第三章磁测仪器§1、仪器概述§2、机械式磁力仪§3、质子磁力仪§4、其他磁力仪§1、概述按照发展历史和物理原理：分三代{第一代磁力仪：利用永久磁铁与地磁场之间相互力矩作用原理，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。{第二代磁力仪：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（磁通门磁力仪），辅以复杂的电子线路。还有光泵磁力仪等{第三代磁力仪：利用低温量子效应Î超导磁力仪。。§1、概述{按照测量地磁场参数及其量值：分两类{相对测量仪器：悬丝式磁力仪(∆Z )、刃口式磁力仪(∆Z、∆H){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T磁力仪对磁力仪性能的要求: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.能测出强弱不等的磁异常（灵敏度、稳定性、测程）；3.抗干扰能力（温度、磁性材料、地磁纬度变化）；4. 条件（野外：轻便；航空：连续、运动状态）§1、概述按照内部结构与物理原理：分两种{机械式磁力仪：悬丝式磁力仪、刃口式磁力仪{电子式磁力仪：质子磁力仪、磁通门磁力仪、光泵磁力仪、超导磁力仪等§1、概述{按照工作领域：{地面磁力仪、航空磁力仪、海洋磁力仪、井中磁力仪、卫星磁力仪等1
§2、机械式磁力仪一. 垂直磁力仪相对测量仪器（∆Z）磁系§2、机械式磁力仪磁系工作原理上SS0地面下θθfS西θo东dβNP§2、机械式磁力仪m•Zcosθ=P•dcos(β−θ)+2τθ⇒Z=PdcosβPdsinβ2τθm+mtgθ+mcosθ≈PdcosβPdm+(sinβm+2τm)•tgθtg2θ=s−s0ff为光系物镜的焦距（或光臂）一. CS2-61型垂直磁力仪§2、机械式磁力仪当平衡时，有平衡方程：m•Zcosθ=P•dcos(β−θ)+2τθ磁地磁磁悬磁棒系重棒力d丝磁场的所与与的矩垂偏受支磁扭直转重点棒力分角力距轴系量离夹数角§2、机械式磁力仪θ角很小：⇒tg2θ≈2tgθ⇒tgθ=s−s02f⇒Z=PdcosβPdsinβ+2m+(τm•2f)(s−s0)ε格值在相对测量中，在基点上读一数S1，对应垂直分量Z1,在测点上读一数S2，对应垂直分量Z2, 则读数差值：ΔZ=Z2−Z1=ε(S2−S1)2
§2、机械式磁力仪格值的倒数是灵敏度：ε=Pdsinβ+2τm•2f如何调节仪器的灵敏度？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、质子磁力仪1、水（H2O)的“核子顺磁性”:在外磁场作用下：①轨道电子受到磁力作用，发生微弱运动，显示出水的抗磁性。②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”。§3、质子式磁力仪二. 质子磁力仪¾质子磁力仪是利用氢质子在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、海洋和航空磁测，还可用于地面日变站观测和地磁台站的磁变观测等§3、质子式磁力仪•仪器组成：仪器主机、探头、电池•制作材料：防磁材料、探头全密封•工作物质：富含氢的物质，如水、煤油等质子磁力仪SNμp(质子自旋磁矩)3
质子磁力仪μpμpμp(无外磁场)质子磁力仪ωSNμpT有外磁场，质子旋进现象质子磁力仪T(有外磁场)质子磁力仪SNμpT(有外磁场)质子磁力仪ω（拉莫尔旋进）μpSNT质子磁力仪T(有外磁场，核子顺磁性)4
质子磁力仪2、质子磁力仪测量原理(无外磁场)质子磁力仪T取消人工强磁场，受地磁场作用作旋进运动质子磁力仪TT=2πγif=23.4874f(nT)P质子磁力仪2、质子磁力仪测量原理H极化过程T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T理论物理分析：ω=γPiTγP=(2.6751987±0.0000075)×108(T-1s-1)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：V2_t1T'（t1）=CκpH0γP•Tsinθ•sin(γpTt1)e2参数的含义依次为：与线圈有关的系数、质子磁化率、极化场强度、磁旋比、地磁场强度、线圈轴线与T的夹角、起算时间、衰减常数希望V（t1）大.5
§4、其它磁力仪1、光泵磁力仪¾光泵作用：用光（可见光或红外线）照射工作物质（He,Cs等），使其原子能级由低跃迁到高¾塞曼：在外磁场作用下，同一能级发生，产生磁次能级，其相邻磁次能级差与外磁场成正比¾提供测量地磁场的可能§4、其它磁力仪2、磁通门磁力仪•磁通门是一种磁测量传感器，它主要由高导磁率铁芯及两种线圈构成，当存在外磁场时线圈两端出现感应电动势。•高导磁材料：铁、钴、镍及其合金、某些锰、银、铝合金•在铁芯外面总共有两组线圈：激励线圈（供交变电流）、测量线圈（绕在激励线圈外面）磁通门结构原理草图①铁芯;②测量线圈;③激励线圈关于日变观测{对选址的要求：日变观测应选在避风雨、避阳光、温度变化小的磁场平稳处，要远离高压线、汽车等强磁干扰30m以上。{对仪器性能的要求：1.选用性能好的仪器，工作前应进行仪器性能检测。2.读数间隔可根据工作任务、磁测精度和观测仪器选定，日变观测自动记录间隔可设为5s，每次读数的同时记录下时间。3.测量时仪器探头方位需按规定朝向，不要晃动、转动；{对操作人员的要求：1.操作人员身上一定要清理掉一切铁磁性物体，观测时应与仪器保持一定距离。2.要注意仪器安全，防止碰撞；§4、其它磁力仪2、磁通门磁力仪•1933年发明，开始用于军事探测，后用于航空磁测与地面磁测•此仪器利用高磁导率的合金材料，通过产生的电磁感应信号测量及磁感应强度与外磁场呈线性关系来测量地磁场（△T 、△Z ）§4、其它磁力仪超导磁力仪无定向磁力仪6
