[实用新型]磁偏角补偿测量装置

说明书

本实用新型涉及一种磁偏角的测量装置，尤其涉及一种磁偏角的补偿测量装置。

地球磁场(简称地磁)的存在是人类较早发现的地球物理现象之一，早在公元前几个世纪，我们的祖先就已经发现了地磁现象，并于公元八世纪在航海中利用了罗盘。地磁资料在导航、勘探、地球科学研究领域得到了广泛的应用，因此倍受关注。为了观测地球基本磁场的变化，全球有上百个地磁观测台站在日夜不停地运转。

地磁(F)是一个矢量场，如图1(地磁矢量图)所示。确定某一观测点的地磁场需要用三个彼此独立的分量来描述。这些独立的分量称为地磁要素。常用的可供选择的地磁要素有F(地磁总强度，即地磁向量的模)，X、Y、Z(地磁向北、向东、向下的三个分量)，H(地磁水平分量，即地磁在水平面上的投影，其方向为磁子午线方向)，D(地磁偏角，地理北与磁子午线间的夹角)和I(地磁倾角，即地磁场对水平面的倾角)。这些要素可以有多种方式的组合，如X、Y、Z；H、D、Z；F、D、I等，已知其中独立的三个，其它要素就可以计算出来。

目前，国内外采用的磁偏角测量方法及其仪器有：

①磁力测量法。用无扭力吊丝悬挂磁针，当磁针停止时，磁针轴线方向即磁偏角方向。如英国的COOKE磁经纬仪，中国的CJ6磁经纬仪。

②感应测量法。利用电磁感应原理，使线圈在磁场中运动，当线圈平面轴线与磁场平行时，因为不切割磁力线则无感应电流，此轴线方向即为磁场方向。如日本的G·S·I一等磁力仪。

③磁通门测量法。利用磁通门探头有良好的方向性特点，如：加拿大EDA公司的DIM-100、英国BARTINGTON公司的MAG-01H和中国科学院地球物理所的DI仪。

④矢量测量法。利用线圈产生磁场抵消Z分量，再在水平面内产生两个方向相反的磁场，与地磁水平强度分别进行矢量相加测量。按一定的几何关系计算磁偏角。如国外有几个国家、国内有中国科学院地球物理所和江苏省地震局使用了此方法。

由于①②③三种方法是人工手动操作，难于实现自动化观测。第④种方法虽然可以自动连续测量磁偏角，但造价高，无法实时测量，磁扰时误差大。

本实用新型的目的就在于克服上述测量法及其装置存在的缺点和不足。而提出一种磁偏角补偿测量法及其装置，从根本上(原理上)解决了磁偏角连续绝对观测的困难。

本磁偏角补偿测量法是这样实现的，如图2(补偿法原理图)所示，即利用一个水平线圈产生磁场Z′，基本完全补偿地磁垂直分量强度Z；用另一个垂直线圈产生水平磁场H_W，其轴向偏移H的角度为90°+β，可基本完全补偿H分量在线圈轴线上的投影分量H_W′，这时用补偿法可以较精确地测定H_D，只要H_W是水平的，并且它与地理北之间的夹角α是已知的，就可以算出磁偏角D：

D＝β-α＝COS^-1H_D/H-α

α测量有两种方法，一种是传统的比测法，另一种要求线圈及度盘进行精密加工，并配上望远镜系统和D标定管，自行标定，直接测定α角度。

本补偿法和国内外通用的矢量法相比，其优点在于：

①补偿法可以同时测量地磁要素的三个分量F、H、D，无时间差；而矢量法则必须在磁偏角线圈中前后分别加上正反两个方向的附加磁场电流并作两次测量，才能与水平磁场强度一同作磁偏角计算，实现磁偏角的测量，这样在磁扰时会带来较大的误差，这一致命的弱点限制了它的应用。

②利用补偿法测量磁偏角，偏角测值是偏角补偿场的最小值点，类同于测量水平或垂直强度。因极值点附近的磁场梯度较小，而矢量法是对偏角附加磁场进行矢量相加，其测值点附近的磁场梯度较大，所以对于同样的测量强度仪器，补偿法可以取得更好的观测资料。

③在磁静时，为获得同样的磁偏角测量精度，矢量法需要万分之一的恒流源稳定度，而补偿法只需要千分之三的稳定度，造价大大节省。

④补偿法的偏角计算公式：

D＝β-α＝COS^-1H_D/H-α(1)

国际通用的矢量法计算公式：

D＝D₀+θ＝D₀+SIN^-1[(R₊^2-R_-²)/4HC](2)