用于测量磁场梯度张量的装置及其测量方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于测量磁场梯度张量的装置，包括放置被测物体的支撑装置和用于测量被测物体磁场梯度张量的磁强计阵列单元，磁强计阵列单元与支撑装置平行设置并对准被测物体的某个平面，支撑装置包括用于使被测物体沿空间坐标三个方向移动调节空间位置的三轴位移台和通过悬梁水平设置在三轴位移台上的转台，转台用于使支撑其上的被测物体旋转来调节其与磁强计阵列的相对表面和相对位置，磁强计阵列包括若干磁强计，磁强计支架和支撑磁强计支架的支撑底座，磁强计支架为具有若干竖直支架条的框架。
【专利说明】用于测量磁场梯度张量的装置及其测量方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于磁性测量【技术领域】，具体涉及一种测量物体周围磁场分布并以此计算 出磁场梯度张量的磁性测量方法以及利用该方法进行磁场梯度张量测量的装置。
【背景技术】
[0002] 磁场梯度张量具有良好的数学性质，受磁化方向影响小，其特征根和不变量能更 好地反演场源参数（方位、磁矩等）并对场源进行定位、追踪。因此，磁场梯度张量的应用 越来越广泛，对磁场梯度张量测量技术的研究也越来越多。
[0003] 对于磁场梯度张量的测量主要有两种方式，一是直接利用磁场梯度计进行测量， 二是先利用磁强计进行比较密集的磁场分布测量，然后以此计算出磁场梯度张量。
[0004] 目前，磁梯度计长度尺寸较大，一般大于30cm，多用于资源勘探等大面积磁场梯度 张量测量。磁强计比较小巧，所以在测量一般物体周围的磁场梯度张量时，会选择利用磁强 计测量出物体周围的磁场分布，然后通过磁场分布计算出磁场梯度张量。
[0005] 对于利用磁强计测量磁场，然后计算磁场梯度张量的方法，基线距离（相邻测量 点之间的距离）是一个重要的参数。基线距离越小，意味着理论上的磁场梯度张量值越准 确，但是同时也意味着所需磁场测量点个数的增多和测量时间的增加。
[0006] 为了能够实现任意基线距离的可调，同时减小磁场测量点数，缩短测量时间，研制 一种利用高精度、高分辨率的磁强计阵列扫描空间磁场并以此计算磁场梯度张量的装置是 非常必要的。
【发明内容】
[0007] 本发明目在于提供一种能够探测物体周围磁场分布，并能够以此计算出物体周围 各点处磁场梯度张量的装置。
[0008] 本发明利用阵列式磁强计进行物体周围空间的磁场三维扫描测量，并以此计算出 磁场梯度张量，从而能够对物体周围的空间磁场进行高精度地测量。
[0009] 为了实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：
[0010] 用于测量磁场梯度张量的装置，包括放置被测物体的支撑装置和用于测量被测物 体磁场梯度张量的磁强计阵列单元，磁强计阵列单元与支撑装置平行设置并对准被测物体 的某个平面，支撑装置包括用于使被测物体沿空间坐标三个方向移动调节空间位置的三轴 位移台和通过悬梁水平设置在三轴位移台上的转台，转台用于使支撑其上的被测物体旋转 来调节其与磁强计阵列的相对表面和相对位置，磁强计阵列包括若干磁强计，磁强计支架 和支撑磁强计支架的支撑底座，磁强计支架为具有若干坚直支架条的框架，若干磁强计对 应滑动设置在坚直支架条上并可根据测量位点进行固定。
[0011] 其中，若干磁强计组成一个平面阵列，使被测物体在距磁强计阵列平面不同距离 处的平行平面上按照测量点位置需求进行移动，在被测物体移动的同时，进行磁场数据采 集，完成物体周围空间的磁场分布扫描。
[0012] 其中，三轴位移台包括沿空间坐标系X轴移动的X向移动板，设置在X向移动板上 的沿空间坐标系Y轴移动的Y向移动板和坚直设置在Y向移动板上可高度调节的Z向移动 板，悬梁水平连接设置在坚直的Z向移动板上。
[0013] 其中，悬梁与Z向移动板可一体成型或机械连接或焊接。
[0014] 其中，用于测量磁场梯度张量的装置还包括电控部件，以对转台和三轴位移台的 移动和旋转进行控制。
[0015] 其中，电控部件与若干磁强计还分别通过电缆连接有数据采集系统以对各测量数 据进行采集、存储与计算。
[0016] 其中，将被测物体按照最大包络尺寸等效为一个长方体，确定长方体的六个面，也 即磁场测量所需的六个平面。
[0017] 一种利用上述测量装置进行磁场强度张量测量的方法，包括以下步骤：
[0018] 1)预热电控部件后将被测物体置于转台上，使被测物体的一个平面对准磁强计阵 列；
[0019] 2)按照测量需求，设定三轴位移台的移动步长，也即计算磁场梯度张量的基线距 离；
[0020] 3)控制三轴位移台移动，同时控制数采进行磁场数据采集和存储，完成该面磁场 分布的测量；
[0021] 4)将转台旋转90°，重复第3)步，完成第二个面的测量；
[0022] 5)继续将转台旋转90°两次，完成第三和第四两个面的磁场分布测量；
[0023] 6)如果被测物体允许，将被测物体上底面和下底面分别对准磁强计阵列，重复第 3)步，完成被测物体的六面的磁场分布测量；
[0024] 7)完成测量，移走被测物体，关闭设备；
[0025] 8)利用公式计算出所需磁场梯度张量，每个点处的磁场梯度张量都有九个元素 gxx、gxy、gxz、gyx、gyy、g yz、gzx、gzy、gzz，以图2为例，测量点 5处的磁场梯度张量值计算公式如 下：
【权利要求】
1. 用于测量磁场梯度张量的装置，包括放置被测物体的支撑装置和用于测量被测物体 磁场梯度张量的磁强计阵列单元，磁强计阵列单元与支撑装置平行设置并对准被测物体的 某个平面，支撑装置包括用于使被测物体沿空间坐标三个方向移动调节空间位置的三轴位 移台和通过悬梁水平设置在三轴位移台上的转台，转台用于使支撑其上的被测物体旋转来 调节其与磁强计阵列的相对表面和相对位置，磁强计阵列包括若干磁强计，磁强计支架和 支撑磁强计支架的支撑底座，磁强计支架为具有若干坚直支架条的框架，若干磁强计对应 滑动设置在坚直支架条上并可根据测量位点进行固定。
2. 如权利要求1所述的装置，其中，若干磁强计组成一个平面阵列，使被测物体在距磁 强计阵列平面不同距离处的平行平面上按照测量点位置需求进行移动，在被测物体移动的 同时，进行磁场数据采集，完成物体周围空间的磁场分布扫描。
3. 如权利要求1所述的装置，其中，三轴位移台包括沿空间坐标系X轴移动的X向移动 板，设置在X向移动板上的沿空间坐标系Y轴移动的Y向移动板和坚直设置在Y向移动板 上可高度调节的Z向移动板，悬梁水平连接设置在坚直的Z向移动板上。
4. 如权利要求13所述的装置，其中，悬梁与Z向移动板可一体成型或机械连接或焊接。
5. 如权利要求1所述的装置，其中，用于测量磁场梯度张量的装置还包括电控部件，以 对转台和三轴位移台的移动和旋转进行控制。
6. 如权利要求1所述的装置，其中，电控部件与若干磁强计还分别通过电缆连接有数 据采集系统以对各测量数据进行采集、存储与计算。
7. 如权利要求1所述的装置，其中，将被测物体按照最大包络尺寸等效为一个长方体， 确定长方体的六个面，也即磁场测量所需的六个平面。
8. -种利用测量磁场梯度张量的装置进行磁场强度张量测量的方法，包括以下步骤： 1) 预热电控部件后将被测物体置于转台上，使被测物体的一个平面对准磁强计阵列； 2) 按照测量需求，设定三轴位移台的移动步长，也即计算磁场梯度张量的基线距离； 3) 控制三轴位移台移动，同时控制数采进行磁场数据采集和存储，完成该面磁场分布 的测量； 4) 将转台旋转90°，重复第3)步，完成第二个面的测量； 5) 继续将转台旋转90°两次，完成第三和第四两个面的磁场分布测量； 6) 如果被测物体允许，将被测物体上底面和下底面分别对准磁强计阵列，重复第3) 步，完成被测物体的六面的磁场分布测量； 7) 完成测量，移走被测物体，关闭设备； 8) 利用公式计算出所需磁场梯度张量，每个点处的磁场梯度张量都有九个元素 gxx、 gxy、gxz、gyx、gyy、gyz、g zx、gzy、gzz，以图2为例，测量点5处的磁场梯度张量值计算公式如下：
(1)
(2)
(3)
⑷
(5) Szz = -gxx-gyy (6) 其中，Bij是物体在第i个测量点处j方向的磁场值，i = 1，2, 3,4, j = X，y，z ; 最后，通过磁场分布计算出物体周围磁场梯度张量的值。
【文档编号】G01R33/022GK104215919SQ201410522871
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年9月30日 优先权日:2014年9月30日
【发明者】孟立飞, 刘超波, 易忠, 肖琦, 王斌, 代佳龙, 陈金刚 申请人:北京卫星环境工程研究所