CN106970339A - 一种地磁场水平分量的测量装置及测量方法 - Google Patents

一种地磁场水平分量的测量装置及测量方法 Download PDF

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聂传辉
吴学宇
杨雯
陈珏奇
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Abstract

本发明属于物理常数测量领域，尤其涉及一种地磁场水平分量的测量装置和测量方法。本发明测量装置包括：直流电压计、圆线圈、变阻器、检流计、指南针和导线，直流电压计、变阻器、圆线圈、检流计经导线依次连接串联成一个电路，其中直流电压计提供稳定电压，变阻器用于调节电阻防止电流过大，圆线圈用于产生电磁场，所述指南针置于所述圆线圈的中心，并且基于上述测量装置提出了地磁场水平分量的测量方法。本发明的技术方案简单易懂、操作方便，测量装置取材容易，成本较低。在如此低成本、易操作的前提下，可以较精确地测量出地磁场的水平分量，易于推广。

Description

一种地磁场水平分量的测量装置及测量方法
技术领域
本发明属于物理常数测量领域，尤其涉及一种地磁场水平分量的测量装置和测量方法。
背景技术
目前，现有技术常用的地磁场测量方法有如下几种：
①用集成霍耳传感器测地磁场的水平分量，该方法需要测量螺线管轴线上各点的霍尔电压值和磁场强度以及不同励磁电流下螺线管中点的霍尔电压值和磁场强度，通过改变电流方向和磁场方向，记录下电压值，用公式计算出霍尔电压和磁场理论值，再对实验值和理论值分析，计算出误差。此方法的主要不足在于霍耳元件质地脆弱、引线易断，霍耳元件的工作电流很小，一般要求不超过5.0mA，不然会发热导致参数不稳定甚至烧毁霍尔元件。
②利用亥姆霍兹线圈测量地磁场的水平分量，需要求出磁阻传感器的灵敏度，并证明磁场迭加原理。此方法在测量过程中也需要严密控制电流，励磁电流大于0.1A后，磁阻传感器的灵敏度会逐渐下降，带来测量误差，磁阻效应传感器容易被“强磁场”磁化，造成灵敏度急剧下降。
③光泵磁共振测量地磁场水平分量，该方法操作复杂，测量装置要求高，不易在普通教学实验室进行推广。
由上可知，现有技术中测量地磁场水平分量的方法操作复杂，受测量装置限制，成本较高且测量误差大，不易于推广。
发明内容
针对上述问题，本发明提出了一种地磁场水平分量的测量装置和测量方法，具体如下：
一种地磁场水平分量的测量装置，所述测量装置包括：直流电压计、圆线圈、变阻器、检流计、指南针和导线，直流电压计、变阻器、圆线圈、检流计经导线依次连接串联成一个电路，其中直流电压计提供稳定电压，变阻器用于调节电阻防止电流过大，圆线圈用于产生电磁场，所述指南针置于所述圆线圈的中心。
一种地磁场水平分量的测量方法，所述测量方法基于权利要求1所述的测量装置实现，所述测量方法包括：步骤1：将所述指南针水平放置在所述圆线圈中心，圆线圈未通电流时，将静止的指南针指向规定为起始零方向，即地磁场水平分量方向；步骤2：圆线圈通电流I后，所述指南针在线圈磁场与地磁场水平分量作用下发生偏转，设偏转角为θ，得出线圈磁场分量地磁场水平分量对进行公式变换得出电流I与tanθ之间的线性关系公式步骤3：调节变阻器，使指南针角度每偏转5°记一次电流读数I，基于多组(I,θ)数据由Matlab线性拟合所述线性关系公式中的斜率K值，基于计算得出地磁场的水平分量其中μ0为真空磁导率、N为所述圆线圈的匝数、R为所述圆线圈的半径、I为圆线圈电流。
一种地磁场水平分量的测量方法，其特征在于，所述测量方法基于权利要求1所述的测量装置实现，所述测量方法包括：步骤1：将所述指南针水平放置在所述圆线圈中心，圆线圈未通电流时，将静止的指南针指向规定为起始零方向，即地磁场水平分量方向；步骤2：调整所述圆线圈的中心轴线与所述地磁场水平分量方向成120°角；步骤3：接通所述电路，所述圆线圈通电流后，所述指南针发生偏转，此时所述指南针处合磁场由所述地磁场水平分量和载流圆线圈在中心处的磁场共同产生，调整圆线圈电流I使小磁针偏转60°角，得到所述地磁场水平分量的大小为其中μ0为真空磁导率、N为所述圆线圈的匝数、R为所述圆线圈的半径、I为圆线圈电流；步骤4：重复步骤1-3过程共计M次，M为大于等于2的正整数，对M次实验结果计算求取平均值，作为测量出的地磁场的水平分量。进一步地，步骤4中M＝5。
本发明的技术方案简单易懂、操作方便，测量装置取材容易，成本较低。在如此低成本、易操作的前提下，可以较精确地测量出地磁场的水平分量，易于推广。
附图说明
图1是本发明测量装置的电路示意图
图2是本发明地磁场水平分量坐标示意图
图3是本发明具体实施例一计算原理示意图
图4是本发明具体实施例二计算原理示意图
图5是本发明具体实施例一Matlab线性拟合示意图
图6是北京地震台地磁2010-2013年均值示意图
具体实施方式
下面结合附图，对实施例作详细说明。
本发明所用测量装置如图1所示，其包括直流电压计、圆线圈、变阻器、检流计、指南针(图中未示出)和导线，直流电压计、变阻器、圆线圈、检流计经导线连接依次串联成一个电路，其中直流电压计提供稳定电压，变阻器用于调节电阻防止电流过大，圆线圈用于产生电磁场，将指南针放在一个圆线圈的中心，基于该测量装置通过如下方法进行地磁场水平分量的测量，上述圆线圈的匝数为N，N为正整数，半径为R。
具体实施例一：如图2所示，设半径为R的N匝圆线圈处在yOz平面，其轴线沿Ox轴。将一指南针(指针在xOz平面)放置在圆线圈中心O处，B0为地磁场的水平分量。线圈未通电流时，将静止的指南针指向规定为起始零方向，此即为地磁场的水平分量方向。线圈通电流I后，指南针将在线圈磁场与地磁场水平分量作用下发生偏转，如图3所示，设偏转角为θ，此时
其中μ0为真空磁导率。
即
上式(3)中，K为斜率且为减小实验误差，实验中不断调节变阻器，使指南针每偏转5°记一次电流读数I。多组(I,θ)数据由Matlab线性拟合得出斜率K值进而计算即可得到地磁场的水平分量B0.
具体实施例二：
如图4所示，在线圈未通电时，将静止的指南针指向规定为起始零方向(由量角器标读)，此即为地磁场的水平分量方向；调整圆线圈的中心轴线与方向成120°角。接通电路，圆线圈通电后，指南针将发生偏转，此时指南针处合磁场由地磁场水平分量和载流圆线圈在中心处的磁场共同产生。调整圆线圈电流I使小磁针偏转60°角，则可得到地磁场水平分量的大小为其中μ0为真空磁导率。重复进行多次实验，取平均值，即可得到测量出的地磁场的水平分量，再与真值进行比较，求出相对误差。
基于本发明的上述两个实施例，进行如下验证实验，包括以下步骤：
A.基于图1所示测量装置，采用方法一(对应上述具体实施例一)自偏转角度从0°开始每隔5°进行一次记数，共记数13次，从检流计读取每次对应的电流数值I，具体数值如下表1；
表1：
偏转角度()/° 0 5 10 15 20 25 30
电流(I)/A 0.0000 0.0022 0.0041 0.0065 0.0087 0.0112 0.0141
偏转角度()/° 35 40 45 50 55 60
电流(I)/A 0.0171 0.0205 0.0248 0.0298 0.0354 0.0436
B.采用方法二(对应上述具体实施例二)实验并取数，如表2，实验5次电流I的值分别为0.0234A、0.0236A、0.0235A、0.0235A、0.0235A；
表2：
实验次数 1 2 3 4 5
电流(I)/A 0.0250 0.0251 0.0250 0.0252 0.0250
C.将表1中所有记录的数值输入到Matlab软件中进行计算，利用输入的数据进行K线拟合，拟合曲线及数值结果分别如图5所示，最终获得K＝0.02512；
D.计算结果
对方法一：根据将数值k代入计算得到
对方法二：求得电流平均值代入公式计算得到
E.结论
上述方法一(对应具体实施例一)、方法二(对应具体实施例二)两种方法所得结果相互佐证，数据准确，且与北京地区地磁场的水平分量理论值一致(文献记载数据部分截图如图6所示。
上述实施例仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种地磁场水平分量的测量装置，其特征在于，所述测量装置包括：直流电压计、圆线圈、变阻器、检流计、指南针和导线，直流电压计、变阻器、圆线圈、检流计经导线依次连接串联成一个电路，其中直流电压计提供稳定电压，变阻器用于调节电阻防止电流过大，圆线圈用于产生电磁场，所述指南针置于所述圆线圈的中心。
2.一种地磁场水平分量的测量方法，其特征在于，所述测量方法基于权利要求1所述的测量装置实现，所述测量方法包括：
步骤1：将所述指南针水平放置在所述圆线圈中心，圆线圈未通电流时，将静止的指南针指向规定为起始零方向，即地磁场水平分量方向；
步骤2：圆线圈通电流I后，所述指南针在线圈磁场与地磁场水平分量作用下发生偏转，设偏转角为θ，得出线圈磁场分量地磁场水平分量对进行公式变换得出电流I与tanθ之间的线性关系公式
步骤3：调节变阻器，使指南针角度每偏转5°记一次电流读数I，基于多组(I,θ)数据由Matlab线性拟合所述线性关系公式中的斜率K值，基于计算得出地磁场的水平分量其中μ0为真空磁导率、N为所述圆线圈的匝数、R为所述圆线圈的半径、I为圆线圈电流。
3.一种地磁场水平分量的测量方法，其特征在于，所述测量方法基于权利要求1所述的测量装置实现，所述测量方法包括：
步骤1：将所述指南针水平放置在所述圆线圈中心，圆线圈未通电流时，将静止的指南针指向规定为起始零方向，即地磁场水平分量方向；
步骤2：调整所述圆线圈的中心轴线与所述地磁场水平分量方向成120°角；
步骤3：接通所述电路，所述圆线圈通电流后，所述指南针发生偏转，此时所述指南针处合磁场由所述地磁场水平分量和载流圆线圈在中心处的磁场共同产生，调整圆线圈电流I使小磁针偏转60°角，得到所述地磁场水平分量的大小为其中μ0为真空磁导率、N为所述圆线圈的匝数、R为所述圆线圈的半径、I为圆线圈电流；
步骤4：重复步骤1-3过程共计M次，M为大于等于2的正整数，对M次实验结果计算求取平均值，作为测量出的地磁场的水平分量。
4.根据权利要求3所述的测量方法，其特征在于，所述步骤4中M＝5。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1505182A (en) * 1974-05-06 1978-03-30 France Armed Forces Device for the measurement of the horizontal components of the magnetic field of the earth
DD250782A1 (de) * 1986-07-02 1987-10-21 Adw Ddr Vorrichtung zur messung der horizontalen komponenten eines magnetfeldes
CN1057113A (zh) * 1990-06-02 1991-12-18 地质矿产部航空物探遥感中心 全自动测量地磁场分量的方法和装置
CN105549102A (zh) * 2016-02-03 2016-05-04 南京信息工程大学 地磁水平分量动态监控装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1505182A (en) * 1974-05-06 1978-03-30 France Armed Forces Device for the measurement of the horizontal components of the magnetic field of the earth
DD250782A1 (de) * 1986-07-02 1987-10-21 Adw Ddr Vorrichtung zur messung der horizontalen komponenten eines magnetfeldes
CN1057113A (zh) * 1990-06-02 1991-12-18 地质矿产部航空物探遥感中心 全自动测量地磁场分量的方法和装置
CN105549102A (zh) * 2016-02-03 2016-05-04 南京信息工程大学 地磁水平分量动态监控装置

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张开明: "地磁场水平分量测量方法的探索", 《太原师范学院学报（自然科学版）》 *
马元良: "地磁场磁感应强度B(水平分量)的测量", 《科技创新导报》 *

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