应用地磁学课3

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1、第三章磁测仪器磁力仪对磁力仪性能的要求:§1、仪器概述1.能准确测定所选择的地磁要素或其相对变化，不受其它要素的影响.∆Z.(H)；§2、机械式磁力仪2.能测出强弱不等的磁异常（灵敏度、稳定性、测程）；§3、质子磁力仪3.抗干扰能力（温度、磁性材料、地磁纬度变化）；§4、其他磁力仪4.条件（野外：轻便；航空：连续、运动状态）§1、概述§1、概述按照发展历史和物理原理：分三代按照内部结构与物理原理：分两种ô第一代磁力仪：利用永久磁铁与地磁场之间相互ô机械式磁力仪：力矩作用原理，或者利用感应线圈加上辅助机械装置。机械式磁力仪、感应式航空磁力仪等。悬丝式磁力仪、刃口式磁力仪ô第二

2、代磁力仪：利用核磁共振特性（质子磁力仪）；利用高磁导率软磁合金材料（磁通门磁力ô电子式磁力仪：仪），辅以复杂的电子线路。还有光泵磁力仪等质子磁力仪、磁通门磁力仪、光泵磁力仪、ô第三代磁力仪：超导磁力仪等利用低温量子效应Î超导磁力仪。。§1、概述§1、概述ô按照测量地磁场参数及其量值：分两类ô按照工作领域：ô相对测量仪器：ô地面磁力仪、航空磁力仪、海洋磁力仪、悬丝式磁力仪(∆Z)、刃口式磁力仪(∆Z、∆H)井中磁力仪、卫星磁力仪等ô绝对测量仪器：质子磁力仪、磁通门磁力仪、光泵磁力仪、超导磁力仪等Î地磁场总强度T1一.CS2-61型垂直磁力仪§2、机械式磁力仪一.垂直磁力仪相对

3、测量仪器（∆Z）磁系§2、机械式磁力仪§2、机械式磁力仪当平衡时，有平衡方程：磁系工作原理mZ•cosθ=•Pdcos(βθτθ−+)2上SS0磁棒磁矩地磁场垂直分量磁棒的偏转角磁系所受重力重力与支点距离悬丝的扭力系数d地面与θfS下θ磁棒θ西东oβ轴d夹NP角§2、机械式磁力仪§2、机械式磁力仪mZ•=cosθPd•−cos(βθτθ)2+θ角很小：s−s⇒0PdcosβPdsinβτ2θtg2θ≈2tgθ⇒tgθ=⇒Zt=+gθ+2fmmmcosθPdcosβPdsinβ+2τPdcosβPdsinβτ2⇒Z=+()(s−s0)≈++()•tgθmm•2fmmmε格值s

4、−s0在相对测量中，在基点上读一数S，对应垂直分量Z,在测tg2θ=11f点上读一数S2，对应垂直分量Z2,则读数差值：f为光系物镜的焦距（或光臂）ΔZ=Z2−Z1=ε(S2−S1)2§3、质子式磁力仪§2、机械式磁力仪二.质子磁力仪格值的倒数是灵敏度：Pdsinβ+2τ¾质子磁力仪是利用氢质子在ε=m•2f地磁场中自由旋进的原理制成的，它可用测量地磁场总强度¾用于地面磁测、海洋和航空如何调节仪器的灵敏度？磁测，还可用于地面日变站观测和地磁台站的磁变观测等使分子减小或使分母增大可以提高灵敏度§3、质子式磁力仪§3、质子式磁力仪•仪器组成：仪器主机、探头、电池•制作材料：防磁

5、材料、探头全密封•工作物质：富含氢的物质，如水、煤油等§3、质子磁力仪质子磁力仪1、水（H2O)的“核子顺磁性”:在外磁场作用下：SN①轨道电子受到磁力作用，发生微弱运动，显示出水的抗磁性。JJGμp②水分子中的氢原子核（称为质子），其自旋产生的磁矩方向在外加磁场的作用下逐渐转到外磁场方向，表现出“核子顺磁性”。(质子自旋磁矩)3质子磁力仪质子磁力仪JJGJJGμμppJJGμNpJJGSμpJG(无外磁场)T(有外磁场)质子磁力仪质子磁力仪ωω（拉莫尔旋进）JJGJJGμpμNpSNSJGTJGT有外磁场，质子旋进现象质子磁力仪质子磁力仪TT(有外磁场)(有外磁场，核子顺

6、磁性)4质子磁力仪质子磁力仪2、质子磁力仪测量原理2、质子磁力仪测量原理H极化过程T(无外磁场)若垂直地磁场方向加一个人工强磁场H（极化场）质子磁力仪质子磁力仪TT理论物理分析：ω=γiTP取消人工强磁场，受地磁场作用作旋进运动γ=±×(2.67519870.0000075)108(T-1s-1)P质子磁力仪质子磁力仪3、质子旋进信号质子旋进将在线圈内产生感应电压信号：Tt1_VCHT=••κγsin2θγsin(Tt)eT'2（）tp101Pp参数的含义依次为：与线圈有关的系数、质子磁化率、极化场强度、磁旋比、2π地磁场强度、线圈轴线与T的夹角、起算时间、衰减常数Tf==

7、i23.4874f(nT)γP希望V（t）大.15§4、其它磁力仪§4、其它磁力仪1、光泵磁力仪2、磁通门磁力仪¾光泵作用：用光（可见光或红外线）照射工作物质•1933年发明，开始用于军事探测，后用于航空磁测（He,Cs等），使其原子能级由低跃迁到高与地面磁测•此仪器利用高磁导率的合金材料，通过产生的电磁¾塞曼分裂：在外磁场作用下，同一能级发生分感应信号测量及磁感应强度与外磁场呈线性关系来测裂，产生磁次能级，其相邻磁次能级差与外磁量地磁场（△T、△Z）场成正比¾提供测量地磁场的可能§4、其它磁力仪§4、其它磁力仪2