【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(chǎng)總強(qiáng)度測(cè)量和地磁場(chǎng)三分量測(cè)量發(fā)展到對(duì)磁場(chǎng)梯度張量的測(cè)量。國(guó)外在很早就開始了對(duì)于全張量磁梯度儀的研發(fā),美國(guó)、德國(guó)、澳大利亞以及一些歐洲國(guó)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(shí)驗(yàn)成果。我國(guó)在全張量磁梯度測(cè)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?jī)x的測(cè)量誤差,建立了磁梯度張量?jī)x的誤差模型,提出了磁梯度張量?jī)x的測(cè)量誤差校正方法,并通過校正實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了方法的可行性,從而設(shè)計(jì)并研制了一種基于磁通門磁強(qiáng)計(jì)的磁場(chǎng)梯度張量測(cè)量?jī)x。本文先簡(jiǎn)要介紹了磁場(chǎng)梯度張量的基本性質(zhì)和磁場(chǎng)梯度張量測(cè)量的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀,并且說明了磁場(chǎng)梯度張量測(cè)量的優(yōu)勢(shì)。簡(jiǎn)述了三軸磁通門磁強(qiáng)計(jì)的結(jié)構(gòu)和電路設(shè)計(jì)。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?jī)x構(gòu)型,通過對(duì)五種基本磁梯度張量?jī)x構(gòu)型進(jìn)行誤差仿真,對(duì)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?jī)x測(cè)量誤差最小的結(jié)論,確定了所研制磁場(chǎng)梯度張量?jī)x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?jī)x的誤差模型,梯度張量?jī)x的誤差主要分為兩部分,組成梯度張量?jī)x的四個(gè)磁通門磁強(qiáng)計(jì)各自的誤差,主要有三軸非正交誤差,軸間標(biāo)度因子誤差,三軸零點(diǎn)偏移誤差等,以及安裝梯度張量?jī)x時(shí)由于機(jī)械精度或者人為操作造成的非對(duì)準(zhǔn)誤差。本文提出了一種非對(duì)準(zhǔn)誤差校正方法,并對(duì)該方法進(jìn)行了仿真分析并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,經(jīng)過校正后的磁場(chǎng)梯度張量與校正前的磁場(chǎng)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(duì)磁梯度張量?jī)x進(jìn)行誤差校正。驗(yàn)證了磁場(chǎng)梯度張量?jī)x的校正方法后,本文基于實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有磁通門傳感器研制了磁場(chǎng)梯度張量測(cè)量?jī)x。設(shè)計(jì)并完成了磁場(chǎng)梯度張量測(cè)量?jī)x的信號(hào)檢測(cè)電路部分,電路調(diào)試完成后對(duì)磁通門傳感器和電路進(jìn)行了性能測(cè)試,達(dá)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?jī)x各測(cè)量分量的噪聲≤0.1667 nT/m/Hz~(0.5)@1Hz。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：P631.2
【圖文】：

美國(guó)和澳大利亞以及一些歐洲國(guó)家的技術(shù)水平更加先進(jìn)。2000 年，澳大利亞最大的政府研究機(jī)構(gòu)——聯(lián)邦科學(xué)工業(yè)研究組織（CSIRO）的工業(yè)物理學(xué)部用一個(gè)雙 SQUID 差分梯度儀進(jìn)行了初步試驗(yàn)，并且與勘探與礦業(yè)部和五礦公司進(jìn)行合作，研發(fā)可以測(cè)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(jì)，通過讓梯度儀圍繞著其軸旋轉(zhuǎn)來進(jìn)行測(cè)量。通過初步的人工轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)證明了這個(gè)系統(tǒng)的可行性。目前，澳大利亞正在進(jìn)行另一項(xiàng)研究，這項(xiàng)研究的目標(biāo)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(jì)要求 GETMAG 的靈敏度優(yōu)于 0.01nT/m，基線長(zhǎng)度 3cm。GETMAG 的目標(biāo)是探測(cè)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(dǎo)全張量磁梯度系統(tǒng)[14]econd generation aviation superconducting full tensor magnetic gradienIPHT嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的一個(gè)小組，通過使用由美國(guó)海軍提供的現(xiàn)所自主研發(fā)的航空地球物理平臺(tái)相結(jié)合，組成了完整的航進(jìn)行飛行試驗(yàn)。海軍提供的 HTS-SQUID 由 8 個(gè) SQUID 元件。通過合理的配置 SQUID 元件，可以用它來測(cè)量磁場(chǎng)三向值。該小組進(jìn)行了地面試驗(yàn)，得到了在不同環(huán)境條件下的噪行屏蔽處理后對(duì)一個(gè)使用偶極子模擬的目標(biāo)進(jìn)行了磁測(cè)。系統(tǒng)的性能，也檢驗(yàn)了偶極子追蹤的方法[7]。

圖 1.3 美國(guó) HTS-SQUID 航空磁梯度張量測(cè)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?jī)x，還有以磁通門磁強(qiáng)計(jì)為基礎(chǔ)構(gòu)造的磁地質(zhì)調(diào)查局（U.S.Geological Survey）設(shè)計(jì)研發(fā)了基于磁通門磁張量?jī)x，該磁梯度張量?jī)x為四個(gè)磁通門磁強(qiáng)計(jì)組成正四面體構(gòu)型磁強(qiáng)計(jì)分別放置在四面體構(gòu)型的四個(gè)頂點(diǎn)上組成磁梯度張量?jī)x[9]

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7 干露;高靈敏度環(huán)形磁通門傳感器的研究與設(shè)計(jì)[D];華中科技大學(xué);2008年

8 杜卓宏;三端式磁通門傳感器接口ASIC設(shè)計(jì)[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2011年

9 葉蘭;基于隨機(jī)共振理論的磁通門傳感器研究[D];華中科技大學(xué);2013年

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

本文編號(hào)：2801584