专利摘要
本发明提供了一种线圈矢量磁力仪不水平度误差电学检测系统及方法，包括：总场传感器、环绕所述总场传感器的均匀磁场发生器和辅助转台，所述均匀磁场发生器包括正交的第一线圈C1和第二线圈C2，所述第一线圈C1放置于磁子午面，所述第二线圈C2放置于水平面，所述总场传感器放置于第一线圈C1和第二线圈C2中心的磁场均匀区内，所述总场传感器和环绕所述总场传感器的均匀磁场发生器组成线圈矢量磁力仪，所述辅助转台放置在线圈矢量磁力仪下方以带动该线圈矢量磁力仪在水平面上旋转。本发明的有益效果是：操作简单，成本低，实现了在不引入额外检测工具的情况下对不水平度误差的高精度检测。
权利要求
1.一种线圈矢量磁力仪不水平度误差电学检测方法，利用一种线圈矢量磁力仪不水平度误差电学检测系统进行实现，该种线圈矢量磁力仪不水平度误差电学检测系统包括总场传感器、环绕所述总场传感器的均匀磁场发生器和辅助转台，所述均匀磁场发生器包括正交的第一线圈C1和第二线圈C2，所述第一线圈C1放置于磁子午面，所述第二线圈C2放置于水平面，所述总场传感器放置于第一线圈C1和第二线圈C2中心的磁场均匀区内，所述总场传感器和环绕所述总场传感器的均匀磁场发生器组成线圈矢量磁力仪，所述辅助转台放置在线圈矢量磁力仪下方以带动该线圈矢量磁力仪在水平面上旋转；其特征在于：
S1：使用所述总场传感器测量目标测量点的地磁总场
S2：向第一线圈C1中施加正向偏置电流以产生偏置磁场
S3：向第一线圈C1中施加反向偏置电流以产生偏置磁场
S4：所述辅助转台带动线圈矢量磁力仪在水平面上旋转180°，接着向第一线圈C1中施加正向偏置电流以产生偏置磁场
S5：基于查询地磁台站某一日的磁倾角观测数据I，根据地磁总场
向所述第一线圈C1中通入正向电流以产生正向偏置磁场
偏置磁场
地磁总场
根据矢量合成法则，得到的合成磁场F
其中，x'轴指向地磁西，y'轴指向地磁北，z'轴垂直向下；
采用与上述类似的方法，得到步骤S3中的合成磁场F
由公式(3)和公式(4)进行平方和运算得到公式(6)：
F
由公式(6)求解得到偏置场大小A：
由公式(3)和公式(5)进行平方和运算得到公式(8)：
由公式(8)求解得到不水平度β：
由公式(3)和公式(5)进行平方和运算得到公式(10)：
F
由公式(10)求解得到倾斜方位角α：
说明书
技术领域
本发明涉及地磁场领域，尤其涉及一种线圈矢量磁力仪不水平度误差电学检测系统及方法。
背景技术
地磁场是矢量场，是由地磁总场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这七个要素组成。在实际应用中，需根据不同的场景选取合适的磁场参量。此外，地磁要素数据可用于资源勘探、军事测量、地球空间物理研究等。因此，高精度的地磁要素数据对资源利用、军事发展和建立全球地磁场模型至关重要。
对于目前来看，磁力仪按照测量方式可以分为总场磁力仪和矢量磁力仪。矢量磁力仪主要分为三类：第一类是以磁通门三分量磁力仪为代表，可以直接获取地磁三分量信息，但存在正交性误差、温漂和无法进行绝对观测等问题；第二类是磁通门经纬仪，采用磁通门与经纬仪相结合的组合测量方式，该类磁力仪也称为DI仪，通过经纬仪的光学系统直接读取地磁倾角和偏角，但因测量周期较长而无法进行连续观测。第三类是线圈矢量磁力仪，用于地磁台站观测、资源勘探、地球空间物理研究等领域，通常采用总场传感器和亥姆霍兹线圈(磁场均匀发生器)相结合的组合测量方式，例如dIdD矢量磁力仪，可用于磁向的长期观测。对于线圈矢量磁力仪来说，由于长期放置过程中仪器机械平台材料形变、组成机构间发生相对偏移等因素，线圈矢量磁力仪整体水平度发生变化，引起线圈轴向偏移，从而导致磁向测量基线发生漂移，测量数据存在误差。因此，如何实现线圈矢量磁力仪不水平度的高精度检测成为实现矢量磁力仪结构改进和测量数据精度评估的重点和难点。
目前，线圈矢量磁力仪不水平度的检测通常采用水平仪读数的方式，但此方式存在缺陷：气泡型水平仪绝对精度不高(仅为“′”级)，且人工读数会存在视差，无法满足高精度不水平度检测需求；而电子型水平仪虽然可以提升精度，但其磁性会对磁力仪的正常测量产生较大影响。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种线圈矢量磁力仪不水平度误差电学检测系统及方法。
一种线圈矢量磁力仪不水平度误差电学检测系统，包括：总场传感器、环绕所述总场传感器的均匀磁场发生器和辅助转台，所述均匀磁场发生器包括正交的第一线圈C1和第二线圈C2，所述第一线圈C1放置于磁子午面，所述第二线圈C2放置于水平面，所述总场传感器放置于第一线圈C1和第二线圈C2中心的磁场均匀区内，所述总场传感器和环绕所述总场传感器的均匀磁场发生器组成线圈矢量磁力仪，所述辅助转台放置在线圈矢量磁力仪下方以带动该线圈矢量磁力仪在水平面上旋转。
一种线圈矢量磁力仪不水平度误差电学检测方法，利用如上所述的线圈矢量磁力仪不水平度误差电学检测系统进行实现，具体包括以下步骤：
S1：使用所述总场传感器测量目标测量点的地磁总场
S2：向第一线圈C1中施加正向偏置电流以产生偏置磁场 并使用所述总场传感器测量该偏置磁场 与地磁总场 的合成磁场F1；
S3：向第一线圈C1中施加反向偏置电流以产生偏置磁场 并使用所述总场传感器测量该偏置磁场 与地磁总场 的合成磁场F2；
S4：所述辅助转台带动线圈矢量磁力仪在水平面上旋转180°，接着向第一线圈C1中施加正向偏置电流以产生偏置磁场 并使用所述总场传感器测量该偏置磁场 与地磁总场 的合成磁场F3；
S5：基于查询地磁台站某一日的磁倾角观测数据I，根据地磁总场 和合成总场F1、F2及F3，计算出线圈矢量磁力仪的倾斜方位角α和不水平度β，即得到线圈矢量磁力仪的不水平度误差。
进一步地，所述不水平度误差为第一线圈C1轴向的倾斜角度，该倾斜角度包括倾斜方位角α和不水平度β。
进一步地，向所述第一线圈C1中通入正向电流以产生正向偏置磁场 偏置磁场大小为A，与地磁总场 叠加，得到合成磁场F1，具体过程如下：
偏置磁场 在x′y′z′坐标系下的投影为：
地磁总场 在x′y′z′坐标系下的投影为：
根据矢量合成法则，得到的合成磁场F1为：
其中，x′轴指向地磁西，y′轴指向地磁北，z′轴垂直向下；
采用与上述类似的方法，得到步骤S3中的合成磁场F2和步骤S4中的合成磁场F3：
进一步地，由公式(3)和公式(4)进行平方和运算得到公式(6)：
F1
由公式(6)求解得到偏置场大小A：
进一步地，由公式(3)和公式(5)进行平方和运算得到公式(8)：
由公式(8)求解得到不水平度β：
进一步地，由公式(3)和公式(5)进行平方和运算得到公式(10)：
F1
由公式(10)求解得到倾斜方位角α：
本发明提供的技术方案带来的有益效果是：
1、施加偏置电流以产生方向确定的偏置磁场，通过施加正反向电流和旋转磁力仪的方式，利用总场传感器获取三个合成磁场，操作简单易实行；
2、通过将测得的合成磁场进行计算，即可获得仪器的不水平度，方法简单，且得到的不水平度精度较高；
3、控制主机及机械平台均为线圈矢量磁力仪本身部件，在不需要对磁力仪进行改造的情况下便可进行电学检测，仅需放在辅助转台上即可；
4、检测过程仅需一次转动，耗时短，在检测完成后再次将转台旋转180°即可重新进行测量，对地磁连续观测影响较小。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例中一种线圈矢量磁力仪不水平度误差电学检测方法的流程图；
图2是本发明实施例中一种线圈矢量磁力仪不水平度误差电学检测系统的示意图；
图3是本发明实施例中线圈矢量磁力仪的不水平度的示意图；
图4是本发明实施例中合成磁场F1的示意图；
图5是本发明实施例中合成磁场F2的示意图；
图6是本发明实施例中合成磁场F3的示意图；
图7是本发明实施例中倾斜方位角α检测精度δα的示意图；
图8是本发明实施例中不水平度β检测精度δβ的示意图；
图9是本发明实施例中倾斜方位角α与检测精度δβ的关系示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
本发明的实施例提供了一种线圈矢量磁力仪不水平度误差电学检测系统及方法。
如图2所示，一种线圈矢量磁力仪不水平度误差电学检测系统，包括：总场传感器、环绕所述总场传感器的均匀磁场发生器和辅助转台，所述均匀磁场发生器包括正交的第一线圈C1和第二线圈C2，所述第一线圈C1放置于磁子午面，所述第二线圈C2放置于水平面，所述总场传感器放置于第一线圈C1和第二线圈C2中心的磁场均匀区内，所述总场传感器和环绕所述总场传感器的均匀磁场发生器组成线圈矢量磁力仪，所述辅助转台放置在线圈矢量磁力仪下方以带动该线圈矢量磁力仪在水平面上旋转。
一种线圈矢量磁力仪不水平度误差电学检测方法，利用如上所述的线圈矢量磁力仪不水平度误差电学检测系统进行实现。
请参考图1，图1是本发明实施例中一种线圈矢量磁力仪不水平度误差电学检测方法的流程图，具体包括如下步骤：
S1：使用所述总场传感器测量目标测量点的地磁总场
S2：向第一线圈C1中施加正向偏置电流以产生偏置磁场 并使用所述总场传感器测量该偏置磁场 与地磁总场 的合成磁场F1；
S3：向第一线圈C1中施加反向偏置电流以产生偏置磁场 并使用所述总场传感器测量该偏置磁场 与地磁总场 的合成磁场F2；
S4：所述辅助转台带动线圈矢量磁力仪在水平面上旋转180°，接着向第一线圈C1中施加正向偏置电流以产生偏置磁场 并使用所述总场传感器测量该偏置磁场 与地磁总场 的合成磁场F3；
S5：基于查询地磁台站某一日的磁倾角观测数据I，根据地磁总场 和合成总场F1、F2及F3，计算出线圈矢量磁力仪的倾斜方位角α和不水平度β，即得到线圈矢量磁力仪的不水平度误差；所述不水平度误差为第一线圈C1轴向的倾斜角度，该倾斜角度包括倾斜方位角α和不水平度β；
S6：再次使用所述辅助转台将线圈矢量磁力仪在水平面上旋转180°，线圈矢量磁力仪即可重新进行地磁的连续观测。
如图3所示，x′y′z′坐标系的x′轴指向地磁西，y′轴指向地磁北，z′轴垂直向下；向所述第一线圈C1中通入正向电流以产生正向偏置磁场 偏置磁场大小为A，与地磁总场 叠加，得到如图4所示的合成磁场F1，具体过程如下：
偏置磁场 在x′y′z′坐标系下的投影为：
地磁总场 在x′y′z′坐标系下的投影为：
根据矢量合成法则，得到的合成磁场F1为：
采用类似的方法，得到如图5所示的合成磁场F2和如图6所示的合成磁场F3：
由公式(3)和公式(4)进行平方和运算得到公式(6)：
F1
由公式(6)求解得到偏置场大小A：
由公式(3)和公式(5)进行平方和运算得到公式(8)：
由公式(8)求解得到不水平度β：
由公式(3)和公式(5)进行平方和运算得到公式(10)：
F1
由公式(10)求解得到倾斜方位角α：
辅助转台用于将线圈矢量磁力仪在水平面上旋转180°，现有常规加工水平可以保证其定位精度控制在30″内，采用更先进的工艺时可以达到10″以内，所以当我们设定转台定位误差 分别为5″、10″、20″、30″时，可以得到如图7所示的倾斜方位角检测精度δα。
图7的结果表明：(1)在转台定位误差 一定时，检测精度δα变化不大，仅在线圈磁力仪的倾斜恰好位于磁南北方向(α＝0°、180°)附近时，检测精度δα会发生阶跃变化；(2)在绝大多数情况下，检测精度δα与转台定位误差 近似为1:2的关系，当 时，检测精度亦能达到15″。
以武汉当地(磁倾角I＝47.18°，磁偏角D＝-4.44°)的测量为例，可以得到如图8所示的不水平度β检测精度δβ。
不同 下倾斜角度β检测精度δβ：
从图8可以看出，检测精度几乎不受仪器本身不水平度β影响，所以可以得到如图9所示的倾斜方位角α与检测精度δβ的关系。
图9的结果表明，当线圈Cd的倾斜发生在磁南北方向(α＝0°、180°)时，检测精度δβ极高，几乎无误差；倾斜发生在磁东西方向(α＝90°、270°)时，检测精度δβ较低，当 时，检测误差δα约为15″。
以上结果表明，在使用定位精度为30″的辅助转台的情况下，本发明检测倾斜方位角α的精度可以达到15″，检测不水平度β的精度可以达到15″以上。相比线圈矢量磁力仪不水平度的传统水平仪检测方法，本发明的电学检测方法实现了在不引入额外检测工具的情况下对不水平度误差的高精度检测。
本发明的有益效果是：操作简单，成本低，实现了在不引入额外检测工具的情况下对不水平度误差的高精度检测，具体如下：
1、施加偏置电流以产生方向确定的偏置磁场，通过施加正反向电流和旋转磁力仪的方式，利用总场传感器获取三个合成磁场，操作简单易实行；
2、通过将测得的合成磁场进行计算，即可获得仪器的不水平度，方法简单，且得到的不水平度精度较高；
3、控制主机及机械平台均为线圈矢量磁力仪本身部件，在不需要对磁力仪进行改造的情况下便可进行电学检测，仅需放在辅助转台上即可；
4、检测过程仅需一次转动，耗时短，在检测完成后再次将转台旋转180°即可重新进行测量，对地磁连续观测影响较小。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
一种线圈矢量磁力仪不水平度误差电学检测系统及方法专利购买费用说明
Q：办理专利转让的流程及所需资料
A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。
1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。
2：按规定缴纳著录项目变更手续费。
3：同时提交相关证明文件原件。
4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。
Q:专利著录项目变更费用如何缴交
A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式
Q：专利转让变更，多久能出结果
A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。
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