[发明专利]地面三分量磁力定向方法及地面三分量磁力定向勘探装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种地面三分量磁力定向方法及地面三分量磁力定向勘探装置，属于地 球物理勘探领域。

背景技术

磁法勘探是以岩石、矿石(地层)与其围岩的磁性差异为物质基础，用专门的磁法 仪器设备观测和研究物理场的变化规律，进而达到查明地质构造、寻找矿产资源和解决 水文、工程地质问题和环境监测等问题。纵观磁法勘探的趋势，第一阶段为标量测量， 第二阶段为梯度张量测量，第三阶段为矢量测量。目前我国野外移动式磁测主要是以磁 场总场的单一参数测量为主，属于第一阶段。FVM-400型三分量磁力仪是国内新引进的 国外仪器，主要用来进行三个分量的全空间磁测，这是磁法勘探进入第二个阶段(梯度 张量测量)的一个中间过程，这从矿产勘查方面来说，也扩大了磁法勘探的应用范围， 即使在坑道等特殊的地区也可以得到应用。目前，我国的第二、三阶段还没有实现，所 以制约了地质找矿和工程勘查。随着地质找矿和地质工程问题的要求越来越高，传统单 一的总场磁测已不能满足地质勘探要求，多参数及矢量测量是目前的发展趋势。这是因 为多参数测量对于地质找矿和工程勘查具有重要的应用价值。

目前国内外的“磁通门磁力仪”和“超导磁力仪”虽然已经实现了三分量的实测， 但该仪器在地面勘探时，其探头的高精度水平平台及三轴定向装置问题难以实现，往往 采用机械定向，即采用镜筒、标尺、人工观测的方法，费时、精度低、误差大。如国外 生产的FVM-400三轴磁通门磁力仪能进行三分量磁测，在选用直角坐标模式下显示磁 场的大小，磁倾角和磁偏角三个参数。这种三分量磁测在测量技术、资料处理、图示显 示及解释等方面还没有以往仪器的那些较成熟的方法和规范，特别是三轴坐标的校正问 题没有解决，往往工作人员在野外要花很多时间进行三轴的定向，因而工作效率低，这 就是目前三分量磁力仪在我国没有普及和推广的主要原因之一。因而，目前使用三分 量磁力仪的用户较少，为了克服以上地面三分量找矿中的种种弊端，特开展了该仪器的 研发。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种地面三分量磁力定向方法及地面三分 量磁力定向勘探装置，利用仪器可完成传感器三轴自身正交校正，也可以实现传感器三 轴坐标与地理坐标转换，达到既可以进行快速测量，同时又可以获得比传统质子磁力仪 更丰富的空间地磁场参数，为地质找矿提供全方位的地球物理数据；此外，为了解决野 外测网的定点问题，系统还设计有GPS或北斗的定位系统，最终形成野外三分量磁测 的“一键”完成。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：提供了一种地面三分量磁力定向方 法，包括以下步骤：

(1)在探头中设置定位模块、磁通门传感器和惯性测量模块，将定位模块、磁通 门传感器和惯性测量模块与控制器模块连接，将控制器模块与矩阵键盘和液晶显示模块 连接；

(2)通过矩阵键盘发送16进制命令到控制器模块，控制器模块接收16进制命令 后控制与其相连的磁通门传感器、定位模块和惯性测量进行测量；

(3)磁通门传感器将测量得到的三轴信号G_x、G_y和G_z传输至控制器模块，定位 模块实时地将位置数据和时间数据传输至控制器模块，惯性测量模块实时地将姿态数据 α_x、α_y、α_z、ω_x、ω_y和ω_z传输至控制器模块；

(4)控制器模块采用最小二乘拟合算法对三轴信号进行正交校正，以补偿因为磁通门传感器内部三轴直接的正交角度误差所带来的影响；同时控制器模块根据探头中的惯性测量模块传输的姿态数据确定姿态矩阵的初始值；再将α_x、α_y、α_z、ω_x、ω_y和ω_z变换到统一的选定坐标系，最后通过初始对准的误差补偿、姿态矩阵的计算，获得探头所在位置的姿态参数，所述姿态参数包括探头的三轴航向角俯仰角θ和滚转角γ；

(5)将姿态参数通过液晶显示模块进行显示。

步骤(4)所述的统一的选定坐标系采用地理坐标系或大地坐标系。