GSM－19T標準質(zhì)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
一．序言
加拿大GEM公司是專門研發(fā)和生產(chǎn)磁力儀的公司，已有三十多年歷史。其生產(chǎn)的磁力儀被為磁力儀的標準系列。該公司研發(fā)和生產(chǎn)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，一年10個月時間，國內(nèi)有關(guān)單位就購買了近300臺標準質(zhì)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(chǎn)的磁力儀系列：
● 標準質(zhì)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
● 磁力儀
二．GSM－19T標準質(zhì)子旋進磁力儀和梯度儀系列
質(zhì)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(chǎn)資源勘探，環(huán)境和工程勘探以及監(jiān)測磁場變化等。
圖1 GSM－19T標準質(zhì)子旋進磁力儀
1.工作原理
質(zhì)子旋進磁力儀利用質(zhì)子氫的液體產(chǎn)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。
讓化直流電流通過繞在質(zhì)子氫液體探頭的線圈上，便會產(chǎn)生100高斯（Gauss）的輔助磁通密度。質(zhì)子被化至較強的凈磁化強度，與較強的磁通密度熱平衡。
當輔助磁通終止時，被“化“的質(zhì)子即發(fā)生旋進而重新恢復為正常的磁通密度狀態(tài)。根據(jù)以下公式，質(zhì)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(guān)系：
f0=(γp/2π)Bγp/2π=42.MHz/T
對質(zhì)子旋進的測量須按序進行，即先有一個初始化，接著進行頻率測量，然后這個循環(huán)不斷重復。這不同于在氫核被化的同時進行旋進測量的連續(xù)測量法。
2．GSM－19T標準質(zhì)子旋進磁力儀主要優(yōu)點
GSM－19T采用了大量新技術(shù)，因而不同于其它質(zhì)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(shù)據(jù)，速率115千波特
● 可自由選擇點、線號的增減
● 分辨率0.01nT,靈敏度達0.05nT，±0.2nT在質(zhì)子磁力儀中水平
● 標準內(nèi)存為4，可存儲209715個野外讀數(shù)或600000個基點臺讀數(shù)，根據(jù)用戶要求，內(nèi)存量可按4增量擴展
● 具有的可程序化的基點站觀測功能
● 使用GSM－19T的Walking Mag采集模式，可操作員在野外隨走隨采集磁場數(shù)據(jù)，從而獲得連續(xù)的觀測剖面
● GSM－19T的另一項是，用戶可以在辦公室內(nèi)把設(shè)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(shè)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(qū)和高的觀測結(jié)果是重要的
● 具有觀測質(zhì)量監(jiān)控功能，在測量過程中如果發(fā)觀某個觀測值質(zhì)量低劣，對錯誤觀測發(fā)出
3．技術(shù)指標和配置
技術(shù)指標：
● 靈敏度：0.05nT
● 分辨率：0.01nT
● ：±0.2nT
● 動態(tài)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(huán)境溫度為0到-40°C）；
0.0018nT/°C（環(huán)境溫度為0到+55°C）
● 工作溫度：-40℃—+55℃
● 存儲4M字節(jié)
對流動站可存209715個讀數(shù)
對基點站可存699050個讀數(shù)
對梯度測量可存174762個讀數(shù)
對步行磁測可存299593個讀數(shù)
● 尺寸及重量：
主機223×69×240mm,重2.1Kg
傳感器170mm(長)×75mm(直徑)，
重2.2Kg
● 工作模式： 圖3
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(shù)據(jù)
遙控：可選擇RS232接口進行遙控測量
● 輸入與輸出：
RS232接口數(shù)字輸出或應(yīng)用6針水插頭（選項）作模擬輸出
標準配置
GSM－19T主機，GEMLinkw軟件，內(nèi)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，服務(wù)。
4．GSM－19T質(zhì)子旋進磁力儀系列
● GSM－19T標準質(zhì)子旋進磁力儀
● GSM－19TW標準質(zhì)子“Walking”磁力儀
● GSM－19TV標準質(zhì)子磁力儀＋甚低頻
● GSM－19TG標準質(zhì)子梯度儀
● GSM－19TGW標準質(zhì)子“Walking”梯度儀
● GSM－19TGV標準質(zhì)子梯度儀＋甚低頻
● GSM－19TGWV標準質(zhì)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(yīng)用領(lǐng)域
Overhauer磁力儀是運用GEM公司的技術(shù)開發(fā)出來的高磁力儀，它具有一系列的優(yōu)點，已成為高的標準磁力儀觀測系統(tǒng)，它主要應(yīng)用于：
● 高礦產(chǎn)資源探測
● 含油、氣盆地構(gòu)造探測
● 工程和環(huán)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(zhì)磁性的高測量
2．工作原理
當把的含有不成對電子的液體與氫原子結(jié)合起來、并在射頻（RF）磁場的化下便產(chǎn)生Overhauser效應(yīng)。也即，不成對的電子將其自身的化強度傳輸給氫原子后，就產(chǎn)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(chǎn)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，可以采樣。
3．Overhauser磁力儀探頭
Overhauser磁力儀探頭是性產(chǎn)品，它是電子學設(shè)計和量子磁力化學的結(jié)合。
在電子學方面，探頭內(nèi)含有反向串聯(lián)的雙拾取線圈，以壓制環(huán)境噪聲干擾，例如大氣噪聲等。在量子磁力化學方面，探頭內(nèi)充填屬于公司的溶有自由電子的富氫液體，從而增加了在射頻化磁場作用下所產(chǎn)生的進動信號強度。
在材質(zhì)方面探頭尺寸很小，很輕又牢固。探頭的材質(zhì)都是經(jīng)過仔細選擇的非磁性物，以的信噪比。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(nèi)置固化件的顯
示界面，系統(tǒng)控制電路和數(shù)據(jù)存儲以及數(shù)
據(jù)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?？梢酝ㄟ^GEMLinkw軟件網(wǎng)頁
對內(nèi)置固化件中的軟件進行升級，因此可
使你的磁力儀保持水平，而又不
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(yōu)點
Overhauser磁力儀把高的數(shù)據(jù)采集，工作效率和高度穩(wěn)定性地結(jié)合
在一起。它的觀測與昂貴的銫光泵一致，但在穩(wěn)定性和功耗方面具有的優(yōu)點：
● 高靈敏度、高分辨率和高觀測
● 傳感器
● 測量之前無需預熱，易于野外操作
● 數(shù)據(jù)存儲達4M字節(jié)，可擴展到32M字節(jié)
● 可編程基點站
● 快速數(shù)輸
● 置于磁力儀內(nèi)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），可在端的氣候條件下使用
● 堅固的設(shè)計。使用壽命長，適應(yīng)
● 幾乎無須保養(yǎng)，了更低的使用成本
● 從網(wǎng)站上更新軟件
其他優(yōu)點包括：高、操作速度快（每秒多達5個讀數(shù)），能耗低
6．Overhauser磁力儀技術(shù)指標和配置
技術(shù)指標：
● 靈敏度：<0.015nT
● 分辨率：0.01nT
● ： 0.1nT
● 動態(tài)范圍：10000到120000nT
● 梯度容限：>10000nT/m
● 采樣率：“步行Overhauser”60+,5,3,2,1,0.5,0.2秒
“流動Overhauser”3-10秒
● 溫飄：0.0025nT/℃（環(huán)境溫度為
0到-40℃情況下）；0.0018nT/°C
（環(huán)境溫度為0到+55°C情況下）
● 工作溫度：-40℃--+55℃
● 存儲4M字節(jié)，這意味著：
對流動觀測有209715個讀數(shù)
對基點站有699050個讀數(shù)
對梯度測量有174762個讀數(shù)
對Walking Map模式有299593個讀數(shù)
● 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(shù)字輸出或應(yīng)用6針水插頭（選項）
作模擬輸出
標準配置
GSM-19主機，GEMLinkW軟件，內(nèi)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，服務(wù)。
7．高Overhauser磁力儀系列
● GSM－19 Overhauser標準磁力儀，快讀數(shù)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(shù)3秒）
● GSM－19GV Overhauser標準梯度儀＋甚低頻
● GSM－19W Overhauser Walking磁力儀（快讀數(shù)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(shù)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。
先向垂直F的線圈，即磁場傾角（I）線圈內(nèi)，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(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)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(nèi)，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(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)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(yīng)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(qū)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(qū)的地磁場傾角和地磁場偏角的瞬時變化。
2. dIdD技術(shù)指標
● 靈敏度：0.01nT@5秒
● 分辨率：0.01nT
● ：0.2nT
● 動態(tài)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(yīng)用1分鐘高斯濾波器處理原始數(shù)據(jù)。
● 從處理后的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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
