第三章 磁力仪~

第三章 磁力仪
第一节 概述
磁力仪
通常把进行磁异常数据采集及测定岩石磁参数的 仪器，统称为磁力仪。
磁力仪的作用
为利用磁力勘探研究和勘查矿产资源，必须准确 测量磁异常的量值，这就需要有高精度的仪器。
磁力仪的发展过程
从20世纪至今，磁力勘探仪器经历了由简单到复 杂，由利用机械原理到现代电子技术的发展过程。
一、磁力仪的类别
若按测量地磁要素或磁异常的不同，分为：
①测量地磁要素的仪器，如测量地磁倾角的地磁 感应仪，测量地磁偏角的磁偏计，以及测量水平 强度的地磁经纬仪等。 ②测量磁异常的各种相对测量磁力仪。
若从使用磁力仪的领域来看，可分为：
地面磁力仪，航空磁力仪，海洋磁力仪，以及井 中磁力仪。
若从测量磁参数的角度磁力仪可分为：
①专门测量岩石磁参数的仪器，无定向磁力仪、 旋转磁力仪等。 ②其他的质子磁力仪、超导磁力仪等可兼测磁参 数。
二、磁力仪的几个主要技术指标
技术指标
反映仪器总体性能的技术数据，通常包括：
灵敏度、精密度、准确度、稳定性、测程范围 等等。
灵敏度
磁力仪反映地磁场强度最小变化的能力(敏感
根据国家标准局1982年颁布的质 子磁旋比数值是：
γp =(2.6751987±0．0000075)× 108T1s-1
(二)测量原理
又因ω=2πf，则有：
T 2
nT
p
f
Hz
23.4874 f
Hz
由式可见 ，只要能够准
确测量出质子旋进频率f，
乘以常数，就得地磁场T
的值。
一、悬丝式垂直磁力仪
可以证明，图中Z的变化ΔZ可
引起θ角的变化(Δθ)；
偏转范围不超过2°时，由θ角 的变化引起的仪器读数变化与 ΔZ成正比。 据此可利用Δθ引起的读数变化 测量ΔZ的值。 在仪器结构上，利用光系将偏 转角θ放大并反映为活动标线在
标尺上的偏离格数。
一、悬丝式垂直磁力仪
一、悬丝式垂直磁力仪
磁系：
主要是一根圆柱形磁棒，
它悬吊在铬、镍、钛合金 恒弹性扁平丝的中央，丝
的一端固定于扭鼓，另一
端固定于弹簧。 工作时磁系旋转轴(悬丝)应
是水平的，磁棒摆动面严
格垂直于磁子午面。 打开仪器开关后，磁棒绕
N极一端稍短，S极一端稍长
轴摆动。
一、悬丝式垂直磁力仪
工作原理简介（以垂直磁秤 为例） 建立在静态平衡基础上。 平衡条件：
3)信号幅度亦与sin2θ有关。
t1 T2
线圈轴线与T的夹角θ，在0°~90°之间变化， 其大小会影响旋进信号的振幅，而与旋进频 率（f）无关。 当θ=π/4，信号幅度只降低到最大幅度的一半。 因此，对探头定向只要求大致与T相垂直。
θ接近于零度，则是探头的工作盲区。 θ=π/2，线圈轴垂直地磁场，信号最强。
主机尺寸：240 x 90 x
200mm 主机重量：包括电池3.5公斤
PMG-1质子磁力仪
测量范围： 25,000-80,000nT 测量精度：±1nT 分 辨 率： 0.1nT 梯度范围： 5,000nT/m 存贮数据： 245760 个读数 存贮时间： 10 年
电源电压：内置可充电4Ah锂电池
2)信号幅度与质子旋进角频率（ω=γpT）成正比。 若地磁场弱(T值小)，则旋进角频率ω低，信
号幅度也就小。
目前，质子磁力仪的测程一般是 20000~100000nT，相当于旋进频率由
851.52~4257.60Hz；此频率范围对于地面、海
洋、及航空磁测来说，一般是足够的。
讨论
V t1 C p H 0 p T sin 2 sin p Tt1 e
主机尺寸： 232 x 100 x 145mm 传 感 器：直径 70mm ，长 140mm
主机重量：包括电池 1.9 公斤
传 感 器： 0.8公斤 温度范围： -10 ℃到 +50 ℃ PM-2质子磁力仪
CZM-4型质子磁力仪
GSM-19T質子旋進磁力儀
基本参数
1、分辨率： 0.1nT 2、调谐范围：20000nT100000nT 3、采样率： 4s-999s 4、梯度容限： 5000nT/M 5、精度： 0.5nT 6、电源： 内置12V 4.4AH充电锂电池 7、显示器： 双排显示 （LED） 8、操作台： 18×27×9cm； 9、传感器： 9×13cm； 10、工作温度：-20度~50度 11、数据输出：USB接口输 出数据 12、WINDOWS环境下的数 据输出与日变自动改正系统 13、基站测量可存12000组 数据，野外手动测量可存 5700组数据
设在某一点上，地磁场垂直分
量为Z1，读数为S1；在另一点
上垂直分量为Z2，读数为S2。 则它们之间的垂直分量差值为
ΔZ= Z2– Z1 =ε（ S2–S1）
表明，悬丝式垂直磁力仪只能 是用于相对测量。 式中ε是一个常数，它代表每一 个读格的磁场值，叫做格值。
二、常用机械磁力仪
第三节 质子旋进磁力仪
t1 T2
1)感应信号的幅度与κp H0成正比。
κp H0是在极化磁场作用下，质子的磁化强度。
即溶液中质子数目越多，极化磁场越大，故
尽量采用氢原子含量高的物质作媒体
讨论
V t1 C p H 0 p T sin 2 sin p Tt1 e
t1 T2
概述
20世纪50年代中期，帕卡德和互里安首先发 现在一线圈内装满水溶液并向线圈通以强电 流，当极化电流突然中断后大约一秒钟内，
在线圈上就可测出音频信号。
信号的频率正比于外磁场。
据此发明了V-4910质子旋进磁力仪，这种仪
器在航空、航海及地面磁测等领域均得到了
应用。
概述
质子旋进磁力仪的特点
讨论
V t1 C p H 0 p T sin 2 sin p Tt1 e
4) 旋进信号是按指数函数规律 衰减的信号。
衰减常数为1／T2′ ，它持续约几秒
钟。 感应信号的衰减，与探头所处的磁
t1 T2
场梯度有关；梯度越大，衰减愈快。
可以精确地测定旋进频率(即测定 地磁场值)所允许存在的地磁场最 大梯度，叫做仪器的梯度容限。
t1 T2
式中：C是与线圈截面积、匝数及容器的充填因 子有关的系数，对于一定的探头装置C是一个常 数；κp是质子(核子)磁化率；H0是极化磁场的强
度；θ是线圈轴线与T之夹角；t1是切断极化场时
刻起算的时间；1／T2′是衰减常数。
讨论
V t1 C p H 0 p T sin 2 sin p Tt1 e
磁系旋转轴（悬丝）水平
倾斜角α =0°
磁棒放置于磁东西方向，即 磁棒的摆动面严格垂直于磁 子午面
磁棒的摆动面垂直于水平分 量，故不受水平分量的影响， 即H的作用力矩=0
磁系重心位置位于磁棒下方 偏向S面一侧
一、悬丝式垂直磁力仪
磁系受到地磁场垂直强度磁 力（Z）、重力（g）及悬 丝扭力（τ）三个力矩的作 用，当力矩相互平衡时，磁 棒会停止摆动。 当力矩相互作用，处于静态 平衡时，磁棒停止摆动，三 个力矩的大小和作用方向为：
本章主要介绍几种不同类型磁力仪的基本原 理。
一、磁力仪的类别
按照磁力仪的发展历史，以及它应用的物理原理， 可划分为： 第一代磁力仪。 它是应用永久磁铁与地磁场之间相互力矩作用 原理，或利用感应线圈以及辅助机械装置。 如机械式磁力仪、感应式航空磁力仪等。 第二代磁力仪。 它是应用核磁共振特性，利用高磁导率软磁合 金，以及专门的电子线路。 如质子磁力仪，光泵磁力仪，及磁通门磁力仪 等。 第三代磁力仪。 它是利用低温量子效应，如超导磁力仪。
采样时间: 4秒至 999秒可调 机箱体积: 69 X 27 X 20 ( cm ) 主机重： 1.75Kg 主机大小： 270 X 170 X 85(MM) 国内组装售价：5.6万人民币
主要技术指标
测量范围：20,000100,000nT 测量精度：+/- 1nT 分辨率：0.1nT 梯度范围：5,000nT/m 存贮数据：10,000个读数 存贮时间：10年
一、磁力仪的类别
按其内部结构及工作原理，大体上可分为：
①机械式磁力仪。如悬丝式磁秤、刃口式磁秤等。
②电子式磁力仪。如质子磁力仪、光泵磁力仪、 磁通门磁力仪等。
按其测量的地磁场参数及其量值，可分为：
①相对测量仪器，如悬丝式垂直磁力仪等，它是 测量地磁场垂直分量z的相对差值。 ②绝对测量仪器。如质子磁力仪等，它们是测量 地磁场总强度T的绝对值；不过亦可测量相对值， 或梯度值。
讨论
属于测频式：测量结果不受外界影响，
只与原子核的结构有关，无零点漂移，
稳定性好；
不适用于磁场梯度较大的地区工作，也 不适用于较强的电磁干扰区工作.
G-856系列磁力仪
G856F 、G-856A和G-856AX
是一种高精度的智能便携式磁力仪
分辨力（灵敏度）: 0.1 NT 精度: 0.5 NT（常温下） 调谐范围: 25000--100000 NT 梯度宽限: 4000 NT/M 环境温度: -20度至50度 工作电压: DC 12 V
Hale Waihona Puke 化线圈亦作为接收线圈，质子磁矩的旋进，质子磁矩
的旋进切割线圈，将在接收 线圈中产生感应电压信号为：
V t1 C p H 0 p T sin sin p Tt1 e
2

t1 T2
(三)质子旋进信号
V t1 C p H 0 p T sin 2 sin p Tt1 e
H0
有μp×T的力矩作用，试图将