磁測(cè)儀器

磁測(cè)儀器統(tǒng)稱為磁力儀。按其構(gòu)造特點(diǎn)可分為機(jī)械式磁力儀和電子式磁力儀。1.機(jī)械式磁力儀機(jī)械式磁力儀是利用靜力平衡原理進(jìn)行地磁場(chǎng)相對(duì)測(cè)量的。該類儀器又稱磁稱。磁秤有兩種：一種是測(cè)量地磁場(chǎng)垂直分量相對(duì)值的垂直磁秤；另一種是測(cè)量地磁場(chǎng)水平分量相對(duì)值的水平磁秤。圖8-1是國(guó)產(chǎn)CS2-61型懸絲式垂直磁秤內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。儀器的核心部分是磁系。磁系由圓柱形磁棒、嵌在棒上的鋁框及平面反光鏡等組成，并由一根稱為懸絲的扁平金屬絲懸掛在儀器殼的內(nèi)部。懸絲的一端固定在彈簧上，另一端固定在扭鼓上，于是整個(gè)磁系就可以繞懸絲自由轉(zhuǎn)動(dòng)。圖8-1 國(guó)產(chǎn)CS2-61型懸絲式垂直磁秤內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖為了使儀器測(cè)定值只與磁異常有關(guān)，必須消除地磁場(chǎng)對(duì)磁系的影響。在北半球可通過(guò)讓磁棒的S極一端距轉(zhuǎn)軸（懸絲）比N極一端略遠(yuǎn)，使得整個(gè)磁系的重心稍偏向S極一端，且位于轉(zhuǎn)軸的下方。于是在重力和地球磁場(chǎng)的作用下，磁系將大致保持水平。只有當(dāng)儀器周圍存在磁體時(shí)，磁棒才發(fā)生傾斜而顯示出異常來(lái)。儀器測(cè)量的是地磁場(chǎng)垂直分量，這就要求必須消除地磁場(chǎng)水平分量的影響。因此，必需調(diào)整磁系使其保持水平，且只能在磁東西方位的鉛垂面內(nèi)擺動(dòng)。這樣磁場(chǎng)水平分量對(duì)磁系轉(zhuǎn)動(dòng)的影響就被完全消除了。該儀器簡(jiǎn)單的工作原理為，當(dāng)儀器周圍存在磁性體時(shí)，受其影響，磁系將發(fā)生微小傾斜，利用平面反光鏡將反射光線投射到刻度尺上，使磁棒的傾角值轉(zhuǎn)換成刻度尺上的讀數(shù)，此讀數(shù)乘以格值即磁場(chǎng)的變化值。當(dāng)磁棒偏角較大，反射光線偏出刻度尺范圍（這種現(xiàn)象叫超格），可轉(zhuǎn)動(dòng)扭鼓改變懸絲的扭力矩，使傾角減小直到可讀數(shù)為止。改變懸絲扭力矩的量級(jí)可從扭鼓上讀出。該類儀器的精度一般在10～20nT之間。2.電子式磁力儀電子式磁力儀包括磁通門磁力儀、質(zhì)子旋進(jìn)磁力儀、光泵磁力儀和超導(dǎo)磁力儀等。這類儀器精度高。如光泵磁力儀精度可達(dá)0.01nT，而超導(dǎo)磁力儀竟高達(dá)10-6nT。因此這類儀器除用于野外勘探外，還在地磁絕對(duì)測(cè)量、國(guó)防磁探測(cè)以至宇宙探測(cè)中發(fā)揮作用。地面磁測(cè)最常用的電子式磁力儀是質(zhì)子旋進(jìn)磁力儀。而目前在我國(guó)廣泛使用的地面質(zhì)子磁力儀有兩種：一種是北京地質(zhì)儀器廠生產(chǎn)的CZM-2型質(zhì)子磁力儀；另一種是由加拿大引進(jìn)并在我國(guó)批量生產(chǎn)的IGS-2/MP-4高分辨率微機(jī)質(zhì)子磁力儀。前者測(cè)量精度在2nT左右，后者可達(dá)1nT。所以除廣泛用于地面測(cè)量外，還用于航空和海洋磁測(cè)上。質(zhì)子旋進(jìn)磁力儀的工作原理是根據(jù)煤油、蒸餾水、酒精等含氫原子溶液中的氫原子核（質(zhì)子）在地磁場(chǎng)中產(chǎn)生一定頻率的旋進(jìn)作用而制成的。儀器感受外磁場(chǎng)的部分是一個(gè)充滿了煤油或蒸餾水等碳?xì)溲趸衔锶芤旱膱A柱狀有機(jī)玻璃容器，其外繞有螺線管線圈，稱為探頭。大家知道，構(gòu)成各種物質(zhì)分子的原子都是由帶正電的原子核和繞核旋轉(zhuǎn)的帶負(fù)電的電子組成，原子核又由帶正電的質(zhì)子和不帶電的中子組成。氫的原子核最簡(jiǎn)單，只有一個(gè)質(zhì)子。探頭中的煤油、蒸餾水等這些含氫原子的物質(zhì)，其分子中的電子軌道磁矩與電子自旋磁矩都成對(duì)地彼此抵消了，除氫以外的原子核自旋磁矩也都互相抵消了，只有氫原子核的自旋磁矩沒(méi)有抵消。故該原子顯出微弱的磁矩。在溶液中氫的質(zhì)子磁矩，在無(wú)外磁場(chǎng)作用時(shí)，它們?nèi)我庵赶?。?dāng)氫溶液處于地球磁場(chǎng)T中時(shí)，這些質(zhì)子磁矩將在T作用下，將各自沿著T的方向排列。當(dāng)在近于垂直地磁場(chǎng)T的螺旋管軸中通以電流（1A左右），使之產(chǎn)生與地磁場(chǎng)垂直的近（50×103/4π)A/m（即50Oe）的人工磁場(chǎng)時(shí)，由于這一磁場(chǎng)遠(yuǎn)大于地磁場(chǎng)，則原沿地磁場(chǎng)方向的質(zhì)子自旋軸都轉(zhuǎn)至磁化磁場(chǎng)方向。當(dāng)切斷電流，使人工磁場(chǎng)突然消失，氫質(zhì)子則將在原有的自旋慣性力及地磁場(chǎng)力的共同作用下，各以相同的相位繞地磁場(chǎng)方向進(jìn)動(dòng)（圖8-2）。這種現(xiàn)象稱為質(zhì)子旋進(jìn)，也稱核子旋進(jìn)。圖8-2 質(zhì)子磁矩在地磁場(chǎng)中旋進(jìn)運(yùn)動(dòng)示意圖在質(zhì)子旋進(jìn)的初始，由于其相位一致，顯示出宏觀磁矩，它周期地切割繞在容器外的線圈，產(chǎn)生電感應(yīng)訊號(hào)，其頻率與質(zhì)子旋進(jìn)頻率相同。質(zhì)子旋進(jìn)現(xiàn)象由于熱干擾等作用，會(huì)很快地衰減消失，電感應(yīng)訊號(hào)也就隨時(shí)間按指數(shù)函數(shù)衰減。實(shí)驗(yàn)與理論計(jì)算表明，氫質(zhì)子旋進(jìn)的角速度ω是和外磁場(chǎng)T的大小成正比的，其關(guān)系為ω＝γpT （8-1）式中：γp為質(zhì)子磁旋比（即質(zhì)子磁矩與動(dòng)量矩之比），是一個(gè)常數(shù)，其精確測(cè)定值為0.267513Hz/nT。 又因?yàn)棣兀?πf，f為旋進(jìn)頻率，所以T＝2πf/γp＝23.4874f （nT） （8-2）上式表明，地磁場(chǎng)的大小與質(zhì)子在其中發(fā)生旋進(jìn)的頻率f成正比，這樣就將對(duì)地磁場(chǎng)的測(cè)量變?yōu)閷?duì)旋進(jìn)訊號(hào)頻率的測(cè)定。由于宏觀磁矩旋進(jìn)時(shí)，切割探頭中的線圈，因此在線圈中產(chǎn)生與旋進(jìn)頻率相同的感應(yīng)電壓。十分明顯，測(cè)出這一感應(yīng)電訊號(hào)的頻率就測(cè)定了地磁場(chǎng)總強(qiáng)度的絕對(duì)值。
備注：數(shù)據(jù)僅供參考，不作為投資依據(jù)。