CN117031373A - 一种磁通门磁力仪多磁轴一致性检校方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁通门磁力仪多探头多磁轴一致性检校方法，涉及磁法勘探装备检测校正技术领域。受电子电路性能、磁芯物理性能、温度等多方面因素影响，两个或多个磁通门磁力仪探头的多个磁轴之间必然存在一致性偏差，当使用多个磁轴开展同一勘探项目时需进行一致性检测校正。本发明为一种磁通门磁力仪多磁轴一致性检校方法，通过选用磁屏蔽室或野外静磁区场景，将磁探头固定于无磁经纬仪之上，进而通过固定竖向转盘、旋转水平转盘方式实现满周测量，收录单磁轴所测得的满周数据，进而通过分析该磁轴满周数据的极大值、极小值、零值点等特征点数据，解算该测量地点的磁总场值及磁倾角；在通过上述方法解算出对应于多个磁轴的磁总场值后，可利用所解算的磁总场值序列计算各磁轴的一致性改正系数，进而将各磁轴的实测磁场数据按改正系数加以校正，实现各磁轴磁测数据的一致统一，并可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，衡量各磁轴的性能及其稳定性、可靠性。

Description

一种磁通门磁力仪多磁轴一致性检校方法

技术领域

本发明涉及磁法勘探装备检测校正技术领域，特别涉及一种磁通门磁力仪多磁轴一致性检校方法。

背景技术

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；磁法勘探的数据采集可通过光泵磁力仪、核旋磁力仪或磁通门磁力仪实现，其中磁矢量数据采集需使用磁通门磁力仪实现，目前多使用三轴磁通门磁力仪。

三轴磁通门磁力仪的三磁轴一致性至关重要，直接影响到磁测结果的可靠程度。若三轴磁通门磁力仪的Mx、My、Mz三轴相互间存在一致性偏差，即使万分之一的偏差，就将给合成磁总场带来10nT左右的系统差或转向差，对实施高精度磁测尤其是高精度磁矢量测量十分不利，因此必须加以研究、改进。对于同一勘探项目使用多个磁力仪十数个乃至数十个磁轴而言，一致性检测校正是必须考虑的问题。

目前针对多磁轴的一致性检校方法较少，主流技术是将磁轴一致性与正交性统一考虑，采用正演模拟计算方式进行反演技术，求取正交性校正参数及一致性校正参数。此方法仅适用于单个三分量磁通门磁力仪探头的三轴一致性校正，不适用于多探头的更多磁轴之间的一致性检测校正；此外还存在以下问题，由于观测误差的存在，当磁力仪的电性能稍弱、观测误差稍大时，此观测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与一致性校正参数会导致二者之间相互干扰，给反演结果带来诸多不确定性，也不具有直观性，对检测精度也很难衡量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种磁通门磁力仪多磁轴的一致性检校方法，通过对多个磁探头的多个磁轴一致性校正系数的测定，进而校正计算实测磁场值，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：

一种磁通门磁力仪一致性检校方法，包括以下步骤：

S1：将无磁经纬仪或无磁转台的辅助装备放置在带稳定磁场源的磁屏蔽室或野外静磁区的待测量地点的场景中，将单轴磁通门磁力仪探头或三轴磁通门磁力仪探头固定于所述辅助装备上，将磁力仪探头的单轴或三轴中的待检测磁轴与转台水平转盘面平行；

S2：固定竖向转盘，并旋转水平转盘进行满周测量，收录待检测磁轴所测得的与转盘旋转角相对应的满周磁场数据，进而通过分析该满周磁场数据的极大值、极小值、零值点的特征点所对应的角度，处理计算极大值、极小值(T₁₁、T₁₂)；

其中，所述极大值与所述极小值方位相反，两个零值点方位呈轴对称，对称轴为极大值-极小值方位线，若上述关系不成立，则需重新观测；

S3：再次将待检测磁轴重新固定于转台水平转盘上，使所述待检测磁轴与转盘面呈一定的夹角，重复S2进行满周测量，计算极大值、极小值(T₂₁、T₂₂)，获取两次测量的T₁₁、T₁₂、T₂₁、T₂₂值，解算检测地点的磁总场幅值；

S4：将所述磁力仪探头中所有的待检测磁轴重复上述S2-S3，获取每个所述待检测磁轴分别对应的解算磁总场值，对各待检测磁轴所解算的磁总场值进行归一化，计算出各待检测磁轴的一致性改正系数。

进一步的，针对S3中获取两次测量的T₁₁、T₁₂、T₂₁、T₂₂值，还用于解算测量地点的磁倾角D，其具体过程包括：

S301：在待测定地点安放木制脚架，使其平稳牢固，将无磁水平转台安放到待测定地点的所述木制脚架上，转台水平转盘严格调平，确保所使用的转台转轴稳固，旋转平稳；

S302：将磁通门磁力仪探头平放于转盘之上，使其Mz磁轴方位指向转盘0°方位，Mz磁轴测点的中心位于转盘中心上方，将探头夹紧固定；

S303：联接主机并开机，设定磁力仪采样率200Hz自动采样并存储，确认仪器运行正常，确认仪器正常后开始自动存储磁测数据，其中，所述主机远离所述探头3m以上；

S304：平稳旋转转盘一周以上，记住极大值、极小值方位，确认所测得的数据曲线连续有规律、无明显跳断或异常后，旋转转盘至极大值、极小值附近做细致测量，首次满周测量结束，测取首次磁测数据序列；

S305：将磁通门磁力仪探头重新安放于转盘之上，使探头与转盘之间呈一定夹角，使Mz磁轴中心仍位于转盘中心上方，重复上述测量过程，测取第二次磁测数据序列；

S306：对两次测量的数据序列进行处理分析，采用拟合插值计算的方式求取两次数据序列的磁场极大值和极小值，利用两次测量获取的极大值和极小值(T11、T12、T21、T22)，求取测量点的磁倾角D。

进一步的，所述磁倾角D及磁总场值T，以及两次测量时磁探头与水平转盘间夹角a₁、a₂，具体计算步骤及公式为：

令：c₁₁＝(T₁₁-T₁₂)/2c₁₂＝-(T₁₁+T₁₂)/2c₂₁＝(T₂₁-T₂₂)/2c₂₂＝-(T₂₁+T₂₂)/2以下求解两次测量时磁探头与水平转盘间夹角a₁、a₂，进而求解D、T：

若：c₂₂＝0则：a₂＝0

c₂₂>0则：

c₂₂<0则：

若：c₁₂＝0则：a₁＝0

c₁₂>0则：

c₁₂<0则：

以下求解测量点的磁倾角D及磁总场值T：

若：角a₁的绝对值小于角a₂的绝对值，则:

角a₁的绝对值大于角a₂的绝对值，则:

以上计算中，角度的单位统一使用弧度或统一使用度均可；

需要说明的是，极大值方位与极小值方位相反，数据曲线具有轴对称性，对称轴为极大值-极小值方位线，所述数据曲线圆滑连续、变化稳定，不存在突变跳跃点，也不存在断点；

若所测数据曲线不符合上述特征，则说明磁力仪、转台等设备存在瑕疵或实测操作不熟练，需重新观测甚至更换设备。

进一步的，所述磁倾角D及磁总场值T，以及两次测量时磁探头与水平转盘间夹角a₁、a₂，具体计算步骤及公式为：

以下求解直接计算T和D：

以上计算中，角度的单位统一使用弧度或统一使用度均可。

进一步的，利用D、T₁₁、T₁₂三个参数，通过以下公式可计算求取与待检测磁轴相对应的磁总场值T：

a₁＝arctan(Ta)(公式4-2)

进一步的，针对S4中计算出各待检测磁轴的一致性改正系数，还包括：

针对每一个待检测磁轴，可解算求取与其一一对应的磁总场值，使用该磁总场值序列，采取归一化模式计算格值校正系数，进行一致性校正；

分析计算满周测量的磁场数据，对数据质量进行全面分析，使用频谱分析、四阶差分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，并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。

进一步的，采取归一化模式计算格值校正系数，进行一致性校正，其具体过程包括：

S401：检测Mx磁轴：保持脚架及转盘不动，针对所述探头的Mx磁轴，重复S302-304，测取首次满周测量的极大值、极小值数据序列，利用D、T₁₁、T₁₂三个参数，求取测量点的磁总场值T；

S402：检测My磁轴：保持脚架及转盘不动，针对所述探头的My磁轴，重复S302-304，测取首次满周测量的极大值、极小值数据序列，利用D、T₁₁、T₁₂三个参数，求取测量点的磁总场值T；

S403：对磁探头的三磁轴做一致性校正：选定三磁轴中实测磁总场值居中的Mz磁轴作为归一化值，求其另外两个磁轴的格值校正系数，并在此后的生产测量中，该探头各磁轴的实测数据按所述格值校正系数进行校正。

进一步的，其中，对每一个待检测磁轴求取与其一一对应的磁总场值，令待检测磁轴编号为M₁、M₂、M₃、...Mn，相对应的磁总场值分别为R₁、R₂、R₃...Rn，则按以下方式进行一致性校正：

确定归一化值Rc；

计算各个待检测磁轴的一致性校正系数；

其中，与各个待检测磁轴M₁、M₂、M₃...Mn相对应的格值校正系数S₁、S₂、S₃...Sn分别为：S₁＝Rc/R₁、S₂＝Rc/R₂、S₃＝Rc/R₃...Sn＝Rc/Rn；

利用所述一致性校正系数S₁、S₂、S₃...Sn，对各个待检测磁轴M₁、M₂、M₃...Mn的实测磁场值进行校正，校正后的磁场值等于实测磁场值乘以校正系数，即：

各个待检测磁轴M₁、M₂、M₃...Mn校正后的磁场值为：R_m1＝R₁×S₁、R_m2＝R₂×S₂、R_m3＝R₃×S₃...R_mn＝R_n×S_n。

进一步的，所述归一化值Rc，具体确定模式包括：

确定归一化值为平均值：即将所述R₁、R₂、R₃...Rn的平均值作为归一化值Rc；

确定归一化值为某中间值：即将所述R₁、R₂、R₃...Rn中靠近中间值的某个磁总场值作为归一化值Rc；

确定归一化值为光泵磁力仪实测值：若野外使用光泵磁力仪开展了日变观测，则可将光泵磁力仪的某一平稳时段的磁总场值作为归一化值Rc。

进一步的，计算各磁轴磁测数据的高频噪声幅值，包括采用航磁规范所使用的四阶差分算法计算动态噪声水平，具体计算公式为：

其中：B_i＝T_i-2-4T_i-1+6T_i-4T_i+1+T_i+2

其中，S作为衡量参数；

分别计算Mx、My、Mz各磁轴实测一周数据序列的S值，以及校正后的x、y、z理论三分量数据序列的S值，和合成总场的Rm、R数据序列的S值，并根据各数据序列的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.通过分析该磁轴满周数据的极大值、极小值、零值点等特征点数据，解算该测点的磁总场值及磁倾角，每个磁轴均可解算出相对应的磁总场值，因测点不变故测点处磁总场不变，即理论上各磁轴所解算的磁总场值应一致，因而可依据各磁轴解算的磁总场值进行归一化，计算各磁轴的一致性改正系数，进而将各磁轴的实测磁场数据按改正系数加以校正，实现各磁轴磁测数据的一致统一，为精确计算正交坐标系下测点处磁场的理论三分量、延伸计算磁总场强度及其方位奠定基础。

2.最大限度地规避了磁轴实测磁场值与磁轴方位之间的关联性，有效避免了由磁轴方位的微小变化所导致的实测误差，较其它检校方法而言适用性更强，可实质提升磁通门磁力仪探头各个磁轴的一致性检测能力及校正精度，提高检测结果的可靠性，可使用简便设备完成高精度磁倾角测量，无需高精度测角装备，较其它方法更客观更灵活。

3.对传统观测方式、数据整理及图示分析模式进行了本质改变，具有操作简单、直观可靠、易于实现、装备需求少、检测精度高、计算速度快等优点，可对磁通门磁力仪各磁轴的性能及其数据质量做出客观可信的评价，并可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。

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为本发明的正交三轴磁通门磁力仪磁总场转向差曲线图；

图3为本发明的单轴磁通门磁力仪探头置于转台转盘平面图；

图4为本发明的单轴磁通门磁力仪探头置于转台转盘立面图1；

图5为本发明的单轴磁通门磁力仪探头置于转台转盘立面图2；

图6为本发明的单磁轴满周测量磁场曲线图；

图7为本发明的单磁轴满周测量磁场曲线极大值局部放大图；

图8为本发明的单磁轴满周测量磁场曲线极小值局部放大图；

图9为本发明的1369磁探头Mz磁轴满周测量极大值、极小值点附近曲线图；

图10为本发明的1369磁探头Mx磁轴满周测量极大值、极小值点附近曲线图；

图11为本发明的1369磁探头My磁轴满周测量极大值、极小值点附近曲线图；

图12为本发明的1369磁探头三轴一致性校正曲线对比图；

图13为本发明的1369磁探头三轴实测数据曲线图；

图14为本发明的1369磁探头极限测试数据曲线图。

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。

为了解决若三轴磁通门磁力仪的Mx、My、Mz三轴相互间存在一致性偏差，即使万分之一的偏差，就将给合成磁总场带来10nT左右的系统差或转向差，对实施高精度磁测尤其是高精度磁矢量测量十分不利的技术问题，请参阅图1-14，本实施例提供以下技术方案：

一种磁通门磁力仪一致性检校方法，包括以下步骤：

S1：将无磁经纬仪或无磁转台的辅助装备放置在带稳定磁场源的磁屏蔽室或野外静磁区的待测量地点的场景中，将单轴磁通门磁力仪探头或三轴磁通门磁力仪探头固定于所述辅助装备上，将磁力仪探头的单轴或三轴中的待检测磁轴与转台水平转盘面平行；

S2：固定竖向转盘，并旋转水平转盘进行满周测量，收录待检测磁轴所测得的与转盘旋转角相对应的满周磁场数据，进而通过分析该满周磁场数据的极大值、极小值、零值点的特征点所对应的角度，处理计算极大值、极小值(T₁₁、T₁₂)；

其中，所述极大值与所述极小值方位相反，两个零值点方位呈轴对称，对称轴为极大值-极小值方位线，若上述关系不成立，则需重新观测；

S3：再次将待检测磁轴重新固定于转台水平转盘上，使所述待检测磁轴与转盘面呈一定的夹角，重复S2进行满周测量，计算极大值、极小值(T₂₁、T₂₂)，获取两次测量的T₁₁、T₁₂、T₂₁、T₂₂值，解算检测地点的磁总场幅值；

S4：将所述磁力仪探头中所有的待检测磁轴重复上述S2-S3，获取每个所述待检测磁轴分别对应的解算磁总场值，对各待检测磁轴所解算的磁总场值进行归一化，计算出各待检测磁轴的一致性改正系数。

该实施例中，如附图1所示，设定：三轴磁通门磁力仪的非正交，误差0.n度，三轴为Mx、My、Mz，对应三个磁轴，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三轴所测得的磁场值分别为x_m、y_m、z_m，而上述理论正交坐标系X、Y、Z下三轴的理论值分别为x、y、z；则由实测三分量x_m、y_m、z_m，计算合成的磁总场R_m为：

如附图2所示，该图为某磁探头倾斜固定于转台水平转盘并旋转一周后，由理论计算的三磁轴磁测数据合成的磁总场Rm数据曲线，设定Mx、My、Mz三轴一致性关系为x_m：y_m：z_m＝0.9999:1.0002:1.0000，附图2是理论计算的Rm转向差曲线之一，可以看出，合成磁总场的幅值变化较大，转向差可达数百nT。

具体的，通过测量计算与每个探头的每个拟检测磁轴一一对应的磁总场值及磁倾角值，依据该磁总场值序列，通过归一化等方式即可实现一致性校正，最大限度地规避了磁轴实测磁场值与磁轴方位之间的关联性，有效避免了由磁轴方位的微小变化所导致的实测误差，较其它检校方法而言适用性更强，可实质提升磁通门磁力仪探头各个磁轴的一致性检测能力及校正精度，提高检测结果的可靠性，可使用简便设备完成高精度磁倾角测量，无需高精度测角装备，较其它方法更客观更灵活，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。

针对S3中获取两次测量的T₁₁、T₁₂、T₂₁、T₂₂值，还用于解算测量地点的磁倾角D，其具体过程包括：

S301：在待测定地点安放木制脚架，使其平稳牢固，将无磁水平转台安放到待测定地点的所述木制脚架上，转台水平转盘严格调平，确保所使用的转台转轴稳固，旋转平稳；

S302：将磁通门磁力仪探头平放于转盘之上，使其Mz磁轴方位指向转盘0°方位，Mz磁轴测点的中心位于转盘中心上方，将探头夹紧固定；

S303：联接主机并开机，设定磁力仪采样率200Hz自动采样并存储，确认仪器运行正常，确认仪器正常后开始自动存储磁测数据，其中，所述主机远离所述探头3m以上；

S304：平稳旋转转盘一周以上，记住极大值、极小值方位，确认所测得的数据曲线连续有规律、无明显跳断或异常后，旋转转盘至极大值、极小值附近做细致测量，首次满周测量结束，测取首次磁测数据序列；

S305：将磁通门磁力仪探头重新安放于转盘之上，使探头与转盘之间呈一定夹角，使Mz磁轴中心仍位于转盘中心上方，重复上述测量过程，测取第二次磁测数据序列；

S306：对两次测量的数据序列进行处理分析，采用拟合插值计算的方式求取两次数据序列的磁场极大值和极小值，利用两次测量获取的极大值和极小值(T11、T12、T21、T22)，求取测量点的磁倾角D；

所述磁倾角D及磁总场值T，以及两次测量时磁探头与水平转盘间夹角a₁、a₂，具体计算步骤及公式为：

令：c₁₁＝(T₁₁-T₁₂)/2c₁₂＝-(T₁₁+T₁₂)/2c₂₁＝(T₂₁-T₂₂)/2c₂₂＝-(T₂₁+T₂₂)/2以下求解两次测量时磁探头与水平转盘间夹角a₁、a₂，进而求解D、T：

若：c₂₂＝0则：a₂＝0

c₂₂>0则：

c₂₂<0则：

若：c₁₂＝0则：a₁＝0

c₁₂>0则：

c₁₂<0则：

以下求解测量点的磁倾角D及磁总场值T：

若：角a₁的绝对值小于角a₂的绝对值，则:

角a₁的绝对值大于角a₂的绝对值，则:

也可以采用下面的公式直接计算T和D：：

以上计算中，角度的单位统一使用弧度或统一使用度均可；

需要说明的是，极大值方位与极小值方位相反，数据曲线具有轴对称性，对称轴为极大值-极小值方位线，所述数据曲线圆滑连续、变化稳定，不存在突变跳跃点，也不存在断点；

若所测数据曲线不符合上述特征，则说明磁力仪、转台等设备存在瑕疵或实测操作不熟练，需重新观测甚至更换设备；

利用D、T₁₁、T₁₂三个参数，通过以下公式可计算求取与待检测磁轴相对应的磁总场值T：

a₁＝arctan(Ta)(公式4-2)

在一个实施例中，如附图9所示：

采用拟合插值计算方式尽量精确地求取两次数据序列的磁场极大值和极小值：

首次测定极大值T₁₁＝28216.040nT、极小值T₁₂＝-27352.188nT

再次测定极大值T₂₁＝14541.877nT、极小值T₂₂＝-39077.096nT

与T₁₁相对应的转盘方位角约为0.6°，与T₁₂相对应的转盘方位角为180.6°，二者相差180°，符合理论规律；与T₂₁相对应的转盘方位角约为0.6°，与T₂₂相对应的转盘方位角为180.6°，二者相差180°，符合理论规律，故两次测量数据较为可靠；

利用两次测量获取的极大值和极小值数据(T₁₁、T₁₂、T₂₁、T₂₂)，采用所示公式3-1、3-2、3-3，精确求取测量点的磁倾角D及磁总场值T为：

D＝59.248°T＝54340.574nT(与Mz磁轴相对应)

利用所述公式，求取了两次测量时磁轴与水平转盘间夹角分别为：

a1＝-0.530°a2＝15.230°

所示磁倾角D及磁总场值T解算结果，在后续检测中仍需使用。

具体的，通过将无磁水平转台安放到待测定地点，借助高精度水平尺，将转台的水平转盘严格调平，确保所使用的转台转轴稳固，旋转平稳，如附图3所示，将磁通门磁力仪探头平放于转盘之上，如附图4所示，代表转盘旋转到某个角度时的矢量关系图，Mx为磁探头磁轴方位，实测时T、D、a不变；a1为Mx与转盘间夹角，D为磁总场矢量与转盘间夹角，T为磁总场矢量，探头随转盘旋转；使其磁轴中心位于转盘中心上方，固定牢靠，联接主机并开机，设定磁力仪采样率200Hz自动采样并存储；确认仪器正常后，平稳旋转转盘一至三周；确认所测得的数据曲线连续有规律，无明显跳断或异常，则首次测量结束并测取首次磁测数据序列；而后，将磁通门磁力仪探头重新安放于转盘之上，如附图5所示，代表转盘旋转到某个角度时的矢量关系图，Mx为磁探头磁轴方位，实测时T、D、a不变；a2为Mx与转盘间夹角，D为磁总场矢量与转盘间夹角，T为磁总场矢量，探头随转盘旋转；使探头与转盘之间呈一定夹角，使用预先准备的小木楔支垫实现，使其磁轴中心仍位于转盘中心上方，固定牢靠，重复上述测量过程，测取第二次磁测数据序列，对两次测量的数据序列进行处理分析；

如附图6所示，J₁₁与J₁₂相差180°，J₂₁与J₂₂相差180°，采用差值计算方式精确地求取两次数据序列的磁场极大值和极小值，首次测定极大值为T₁₁、极小值为T₁₂；第二次测定极大值为T₂₁、极小值为T₂₂；如附图7-8所示，因数据曲线在极大值与极小值段变化较为平稳，在极值点附近1°的范围内磁测数据变化约0.5nT，若采用200Hz采样率，以转盘旋转一周用时1分钟计算，则在1°的范围内可测取33个磁测数据，对于准确提取极大值或极小值极为有利，若磁力仪精度可稳定达到0.1nT，则极大值极小值的提取精度可优于0.1nT；

由此测算，采用上述计算公式解算的磁倾角精度优于0.005°，而且此解算精度与磁力仪的绝对精度无关，有利于准确求取磁场极大值和极小值，可将精度控制到1nT以内；利用两次测量获取的极大值和极小值(T₁₁、T₁₂、T₂₁、T₂₂)，可精确求取测量点的磁倾角D及磁总场值T，以及两次测量时磁探头与水平转盘间夹角a₁、a₂，利用D、T₁₁、T₁₂三个参数求取与待检测磁轴相对应的磁总场值T，可测量计算与每个探头的每个待检测磁轴一一对应的磁总场值，依据该磁总场值序列，通过归一化等方式即可实现一致性校正，短了各个磁轴的检测用时，通过以上计算可准确求解测量点的磁倾角，若转台转盘的调平精度达到秒级，则磁倾角解算测定精度可达到十秒级。

为了解决与磁芯及电子电路相关的零漂和与输出电压相关的格值是导致磁通门磁力仪存在一致性差异的因素的技术问题，请参阅图1-14，本实施例提供以下技术方案：

针对S4中计算出各待检测磁轴的一致性改正系数，还包括：

针对每一个待检测磁轴，可解算求取与其一一对应的磁总场值，使用该磁总场值序列，采取归一化模式计算格值校正系数，进行一致性校正；

分析计算满周测量的磁场数据，对数据质量进行全面分析，使用频谱分析、四阶差分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，并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；

采取归一化模式计算格值校正系数，进行一致性校正，其具体过程包括：

S401：检测Mx磁轴：保持脚架及转盘不动，针对所述探头的Mx磁轴，重复S302-304，测取首次满周测量的极大值、极小值数据序列，利用D、T₁₁、T₁₂三个参数，求取测量点的磁总场值T；

S402：检测My磁轴：保持脚架及转盘不动，针对所述探头的My磁轴，重复S302-304，测取首次满周测量的极大值、极小值数据序列，利用D、T₁₁、T₁₂三个参数，求取测量点的磁总场值T；

S403：对磁探头的三磁轴做一致性校正：选定三磁轴中实测磁总场值居中的Mz磁轴作为归一化值，求其另外两个磁轴的格值校正系数，并在此后的生产测量中，该探头各磁轴的实测数据按所述格值校正系数进行校正；

其中，对每一个待检测磁轴求取与其一一对应的磁总场值，令待检测磁轴编号为M₁、M₂、M₃、...Mn，相对应的磁总场值分别为R₁、R₂、R₃...Rn，则按以下方式进行一致性校正：

确定归一化值Rc，可采用以下三种模式之一：

确定归一化值为平均值：即将所述R₁、R₂、R₃...Rn的平均值作为归一化值Rc；

确定归一化值为某中间值：即将所述R₁、R₂、R₃...Rn中靠近中间值的某个磁总场值作为归一化值Rc；

确定归一化值为光泵磁力仪实测值：若野外使用光泵磁力仪开展了日变观测，则可将光泵磁力仪的某一平稳时段的磁总场值作为归一化值Rc；

归一化值只是相对数值，不影响一致性校正的质量；

计算各个待检测磁轴的一致性校正系数；

其中，与各个待检测磁轴M₁、M₂、M₃...Mn相对应的格值校正系数S₁、S₂、S₃...Sn分别为：S₁＝Rc/R₁、S₂＝Rc/R₂、S₃＝Rc/R₃...Sn＝Rc/Rn；

利用所述一致性校正系数S₁、S₂、S₃...Sn，对各个待检测磁轴M₁、M₂、M₃...Mn的实测磁场值进行校正，校正后的磁场值等于实测磁场值乘以校正系数，即：

各个待检测磁轴M₁、M₂、M₃...Mn校正后的磁场值为：R_m1＝R₁×S₁、R_m2＝R₂×S₂、R_m3＝R₃×S₃...R_mn＝R_n×S_n；

该实施例中，假定为与Mi相对应的Ri；

该实施例中，D参量为磁总场矢量与水平转盘间夹角；

计算各磁轴磁测数据的高频噪声幅值，包括采用航磁规范所使用的四阶差分算法计算动态噪声水平，具体计算公式为：

其中：B_i＝T_i-2-4T_i-1+6T_i-4T_i+1+T_i+2

其中，S作为衡量参数；

分别计算Mx、My、Mz各磁轴实测一周数据序列的S值，以及校正后的x、y、z理论三分量数据序列的S值，和合成总场的Rm、R数据序列的S值，并根据各数据序列的S值评价其数据质量。

在一个实施例中，Mx磁轴检测结果如附图10所示：

所求取的磁场极大值和极小值分别为：

极大值T₁₁＝27075.884nT、极小值T₁₂＝-28477.336nT

与T₁₁相对应的转盘方位角约为359.4°，与T₁₂相对应的转盘方位角为179.4°，二者相差180°，符合理论规律，说明测量数据较为可靠；

使用前文所述的公式4-1、4-2、4-3，精确求取测量点的磁总场值T为：

T＝54329.877nT(与Mx磁轴相对应)

My磁轴检测结果如附图11所示：

所求取的磁场极大值和极小值分别为：

极大值T₁₁＝27622.244nT、极小值T₁₂＝-27964.632nT

与T₁₁相对应的转盘方位角约为0°，与T₁₂相对应的转盘方位角为180°，二者相差180°，符合理论规律，说明测量数据较为可靠；

前文所述的公式4-1、4-2、4-3，精确求取测量点的磁总场值T为：

T＝54356.506nT(与My磁轴相对应)

至此，已检测解算出与三磁轴相对应的磁总场值，分别为：

Mx磁轴：Tmx＝54329.877nT

My磁轴：Tmy＝54356.506nT

Mz磁轴：Tmz＝54340.574nT

对1369号磁探头的三磁轴做一致性校正；

选定三磁轴中实测磁总场值居中的Mz磁轴作为归一化值(标准值)，求其另外两个磁轴的格值校正系数分别为：

Mx磁轴：Smx＝Tmz/Tmx＝1.000197

My磁轴：Smy＝Tmz/Tmy＝0.999707

Mz磁轴：Smz＝1.0(基准)

上述校正系数即为1369号磁探头三磁轴的一致性校正系数，在此后的生产测量中，该探头的实测数据需将各磁轴按上述系数进行校正，即：

Mx磁轴：校正后磁场值Tx＝Tmx×Smx＝Tmx×1.000197

My磁轴：校正后磁场值Ty＝Tmy×Smy＝Tmy×0.999707

Mz磁轴：校正后磁场值Tz＝Tmz(基准)；

在一个实施例中，如附图12-13所示：

附图12为校正前合成的磁总场值与校正后合成的磁总场值数据曲线对比，可以看出校正的幅度不大(不超过20nT)但规律性明显，三个磁轴的一致性偏差较小；校正后仍有较大的转向差(近200nT)，则该探头的正交性存在偏差，尚需对该探头进行正交性校正；

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；基于xm、ym、zm三条实测数据曲线可以确认如下信息：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；

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；

如附图14所示，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。

具体的，通过分析计算上述满周测量的磁场数据，如附图6、附图13、附图14所示，每个旋转角度对应相应的磁场值，可对数据质量进行全面分析，包括磁力仪的静态精度、动态精度、稳定性等，可使用频谱分析、四阶差分等公式计算各磁轴磁测数据的高频噪声幅值，进而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，并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；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。

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 (9)

1.一种磁通门磁力仪一致性检校方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：将无磁经纬仪或无磁转台之类的辅助装备放置在带稳定磁场源的磁屏蔽室或野外静磁区的待测量地点的场景中，将待检测磁探头固定于所述辅助装备上，待检测磁探头可以是单轴、二轴、三轴磁通门磁力仪探头，使待检测磁探头的待检测磁轴与转台水平转盘面贴紧；

S2：固定竖向转盘，并旋转水平转盘进行满周测量，收录待检测磁轴所测得的与转盘旋转角相对应的满周磁场数据，进而通过分析该满周磁场数据的极大值、极小值、零值点的特征点所对应的角度，处理计算极大值、极小值(T₁₁、T₁₂)；

其中，所述极大值与所述极小值方位相反，两个零值点方位呈轴对称，对称轴为极大值-极小值方位线，若上述关系不成立，则需重新观测；

S3：再次将待检测磁轴重新固定于转台水平转盘之上，使所述待检测磁轴与转盘面呈一定的夹角，重复S2进行满周测量，计算极大值、极小值(T₂₁、T₂₂)，获取两次测量的T₁₁、T₁₂、T₂₁、T₂₂值，解算检测地点的磁总场幅值；

S4：将所述磁力仪探头中所有的待检测磁轴重复上述S2-S3，获取每个所述待检测磁轴分别对应的解算磁总场值，对各待检测磁轴所解算的磁总场值进行归一化，计算出各检测磁轴的一致性改正系数。

S5：使用各检测磁轴的一致性改正系数，对实测数据进行一致性校正。

S6：使用各检测磁轴的满周测量数据，通过数据曲线、特征点等信息，衡量各磁轴的数据质量、稳定性、可靠性等性能情况。

2.如权利要求1所述的一种磁通门磁力仪一致性检测方法，其特征在于：针对S3中获取两次测量的T₁₁、T₁₂、T₂₁、T₂₂值，应遵循以下测量步骤；测量求取的T₁₁、T₁₂、T₂₁、T₂₂值序列，还用于解算测量地点的磁倾角D，其具体过程如下：

S301：在待测定地点安放木制脚架，使其平稳牢固，将无磁水平转台安放到待测定地点的所述木制脚架上，转台水平转盘严格调平，确保所使用的转台转轴稳固，旋转平稳；

S302：将磁通门磁力仪探头平放于转盘之上，使其Mz磁轴方位指向转盘0°方位，Mz磁轴测点的中心位于转盘中心上方，将探头夹紧固定；

S303：联接主机并开机，设定磁力仪采样率200Hz自动采样并存储，确认仪器运行正常，确认仪器正常后开始自动存储磁测数据，其中，所述主机远离所述探头3m以上；

S304：平稳旋转转盘一周以上，记住极大值、极小值方位，确认所测得的数据曲线连续有规律、无明显跳断或异常后，旋转转盘至极大值、极小值附近做细致测量，首次满周测量结束，测取首次磁测数据序列；

S305：将磁通门磁力仪探头重新安放于转盘之上，使探头与转盘之间呈一定夹角，使Mz磁轴中心仍位于转盘中心上方，重复上述测量过程，测取第二次磁测数据序列；

S306：对两次测量的数据序列进行处理分析，采用拟合插值计算的方式求取两次数据序列的磁场极大值和极小值，利用两次测量获取的极大值和极小值(T11、T12、T21、T22)，求取测量点的磁倾角D。

需要说明的是，所检测磁轴的满周测量曲线中，极大值方位与极小值方位相反，数据曲线具有轴对称性，对称轴为极大值-极小值方位线，所述数据曲线圆滑连续、变化稳定，不存在突变跳跃点，也不存在断点；

若所测数据曲线不符合上述特征，则说明磁力仪、转台等设备存在瑕疵或实测操作不熟练，需重新观测甚至更换设备。

3.如权利要求1、要求2所述的一种磁通门磁力仪一致性检测方法，其特征在于：如何计算两次测量时磁探头与水平转盘间夹角a₁、a₂，以及如何计算磁倾角D及磁总场值T，具体计算步骤及公式为：

令：c₁₁＝(T₁₁-T₁₂)/2c₁₂＝-(T₁₁+T₁₂)/2c₂₁＝(T₂₁-T₂₂)/2c₂₂＝-(T₂₁+T₂₂)/2以下求解两次测量时磁探头与水平转盘间夹角a₁、a₂，进而求解D、T：

若：c₂₂＝0则：a₂＝0

c₂₂>0则：

c₂₂<0则：

若：c₁₂＝0则：a₁＝0

c₁₂>0则：

c₁₂<0则：

以下求解测量点的磁倾角D及磁总场值T：

若：角a₁的绝对值小于角a₂的绝对值，则:

角a₁的绝对值大于角a₂的绝对值，则:

以上计算中，角度的单位统一使用弧度或统一使用度均可。

4.如权利要求3所述的一种磁通门磁力仪一致性检测方法，其特征在于：直接求取磁倾角D及磁总场值T的另一种计算方法，具体计算步骤及公式为：

以下求解直接计算T和D：

以上计算中，角度的单位统一使用弧度或统一使用度均可。

5.如权利要求1、要求2所述的一种磁通门磁力仪一致性检测方法，其特征在于：当测量地点的磁倾角D已经测取后，则可简化检测过程，将两次满周测量改为一次满周测量，省略第二次满周测量；进而利用磁倾角D、一次满周测量的极大值与极小值T₁₁、T₁₂三个数据，求取计算与所检测磁轴相对应的磁总场值T，具体计算步骤及公式为：

a₁＝arctan(Ta)(公式4-2)

以上计算中，角度的单位统一使用弧度或统一使用度均可。

6.如权利要求1所述的一种磁通门磁力仪一致性校正方法，其特征在于：针对S4中计算各检测磁轴的一致性改正系数，其中，对每一个所检测磁轴求取与其一一对应的磁总场值，令待检测磁轴编号为M₁、M₂、M₃、...Mn，相对应的磁总场值分别为R₁、R₂、R₃...Rn，则按以下方式进行一致性校正：

确定归一化值Rc；

计算各个待检测磁轴的一致性校正系数；

其中，与各个待检测磁轴M₁、M₂、M₃...Mn相对应的格值校正系数S₁、S₂、S₃...Sn分别为：S₁＝Rc/R₁、S₂＝Rc/R₂、S₃＝Rc/R₃...Sn＝Rc/Rn。

7.如权利要求6所述的一种磁通门磁力仪一致性校正方法，其特征在于：所述归一化值Rc，具体确定模式还包括以下多种方式：

确定归一化值为平均值：即将所述R₁、R₂、R₃...Rn的平均值作为归一化值Rc；

确定归一化值为某中间值：即将所述R₁、R₂、R₃...Rn中靠近中间值的某个磁总场值作为归一化值Rc；

确定归一化值为光泵磁力仪实测值：若野外使用光泵磁力仪开展了日变观测，则可将光泵磁力仪的某一平稳时段的磁总场值作为归一化值Rc。

8.如权利要求1所述的一种磁通门磁力仪一致性检校方法，其特征在于：针对S5中使用各检测磁轴的一致性改正系数，对各磁轴的实测数据进行一致性校正，具体校正方法为：

利用所述一致性校正系数S₁、S₂、S₃...Sn，对各个待检测磁轴M₁、M₂、M₃...Mn的实测磁场值进行校正，校正后的磁场值等于实测磁场值乘以校正系数，即：

各个待检测磁轴M₁、M₂、M₃...Mn校正后的磁场值为：R_m1＝R₁×S₁、R_m2＝R₂×S₂、R_m3＝R₃×S₃...R_mn＝R_n×S_n。

9.如权利要求1所述的一种磁通门磁力仪一致性检校方法，其特征在于：针对S6中各检测磁轴的数据信息衡量其性能情况，具体方法为：

计算各磁轴磁测数据的高频噪声幅值，包括采用航磁规范所使用的四阶差分算法计算动态噪声水平，具体计算公式为：

其中：B_i＝T_i-2-4T_i-1+6T_i-4T_i+1+T_i+2

其中，S作为衡量参数；

分别计算Mx、My、Mz各磁轴实测一周数据序列的S值，根据各数据序列的S值评价其数据质量。

分析各磁轴满周测量的磁场数据，观察数据曲线平滑性、稳定性，分析极大值、极小值、零值点等特征点分布的对称性、指向一致性，确认各磁轴的测量稳定性、梯度容限性、动态精度等性能。