[发明专利]线圈矢量磁力仪几何轴与磁轴夹角电学检测系统及方法

说明书

本发明提供了线圈矢量磁力仪几何轴与磁轴夹角电学检测系统及方法。将所述电学检测系统放置于地磁环境下，保持所述Helmholtz线圈与所述无磁转台为关闭状态，获得地磁环境磁场大小；向所述Helmholtz线圈中施加激励电流，产生线圈磁场，计算出线圈磁场大小；持续向所述Helmholtz线圈中施加激励电流，且电流大小不变，开启所述无磁转台，利用所述无磁转台带动所述Helmholtz线圈在水平面上旋转一周，通过所述总场传感器获得所述地磁环境磁场与所述线圈磁场的合成磁场值的最大值和最小值；基于所述合成磁场值的最大值和最小值，计算出所述Helmholtz线圈的几何中心轴向与磁轴向的偏离角度。本发明的有益效果是：操作简单，成本低，实现了无需借助额外检测工具的情况下对线圈矢量磁力仪几何轴向与磁轴向一致性的高精度检测。

技术领域

本发明涉及磁场测量领域，尤其涉及线圈矢量磁力仪几何轴与磁轴夹角电学检测系统及方法。

背景技术

地磁测量是测量地磁要素及其随时间和空间的变化，为地磁场的研究提供基本数据。地磁场是矢量场，由总场F，水平分量H，北向分量X，东向分量Y，垂直分量Z，磁倾角I，磁偏角D七个要素组成。传统地磁测量主要针对地磁总场以及三分量展开观测，获取的目标信息有限，而地磁全要素观测则能够获取更多的磁场信息，准确反映研究对象的特性，在弱磁目标探测上更具有优势。高精度地磁要素观测可以广泛应用于地球科学研究、灾害监测预警、军事探测、资源勘探等领域，因此，研究地磁全要素测量具有重要意义。

地磁测量的主要工具是高精度磁力仪。目前，地磁矢量测量以三分量测量为主，如磁通门磁力仪，但是该方法存在精度较低、温度漂移等问题。少量仪器以不同传感器组合测量的方式实现磁向或地磁分量等部分信息测量。而线圈式矢量磁力仪，如FHD、ZHD等，通过总场传感器与Helmholtz线圈相结合的方式，能够有效获取地磁全要素信息，且相比于其他仪器具有更高的稳定性和测量精度，具有广泛的应用前景。

对于线圈式矢量磁力仪，其测量系统对Helmholtz线圈产生的磁场方向有特殊要求，需要确保线圈产生的均匀磁场朝向某一特定方向以实现地磁要素测量。理想情况下，Helmholtz线圈均匀区磁场方向沿线圈的几何中心轴向，但是当Helmholtz线圈加工过程中存在线圈绕制不对称等问题时，线圈均匀区磁场方向将偏离几何中心轴向，使线圈式矢量磁力仪中施加的均匀磁场偏离预期朝向。在精度要求不高的场合中，通常默认线圈的几何轴向为磁场均匀区方向，但在矢量测量中，需要进行秒级观测，线圈产生的磁场方向与几何轴向的偏离会导致地磁矢量测量精度降低，产生不可忽视的测量误差，影响测量数据的准确性，因此需要知道线圈矢量磁力仪几何轴向与磁轴向的一致性。通常，该问题通过磁通门传感器的方向敏感性确定，但是磁通门体积较大，无法适用于线圈矢量磁力仪。虽然一些半导体传感器，如AMR、GMR，其体积小、空间分辨率高，但是往往存在磁测精度不高、稳定性不够等问题，难以满足高精度测量的需要。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了线圈矢量磁力仪几何轴与磁轴夹角电学检测系统及方法；

线圈矢量磁力仪几何轴与磁轴夹角电学检测系统，包括：Helmholtz线圈、总场传感器和无磁转台，所述Helmholtz线圈中包含两个平行设置的线圈，所述总场传感器放置于所述两个平行设置的线圈所围成区域的中心处，且所述两个平行设置的线圈所围成区域内磁场均匀分布，所述无磁转台保持水平状态，所述Helmholtz线圈中其中一个线圈与水平面平行放置在所述无磁转台上，且所述Helmholtz线圈的几何中心轴向与所述无磁转台的旋转轴心保持同轴；

线圈矢量磁力仪几何轴与磁轴夹角电学检测方法，利用如上所述的线圈矢量磁力仪几何轴与磁轴夹角电学检测系统进行实现，包括以下步骤：

S1、将所述电学检测系统放置于地磁环境下，保持所述Helmholtz线圈与所述无磁转台为关闭状态，通过所述总场传感器获得地磁环境磁场大小；

S2、向所述Helmholtz线圈中施加激励电流，产生线圈磁场，计算出线圈磁场大小；