磁力仪

测量磁场强度和方向的仪器的统称。测量地磁场强度的磁力仪可分为绝对磁力仪和相对磁力仪两类。绝对磁力仪测定值的准确度由仪器本身的某些物理常数所确定；相对磁力仪测定值的准确度只有与绝对磁力仪比测后，才能确定。
一、磁力仪的类别
按照磁力仪的发展历史，以及它应用的物理原理，可分为：
第一代磁力仪 它是应用永久磁铁与地磁场之间相互力矩作用原理，或利用感应线圈以及辅助机械装置。如机械式磁力仪、感应式航空磁力仪等。
第二代磁力仪 它是应用核磁共振特性，利用高磁导率软磁合金，以及专门的电子线路。如质子磁力仪，光泵磁力仪，及磁通门磁力仪等。
第三代磁力仪 它是利用低温量子效应，即超导磁力仪。
磁力仪按其内部结构及工作原理，大体上可分为：①机械式磁力仪 如悬丝式磁秤、刃口式磁秤等；②电子式磁力仪 如质子磁力仪、光泵磁力仪、磁通门磁力仪等。
磁力仪按其测量的地磁场参数及其量值。可分为：①相对测量仪器 如悬丝式垂直磁力仪等，它是测量地磁场垂直分量Z的相对差值；②绝对测量仪器如质子磁力仪等，它是测量地磁场总强度T的绝对值；不过亦可测量相对值，或梯度值。
若按测量地磁要素或磁异常的不同，可分为：①测量地磁要素的仪器：如测量地磁倾角的地磁感应仪，测量地磁偏角的磁偏计，以及测量水平强度的地磁经纬仪等；②测量磁异常的各种相对测量磁力仪。
若从使用磁力仪的领域来看，它们可分为：地面磁力仪，航空磁力仪，海洋磁力仪，以及井中磁力仪。
若从测量磁参数的角度可分为：专门测量岩石磁参数的仪器有：无定向磁力仪、旋转磁力仪等；其它的质子、超导等磁力仪可兼测磁参数。
二、磁力仪的几个主要技术指标
技术指标是反映仪器总体性能的技术数据，通常包括：灵敏度、精密度、准确度、稳
定性、测程范围等等。
灵敏度 系指磁力仪反映地磁场强度最小变化的能力（敏感程度）。有时也称作分辨率。
对于用数码显示器读取磁场值的仪器（如质子磁力仪），在其读数装置上估读的最小可辨别的变化，称为显示灵敏度（或读数能力），如1nT/字，0.1nT/字等。由于仪器有一个噪声水平问题，因此灵敏度与显示灵敏度在概念上是有区别的。
精密度 它是衡量仪器重复性的指标，系指仪器自身测定磁场所能达到的最小可靠值。由一组测定值与平均值的平均偏差表示。在仪器说明书中叫自身重复精度。
准确度 系指仪器测定真值的能力，即与真值相比的总误差。
在磁法勘探工作中，通常把精密度与准确度不予区分，统称为精度。
地磁感应仪 　测量地磁倾角的仪器。它是韦伯(W.E.Weber)于1837年根据电磁感应原理制成的。它的主要部分是一个能绕平行于线圈平面的轴旋转的多匝线圈。线圈装在常平架上，架上有垂直度盘和水平度盘。当线圈的旋转轴与地磁场方向平行时，转动线圈的电压输出为零。此时测出线圈旋转轴的倾角即地磁倾角。由线圈转轴的偏差等引起的测量误差可由线圈的正转与反转、水平度盘转180°和垂直度盘转180°的一组测量自相消除。测量磁倾角的精度可达数秒。早期使用的伏角计和伏角仪由于操作繁琐，测量精度低，已为地磁感应仪所代替。
　　磁偏计 　测量地磁偏角的仪器。主要由磁系、悬丝、照准望远镜和水平度盘等组成。测量精度可达数秒，受悬丝的残余扭力的影响。
　　地磁经纬仪 　测量地磁场水平强度的绝对磁力仪。它是C.F.高斯等于19世纪30年代发明的。它是根据两个磁棒间的相互作用和悬挂着的磁棒的振荡周期与地磁场强度的关系设计的。仪器的主要部分是致偏磁棒、偏转磁系及其悬丝、照准望远镜和水平度盘以及磁棒的振荡箱。若对磁棒和磁系的非偶极影响、磁矩和转动惯量的温度系数等作精细改正，测量精度可达1～2纳特。使用这类仪器测一组数据要花 1小时左右。目前只有少数地磁台使用。地磁经纬仪主要有两种类型，一种是马丁磁力仪（图1）,另一种是施密特磁力仪（图2）,后者精度较高。 　　正弦检流计 　测量地磁场水平强度的绝对磁力仪。主要由亥姆霍兹线圈、悬丝和磁系组成。测量精度由线圈常数、电流及磁针的偏角所决定。史密斯(S.Smith)于1922年对仪器的测量方法作了改进,使测量精度达到0.5纳特,而且2分钟左右就可完成一次测量。这种仪器在19世纪20～50年代广为使用。
　　石英丝水平强度磁力仪 　测量地磁场水平强度的相对磁力仪，是丹麦学者拉库尔（D.Lacour）于1936年根据扭力矩和磁力矩平衡的原理设计制成的。仪器的主要部分是一条精制的石英丝和磁针，测定悬丝扭过+2π和-2π时磁针的偏转角，通过计算就可算出地磁场水平强度。这种仪器可供野外地磁测量使用，也可供地磁台作地磁记录的校正，但必须先用绝对磁力仪对它的常数进行标定。它也是国际地磁仪器比测的一种工具。
　　零点磁秤 　测量地磁场垂直强度的相对磁力仪，是拉库尔于1942年根据重力矩与磁力矩平衡的原理，利用两个磁针间的相互作用制成的。仪器的主要部分是一个能绕水平轴摆动的单体磁针和一个安放在该磁针中心下面并可在垂直面内旋转的磁棒，用改变磁棒方位的方法使磁针保持零位。磁棒在各个方位对磁针产生的磁场值是经过标定的，测定磁针在零位时磁棒的方位就可计算出地磁场的垂直强度。现在所用的磁秤已取消可旋转的磁棒，直接利用磁针的偏转计算垂直强度。
　　磁通门磁力仪 　测量地磁场强度和方向的相对磁力仪。磁通门探头有一个在弱磁场中就能达到饱和磁化的由高磁导率合金制成的磁芯。最基本的做法是在两个平行的磁芯上分别绕以初级和次级线圈，两个初级线圈串联起来通以50～1000赫的激励磁场，使磁芯达到饱和状态，次级线圈与差动放大器相连。在外磁场为零时，磁芯中所感应的交流磁通的正半周与负半周完全对称，两个次级线圈的输出均为零。当沿磁芯轴向有直流磁场时，则磁芯将在某一半周先达到饱和,正负半周就不对称,两个次级线圈的输出电压差与磁通量的变化率成正比，测量此电压就可得到地磁场的变化。这种仪器能测量地磁场的方向和强度。把3个探头相互垂直地组合在一起,就能组成磁通门分量磁力仪。
　　磁通门磁力仪是在第二次世界大战中为了从飞机上探测敌方潜艇而发展起来的。现已在地磁台及陆地磁测、航空磁测、卫星磁测等方面得到广泛的应用（见地磁测量）。
　　光泵磁力仪 　根据原子能级在磁场中产生塞曼分裂的现象，采用光泵（光抽运）和磁共振技术制成的一种测量地磁场总强度的磁力仪。如铷光泵磁力仪的原理是由铷灯发出的圆偏振光照射铷吸收池，并在光电池上聚焦，由于光束与地磁场约成45°，电子绕地磁场作拉莫尔旋进，所以光强度也按拉莫尔频率闪烁。把光电池的输出信号放大并接到绕在吸收池外面的高频反馈线圈上，就构成一个振荡器，其振荡频率f与地磁场总强度T成正比。测量振荡频率就能得出地磁场的总强度。这种仪器的分辨率高于0.01纳特，能响应数赫的地磁场变化，但绝对精度不如质子旋进磁力仪。光泵磁力仪适于记录地磁脉动和装在空间飞行器上测量近地空间的定性、测程范围等等。
灵敏度 系指磁力仪反映地磁场强度最小变化的能力（敏感程度）。有时也称作分辨率。
对于用数码显示器读取磁场值的仪器（如质子磁力仪），在其读数装置上估读的最小可辨别的变化，称为显示灵敏度（或读数能力），如1nT/字，0.1nT/字等。由于仪器有一个噪声水平问题，因此灵敏度与显示灵敏度在概念上是有区别的。
精密度 它是衡量仪器重复性的指标，系指仪器自身测定磁场所能达到的最小可靠值。由一组测定值与平均值的平均偏差表示。在仪器说明书中叫自身重复精度。
准确度 系指仪器测定真值的能力，即与真值相比的总误差。
在磁法勘探工作中，通常把精密度与准确度不予区分，统称为精度。
质子旋进磁力仪 　五十年代中期，帕卡德和互里安首先发现在一线圈内装满水溶液并向线圈通以强电流时，而当这极化电流突然中断后的大约一秒钟内，在线圈上就可测出音频信号，这信号的频率正比于外磁场，从而发明了V-4910质子旋进磁力仪。仪器在航空、海洋、及地面等领域均得到了应用。它具有灵敏度，准确度高的特点，可测量地磁场总强度T的绝对值，或相对值、梯度值。
质子磁力仪使用的工作物质（探头中）有蒸馏水、酒精、煤油、苯等富含氢的液体。水（H2O）宏观看它是逆磁性物质。但是，其各个组成部分，磁性不同。水分子中的氧原子核，不具磁性。它的电子，其自旋磁矩都成对地互相抵消了，而电子的运动轨道又由于水分子间的相互作用被“封固”。当有外界磁场加来时，因电磁感应作用，各轨道电子的速度略有改变，因而显示出水的逆磁性。此外，水分子中的氢原子核（质子），由自旋产生的磁矩，将在外加磁场的影响下，逐渐地转到外磁场方向。这就是逆磁性介质中的“核子顺磁性”。
测量地磁场总强度的绝对磁力仪。质子磁力仪利用富含质子氢的液体产生旋进信号。它使用的液体可以提供非常高的氢密度，并且在操作时没有危险。
让极化直流电流通过绕在富含质子氢液体探头的线圈上，便会产生100高斯（Gauss）的辅助磁通密度。质子被极化至较强的净磁化强度，与较强的磁通密度达到热平衡。
当辅助磁通终止时，被“极化“的质子即发生旋进而重新恢复为正常的磁通密度状态。根据以下公式，质子的旋进频率f0与磁通密度B（单位为特斯拉—Teslas,T）有直接关系：
f0=(γp/2π)Bγp/2π=42.5763751MHz/T
对质子旋进的测量必须按序进行，即先有一个初始极化，接着进行频率测量，然后这个循环不断重复。这不同于在氢核被极化的同时进行旋进测量的连续测量法。
质子磁力仪优点例如：
● 它集成了高精度GPS（可选）。
● 在主机屏幕上实时显示观测磁场图像。
● 通过RS232接口，快速下载观测数据，下载速率高达115千波特。
● 分辨率高达0.01nT,灵敏度达0.1nT。
● 标准内存为32MB，可存储1465623个野外读数或5373951个基点台读数。
● 具有独一无二的可程序化的基点站观测功能
例如：野外磁力仪与基点站连接自动校正日变；灵活设置观测时间表和采样率系列；当你长时间离开基点台时，该功能就显得特别重要。
● 使用GSM－19T质子磁力仪的Walking Mag采集模式，可保证操作员在野外随走随采集磁场数据，从而获得连续的观测剖面。
● GSM－19T质子磁力仪的另一项创新是，用户可以在办公室内把设计好的观测路线和点位输入给GPS（可选），然后由GPS指挥操作员在野外按设计进行观测。
● 基点台观测和野外流动观测之间具有高精度的时间同步，这对于在磁干扰地区和保证高精度的观测结果是非常重要的。
● 具有观测质量监控功能，在测量过程中如果发观某个观测值质量低劣，操作员将听到警告信号。
质子磁力仪缺点是探头最怕磕碰，怕高温不怕低温。
目前国内质子磁力仪长期以来一直是使用普遍、价格便宜的磁力仪主要以加拿大GEM生产的GSM-19T质子磁力仪为代表，市场上一直是北京地森海代理加拿大GEM质子磁力仪使用最普遍的磁力仪，在国内具有相当高的人气以及非常好的口碑。
简介
加拿大GEM公司是专门研发和生产磁力仪的专业公司，已有三十多年历史。其生产的磁力仪被公认为磁力仪的标准系列。
GSM-19T高精度Overhauser磁力仪
技术指标
● 灵敏度：<0.05nT
● 分辨率：0.01nT
● 绝对精度：±0.2nT
● 采样率： 3至60 秒
● 动态范围：10000到120000nT
● 32M内存
● 梯度容差：>7000nT/m
● 工作温度：-40℃—+55℃
● 尺寸及重量：主机223×69×240mm，重2.1Kg；
传感器170mm(长)×75mm(直径)，重2.2Kg。
主要特点
● 非常轻便，操作简单
● 内置高精度GPS（选项）
● 实时显示观测图像
● 自动警告低劣的观测数据
● 软件自动校正日变
● 网上更新软件
● 牢固，稳定，几乎无需保养
GSM-19高精度Overhauser磁力仪
类型
● GSM－19 Overhauser标准磁力仪，(最快读数3秒)
● GSM－19G Overhauser标准磁力梯度仪（最快读数3秒）
● GSM－19V Overhauser标准磁力仪＋甚低频
● GSM－19W Overhauser 步行磁力仪（最快读数0.2秒）
● GSM－19GV Overhauser标准梯度仪＋甚低频
● GSM－19GW Overhauser 步行磁力梯度仪（最快读数2秒）
● GSM－19WV Overhauser 步行磁力仪＋甚低频
● GSM－19GWV Overhauser 步行磁力梯度仪＋甚低频
技术指标
● 灵敏度：<0.015nT
● 分辨率：0.01nT
● 绝对精度：0.1nT
● 梯度容限：>10000nT/m
● 梯度容限：>10000nT/m
● 动态范围：10000到120000nT
● 4M内存：209715个读数（流动测量），699050个读数（基点测量）
● 工作温度：-40℃-+55℃
● 采样率：60+,5,3,2,1,0.5,0.2秒
● 尺寸及重量：主机223×69×240mm，
重2.1Kg;探头 175mm(长)×75mm（直径），重1.0Kg
主要特点
● 高灵敏度，高分辨率和高观测精度
● 超级全方位传感器
● 测量之前无需预热，易于野外操作
● 数据存储达4M字节，可扩展到32M字节
● 软件自动校正日变
● 内置高精度GPS(选项）
● 网上更新软件
● 坚固可靠，使用寿命长，适应性强，几乎无需保养

杨永军　-> 15110272493 QQ 170214667
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北京地森海物探仪器