GSM－19T標準質子旋進磁力儀和梯度儀 GSM-19高Overhauser磁力儀和梯度儀 dIdD三分量磁力儀 婁國軍 13522702676
一．序言
加拿大GEM公司是專門研發和生產磁力儀的公司，已有三十多年歷史。其生產的磁力儀被公認為磁力儀的標準系列。該公司研發和生產的磁力儀共有七個系列，每個系列中都有多個品種。GEM磁力儀銷往世界各國。自2005年以來，僅一年10個月時間，國內有關單位就購買了近300臺標準質子旋進磁力儀和40多臺高OVERHAUSER磁力儀以及多臺三分量磁力儀。
GEM公司生產的
磁力儀系列：
● 標準質子磁力儀和梯度儀系列 ● 高OVERHAUER磁力儀和梯度儀系列 ● dIdD三分量磁力儀系列 ● 鉀光泵磁力儀系列 ● Overhauser航空磁力儀 ● 鉀光泵航空磁力儀 ● 超高磁力儀
二．GSM－19T標準質子旋進磁力儀和梯度儀系列
質子旋進磁力儀長期以來一直是使用普遍、價格便宜的磁力儀，其用途包括礦產資源勘探，環境和工程勘探以及監測磁場變化等。
圖1 GSM－19T標準質子旋進磁力儀
1.工作原理
質子旋進磁力儀利用富含質子氫的液體產生旋進信號。它使用的液體可以提供非常高的氫密度，并且在操作時沒有危險。讓極化直流電流通過繞在富含質子氫液體探頭的線圈上，便會產生100高斯（Gauss）的輔助磁通密度。質子被極化至較強的凈磁化強度，與較強的磁通密度達到熱平衡。當輔助磁通終止時，被“極化“的質子即發生旋進而重新恢復為正常的磁通密度狀態。根據以下公式，質子的旋進頻率f0與磁通密度B（單位為特斯拉—Teslas,T）有直接關系：
f0=(γp/2π)Bγp/2π=42.MHz/T
對質子旋進的測量必須按序進行，即先有一個初始極化，接著進行頻率測量，然后這個循環不斷重復。這不同于在氫核被極化的同時進行旋進測量的連續測量法。
2．GSM－19T標準質子旋進磁力儀主要優點
GSM－19T采用了大量新技術，因而不同于其它質子旋進磁力儀，例如： ● 它集成了高GPS（可選）。 ● 在主機屏幕上實時顯示觀測磁場圖像。 ● 通過RS232接口，快速觀測數據，速率高達115千波特。 ● 分辨率高達0.01nT,靈敏度達0.1nT。 ● 標準內存為4MB，可存儲209715個野外讀數或600000個基點臺讀數，根據用戶要求，內存量可按4MB增量擴展。 ● 具有的可程序化的基點站觀測功能例如：野外磁力儀與基點站連接自動校正日變；靈活設置觀測時間表和采樣率系列；當你長時間離開基點臺時，該功能就顯得特別重要。 ● 使用GSM－19T的Walking Mag采集模式，可保證操作員在野外隨走隨采集磁場數據，從而獲得連續的觀測剖面。 ● GSM－19T的另一項創新是，用戶可以在辦公室內把設計好的觀測路線和點位輸入給GPS（可選），然后由GPS指揮操作員在野外按設計進行觀測。 ● 基點臺觀測和野外流動觀測之間具有高的時間同步，這對于在磁干擾地區和保證高的觀測結果是非常重要的。 ● 具有觀測質量監控功能，在測量過程中如果發觀某個觀測值質量低劣，操作員將聽到警告信號。
圖3 3．技術指標和配置
技術指標：
● 靈敏度：0.05nT ● 分辨率：0.01nT ● ：±0.2nT ● 動態范圍：20000到120000nT ● 梯度容差：>7000nT/m ●采樣率： 3秒至60 秒可選 ● 溫飄：0.0025nT/°C（環境溫度為0到-40°C）; 0.0018nT/°C（環境溫度為0到+55°C）
● 工作溫度：-40℃—+55℃ ● 存儲4M字節 對流動站可存209715個讀數 對基點站可存699050個讀數 對梯度測量可存174762個讀數 對步行磁測可存299593個讀數
● 尺寸及重量：主機223×69×240mm,重2.1Kg 傳感器170mm(長)×75mm(直徑)，重2.2Kg
● 流動站：每3秒－60秒自動采樣存儲觀測值以及時間和日期 基點站：觀測值，時間，日期，每3到60秒讀、存數據 遙控：可選擇RS232接口進行遙控測量
● 輸入與輸出:RS232接口數字輸出或應用6針防水插頭（選項）作模擬輸出
標準配置
GSM－19T主機，GEMLinkw軟件，內部可充電電池，充電器，探頭和電纜以及探頭支桿，RS232電纜，運輸箱，中文操作手冊。保修期：兩年，終身服務。
4．GSM－19T質子旋進磁力儀系列 ● GSM－19T標準質子旋進磁力儀 ● GSM－19TW標準質子“Walking”磁力儀 ● GSM－19TV標準質子磁力儀＋甚低頻 ● GSM－19TG標準質子梯度儀 ● GSM－19TGW標準質子“Walking”梯度儀 ● GSM－19TGV標準質子梯度儀＋甚低頻 ● GSM－19TGWV標準質子“Walking”梯度儀 ＋甚低頻
圖 4
三．GSM－19高Overhauser磁力儀和梯度儀系列
圖5 GSM高Overhauser磁力儀
1．應用領域
Overhauer磁力儀是運用GEM公司的獨特技術開發出來的高磁力儀，它具有一系列獨有的優點，已成為高的標準磁力儀觀測系統，它主要應用于：
● 高礦產資源探測 ● 含油、氣盆地構造探測 ● 工程和環境勘探 ● 地下埋藏物和管線探測 ● 地震和火山前兆觀測 ● 考古 ● 對物質磁性的高測量
2．工作原理
當把特殊的含有不成對電子的液體與氫原子結合起來、并在射頻（RF）磁場的極化下便產生Overhauser效應。也即，不成對的電子將其自身的極化強度傳輸給氫原子后，就產生了很強的進動信號這種進動信號對總磁場強度值具有很高的靈敏度，并可用簡單的方程式表達。于是通過測量進動信號，便可測出總磁場強度。此種磁力儀稱為Overhause磁力儀。由于產生射頻（RF）磁場所需的能量很小，并且其頻段處于進動信號頻率之外，從而消除了測量噪聲，所以Overhauser磁力儀功耗特別低，很高。此外，射頻磁化過程和進動信號的測量過程可以同步進行，因此觀測效率高，可以高速采樣。
3．Overhauser磁力儀探頭
Overhauser磁力儀探頭是性創新產品，它是電子學設計和量子磁力化學的結合。在電子學方面，探頭內含有反向串聯的雙拾取線圈，以壓制環境噪聲干擾，例如大氣噪聲等。在量子磁力化學方面，探頭內充填屬于公司的溶有自由電子的富氫液體，從而增加了在射頻極化磁場作用下所產生的進動信號強度。在材質方面探頭尺寸很小，很輕又牢固。探頭的所有材質都是經過仔細選擇的非磁性物，以的提高信噪比。探頭方向性很小，在赤道附近也可對磁場進行地測量，在野外測量時可以不必注意探頭的放置方向。
4．Overhauser磁力儀主機
主機包括微型鍵盤，內置固化件的顯示界面，系統控制電路和數據存儲以及數據檢索等。為了操作方便，顯示界面具有單色文本和實時剖面顯示雙重功能，并可交互使用。可以通過GEMLinkw軟件網頁對內置固化件中的軟件進行升級，因此可使你的磁力儀永遠保持水平，而又不必返回廠家升級。
圖 6 Overhauser磁力儀探頭支桿和主機
5．Overhauser磁力儀主要優點
Overhauser磁力儀把高的數據采集，工作效率和高度穩定性有效地結合在一起。它的觀測與昂貴的銫光泵一致，但在穩定性和功耗方面具有獨到的優點：
● 高靈敏度、高分辨率和高觀測 ● 超級全方位傳感器 ● 測量之前無需預熱，易于野外操作 ● 數據存儲達4M字節，可擴展到32M字節 ● 可編程基點站 ● 快速數據傳輸 ● 置于磁力儀內的、集成式GPS用于定位測量（可選），分辨率可達5米或1米 ● 寬的溫度范圍（標準型從-40到＋55攝氏度；可選型從-55到60攝氏度），可在極端的氣候條件下使用 ● 堅固可靠的設計。使用壽命長，適應性強 ● 幾乎無須保養，確保了更低的使用成本 ● 從網站上更新軟件其他優點包括：高、操作速度快（每秒多達5個讀數），能耗非常低
6．Overhauser磁力儀技術指標和配置
技術指標： ● 靈敏度：<0.015nT ● 分辨率：0.01nT ● ： 0.1nT ● 動態范圍：10000到120000nT ● 梯度容限：>10000nT/m ● 采樣率：60+,5,3,2,1,0.5,0.2秒 ● 溫飄：0.0025nT/℃（環境溫度為 0到-40℃情況下）；0.0018nT/°C （環境溫度為0到+55°C情況下） ● 工作溫度：-40℃--+55℃ ● 存儲4M字節，這意味著：對流動觀測有209715個讀數對基點站有699050個讀數對梯度測量有174762個讀數對Walking Map模式有299593個讀數 ● 尺寸及重量：主機223×69×240mm，重2.1Kg 探頭175mm(長)×75mm（直徑），重1.0Kg ● 工作模式：流動站：每3秒鐘自動讀取和存儲觀測值，測點坐標值，以及時間和日期。基點站：每3到60秒自動存儲觀測值，時間和日期遙控：可選擇RS232接口進行遙控測量 ● 輸入與輸出： RS232接口數字輸出或應用6針防水插頭（選項）作模擬輸出 標準配置 GSM-19主機，GEMLinkW軟件，內部可充電電池，充電器，探頭和電纜以及探頭支桿，RS232電纜運輸箱，中文操作手冊。 保修期 兩年，終身服務。
7．高Overhauser磁力儀系列
● GSM－19 Overhauser標準磁力儀，快讀數3秒 ● GSM－19V Overhauser標準磁力儀＋甚低頻 ● GSM－19G Overhauser標準磁力梯度儀（快讀數3秒） ● GSM－19GV Overhauser標準梯度儀＋甚低頻 ● GSM－19W Overhauser Walking磁力儀（快讀數0.2秒） ● GSM－19WV Overhauser Walking磁力儀＋甚低頻 ● GSM－19GW Overhauser Walking磁力梯度儀（快讀數2秒） ● GSM－19GWV Overhauser Walking磁力梯度儀＋甚低頻 ● GSM－19GW4 Overhauser 4個探頭Overhauser Walking磁力梯度儀
一．序言
加拿大GEM公司是專門研發和生產磁力儀的公司，已有三十多年歷史。其生產的磁力儀被公認為磁力儀的標準系列。該公司研發和生產的磁力儀共有七個系列，每個系列中都有多個品種。GEM磁力儀銷往世界各國。自2005年以來，僅一年10個月時間，國內有關單位就購買了近300臺標準質子旋進磁力儀和40多臺高OVERHAUSER磁力儀以及多臺三分量磁力儀。
GEM公司生產的
磁力儀系列：
● 標準質子磁力儀和梯度儀系列 ● 高OVERHAUER磁力儀和梯度儀系列 ● dIdD三分量磁力儀系列 ● 鉀光泵磁力儀系列 ● Overhauser航空磁力儀 ● 鉀光泵航空磁力儀 ● 超高磁力儀
二．GSM－19T標準質子旋進磁力儀和梯度儀系列
質子旋進磁力儀長期以來一直是使用普遍、價格便宜的磁力儀，其用途包括礦產資源勘探，環境和工程勘探以及監測磁場變化等。
圖1 GSM－19T標準質子旋進磁力儀
1.工作原理
質子旋進磁力儀利用富含質子氫的液體產生旋進信號。它使用的液體可以提供非常高的氫密度，并且在操作時沒有危險。讓極化直流電流通過繞在富含質子氫液體探頭的線圈上，便會產生100高斯（Gauss）的輔助磁通密度。質子被極化至較強的凈磁化強度，與較強的磁通密度達到熱平衡。當輔助磁通終止時，被“極化“的質子即發生旋進而重新恢復為正常的磁通密度狀態。根據以下公式，質子的旋進頻率f0與磁通密度B（單位為特斯拉—Teslas,T）有直接關系：
f0=(γp/2π)Bγp/2π=42.MHz/T
對質子旋進的測量必須按序進行，即先有一個初始極化，接著進行頻率測量，然后這個循環不斷重復。這不同于在氫核被極化的同時進行旋進測量的連續測量法。
2．GSM－19T標準質子旋進磁力儀主要優點
GSM－19T采用了大量新技術，因而不同于其它質子旋進磁力儀，例如： ● 它集成了高GPS（可選）。 ● 在主機屏幕上實時顯示觀測磁場圖像。 ● 通過RS232接口，快速觀測數據，速率高達115千波特。 ● 分辨率高達0.01nT,靈敏度達0.1nT。 ● 標準內存為4MB，可存儲209715個野外讀數或600000個基點臺讀數，根據用戶要求，內存量可按4MB增量擴展。 ● 具有的可程序化的基點站觀測功能例如：野外磁力儀與基點站連接自動校正日變；靈活設置觀測時間表和采樣率系列；當你長時間離開基點臺時，該功能就顯得特別重要。 ● 使用GSM－19T的Walking Mag采集模式，可保證操作員在野外隨走隨采集磁場數據，從而獲得連續的觀測剖面。 ● GSM－19T的另一項創新是，用戶可以在辦公室內把設計好的觀測路線和點位輸入給GPS（可選），然后由GPS指揮操作員在野外按設計進行觀測。 ● 基點臺觀測和野外流動觀測之間具有高的時間同步，這對于在磁干擾地區和保證高的觀測結果是非常重要的。 ● 具有觀測質量監控功能，在測量過程中如果發觀某個觀測值質量低劣，操作員將聽到警告信號。
圖3 3．技術指標和配置
技術指標：
● 靈敏度：0.05nT ● 分辨率：0.01nT ● ：±0.2nT ● 動態范圍：20000到120000nT ● 梯度容差：>7000nT/m ●采樣率： 3秒至60 秒可選 ● 溫飄：0.0025nT/°C（環境溫度為0到-40°C）; 0.0018nT/°C（環境溫度為0到+55°C）
● 工作溫度：-40℃—+55℃ ● 存儲4M字節 對流動站可存209715個讀數 對基點站可存699050個讀數 對梯度測量可存174762個讀數 對步行磁測可存299593個讀數
● 尺寸及重量：主機223×69×240mm,重2.1Kg 傳感器170mm(長)×75mm(直徑)，重2.2Kg
● 流動站：每3秒－60秒自動采樣存儲觀測值以及時間和日期 基點站：觀測值，時間，日期，每3到60秒讀、存數據 遙控：可選擇RS232接口進行遙控測量
● 輸入與輸出:RS232接口數字輸出或應用6針防水插頭（選項）作模擬輸出
標準配置
GSM－19T主機，GEMLinkw軟件，內部可充電電池，充電器，探頭和電纜以及探頭支桿，RS232電纜，運輸箱，中文操作手冊。保修期：兩年，終身服務。
4．GSM－19T質子旋進磁力儀系列 ● GSM－19T標準質子旋進磁力儀 ● GSM－19TW標準質子“Walking”磁力儀 ● GSM－19TV標準質子磁力儀＋甚低頻 ● GSM－19TG標準質子梯度儀 ● GSM－19TGW標準質子“Walking”梯度儀 ● GSM－19TGV標準質子梯度儀＋甚低頻 ● GSM－19TGWV標準質子“Walking”梯度儀 ＋甚低頻
圖 4
三．GSM－19高Overhauser磁力儀和梯度儀系列
圖5 GSM高Overhauser磁力儀
1．應用領域
Overhauer磁力儀是運用GEM公司的獨特技術開發出來的高磁力儀，它具有一系列獨有的優點，已成為高的標準磁力儀觀測系統，它主要應用于：
● 高礦產資源探測 ● 含油、氣盆地構造探測 ● 工程和環境勘探 ● 地下埋藏物和管線探測 ● 地震和火山前兆觀測 ● 考古 ● 對物質磁性的高測量
2．工作原理
當把特殊的含有不成對電子的液體與氫原子結合起來、并在射頻（RF）磁場的極化下便產生Overhauser效應。也即，不成對的電子將其自身的極化強度傳輸給氫原子后，就產生了很強的進動信號這種進動信號對總磁場強度值具有很高的靈敏度，并可用簡單的方程式表達。于是通過測量進動信號，便可測出總磁場強度。此種磁力儀稱為Overhause磁力儀。由于產生射頻（RF）磁場所需的能量很小，并且其頻段處于進動信號頻率之外，從而消除了測量噪聲，所以Overhauser磁力儀功耗特別低，很高。此外，射頻磁化過程和進動信號的測量過程可以同步進行，因此觀測效率高，可以高速采樣。
3．Overhauser磁力儀探頭
Overhauser磁力儀探頭是性創新產品，它是電子學設計和量子磁力化學的結合。在電子學方面，探頭內含有反向串聯的雙拾取線圈，以壓制環境噪聲干擾，例如大氣噪聲等。在量子磁力化學方面，探頭內充填屬于公司的溶有自由電子的富氫液體，從而增加了在射頻極化磁場作用下所產生的進動信號強度。在材質方面探頭尺寸很小，很輕又牢固。探頭的所有材質都是經過仔細選擇的非磁性物，以的提高信噪比。探頭方向性很小，在赤道附近也可對磁場進行地測量，在野外測量時可以不必注意探頭的放置方向。
4．Overhauser磁力儀主機
主機包括微型鍵盤，內置固化件的顯示界面，系統控制電路和數據存儲以及數據檢索等。為了操作方便，顯示界面具有單色文本和實時剖面顯示雙重功能，并可交互使用。可以通過GEMLinkw軟件網頁對內置固化件中的軟件進行升級，因此可使你的磁力儀永遠保持水平，而又不必返回廠家升級。
圖 6 Overhauser磁力儀探頭支桿和主機
5．Overhauser磁力儀主要優點
Overhauser磁力儀把高的數據采集，工作效率和高度穩定性有效地結合在一起。它的觀測與昂貴的銫光泵一致，但在穩定性和功耗方面具有獨到的優點：
● 高靈敏度、高分辨率和高觀測 ● 超級全方位傳感器 ● 測量之前無需預熱，易于野外操作 ● 數據存儲達4M字節，可擴展到32M字節 ● 可編程基點站 ● 快速數據傳輸 ● 置于磁力儀內的、集成式GPS用于定位測量（可選），分辨率可達5米或1米 ● 寬的溫度范圍（標準型從-40到＋55攝氏度；可選型從-55到60攝氏度），可在極端的氣候條件下使用 ● 堅固可靠的設計。使用壽命長，適應性強 ● 幾乎無須保養，確保了更低的使用成本 ● 從網站上更新軟件其他優點包括：高、操作速度快（每秒多達5個讀數），能耗非常低
6．Overhauser磁力儀技術指標和配置
技術指標： ● 靈敏度：<0.015nT ● 分辨率：0.01nT ● ： 0.1nT ● 動態范圍：10000到120000nT ● 梯度容限：>10000nT/m ● 采樣率：60+,5,3,2,1,0.5,0.2秒 ● 溫飄：0.0025nT/℃（環境溫度為 0到-40℃情況下）；0.0018nT/°C （環境溫度為0到+55°C情況下） ● 工作溫度：-40℃--+55℃ ● 存儲4M字節，這意味著：對流動觀測有209715個讀數對基點站有699050個讀數對梯度測量有174762個讀數對Walking Map模式有299593個讀數 ● 尺寸及重量：主機223×69×240mm，重2.1Kg 探頭175mm(長)×75mm（直徑），重1.0Kg ● 工作模式：流動站：每3秒鐘自動讀取和存儲觀測值，測點坐標值，以及時間和日期。基點站：每3到60秒自動存儲觀測值，時間和日期遙控：可選擇RS232接口進行遙控測量 ● 輸入與輸出： RS232接口數字輸出或應用6針防水插頭（選項）作模擬輸出 標準配置 GSM-19主機，GEMLinkW軟件，內部可充電電池，充電器，探頭和電纜以及探頭支桿，RS232電纜運輸箱，中文操作手冊。 保修期 兩年，終身服務。
7．高Overhauser磁力儀系列
● GSM－19 Overhauser標準磁力儀，快讀數3秒 ● GSM－19V Overhauser標準磁力儀＋甚低頻 ● GSM－19G Overhauser標準磁力梯度儀（快讀數3秒） ● GSM－19GV Overhauser標準梯度儀＋甚低頻 ● GSM－19W Overhauser Walking磁力儀（快讀數0.2秒） ● GSM－19WV Overhauser Walking磁力儀＋甚低頻 ● GSM－19GW Overhauser Walking磁力梯度儀（快讀數2秒） ● GSM－19GWV Overhauser Walking磁力梯度儀＋甚低頻 ● GSM－19GW4 Overhauser 4個探頭Overhauser Walking磁力梯度儀
四.dIdD三分量磁力儀 1. dIdD測量原理在Overhause探頭上安裝兩個互相垂直的線圈，線圈懸掛在由皮青銅做成的彈簧懸絲上。其中一個線圈平面垂直全磁場矢量F，另一個線圈平面平行全磁場矢量F。首先向垂直F的線圈，即磁場傾角（I）線圈內，依次輸入大小相等，方向相反的偏置電流，這兩個偏置電流所產生的偏轉磁場由Overhause探頭接收，并記錄下來，稱之為Ip和Im，同時也記錄下來未加偏量電流時的全磁場F。同樣，在向平行F的線圈，即磁偏角（D）線圈內，依次輸入大小相等，方向相反的偏置電流，這兩個偏置電流所產生的偏轉磁場由Overhause探頭接收，并記錄下來，稱為Dp和Dm，同時也記錄下來未加偏置電流時的全磁場F。應用簡單算法就可以確定全磁場F的傾角（I）和偏角（D）的瞬時變化dI和Dd。如果我們知道觀測地區的地磁場傾角（I）和磁場偏角（D），我們把dI和dD與它們相加便可知道該地區的地磁場傾角和地磁場偏角的瞬時變化。
2. dIdD技術指標 ● 靈敏度：0.01nT@5秒 ● 分辨率：0.01nT ● ：0.2nT ● 動態范圍：20000到120000 nT ● 梯度容差＞10000 nT/m ● 工作溫度：－40℃—+55℃ ● 溫度飄移： ＜0.1nT/℃ ● 長時間漂移： ＜2nT/年 ● 功耗：1.5W，12V供電 ● 采樣率： ① 1.0秒---5.0秒 ② 0.5秒—2.5秒 ③ 0.2秒—1.0秒 ● 測量范圍：磁傾角I。≤±900，磁偏角D0≤1800 ● 操作模式：自動或遠程控制 ● 尺寸和重量：223×69×240mm（主機） 直徑250mm（探頭） 3.dIdD標準配置 GSM- 90主機；dIdD探頭及電纜；dIdD軟件；12VDC電瓶；RS-232電纜；手冊。 可選件：GPS給出的時間值。 4. dIdD的安裝 ● 實時接收D+，D-，I+，I-和F的原始圖像。 ● 應用1分鐘高斯濾波器處理原始數據。 ● 從處理后的數據計算△I，△D和x,y,z。進一步平均化或者深加工可以從存儲的文件中操作： ● 在屏幕上顯示原始數據的值并計算 ● 顯示全磁場 F，x,y,z傾角和偏角的圖表 GSM-19FD dIdD Installation illustration 圖7 dId聯系人；婁國軍
