地球物理仪器报告

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1、东华理工大学地球物理仪器读书报告磁法勘探仪器专 业：11111111111111班 级：11111111111111学 号：11111111111111姓 名：11111111111111指导老师：11111111111111东华理工大学核工程与地球物理学院二零一三年十二月目录绪论 1磁力仪器所对于方法简介 11.1 磁场的绝对测量和相对测量 11.2 磁力仪的主要技术指标 1磁力仪传感器原理与参数 22. 1质子旋进式磁敏传感器的测磁原理 2电路原理与方框图 43. 1质子旋进磁力仪系统总体设计方案 4仪器工作过程及注意事项 7一种具体型号的仪器简介 75. 1磁通门磁力仪传感器原理 75.

2、1.1 坡莫合金片的磁滞迥线特点 75.1.2 偶次谐波的产生 85.1.3 环型芯磁通门传感器的工作原理 105.2 磁通门式磁敏传感器的应用 145.3 MCL-2微机磁力仪16#绪论地球地磁场磁力与人类生活关系密切，伴随着人类文明活动的进程， 人们从来未间断对它们的观察、研究和利用。作为应用地球物理学的一个重要分支一一磁法勘探，以测量各种地质体 的磁场为主，研究地质体的磁性差异并给出解释，达到研究地壳结构构造与找矿的目的。我国的磁法勘探工作开始于20世纪30年代，新中国成立后，磁法勘探得到了国家各政府的高度重视，在地面磁测、航空磁测、井中磁测、和航海磁测登各方面相继开展，并在找矿勘探 及

3、国民经济建设中作出了重大贡献。目前我国已经完成了全国范围1: 25万航磁编图，且在大部分地区已完成了大比例尺航空、地面磁测。目前，随着数字技术及计算机技术的发展与应用，不仅使得磁场磁力的仪器测量结果更加准确，应用更加方便，而且使得对磁法资料的数据处理、成图及异常解释逐步实现自动化，大大 提高了解释速度和效率，同时还推动了复杂磁异常解释理论的应用和发展。这种技术无论在金 属与非金属矿产勘探、岩石、军事工程、文化考古勘探以及地壳结构与深部构造研究方面都发 挥着越来越重要的作用。总之，磁法勘探在国民经济和人民生活中占有十分重要的地位。在21世纪，更广泛的社会需求将引导人们更多的认识、扶持并发展这项传

4、统科学技术。伴随着新的 测量设备、更完善的解释理论的不断出现，其发展和应用将达到新的水平。也将更多地造福人 类。第1章：磁力仪器所对于方法简介1.1 磁场的绝对测量和相对测量无论利用磁测资料研究地质构造还是直接找矿，都要首先测量以及获得磁感应强度值。测量磁测强度值分两种方法，绝对测量和相对测量。绝对测量较多的用于地磁学研究。多数电子式磁力仪都可用与地磁场的绝对测量。相对测量主要用于磁法勘探中。应用机械式磁力仪和电子式磁力仪均可实现相对测量。相对测量主要测量地磁场总强度 T矢量的模量以及地磁场的垂直分量Z与水平分量H的模量，并计算它们与正常地磁场 T。、Z。、H。模量的差值AT、Za、Ha。总强

5、度磁异常AT与总磁异常矢量 T a的关系，以及Z及H与Z。、H。的关系。1.2 磁力仪的主要技术指标技术指标是反映一起总体性能的技术数据，通常包括：灵敏度、精度、准确的、测程与温度 环境要求等。灵敏度：系指磁力仪反映地磁场强度最小变化的能力，也有时称分辨率。精度：是衡量仪器重复性的指标， 系指仪器自身测定磁场所达到的最小可靠值。由一组测定值与平均值的偏差来表示。准确的：系指仪器测定磁场真值的能力，表示出单台仪器测量结果与真值相比的误差。测程：指仪器在测量过程中所能显示出的最弱磁场或最强磁场的测量值。测程越大，仪器的适应性越强。此项指标主要主要适用于机械式磁力仪。温度环境：主要表示该类仪器在恶略

6、条件下的适应性，性能优越的仪器应具备在 -30到50 c温度条件下正常工作的能力。以上为对包括机械式磁力仪在内的仪器指标的传统提法，对电子式磁力仪，很多仪器已经增加了包括采样频率，自动化程度等多种功能。采样频率即自动记录的速度。目前使用电子式磁力仪大多具备自动记录的功能，采样频率可实现美妙1至20次自选。采样频率越高，对磁场变化记录的准确度越高，但采样频率过高有时 会影响精度。自动化程度：是磁场测量技术与信息技术结合的体现。主要显示仪器的存储量、自动记录的设置、日变自动改正、资料的输出与打印、剖面图像的随时显示与gps对接应用的功能等。第2章：磁力仪传感器原理与参数2.1质子旋进式磁敏传感器的

7、测磁原理物理学业已证明物质是具有磁性的。若以水分子（H2Q而言，从其分子结构、原子排列和化合价的性质分析得知：水分子磁矩（即氢质子磁矢D在磁场作用下绕地磁场旋进，如图2.11所不。它的旋进频率f服从公式f= 丫 pT/2兀。式中丫 p为质子旋磁比；T为地磁场强。不管从经 典力学观点，还是从量子力学观点，此公式的来源均能得以论证。为方便起见，此处采用经典 力学的观点，分析直角坐标系中质子磁矩的旋进情况。设质子磁矩 M在地磁场T作用下有一力矩 M/K T,于是，它和陀螺一样，其动量矩的变化率等于外加力矩，即dtdM )dtd p p dti j kMxM vMx yTxTyTz磁矩的三个分量为:d

8、MxddTdMydtdMzdtpMyTz-MzTyj pMzTx-MxTzl pMxTy-MyTx!为分析方便，设 Tz=T（地磁场）；Tx=0;Ty=0.将此条件代入式（2.1 4）,便得：dMx-dfdMy-drdMz-dr=pMyT二- pMxT=0对于（2.1 5）中的第一微分，得d2Mxdt2骅T =-YpM.2_学+T2Mx=0显然，式（2.1 6）为简谐运动方程，其解为:Mx =AcospTt +9）My = -Asin（p + 中）*M z =常数同理：M| =M2+M2 =A =常数从式（2.1 7）可看出，M是常数，磁矩 M在z轴上的投影是不变的；磁矩 M在x轴的 投影是按

9、余弦规律变化的；磁矩 M在y轴是按正弦规律变化的。由图 2.1 2可以看出：磁矩 M在xy平面上的绝对值是一个常数，并且在 xy平面上旋进。/JL - W/ / I /jF/ / yzj2.1 1康干段地旋进示老图国Ml 2鹿矩旧或遇规慎交化示意图综合起来看，质子磁矩M在地磁场T的作用下，绕地磁场T旋进，它的轨迹描绘出一个圆锥 体，旋进的角频率为 w ,称为拉莫尔频率(Larmor frequency )。根据简谐运动方程，可得到：3 = 丫 pT； 3 =2 兀 f ,即：式中T p= (2.67513_+0.00002 ) S-1T1。将此值代入上式，便得：(2.110)T =23.487

10、4 f nTf = 4257.8T Hz由上式可看出，频率f与地磁场成正比，只要能测出频率f,即可间接求出地磁场 T的大小,从而达到测量地磁场的目的，需要指出的是：这里没有考虑驰豫时间。但是，在实际工作中是 有驰豫时间的，信号也是衰减的，那么如何在信号衰减的情况下测量地磁场呢？下面就来介绍 这个问题。第3章：电路原理与方框图3、1质子旋进磁力仪系统总体设计方案图1是本设计的系统原理图，由CPU提供脉冲极化探头，由探头输出的微弱的质子旋进信号经 调谐后，送入选频放大电路，信号放大后整形输出为 TTLfe准磁化探头朴俊嫉rAM放大卷Aft时件RS-232接口GPS 检块图1质子磁力仪系统组成单元方

11、波，此信号送入测量部分测量。通过分析质子磁力仪的工作原理，并对几种型号质子磁力仪内部结构分析得知：质子磁力仪 的测量部分主要由高精度的频率计完成。所以测量部分通过设计高精度的频率计来实现。频率计采用新型的CPL嚼件来设计。键盘采用5X4矩阵键盘，CPLDFB分还实现了键盘扫描功能。质子旋进磁力仪配置了 GPS模块,用来获取测量点的经纬度及测量时的时间，GPS发送的时间非常精准，故在GPS有效定位时可以对系统的日历时钟校准。该系统配置了容量达 2 MB的FLASH的存储器，240 X 128的单色大LCD显示屏，RS232接口 和US蓑口。 USB接口支持主机模式和从机模式 ，在主机卞II式下，

12、可接USB存储器、USB外设(鼠 标、键盘和打印机等)；在从机*II式下，可接PC机进行数据交换。探头配谐原理：探头是感性元件，所测量的信号是频率信号。质子磁力仪利LC并联谐振回路进行选频测量 ，根据谐振公式：f = 1/2 兀(LC ) 1/2 ( 1)式中，f为LC谐振回路的中心频率；L为探头的电感量；C为仪器中配谐的电容值。只要 使探头的电感L和仪器中配谐电容 C较准确地配谐，就会使回路的谐振频率f谐振在探头中质 子旋进频率的附近。地磁场在短时间内变化较小，质子磁力仪利用这一特性实现了仪器选频测量的自动跟踪功能，利用上一次测量的频率值 f(磁场值T),根据下式计算出下一次选频测量的配 谐

13、电容值C :1C 2 2L(2 3)谐振回路的品质因数：Q =WL/R ( 3)为了在全测量范围内都能谐振于旋进频率，要把电容C换成可调的，简单实用的办法是用多档开关来换接若干个电容。由于探头配谐电路工作在极弱的信号下，本系统选用低导通电阻的模拟开关ADG7067 来切换谐配电容。电容配谐系统示意图如图2所示。该模拟开关为16 :1模2电容配谐系统示意图信号放大原理：整个信号放大部分整体流程框图如图3所示。探头接收到的信号十分微弱，需要逐级进行放大。对放大电路的要求是低噪声、高阻抗、低失调电流。前置放大器的作用是为整个系统提供较高的共模抑制比，将探头输出的差分信号转换为单端信号。前置放大器输出

14、的信号经50 Hz陷波器以消除工频干扰，经滤波后进入一次程控放大器 ，再经滤波（二阶带通），此时波形已比较接 近正弦波了，再进入二次程控放大器，此为主放大器，倍数比较大，信号完成放大。为进一步保证 滤除信号中的高低频干扰，在二次程控放大后，再接入一级二阶带通滤波器。经滤波后的信号还 是正负电压范围，故需要将其截取只保留正电压部分 ，在信号截取后将其通过比较器 ，可进一步 滤除干扰，以完成整形，干净的波形即可送入数字测频部分进行频率测量。芾圣凌波谷850-3500Hz850-3500Hz带/这波0 .850 3500出信号调理部分整体流程框图信号频率测量：目前通用的频率测量方法有测频和测周。测频

15、就是直接测量频率，通过记录单位时间内通过闸门的脉冲个数，来计算测量信号的频率。 测周通过记录被测周期单位周期内通过的标准信号频率，计算出被测信号的频率。 两种方法各有优点。 对于高频信号，选用测频，可以减少土 1测量误差，得到较高的测量精度，但在低频测量时，1误差相对测量结果偏大，测量精度较低，此时测量周期的方法可以减少土 1误差。第4章：仪器工作过程及注意事项磁法勘探在地质工作中的应用主要包括以下5个部分。1）工作设：接受任务以后，首先收集与工作区有关的地质、地球物理等资料，并组织现场 踏勘，在此基础上写磁场工作设计书。2）前期准备：对仪器设备的性能进行检测，确定基点或基点网并进行基点联测，选择