[发明专利]一种地磁场水平分量的测量装置及测量方法

说明书

技术领域

本发明属于物理常数测量领域，尤其涉及一种地磁场水平分量的测量装置和测量方法。

背景技术

目前，现有技术常用的地磁场测量方法有如下几种：

①用集成霍耳传感器测地磁场的水平分量，该方法需要测量螺线管轴线上各点的霍尔电压值和磁场强度以及不同励磁电流下螺线管中点的霍尔电压值和磁场强度，通过改变电流方向和磁场方向，记录下电压值，用公式计算出霍尔电压和磁场理论值，再对实验值和理论值分析，计算出误差。此方法的主要不足在于霍耳元件质地脆弱、引线易断，霍耳元件的工作电流很小，一般要求不超过5.0mA，不然会发热导致参数不稳定甚至烧毁霍尔元件。

②利用亥姆霍兹线圈测量地磁场的水平分量，需要求出磁阻传感器的灵敏度，并证明磁场迭加原理。此方法在测量过程中也需要严密控制电流，励磁电流大于0.1A后，磁阻传感器的灵敏度会逐渐下降，带来测量误差，磁阻效应传感器容易被“强磁场”磁化，造成灵敏度急剧下降。

③光泵磁共振测量地磁场水平分量，该方法操作复杂，测量装置要求高，不易在普通教学实验室进行推广。

由上可知，现有技术中测量地磁场水平分量的方法操作复杂，受测量装置限制，成本较高且测量误差大，不易于推广。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种地磁场水平分量的测量装置和测量方法，具体如下：

一种地磁场水平分量的测量装置，所述测量装置包括：直流电压计、圆线圈、变阻器、检流计、指南针和导线，直流电压计、变阻器、圆线圈、检流计经导线依次连接串联成一个电路，其中直流电压计提供稳定电压，变阻器用于调节电阻防止电流过大，圆线圈用于产生电磁场，所述指南针置于所述圆线圈的中心。

一种地磁场水平分量的测量方法，所述测量方法基于权利要求1所述的测量装置实现，所述测量方法包括：步骤1：将所述指南针水平放置在所述圆线圈中心，圆线圈未通电流时，将静止的指南针指向规定为起始零方向，即地磁场水平分量方向；步骤2：圆线圈通电流I后，所述指南针在线圈磁场与地磁场水平分量作用下发生偏转，设偏转角为θ，得出线圈磁场分量地磁场水平分量对进行公式变换得出电流I与tanθ之间的线性关系公式步骤3：调节变阻器，使指南针角度每偏转5°记一次电流读数I，基于多组(I,θ)数据由Matlab线性拟合所述线性关系公式中的斜率K值，基于计算得出地磁场的水平分量其中μ₀为真空磁导率、N为所述圆线圈的匝数、R为所述圆线圈的半径、I为圆线圈电流。

一种地磁场水平分量的测量方法，其特征在于，所述测量方法基于权利要求1所述的测量装置实现，所述测量方法包括：步骤1：将所述指南针水平放置在所述圆线圈中心，圆线圈未通电流时，将静止的指南针指向规定为起始零方向，即地磁场水平分量方向；步骤2：调整所述圆线圈的中心轴线与所述地磁场水平分量方向成120°角；步骤3：接通所述电路，所述圆线圈通电流后，所述指南针发生偏转，此时所述指南针处合磁场由所述地磁场水平分量和载流圆线圈在中心处的磁场共同产生，调整圆线圈电流I使小磁针偏转60°角，得到所述地磁场水平分量的大小为其中μ₀为真空磁导率、N为所述圆线圈的匝数、R为所述圆线圈的半径、I为圆线圈电流；步骤4：重复步骤1-3过程共计M次，M为大于等于2的正整数，对M次实验结果计算求取平均值，作为测量出的地磁场的水平分量。进一步地，步骤4中M＝5。

本发明的技术方案简单易懂、操作方便，测量装置取材容易，成本较低。在如此低成本、易操作的前提下，可以较精确地测量出地磁场的水平分量，易于推广。

附图说明

图1是本发明测量装置的电路示意图

图2是本发明地磁场水平分量坐标示意图

图3是本发明具体实施例一计算原理示意图

图4是本发明具体实施例二计算原理示意图

图5是本发明具体实施例一Matlab线性拟合示意图

图6是北京地震台地磁2010-2013年均值示意图

具体实施方式

下面结合附图，对实施例作详细说明。

本发明所用测量装置如图1所示，其包括直流电压计、圆线圈、变阻器、检流计、指南针(图中未示出)和导线，直流电压计、变阻器、圆线圈、检流计经导线连接依次串联成一个电路，其中直流电压计提供稳定电压，变阻器用于调节电阻防止电流过大，圆线圈用于产生电磁场，将指南针放在一个圆线圈的中心，基于该测量装置通过如下方法进行地磁场水平分量的测量，上述圆线圈的匝数为N，N为正整数，半径为R。