CN116736208A - 一种三轴磁通门磁力仪探头正交性检校方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种三轴磁通门磁力仪探头正交性检校方法，属于地球物理勘探之磁法装备检测校正技术领域。为解决三轴磁通门磁力仪的正交性存在任何偏差都会对磁矢量测量的精度产生不利影响的问题，适用性更强，无需考虑三轴的一致性及零漂问题，可实质改进三轴磁通门磁力仪的三轴正交性检测能力及精度，提高检测结果的可靠性，方法简便易行，计算速度更快，校正精度更高更稳定，兼具静态观测与动态观测的属性，较传统的静态观测方法更客观，较传统的动态观测更稳定，克服了传统动态观测时承载磁力仪的移动装置的影响，可以灵活高效客观的评价磁通门磁力仪的性能及数据质量、梯度容限及适应能力，为后续航空磁测等工作提供依据。
Description
技术领域
本发明涉及地球物理勘探之磁法装备检测校正技术领域，特别涉及一种三轴磁通门磁力仪探头正交性检校方法。
背景技术
地球物理勘探技术涉及到重、磁、电、震等多个领域，其中的磁法勘探历史悠久、简便易行，可实现空、天、地、井、水下等多种场景的数据采集，可采用总场测量、总场梯度测量、三分量测量、三分量梯度测量、定向测量(垂向分量)等多种测量模式。近年来随着勘探技术的不断进步，航空磁矢量测量已越来越受业界关注，针对磁矢量测量的各个技术环节的研究也越来越深入，三轴磁通门磁力仪得到迅速推广应用。
地球物理勘探中，采用磁力仪进行磁法勘探是最为经济快捷的方法，其中野外精确观测磁矢量参数是多年来的研究改进目标。磁矢量参数包括磁总场强度(幅值)和方位两项，目前多由三轴磁通门磁力仪进行实地观测，即采用三磁轴正交的磁力仪实地观测磁总场的三个正交方位分量，然后合成计算磁总场强度及其方位。此方法合成磁总场矢量的精度受限于三个因素，一是磁力仪的噪声、分辨率等电性能参数，二是三个磁轴的正交性精度是否达标，三是三个磁轴的一致性是否达标。
本发明重点在于解决三个磁轴的正交性精度问题，其背景技术中需考虑或解决以下问题：
1、三轴磁通门磁力仪的正交性至关重要，直接影响到磁测结果的可靠程度。若三轴磁通门磁力仪的三轴相互间夹角不等于90°，即使仅有0.1°的偏差，也会引起较大的转向差，这些误差偏差对磁矢量测量的精度产生了至关重要的不利影响，因此必须加以研究、改进。
2、目前针对三轴磁通门磁力仪的三轴正交性校正方法，基本采用反演计算模式，即：选取磁屏蔽室场地，将磁探头固定于无磁经纬仪之类的转台上，旋转转台同时读取一批三轴磁场数据，理论上由三轴合成的磁总场数据应恒定不变，因此可通过正演拟合方式反演三个磁轴与正交坐标系之间的夹角关系(反演附图1中的α、β、γ三个角度)，进而对三轴数据进行正交性校正技术。
3、上述反演模式的问题在于：观测数据中存在系统噪声、仪器读数误差及三轴一致性误差，这些误差直接参与了反演计算，对反演结果的稳定性、可靠性及精度造成了不可估量的影响；实际上大部分三轴磁通门磁力仪的三轴一致性偏差可达万分之一，动态观测误差可达0.n nT，这些偏差误差将直接影响反演结果的可靠性和可信度，且采用反演模式确定三磁轴正交性不具有直观性，对检测精度也很难衡量。
本发明的检测技术与三轴一致性无关，数据误差对检测精度的影响较小，检测精度主要取决于辅助设备(无磁经纬仪或无磁转台)的测角精度，检测过程及结果可视性强，可直管确认其可靠性、可信性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种三轴磁通门磁力仪探头正交性检校方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种三轴磁通门磁力仪探头正交性检校方法，包括如下步骤：
S1：将无磁经纬仪或无磁转台等辅助装备设置于使用带稳定磁场源的磁屏蔽室或野外静磁区等场景，将三轴磁力仪固定于无磁经纬仪或无磁转台等辅助装备上；
S2：对三轴磁通门磁力仪的正交性进行检测，通过固定竖向转盘、旋转水平转盘方式实现满周测量，收录三轴磁力仪所测得的与转盘旋转角相对应的满周磁场数据，通过分析磁力仪各轴满周磁场数据的极大值、极小值、零值点等特征点所对应的角度，检测计算得出各轴之间的两两夹角，包括Mx磁轴与My磁轴之间的夹角Jxy、My磁轴与Mz磁轴之间的夹角Jyz、Mz磁轴与Mx磁轴之间的夹角Jzx；
S3：对三轴磁通门磁力仪的正交性进行校正，基于S2中检测计算的磁通门磁力仪三轴之间的相互两两夹角数据，重新计算实际工作中所测测点的磁场三分量理论值，对三轴磁通门磁力仪三轴正交性校正计算；
其中，Mx磁轴与My磁轴之间的夹角Jxy的夹角数据表示为a，My磁轴与Mz磁轴之间的夹角Jyz的夹角数据表示为b，Mz磁轴与Mx磁轴之间的夹角Jzx的夹角数据表示为c；
S4：对三轴磁通门磁力仪各磁轴的性能及其数据质量进行评价，基于满周测量的磁场数据进行分析计算，对数据质量进行分析，通过频谱分析、四阶差分等公式计算各磁轴磁测数据的高频噪声幅值，利用高频噪声幅值大小衡量磁力仪各磁轴的数据质量及其精度，通过观察数据变化平稳性衡量磁力仪的动态跟踪能力或梯度容限，通过提高转盘旋转速度以加大磁场变化率的模式测试磁力仪的梯度容限或适应能力。
进一步的，针对S2中检测计算得出各轴之间的两两夹角的方法，还包括以下步骤：
S21：检测Mx磁轴与My磁轴之间的夹角Jxy，将三轴磁通门磁力仪的Mx轴-My轴所在面平放并固定于转台水平转盘之上，使Mx磁轴-My磁轴面与转盘面平行，联接好主机电缆等各种装备后开机测试，平稳旋转转台转盘并记录各个角度所对应的Mx磁轴、My磁轴所测得的磁场值，得到实测数据图；
其中，基于实测数据图可确定Mx磁轴、My磁轴的北向转盘角Jx、Jy，二者之差即为Mx磁轴与My磁轴之间的夹角Jxy。
进一步的，所述北向转盘角的确定方法，还包括以下步骤：
取Mx磁轴两个零值点的对称方位中与其磁场极大值相对应的方位角，设为Mx磁轴的北向转盘角；
取My磁轴两个零值点的对称方位中与其磁场极大值相对应的方位角，设为My磁轴的北向转盘角。
进一步的，所述检测My磁轴与Mz磁轴之间的夹角Jyz，对夹角Jyz进行检测计算时，采用S21的测算方法类推。
进一步的，所述检测Mz磁轴与Mx磁轴之间的夹角Jzx，对夹角Jzx进行检测计算时，采用S21的测算方法类推。
进一步的，针对S3中三轴磁通门磁力仪三轴正交性校正计算的方法，还包括以下步骤：
三轴磁通门磁力仪的非正交三轴为Mx、My、Mz，理论正交坐标系为X、Y、Z三轴，其中，Z轴与Mz轴重合，X-Z平面与Mx-Mz平面重合，坐标系原点重合；
设定Mx、My、Mz三磁轴所测得的磁场值分别为xm、ym、zm，计算理论正交坐标系X、Y、Z下三轴的理论值x、y、z，基于x、y、z合成磁总场。
进一步的，所述计算理论正交坐标系X、Y、Z下三轴的理论值的方法，其中，所述理论值x、y、z通过如下公式获取：
其中，c表示Mz磁轴与Mx磁轴之间的夹角Jzx的夹角数据。
进一步的，所述计算理论正交坐标系X、Y、Z下三轴的理论值的方法，其中，所述理论值y通过如下公式获取：
其中：
sind＝(1-cosd2)1/2
其中，a表示Mx磁轴与My磁轴之间的夹角Jxy的夹角数据；b表示My磁轴与Mz磁轴之间的夹角Jyz的夹角数据；c表示Mz磁轴与Mx磁轴之间的夹角Jzx的夹角数据。
进一步的，所述计算理论正交坐标系X、Y、Z下三轴的理论值的方法，其中，所述理论值z通过如下公式获取：
z＝zm。
进一步的，针对对三轴磁通门磁力仪各磁轴的性能及其数据质量进行评价，还包括以下步骤：
对三个磁轴的实测数据进行噪声分析，
采用航磁规范所使用的四阶差分算法计算动态噪声水平，动态噪声水平衡量参数表示为S，其中，所述衡量参数S通过如下公式获取：
其中：
Bi＝Ti-2-4Ti-1+6Ti-4Ti+1+Ti+2
其中，使用上述的公式时将实测各磁轴数据及合成数据、校正数据序列分别代入上式中的T序列，分别计算Mx、My、Mz各磁轴实测一周数据序列的衡量参数S值，以及校正后的x、y、z理论三分量数据序列的衡量参数S值，和合成总场的Rm、R数据序列的衡量参数S值，并根据各数据序列的衡量参数S值评价其数据质量。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明的三轴磁通门磁力仪三轴正交性检校方法，较其它检校方法而言适用性更强，无需考虑三轴的一致性及零漂问题，可实质改进三轴磁通门磁力仪的三轴正交性检测能力及精度，提高检测结果的可靠性。
2.本发明所提供的三轴磁通门磁力仪三轴正交性校正技术，方法简便易行，计算速度更快，校正精度更高更稳定。
3.本发明所提供的三轴磁通门磁力仪三轴性能及数据质量测试分析方法，兼具静态观测与动态观测的属性，较传统的静态观测方法更客观，较传统的动态观测更稳定，克服了传统动态观测时承载磁力仪的移动装置的影响，可以灵活高效客观的评价磁通门磁力仪的性能及数据质量、梯度容限及适应能力，为后续航空磁测等工作提供依据。
附图说明
图1为本发明的三轴磁通门磁力仪之三轴与正交坐标系三轴关系图；
图2为本发明的非正交三轴磁通门磁力仪三分量曲线图(横轴为旋转角度，竖轴为磁场值，单位nT)；
图3为本发明的非正交三轴磁通门磁力仪磁总场转向差曲线图(横轴为旋转角度，竖轴为磁场值，单位nT)；
图4为本发明的三轴磁通门磁力仪探头结构图；
图5为本发明的三轴磁通门探头置于转台转盘图-平面图；
图6为本发明的三轴磁通门探头置于转台转盘图-立面图；
图7为本发明的Mx磁轴-My磁轴满周测量磁场曲线图-直角坐标图(横轴为旋转角度，竖轴为磁场值，单位nT)；
图8为本发明的Mx磁轴-My磁轴满周测量磁场曲线图-极坐标图(X轴为旋转角度，Y轴为磁场值，单位10000nT)；
图9为本发明的1369磁探头Mx磁轴与My磁轴夹角检测曲线图(横轴为旋转角度，竖轴为磁场值，单位nT)；
图10为本发明的1369磁探头My磁轴与Mz磁轴夹角检测曲线图(横轴为旋转角度，竖轴为磁场值，单位nT)；
图11为本发明的1369磁探头Mz磁轴与Mx磁轴夹角检测曲线图(横轴为旋转角度，竖轴为磁场值，单位nT)；
图12为本发明的1369磁探头三轴正交性校正曲线对比图(横轴为旋转角度，竖轴为磁场值，单位nT)；
图13为本发明的1369磁探头三轴实测数据曲线图(横轴为旋转角度，竖轴为磁场值，单位nT)；
图14为本发明的1369磁探头极限测试数据曲线图(选取Mx磁轴接近零值点的小区段，横轴为旋转角度，竖轴为磁场值，单位nT)。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-14，本发明提供以下技术方案：
一种三轴磁通门磁力仪探头正交性检校方法，包括如下步骤：
S1：将无磁经纬仪或无磁转台等辅助装备设置于使用带稳定磁场源的磁屏蔽室或野外静磁区等场景，将三轴磁力仪固定于无磁经纬仪或无磁转台等辅助装备上；
S2：对三轴磁通门磁力仪的正交性进行检测，通过固定竖向转盘、旋转水平转盘方式实现满周测量，收录三轴磁力仪所测得的与转盘旋转角相对应的满周磁场数据，通过分析磁力仪各轴满周磁场数据的极大值、极小值、零值点等特征点所对应的角度，检测计算得出各轴之间的两两夹角，包括Mx磁轴与My磁轴之间的夹角Jxy、My磁轴与Mz磁轴之间的夹角Jyz、Mz磁轴与Mx磁轴之间的夹角Jzx；
S3：对三轴磁通门磁力仪的正交性进行校正，基于S2中检测计算的磁通门磁力仪三轴之间的相互两两夹角数据，重新计算实际工作中所测测点的磁场三分量理论值，对三轴磁通门磁力仪三轴正交性校正计算；
其中，Mx磁轴与My磁轴之间的夹角Jxy的夹角数据表示为a，My磁轴与Mz磁轴之间的夹角Jyz的夹角数据表示为b，Mz磁轴与Mx磁轴之间的夹角Jzx的夹角数据表示为c；
S4：对三轴磁通门磁力仪各磁轴的性能及其数据质量进行评价，基于满周测量的磁场数据进行分析计算，对数据质量进行分析，通过频谱分析、四阶差分等公式计算各磁轴磁测数据的高频噪声幅值，利用高频噪声幅值大小衡量磁力仪各磁轴的数据质量及其精度，通过观察数据变化平稳性衡量磁力仪的动态跟踪能力或梯度容限，通过提高转盘旋转速度以加大磁场变化率的模式测试磁力仪的梯度容限或适应能力。
具体的，较其它检校方法而言适用性更强，无需考虑三轴的一致性及零漂问题，可实质改进三轴磁通门磁力仪的三轴正交性检测能力及精度，提高检测结果的可靠性；本发明所提供的三轴磁通门磁力仪三轴正交性校正技术，方法简便易行，计算速度更快，校正精度更高更稳定；本发明所提供的三轴磁通门磁力仪三轴性能及数据质量测试分析方法，兼具静态观测与动态观测的属性，较传统的静态观测方法更客观，较传统的动态观测更稳定，克服了传统动态观测时承载磁力仪的移动装置的影响，可以灵活高效客观的评价磁通门磁力仪的性能及数据质量、梯度容限及适应能力，为后续航空磁测等工作提供依据。
首先，对三轴磁通门磁力仪的正交性进行检测：
通过固定竖向转盘、旋转水平转盘方式实现满周测量，收录三轴磁力仪所测得的与转盘旋转角相对应的满周磁场数据，通过分析磁力仪各轴满周磁场数据的极大值、极小值、零值点等特征点所对应的角度，检测计算得出各轴之间的两两夹角，包括Mx磁轴与My磁轴之间的夹角Jxy、My磁轴与Mz磁轴之间的夹角Jyz、Mz磁轴与Mx磁轴之间的夹角Jzx。
针对S2中检测计算得出各轴之间的两两夹角的方法，还包括以下步骤：
S21：检测Mx磁轴与My磁轴之间的夹角Jxy，将三轴磁通门磁力仪的Mx轴-My轴所在面平放并固定于转台水平转盘之上，使Mx磁轴-My磁轴面与转盘面平行，联接好主机电缆等各种装备后开机测试，平稳旋转转台转盘并记录各个角度所对应的Mx磁轴、My磁轴所测得的磁场值，得到实测数据图；
其中，基于实测数据图可确定Mx磁轴、My磁轴的北向转盘角Jx、Jy，二者之差即为Mx磁轴与My磁轴之间的夹角Jxy，对夹角Jyz及夹角Jzx进行检测计算时，采用S21的测算方法类推。
在确定北向转盘角时，取Mx磁轴两个零值点的对称方位中与其磁场极大值相对应的方位角，设为Mx磁轴的北向转盘角，取My磁轴两个零值点的对称方位中与其磁场极大值相对应的方位角，设为My磁轴的北向转盘角。
具体的，
第一步：检测1369磁探头Mx磁轴与My磁轴的夹角：
将1369磁探头平放于转台水平转盘之上，使其Mx磁轴-My磁轴平面与转盘面平行，磁探头测点位置位于转盘中心上方，探头联接电缆有足够的活动余长，确认仪器已开机正常运行。逆时针缓慢旋转一周(Mx磁轴、My磁轴数据零值点附近转速放缓，用时约一分钟，数据采样率200Hz)并记录Mx磁轴、My磁轴及转盘旋转角度数据，重复旋转记录3次并重点关注Mx磁轴、My磁轴数据零值点以确认数据的可靠性。
经对数据进行分析，确认在一个旋转周期(约一分钟)内，日变幅度较小(均未超出0.1nT)，故不考虑日变改正问题。3次数据序列的吻合度较高，故选用第2次数据序列进行分析计算，具体计算过程参见附图9。
经对数据序列进行处理分析，可确认Mx磁轴数据曲线的两个零值点转盘角分别为88.53°、270.43°，极大值点转盘角约为360°，故可确认Mx磁轴的北向转盘角为359.48°；My磁轴数据曲线的两个零值点转盘角分别为179.75°、359.42°，极大值点转盘角约为270°，故可确认My磁轴的北向转盘角为269.59°；故Mx磁轴与My磁轴夹角为(二者北向转盘角之差Jxy＝|Jx-Jy|)89.89°。
经过上述检测计算工作，得出具体检测结果为：a＝Jxy＝89.89°。
第二步：检测1369磁探头My磁轴与Mz磁轴的夹角：
方法同上，参见附图10，可确认My磁轴数据曲线的两个零值点转盘角分别为180.15°、359.65°，北向转盘角为89.90°(南向转盘角为269.90°)；Mz磁轴数据曲线的两个零值点转盘角分别为89.55°、270.05°，北向转盘角为359.80°(南向转盘角为179.80°)；具体检测结果为北向转盘角之差(或南向转盘角之差)：b＝Jyz＝90.10°。
第三步：检测1369磁探头Mz磁轴与Mx磁轴的夹角：
方法同上，参见附图11，可确认Mz磁轴数据曲线的两个零值点转盘角分别为0.08°、179.92°，北向转盘角为270.00°(南向转盘角为90.00°)；Mx磁轴数据曲线的两个零值点转盘角分别为89.95°、270.45°，北向转盘角为360.20°(南向转盘角为180.20°)；具体检测结果为北向转盘角之差(或南向转盘角之差)：c＝Jzx＝90.20°。
通过上述检测工作，检测出1369磁探头的三轴间相互夹角为：
a＝Jxy＝89.89°b＝Jyz＝90.10°c＝Jzx＝90.20°
实测分析表明，通过上述方式方法(使用野外试验场、无磁转台精度0.1°)所检测的三磁轴正交性检测精度可控制在0.02°左右，若使用磁屏蔽室及无磁经纬仪(水平转盘读数精度2")，则可大幅提升三磁轴正交性检测精度至秒级。
其次，对三轴磁通门磁力仪的正交性进行校正：
基于S2中检测计算的磁通门磁力仪三轴之间的相互两两夹角数据，重新计算实际工作中所测测点的磁场三分量理论值，对三轴磁通门磁力仪三轴正交性校正计算。
针对S3中三轴磁通门磁力仪三轴正交性校正计算的方法，还包括以下步骤：
三轴磁通门磁力仪的非正交三轴为Mx、My、Mz，理论正交坐标系为X、Y、Z三轴，其中，Z轴与Mz轴重合，X-Z平面与Mx-Mz平面重合，坐标系原点重合；
设定Mx、My、Mz三磁轴所测得的磁场值分别为xm、ym、zm，计算理论正交坐标系X、Y、Z下三轴的理论值x、y、z，基于x、y、z合成磁总场。
计算理论正交坐标系X、Y、Z下三轴的理论值的方法，其中，所述理论值x、y、z通过如下公式获取：
z＝zm
其中：
sin d＝(1-cosd2)1/2
其中，a表示Mx磁轴与My磁轴之间的夹角Jxy的夹角数据；b表示My磁轴与Mz磁轴之间的夹角Jyz的夹角数据；c表示Mz磁轴与Mx磁轴之间的夹角Jzx的夹角数据。
具体的，
具体校正计算采用前述公式，所使用的参数为上述a、b、c三个角度及Mx、My、Mz三磁轴所实测的数据xm、ym、zm。
为验证三轴正交性校正效果，野外采用无磁转台作为辅助工具，将1369磁探头倾斜放置固定于转台水平转盘之上，使其测点位于转盘中心上方，缓慢旋转水平转台数周，附图12是其中一周的校正前后总场对比图，其中校正前总场数据由Mx、My、Mz三磁轴所实测的数据xm、ym、zm直接合成，校正后总场数据由Mx、My、Mz三磁轴所实测的数据xm、ym、zm及a、b、c三个夹角使用①、②、③式计算校正后理论磁三分量x、y、z数据，然后使用x、y、z合成磁总场。
可以看出，校正前曲线存在约180nT的较大转向差(探头对应不同方位，合成的磁总场值有差异，而实际上因测点位置不变，故应不存在差异)，校正后曲线转向差明显变小(约5nT)；此校正精度与前述的三磁轴正交性检测精度直接相关，若使用磁屏蔽室及无磁经纬仪(水平转盘读数精度2")，则可大幅提升三磁轴正交性检测精度至秒级，从而提升正交性校正精度至0.1nT以内。附图12中校正后曲线之所以存在舒缓变化(变化幅度约5nT)，是因为三个磁轴存在一致性偏差，需额外进行一致性校正(不属于本发明内容，在此不做讨论)。实际工作中，若欲对三轴磁通门磁力仪做精确校正，则应首先做一致性校正，然后在一致性校正的基础上再做正交性校正。
最后，对三轴磁通门磁力仪各磁轴的性能及其数据质量进行评价：
基于满周测量的磁场数据进行分析计算，对数据质量进行分析，通过频谱分析、四阶差分等公式计算各磁轴磁测数据的高频噪声幅值，利用高频噪声幅值大小衡量磁力仪各磁轴的数据质量及其精度，通过观察数据变化平稳性衡量磁力仪的动态跟踪能力或梯度容限，通过提高转盘旋转速度以加大磁场变化率的模式测试磁力仪的梯度容限或适应能力。
对三轴磁通门磁力仪各磁轴的性能及其数据质量进行评价，还包括以下步骤：
对三个磁轴的实测数据进行噪声分析，
采用航磁规范所使用的四阶差分算法计算动态噪声水平，动态噪声水平衡量参数表示为S，其中，所述衡量参数S通过如下公式获取：
其中：
Bi＝Ti-2-4Ti-1+6Ti-4Ti+1+Ti+2
其中，使用上述的公式时将实测各磁轴数据及合成数据、校正数据序列分别代入上式中的T序列，分别计算Mx、My、Mz各磁轴实测一周数据序列的衡量参数S值，以及校正后的x、y、z理论三分量数据序列的衡量参数S值，和合成总场的Rm、R数据序列的衡量参数S值，并根据各数据序列的衡量参数S值评价其数据质量
具体的，经计算(可参考附图12、附图13)，1369号磁探头(含主机)Mx、My、Mz各磁轴及合成总场Rm的S值分别为0.1404、0.1508、0.1384、0.1391；校正后的x、y、z理论三分量及合成总场R的S值分别为0.1404、0.1507、0.1384、0.1390。可以看出，校正前后的动态噪声水平并未发生改变，因此针对降噪的数据处理过程可在校正前进行，也可在校正后进行。总体上看，1369磁探头的动态噪声水平在0.14nT左右，较光泵磁力仪稍差，但对于地球物理勘探而言精度应该足够了。
仔细观察xm、ym、zm三条实测数据曲线，参见附图13(1369磁探头三轴实测数据曲线图)，可以确认如下信息：三条曲线光滑且平稳连续，无突跳或断点，说明三个磁轴的梯度容限非常高，在磁场变化剧烈时仍能稳定测量输出，可保证其适应各种磁场环境的测量。若想测试磁探头的梯度容限极值，可在实测中加快转盘水平旋转的速度，增大磁场变化的幅度与速度(可增大至数百nT/ms)，从而实现该检测目的。本例中野外测试时转盘旋转速度较快(约1周/分钟)，实测最大梯度变化约为10nT/5ms(采样率200Hz)，表明探头的性能非常稳定。极限测试中当旋转速度更快时，梯度变化约为10nT/ms(采样率1000Hz)，此时实测数据曲线出现了明显的跳跃点且数量较多，参见附图14(1369磁探头极限测试数据曲线图)，说明此时的磁场变化率过高，已经超出了磁探头的适应能力范围。
以上所述，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披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种三轴磁通门磁力仪探头正交性检校方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：将无磁经纬仪或无磁转台辅助装备设置于使用带稳定磁场源的磁屏蔽室或野外静磁区场景，将三轴磁通门磁力仪探头按一定方位、一定顺序(三组)依次固定于无磁经纬仪或无磁转台辅助装备上进行后续测量；
S2：对三轴磁通门磁力仪的正交性进行检测，测量方式为通过固定竖向转盘、旋转水平转盘方式实现满周测量，收录三轴磁力仪所测得的与转盘旋转角相对应的三组满周磁场数据，通过分析该三组数据，分析磁力仪探头各磁轴满周磁场数据的极大值、极小值、零值点等特征点所对应的转盘角度，检测计算得出各磁轴之间的两两夹角，包括Mx磁轴与My磁轴之间的夹角Jxy、My磁轴与Mz磁轴之间的夹角Jyz、Mz磁轴与Mx磁轴之间的夹角Jzx；
S3：对三轴磁通门磁力仪的正交性进行校正，基于S2中检测计算的磁通门磁力仪三轴之间的相互两两夹角数据Jxy、Jyz、Jzx，重新计算实际工作中所测测点的磁场正交三分量理论值，对三轴磁通门磁力仪三轴正交性进行校正计算，计算方法详见说明书；
S4：对三轴磁通门磁力仪各磁轴的性能及其数据质量进行评价，确定该磁力仪性能质量；基于各磁轴满周测量的磁场数据进行分析计算，对数据质量进行分析，通过频谱分析、四阶差分等技术计算各磁轴磁测数据的高频噪声幅值，利用高频噪声幅值大小衡量磁力仪各磁轴的数据质量及其精度，通过观察数据变化平稳性衡量磁力仪的动态跟踪能力或梯度容限，通过提高转盘旋转速度以加大磁场变化率的模式测试磁力仪的梯度容限或适应能力。
2.如权利要求1所述的一种三轴磁通门磁力仪探头正交性检测方法，其特征在于：针对S2中检测计算得出各轴之间的两两夹角的方法，还包括以下步骤：
S21：检测Mx磁轴与My磁轴之间的夹角Jxy，将三轴磁通门磁力仪的Mx轴-My轴所在面平放并固定于转台水平转盘之上，使Mx磁轴-My磁轴面与转盘面平行，联接好主机电缆各种装备后开机测试，平稳旋转转台转盘并记录各个角度所对应的Mx磁轴、My磁轴所测得的磁场值，得到实测数据图；
其中，基于实测数据图可确定Mx磁轴、My磁轴的北向转盘角Jx、Jy，二者之差即为Mx磁轴与My磁轴之间的夹角Jxy。
3.如权利要求2所述的一种三轴磁通门磁力仪探头正交性检测方法，其特征在于：针对S21中确定北向转盘角的方法，还包括以下步骤：
取Mx磁轴两个零值点的对称方位中与其磁场极大值相对应的方位角，设为Mx磁轴的北向转盘角；
取My磁轴两个零值点的对称方位中与其磁场极大值相对应的方位角，设为My磁轴的北向转盘角。
4.如权利要求2所述的一种三轴磁通门磁力仪探头正交性检测方法，其特征在于：针对S2中检测My磁轴与Mz磁轴之间的夹角Jyz的方法，对夹角Jyz进行检测计算时，采用S21的测算方法类推。
5.如权利要求2所述的一种三轴磁通门磁力仪探头正交性检测方法，其特征在于：针对S2中检测Mz磁轴与Mx磁轴之间的夹角Jzx的方法，对夹角Jzx进行检测计算时，采用S21的测算方法类推。
6.如权利要求1所述的一种三轴磁通门磁力仪探头正交性校正方法，其特征在于：针对S3中三轴磁通门磁力仪三轴正交性校正计算的方法，还包括以下步骤：
三轴磁通门磁力仪的非正交三轴为Mx、My、Mz，理论正交坐标系为X、Y、Z三轴，其中，Z轴与Mz轴重合，X-Z平面与Mx-Mz平面重合，坐标系原点重合；
设定Mx、My、Mz三磁轴所测得的磁场值分别为xm、ym、zm，计算理论正交坐标系X、Y、Z下三轴的理论值x、y、z，基于x、y、z合成磁总场。
7.如权利要求6所述的一种三轴磁通门磁力仪探头正交性校正方法，其特征在于：针对S3中计算理论正交坐标系X、Y、Z下三轴的理论值的方法，其中，所述理论值x、y、z通过如下公式获取：
其中，c表示Mz磁轴与Mx磁轴之间的夹角Jzx的夹角数据。
8.如权利要求6所述的一种三轴磁通门磁力仪探头正交性校正方法，其特征在于：针对S3中计算理论正交坐标系X、Y、Z下三轴的理论值的方法，其中，所述理论值y通过如下公式获取：
其中：
sind＝(1-cosd2)1/2
其中，a表示Mx磁轴与My磁轴之间的夹角Jxy的夹角数据；b表示My磁轴与Mz磁轴之间的夹角Jyz的夹角数据；c表示Mz磁轴与Mx磁轴之间的夹角Jzx的夹角数据。
9.如权利要求6所述的一种三轴磁通门磁力仪探头正交性校正方法，其特征在于：针对S3中计算理论正交坐标系X、Y、Z下三轴的理论值的方法，其中，所述理论值z通过如下公式获取：
z＝zm。
10.如权利要求1所述的一种三轴磁通门磁力仪探头正交性检校方法，其特征在于：针对S4中三轴磁通门磁力仪各磁轴的性能及其数据质量进行评价，还包括以下步骤：
对三个磁轴的实测数据进行噪声分析，
采用航磁规范所使用的四阶差分算法计算动态噪声水平，动态噪声水平衡量参数表示为S，其中，所述衡量参数S通过如下公式获取：
其中：
Bi＝Ti-2-4Ti-1+6Ti-4Ti+1+Ti+2
其中，使用上述的公式时将实测各磁轴数据及合成数据、校正数据序列分别代入上式中的T序列，分别计算Mx、My、Mz各磁轴实测一周数据序列的衡量参数S值，以及校正后的x、y、z理论三分量数据序列的衡量参数S值，和合成总场的Rm、R数据序列的衡量参数S值，并根据各数据序列的衡量参数S值评价其数据质量；根据各磁轴满周测量的数据曲线形态、稳定性、噪声幅度等信息，分析各磁轴的梯度容限、缺陷、精度等性能特点。
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