CN114859430A - 一种磁梯度测量系统的磁干扰补偿装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种磁梯度测量系统的磁干扰补偿装置，包括用于可拆卸放置磁梯度测量系统的承重平面；承重平面上设有空间指向杆组，对应磁梯度测量系统的承重平面下设有承重支架，承重支架和承重平面间设有空间随动补偿机构。本发明可针对性解决磁梯度测量系统的磁干扰影响，带动磁梯度测量系统模拟实际的机动动作，获取到永久场、感应场和涡流场导致的磁干扰值，补偿得到消除误差后的磁场信号；获取的磁干扰信息全面完整，确保测量效果的全面性；机动动作时，承重平面相对固定，基于轴心的固定方式避免地磁梯度影响，确保系统的位置在矢量空间相对固定，具备足够的载荷；装置采用完全无磁性的材料加工制作，确保磁信号的准确性。

Description

一种磁梯度测量系统的磁干扰补偿装置

技术领域

本发明涉及测量距离、水准或者方位；勘测；导航；陀螺仪；摄影测量学或视频测量学的技术领域，属于地球物理勘测中的磁法测量的技术，特别涉及一种磁梯度测量系统的磁干扰补偿装置。

背景技术

磁法测量是地球物理勘测领域中应用最广泛的一种方式，用于对地球表面磁性异常特性进行测绘并处理，完成特定的测绘作业，包括地质构造的调查、铁磁性矿产资源的开发和查找、地表内部磁异常目标的探测和定位、测区地质调查等，可以被应用在包括但不限于考古研究、海底路由调查、危险目标定位和矿产资源开发等相关领域。

磁梯度测量系统为磁法测量的核心探测单位，通过两个或多个磁测单元来实现磁信号的采集。在测区作业时，一般是按照规划好的测线进行扫测式连续机动，获取全面的测区磁场数据，根据测区磁场数据绘制成磁异常曲线图，进行磁异常解释和目标定位。为了得到良好的磁异常效果图，需要严格避免磁干扰或者误差的影响，即磁梯度测量系统本身不包含影响磁性测试的磁干扰误差。通常来说，系统为了实现基本的探测功能，需要包含的功能部件包括磁探测探头、处理单元、支撑结构、采集系统和供电电池等部件，这些功能部件或多或少的带有金属电子元器件或铁磁性材料，当进行目标探测时，上述磁性物质将会对磁场探测产生影响，而通常测量系统本身和平台的铁磁性材料正是影响磁测性能的主要因素。

对于系统本身的磁干扰源，通常是在地磁环境平稳的区域改变系统本身的姿态，在系统姿态变化的过程中测试磁干扰的大小，通过数据处理的方式消除磁干扰影响，其中数据处理的方式已经成熟，比如文献《16项自动磁补偿系统》提到的方法。然而，对于改变系统的姿态操作，为了获取到全面的磁干扰信号，需要姿态动作遍历到实际作业中的方位角、横滚角和俯仰角的全部角度，其中方位角范围需要达到0～360°，而考虑到实际作业时的系统通常带有稳定装置，横滚角和俯仰角的范围不会超过±30°（否则会出现失控的危险）。若采用人力方式来进行操作将带来很大的随机性和不准确性，而系统本身的体积又过于庞大而不便操作，因此需要提供一套装置实现上述姿态变换动作。考虑到地磁场本身具有梯度性，位置改变后的磁场值会发生变化而影响到处理效果，故在消除磁干扰的操作时，系统的位置应保持相对固定，因而提供的装置需要具备拥有足够的载荷、全面的机动幅度和操作位置相对固定的能力。

发明内容

本发明解决了现有技术中存在的问题，提供了一种优化的磁梯度测量系统的磁干扰补偿装置及磁干扰补偿方法，实现磁梯度测量系统的磁干扰补偿工作，使磁干扰误差补偿得以实现。

本发明所采用的技术方案是，一种磁梯度测量系统的磁干扰补偿装置，包括用于可拆卸放置磁梯度测量系统的承重平面；配合所述承重平面上设有空间指向杆组，对应磁梯度测量系统的所述承重平面下设有承重支架，配合所述承重支架和承重平面间设有空间随动补偿机构。

优选地，所述空间随动补偿机构包括2层承重支架，配合下层的承重支架设有支撑杆，上层的承重支架套设于支撑杆外；所述支撑杆顶部和承重平面间设有万向球组件；

上层的承重支架上缘以支撑杆对称设有2个第一支撑板，2个第一支撑板间通过俯仰旋转单元和横滚旋转单元与承重平面配合设置。

优选地，所述俯仰旋转单元包括设于2个第一支撑板间的限位板，所述限位板设于承重支架上方；所述限位板沿着承重平面的长度方向设有限位孔，所述支撑杆贯穿限位孔设置；所述限位板两侧分别设有第二支撑板，任一所述第二支撑板设于2个第一支撑板的相对侧且与对应侧的第一支撑板以第一转动轴铰接；

所述限位板通过横滚旋转单元与承重平面配合设置。

优选地，所述横滚旋转单元包括分别设于限位板前端和后端的第三支撑板，任一所述第三支撑板与承重平面下的支板以第二转动轴铰接。

优选地，所述万向球组件包括万向球体和万向球套，所述万向球套套设于万向球体上；所述万向球体与支撑杆的顶部连接，所述万向球套与承重平面的底部连接；对应所述万向球组件的承重平面上设有磁梯度测量系统的装配面。

优选地，2层所述承重支架间通过环形轴承配合设置。

优选地，所述空间指向杆组包括3个指向杆，1个指向杆与承重平面垂直，另2个指向杆设于承重平面上；3个所述指向杆两两垂直。

优选地，所述承重支架包括至少3个支撑脚，所述支撑脚均匀分布设于空间随动补偿机构底部，配合任一所述支撑脚设有高度调节件，所有的所述支撑脚外设有紧固件。

优选地，任一所述支撑脚底部为锥形。

优选地，所述承重平面侧部设有操作部，配合所述操作部的承重平面底部铰接至平衡杆的一端，配合所述平衡杆的另一端的承重平面底部设有扣件。

本发明涉及一种优化的磁梯度测量系统的磁干扰补偿装置，磁干扰补偿装置包括用于可拆卸放置磁梯度测量系统的承重平面；配合所述承重平面上设有空间指向杆组，对应磁梯度测量系统的所述承重平面下设有承重支架，配合所述承重支架和承重平面间设有空间随动补偿机构；在将磁梯度测量系统安装在承重平面的装配面后，控制磁干扰补偿装置依次旋转至水平方位上均匀设置的八个基准点处，在每个基准点处执行预设的方位机动动作、俯仰机动动作和横滚机动动作，基于执行结果，获得总干扰并进行磁干扰补偿。

本发明的有益效果在于，可针对性解决磁梯度测量系统的磁干扰影响，带动磁梯度测量系统模拟实际的机动动作，获取到永久场、感应场和涡流场导致的磁干扰值，并通过软件处理的方式对磁干扰值进行补偿，得到消除误差后的磁场信号；过程中，机动动作覆盖真实测磁作业的最大机动范围，获取的磁干扰信息全面完整，确保测量效果的全面性；

磁干扰补偿装置拥有基准的承重平面，机动动作时，承重平面相对固定，基于轴心的固定方式可避免地磁梯度影响，从而确保系统的位置在矢量空间相对固定，具备足够的载荷用于测量系统的负重；

装置采用完全无磁性的材料加工制作，确保了磁信号的准确性。

根据测试对比，本发明在实施补偿前后，磁干扰误差量减小95%以上，改善比超过30，极大提升测磁系统的测磁精度，使磁梯度测量系统的磁干扰补偿工作得以实现，并具备可实施性。

附图说明

图1为本发明的俯视角度的立体图结构示意图；

图2为本发明的后视图结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的详细描述，但本发明的保护范围并不限于此。

本发明涉及一种磁梯度测量系统的磁干扰补偿装置，磁梯度测量系统（图中未示出）在测区作业时，沿着测线进行扫测，运动过程中会产生方位机动动作、横滚机动动作和俯仰机动动作，机动动作带有随机性，系统自身的磁干扰源会随着机动动作产生随机的磁干扰信号影响磁场测量，为了消除上述影响，需要在地磁环境中模拟出上述机动动作（方位、横滚、俯仰），获取到不同机动动作过程中的磁干扰信号，进行针对性的信号处理；

基于此，设计的磁干扰补偿装置应当能够绕方位角、横滚角和俯仰角进行机动动作，覆盖磁梯度测量系统的全部动作空间，由磁干扰补偿装置来辅助完成全部机动动作，操作过程中获取到磁干扰信号值；

进一步地，由于当材料含有镍、钴、铁及其合金等能够直接或间接产生磁性的物质时会表现出磁性特征，故磁梯度测量系统在进行磁干扰补偿操作时，为了得到真实的磁干扰源磁场值，磁干扰补偿装置应当严格避免上述磁性材料，主材选用无磁性聚四氟乙烯材料，安装支撑组件选用无磁性航空铝材（型号：6061），旋转轴承为无磁性紫铜，从源头上保证了装置的无磁特征，确保了磁干扰补偿操作的测磁准确性。

本发明中，承重功能组件包含承重支架2及关联的支撑机构件组成，用于提供载荷和平衡支撑，最大载荷达到100kg，留有足够的余量满足磁梯度测量系统（＜20kg）的补偿操作；机动动作组件通过空间随动补偿机构实现，包含方位旋转面、横滚旋转轴和俯仰旋转轴，方位旋转面的机动范围为0～360°、横滚旋转轴的机动范围为±60°、俯仰旋转轴的机动范围为±60°，完全覆盖磁梯度测量系统0～360°的方位机动、±30°的横滚机动和俯仰机动；安装支撑组件包含基于轴心的、承重平面1上用于放置磁梯度测量系统的装配面，磁梯度测量系统固定在此装配面，机动动作过程中的相对位置固定，避免位置移动导致的地磁梯度影响，整个安装面尺寸达到350cm×30cm，提供足够的面积安装系统的功能部件；指示组件为空间指向杆组，用于对补偿装置当前的机动位置和状态进行指示。

本发明的一种磁梯度测量系统的磁干扰补偿装置包括用于可拆卸放置磁梯度测量系统的承重平面1；配合所述承重平面1上设有空间指向杆组，对应磁梯度测量系统的所述承重平面1下设有承重支架2，配合所述承重支架2和承重平面1间设有空间随动补偿机构。

本发明中，以承重平面1的固定位置放置磁梯度测量系统使得磁梯度测量系统可以在作业时产生方位机动动作、横滚机动动作和俯仰机动动作，进而带动承重平面1随动；以图1为例，以承重平面1的长度所示方向的水平方向为X轴方向，以竖直X轴向上的方向为Y轴方向，以同时垂直于X轴和Y轴的方向为Z轴方向，则方位机动动作为绕着Y轴转动，横滚机动动作为绕着X轴转动，俯仰机动动作为绕着Z轴转动；以空间指向杆组对这些机动动作进行标记和角度计算，承重平面1以空间随动补偿机构完成这些动作。

所述空间随动补偿机构包括2层承重支架2，配合下层的承重支架2设有支撑杆3，上层的承重支架2套设于支撑杆3外；所述支撑杆3顶部和承重平面1间设有万向球组件；

上层的承重支架2上缘以支撑杆3对称设有2个第一支撑板4，2个第一支撑板4间通过俯仰旋转单元和横滚旋转单元与承重平面1配合设置。

所述俯仰旋转单元包括设于2个第一支撑板4间的限位板5，所述限位板5设于承重支架2上方；所述限位板5沿着承重平面1的长度方向设有限位孔6，所述支撑杆3贯穿限位孔6设置；所述限位板5两侧分别设有第二支撑板7，任一所述第二支撑板7设于2个第一支撑板4的相对侧且与对应侧的第一支撑板4以第一转动轴8铰接；

所述限位板5通过横滚旋转单元与承重平面1配合设置。

所述横滚旋转单元包括分别设于限位板5前端和后端的第三支撑板9，任一所述第三支撑板9与承重平面1下的支板10以第二转动轴11铰接。

所述万向球组件包括万向球体12和万向球套13，所述万向球套13套设于万向球体12上；所述万向球体12与支撑杆3的顶部连接，所述万向球套13与承重平面1的底部连接；对应所述万向球组件的承重平面1上设有磁梯度测量系统的装配面14。

2层所述承重支架2间通过环形轴承（图中未示出）配合设置。

本发明中，以2层承重支架2作为方位机动动作的方位旋转面，上层的承重支架2可以在下层的承重支架2上绕Y轴转动360°；在实际应用中，2层承重支架2间设置环形轴承，确保2层承重支架2可以相对转动且转动过程稳定。

本发明中，支撑杆3的顶部和承重平面1间设置万向球组件，具体来说，是与承重平面1连接的万向球套13套在支撑杆3顶部的万向球体12上实现万向运动，进而完成空间随动补偿。

本发明中，俯仰机动动作通过第二支撑板7和第一支撑板4间的相对转动实现，承重平面1俯仰运动时，横滚旋转单元随着俯仰运动，进而带动限位板5、第二支撑板7俯仰运动，支撑杆3相对于限位孔6前后移动。

本发明中，横滚机动动作则直接以第三支撑板9和承重平面1下的支板10以第二转动轴11为轴相对转动实现。

所述空间指向杆组包括3个指向杆，1个指向杆与承重平面1垂直，另2个指向杆设于承重平面1上；3个所述指向杆两两垂直。

本发明中， 3个指向杆包括两两垂直的纵向指示杆15、垂向指示杆16和横向指示杆17，为机动动作提供幅度动作参考。

本发明中，垂向指示杆16垂直于承重平面1的方向并指向上方，垂向指示杆16的位置一般与万向球组件相对应，垂向指示杆16为垂向指示标杆；横向指示杆17和纵向指示杆15则分别沿着承重平面1的两个直角方向且在同一平面；横向指示杆17和/或纵向指示杆15可以通过锁紧扣18固定在承重平面1上。

所述承重支架2包括至少3个支撑脚19，所述支撑脚19均匀分布设于空间随动补偿机构底部，配合任一所述支撑脚19设有高度调节件20，所有的所述支撑脚19外设有紧固件21。

任一所述支撑脚19底部为锥形。

本发明中，支撑脚19由无磁性航空铝材（型号：6061）加工制作，承重支架2底端为锥形，一般为圆锥，方便嵌入到地面；支撑脚19一般为4个。

本发明中，高度调节件20分别对应设置在支撑脚19的下部，可以延长或缩短支撑脚19的长度，类似于三脚架的结构，此为本领域技术人员容易理解的内容。

本发明中，紧固件21整体围设在支撑脚19外侧，起稳定作用。

本发明中，支撑脚19的顶端固定在空间随动补偿机构底部，确切地说，是在下层的承重支架2的底部，为整个装置提供承重支撑。

所述承重平面1侧部设有操作部22，配合所述操作部22的承重平面1底部铰接至平衡杆23的一端，配合所述平衡杆23的另一端的承重平面1底部设有扣件24。

本发明中，承重平面1由无磁性聚四氟乙烯加工制作，尺寸为350cm×30cm，用于安装磁梯度测量系统的功能部件。

本发明中，在承重平面1的一侧设置操作部22，为手动握紧把手，通过操作部22可以带动承重平面1进行机动动作。

本发明中，平衡杆23为承重平面1的平衡支点，与承重平面1铰接；在不进行操作时，平衡杆23通过支撑在地面来防止承重平面1重心不稳而无法水平放置，在机动动作时收回，固定到扣件24处，进而便于机动动作操作。

本发明中，平衡杆23与扣件24配合处可以设置横杆25，横杆25与扣件24间一般过盈配合。

Claims (10)

1.一种磁梯度测量系统的磁干扰补偿装置，其特征在于：包括用于可拆卸放置磁梯度测量系统的承重平面；配合所述承重平面上设有空间指向杆组，对应磁梯度测量系统的所述承重平面下设有承重支架，配合所述承重支架和承重平面间设有空间随动补偿机构。

2.根据权利要求1所述的一种磁梯度测量系统的磁干扰补偿装置，其特征在于：所述空间随动补偿机构包括2层承重支架，配合下层的承重支架设有支撑杆，上层的承重支架套设于支撑杆外；所述支撑杆顶部和承重平面间设有万向球组件；

上层的承重支架上缘以支撑杆对称设有2个第一支撑板，2个第一支撑板间通过俯仰旋转单元和横滚旋转单元与承重平面配合设置。

3.根据权利要求2所述的一种磁梯度测量系统的磁干扰补偿装置，其特征在于：所述俯仰旋转单元包括设于2个第一支撑板间的限位板，所述限位板设于承重支架上方；所述限位板沿着承重平面的长度方向设有限位孔，所述支撑杆贯穿限位孔设置；所述限位板两侧分别设有第二支撑板，任一所述第二支撑板设于2个第一支撑板的相对侧且与对应侧的第一支撑板以第一转动轴铰接；

所述限位板通过横滚旋转单元与承重平面配合设置。

4.根据权利要求3所述的一种磁梯度测量系统的磁干扰补偿装置，其特征在于：所述横滚旋转单元包括分别设于限位板前端和后端的第三支撑板，任一所述第三支撑板与承重平面下的支板以第二转动轴铰接。

5.根据权利要求2所述的一种磁梯度测量系统的磁干扰补偿装置，其特征在于：所述万向球组件包括万向球体和万向球套，所述万向球套套设于万向球体上；所述万向球体与支撑杆的顶部连接，所述万向球套与承重平面的底部连接；对应所述万向球组件的承重平面上设有磁梯度测量系统的装配面。

6.根据权利要求2所述的一种磁梯度测量系统的磁干扰补偿装置，其特征在于：2层所述承重支架间通过环形轴承配合设置。

7.根据权利要求1所述的一种磁梯度测量系统的磁干扰补偿装置，其特征在于：所述空间指向杆组包括3个指向杆，1个指向杆与承重平面垂直，另2个指向杆设于承重平面上；3个所述指向杆两两垂直。

8.根据权利要求1所述的一种磁梯度测量系统的磁干扰补偿装置，其特征在于：所述承重支架包括至少3个支撑脚，所述支撑脚均匀分布设于空间随动补偿机构底部，配合任一所述支撑脚设有高度调节件，所有的所述支撑脚外设有紧固件。

9.根据权利要求8所述的一种磁梯度测量系统的磁干扰补偿装置，其特征在于：任一所述支撑脚底部为锥形。

10.根据权利要求1所述的一种磁梯度测量系统的磁干扰补偿装置，其特征在于：所述承重平面侧部设有操作部，配合所述操作部的承重平面底部铰接至平衡杆的一端，配合所述平衡杆的另一端的承重平面底部设有扣件。

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