磁力仪简介

磁力仪(magnetometer)是测量磁场强度和方向的仪器的统称。测量地磁场强度的磁力仪可分为绝对磁力仪和相对磁力仪两类。主要用途是进行磁异常数据采集以及测定岩石磁参数，从20世纪至今，磁力仪经历了从简单到复杂，机械原理到现代电子技术的发展过程。

磁力仪

磁力仪分类

磁力仪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。若从磁力仪使用的领域来看，它们可分为：地面磁力仪、航空磁力仪、海洋磁力仪以及井中磁力仪。磁力仪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的相对差值；②绝对测量仪器，如质子磁力仪等，它是测量地磁场总强度的绝对值；不过亦可测量梯度值。

绝对磁力仪测定值的准确度由仪器本身确定，相对磁力仪测定值的准确度与绝对磁力仪比测后才能确定。常用的磁力仪有以下几种：

1. 地磁感应仪。测量地磁倾角的仪器。它是W.E.韦伯于是1837年根据电磁应原理制成的。测量精度可达数秒。

2. 磁偏计。测量地磁偏角的仪器。主要由磁系、悬丝、照准望远镜和水平度盘等组成。测量精度可达数秒。

3. 石英丝水平强度磁力仪。测量地磁场水平强度的相对磁力仪。它是丹麦学者D.拉库尔于1936年根据扭力矩与磁力矩平衡的原理设计制成的。仪器的主要部分是一条精制的石英丝和磁针。这种仪器可供野外地磁测量使用，也可供地磁台作地磁记录的校正。使用前必须先用绝对磁力仪对它的常数进行标定。

4. 零点磁秤。测量地磁场垂直强度的相对磁力仪。它是拉库尔于1942年根据重力矩与磁力矩平衡的原理，利用两根磁针间的相互作用制成的。

5. 磁通门磁力仪。测量地磁场强度和方向的相对磁力仪。仪器由独立的磁通门探头组合而成。每一个磁通门探头能独立地探知某一方向上地磁场的强度，把3个探头相互垂直地组合在一起，即可同时测出地磁场强度的3个分量。磁通门磁力仪是在第二次世界大战中为了从飞机上探测敌方潜艇而发展起来的，已在地磁台以及陆地磁测、航空磁测、卫星磁测等方面得到广泛应用。

6. 质子旋进磁力仪。测量地磁场总强度的绝对磁力仪。强磁场使水或碳氢化物中的质子极化，当强磁场突然去掉时，质子就以角速度w绕地磁场旋进。测定质子的旋进频率即可算出地磁场总强度。这种仪器不怕震动，适于装载在船舶、气球、飞机、人造卫星等运载工具上使用。

7. 光泵磁力仪。根据光泵作用原理作成的磁力仪。由光泵作用排列好的原子磁矩，在特定频率的交变电磁场的作用下，将产生共振吸收作用，打乱原子的排列情况。发生共振吸收现象的电磁场的频率与样品所在点的外磁场强度成一比例关系，故测定这一频率就可以测出外磁场的值。常用的工作元素有：钾(K39)；铷(Rb87，Rb85)；铯(Cs133)；氦(He4，He3)等。

磁力仪的主要技术指标

技术指标是反映仪器总体性能的技术参数，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 系指磁力仪反映地磁场强度最小变化的能力（敏感程度），有时也称作分辨率。 对于用数码显示器读取磁场值的仪器（如质子磁力仪），在其读数装置上估读的最小可辨别的变化，称为显示灵敏度（或读数能力），如1nT/字，0.1nT/字等。由于仪器有一个噪声水平问题，因此灵敏度与显示灵敏度在概念上是有区别的。

精密度 它是衡量仪器重复性的指标，系指仪器自身测定磁场所能达到的最小可靠值。由一组测定值与平均值的平方偏差表示。在仪器说明书中称为自身重复精度。

准确度 系指仪器测定真值的能力，即与真值相比的总误差。  在磁法勘探工作中，通常把精密度与准确度不予区分，统称为精度。

质子磁力仪的组成与简要工作过程

以CZM-2型质子磁力仪为例，该仪器采用集成电路、程序控制，具有体积小、重量轻、数字显示、测程宽、抗干扰能力强、耗电量小、性能稳定、精度高等特点，为我国20世纪80年代中期的产品。它主要供地面磁测，日变站，地震预报中地磁台站的使用。

CZM-2质子磁力仪

仪器的组成  质子磁力仪一般是由仪器主机、探头及电池盒三部分组成。主机采用半密封结构，探头为全密封结构，采用防磁材料。

质子旋进频率的测量  该磁力仪的量部分主要是能以2×10-5精度测量质子旋进讯号的数字式频率计，其频率范围为1360Hz-3040Hz（相对应磁场31942-71401nT）。当按动一次工作微动开关，在程序控制器的控制下，磁化系统开始工作，即有磁化电流流经探头，探头线圈产生n×103A/m的磁化磁场。数秒后磁化系统关闭，磁化场消失。质子磁矩在地磁场T的作用下旋进，切割线圈在探头中产生感应讯号，适当选择探头配谐电容C，使其和探头线圈电感L，谐振在旋进频率f上，可使选频放大器输入端获得最大的讯号。经选频放大后，送入倍频器，它将f倍频128倍，再经电子门送入计数器，由显示器直接显示地磁场T的量值。

几种光泵磁力仪指标对比

型号

类

测量范围(nT)

分辨率

Absolute Accuracy

Sensitivity

采样率

Tilt1 range

带宽

HC2000

氦

30,000-70,000

300fT

3.0pT

15Hz

GB-4A

氦

35,000-70,000

3.6pT

10nT

10Hz

氦

19 000-74 000

74.3fT

10nT

20Hz

P2K

氦

22,302 -78,058

83.1 fT

0.3pT/√Hz

(rms.)

120Hz

G-822A

铯

20,000-100,000

3pT

0.5pT/√Hz

(rms.)

10Hz

G-823A

铯

20,000-100,000

20pT

4pT/√Hz

(rms.)

10Hz

G824A

铯

20,000-100,000

10pT

0.3pT/√Hz

(rms.)

50Hz/1000Hz

GSMP-40 V7

钾

20,000-100,000

100fT

+/- 0.1 nT

2.5pT/√Hz(rms)

20Hz

SM-5

铯

15 000-105 000

10pT

3pT/√Hz

(rms.)

10Hz

CS-3/CS-L

铯

15,000 -105,000

2.5 nT

0.3 pT√Hz

(rms.) 

钾

15 000 -100 000 nT

±0.02 nT

0.5 pT√Hz

1 – 1280Hz

15-80o

150 Hz

铯

20 000 - 65 000 nT

±0.2 nT

15 pT√Hz

1-10Hz

±1o

2.5 Hz

光泵磁力仪