[发明专利]差分梯度测量磁力计、系统及其使用方法

说明书

相关申请

本申请要求于2008年8月5日提交的美国临时专利申请号61/086,207的优先权。

技术领域

本发明的实施方式涉及用于通过感测磁场中断来定位期望物体的装置和系统以及使用该装置的方法。

背景技术

使用磁力测定搜寻和发现物品具有很长的历史，特别是在物品埋藏于地下或者淹没于水下的情况下。通过磁力测定来调查的项目类型众多且各不相同，诸如作为示例但无疑并非限定的未爆弹药(UXO)、地雷和水雷、潜水艇、简易爆炸装置(IED)、考古领域的物品、与石油或矿物勘探有关的地球物理学特征等等。搜寻、检测和定位物体必定需要对某些探区的勘测。传统的磁力计和磁力计系统通过如下方式来实现这种勘测，即，随着仪器和/或传感器沿着多条路径(通常是形成蛇形线的一系列平行线)移动来采样磁场测量。这些采样数据在时域中、连续地、逐个数据点地被记入日志或以其他方式记录。在某些情况下，仪器或传感器的地点或位置被与采样数据点相关地进行记录，并且随后用于制作勘测图，即，空间域中的有用信息。因此，传统的系统收集大量的数据集合，其需要计算机软件操作以将时域数据变换为空间域中的有意义信息，即，勘测图或坐标网格上的物体的位置。这总是成立的，不论例如标量、矢量、梯度或者梯度率变化通量密度等被测磁场参数如何，也无论磁力计使用的磁场传感器如何，该磁力计例如，一轴、二轴或三轴矢量类型通量门，磁性二极管，霍尔效应，磁阻的、磁感应的或旋转穿隧接面(spin tunnel junction)装置，和/或由所谓的总磁场传感器使用的磁场传感器，该总磁场传感器诸如质子铯(proton cesium)或质子进动(Overhauser)装置。

发明内容

在磁力测定领域，术语“磁力计”经常被可交换地用于表示整个系统或者单个磁场感测装置。在指代单个装置时，术语“磁力计”通常为标量装置(总磁场)保留。然而，在研究文献和产品手册中存在反例。术语“传感器”被排他地用于有关单个磁场感应装置，通常是矢量类型传感器。在本公开中，术语“磁力计”和“传感器”可互换地用于表示矢量或标量装置。在本公开中，术语“磁力计”还用于表示完整的系统。

检测阵列架构和特定的数字信号处理技术代表DGM仪器的关键。该阵列是排布成线性几何图案的多个个体磁性传感器或者完整的磁力计的网络。例如，该阵列可以包括装配在简单的碳纤维管中的一系列均匀分隔的传感器。阵列长度的实际上限和下限非常宽泛，从微米规模到千米规模的范围。在一个实施方式中，DGM阵列所需要的个体传感器的最小数目是3个。然而，上限仅仅受到工程考虑的限制。例如，1千米长的阵列可以使用1000个1米间隔的均匀分隔的传感器。在阵列中可以使用任何类型或种类的磁性传感器或计量器，上述类型或种类适合于应用或任务。在阵列中使用的传感器或计量器的解析度可以是适合于磁力测定目标的任何值。

本发明的实施方式教导了一种设计和方法，由此当DGM阵列在物体之上、之下或旁边移动时，在空间域中直接收集磁场信息。具有此能力是由于该阵列是多个磁场传感器的线性排布，其横跨磁场异常的两侧并且穿过它，由此同时测量背景地磁场以及围绕物体的感应磁场。围绕与应用的磁场相互作用的物体的感应磁场的大小可以由对其进行测量的仪器的解析度限定，或者由某些信噪比限制限定。DGM阵列长度可被设计为涵盖围绕大多数通常受磁力测定影响的物体的感应磁场。例如，具有1ηT(1豪微特斯拉(nanotesla)＝10^-9特斯拉(tesla)，通量密度单位)的解析度的3米长的阵列可以包围围绕手枪大小的任何物体的感应磁场。以0.5ηT的解析度运作的6米长的阵列将足够用于任何地雷。

取决于本地磁场状况，数字信号处理算法选择阵列中的一个传感器作为参照。从其余传感器的输出减去此参照传感器的输出，从而生成沿着阵列的长度规律分布的一系列差分测量。所有差分测量都在相同的时间点进行。由于感应磁场异常的物理特性对所有上述磁场都是公知的并且常见的，因此有关磁场异常的形状、幅值和梯度的信息可以与阵列中的传感器的位置进行相关。这提供了一种向操作者实时呈现信息的途径，因为数据是在一个时间点在空间域中被直接收集的。以这种方法收集信息转化为低计算需求。这里不像传统的系统那样需要计算机软件数据重建。