是通过以下技术方案实现的
球形反馈三分量磁通门磁梯度全张量探头，是在球形不导电材料外表刻有三个方向平行于笛卡尔坐标系垂直交叉的等宽、不等深、等间距分布的漆包线缠绕槽；球体内部装有三个以上三分量磁通门传感器，三分量磁通门传感器通过螺栓固定在球体内部的十字形支架上，球体外部装有控制电路，三分量磁通门传感器通过控制电路连接三轴球形反馈线圈形成闭环，构成三分量磁通门磁梯度全张量探头。
三分量磁通门传感器在球体内的分布为第一三分量磁通门传感器I和第三三分量磁通门传感器3沿X轴方向分别放置，第四三分量磁通门传感器4和第二三分量磁通门传感器2沿Y轴方向分别放置，在空间上构成以坐标原点为中心的十字形，三分量磁通门传感器I、三分量磁通门传感器2、三分量磁通门传感器3分别通过控制电路与三轴球形反馈线圈连接，三分量磁通门传感器4为参考磁通门。
按X轴方向分别放置磁通门I和磁通门3，按y轴的方向分别放置磁通门4和磁通门2，由四个三分量磁通门传感器和三轴球形反馈线圈所构成张量探头的输出表达式为G
权利要求
1.一种球形反馈三分量磁通门磁梯度全张量探头，其特征在于，是在球形不导电材料外表刻有三个方向平行于笛卡尔坐标系垂直交叉的等宽、不等深、等间距分布的漆包线缠绕槽；球体内部装有三个以上三分量磁通门传感器，三分量磁通门传感器通过螺栓固定在球体内部的十字形支架上，球体外部装有控制电路，三分量磁通门传感器通过控制电路连接三轴球形反馈线圈形成闭环，构成三分量磁通门磁梯度全张量探头。
2.按照权利要求I所述的球形反馈三分量磁通门磁梯度全张量探头，其特征在于，三分量磁通门传感器在球体内的分布为第一三分量磁通门传感器(I)和第三三分量磁通门传感器⑶沿X轴方向分别放置，第四三分量磁通门传感器⑷和第二三分量磁通门传感器(2)沿Y轴方向分别放置，在空间上构成以坐标原点为中心的十字形，三分量磁通门传感器(I)、三分量磁通门传感器(2)、三分量磁通门传感器(3)分别通过控制电路与三轴球形反馈线圈连接，三分量磁通门传感器(4)为参考磁通门。
3.按照权利要求2所述的球形反馈三分量磁通门磁梯度全张量探头，其特征在于，按X 轴方向分别放置磁通门⑴和磁通门(3)，按y轴的方向分别放置磁通门(4)和磁通门(2)， 由四个三分量磁通门传感器和三轴球形反馈线圈所构成张量探头的输出表达式为
4.按照权利要求I所述的球形反馈三分量磁通门磁梯度全张量探头，其特征在于，控制电路是由比较器经参考磁通门、采集模块、控制器、电流输出模块和线圈与比较器连接构成。
5.按照权利要求I所述的球形反馈三分量磁通门磁梯度全张量探头，其特征在于，所述的球形不导电材料是指原木、聚苯乙烯、ABS塑料或环氧树脂。
全文摘要
本发明涉及一种球形反馈三分量磁通门磁梯度全张量探头。是在球形不导电材料外表刻有三个方向相互垂直交叉的漆包线缠绕槽；球内装有三个以上三分量磁通门传感器，三分量磁通门传感器通过控制电路连接三轴球形反馈线圈形成闭环构成三分量磁通门磁梯度全张量探头。与现有技术相比球形线圈产生的均匀场比其它种类反馈线圈产生的大，在相同均匀度下，球形反馈线圈所占体积最小，把多个磁通门传感器放在一个三轴球形线圈中，保证了磁通门在零磁附近的环境中工作状态稳定，避免了每个磁通门分别反馈时反馈线圈的互扰，便于校正，大大减少了基线距离，提高了系统精度，特别适合在航空、航天等空间受限的环境中应用，扩展张量仪的应用范围。
文档编号G01V3/10GK102928885SQ20121047945
公开日2013年2月13日 申请日期2012年11月22日 优先权日2012年11月22日
发明者随阳轶, 李光, 林君, 王世隆 申请人:吉林大学