GSM－19T標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)子旋進(jìn)磁力儀和梯度儀 GSM-19高精度Overhauser磁力儀和梯度儀 dIdD三分量磁力儀          婁國軍  13522702676

一．序言
加拿大GEM公司是專門研發(fā)和生產(chǎn)磁力儀的專業(yè)公司，已有三十多年歷史。其生產(chǎn)的磁力儀被公認(rèn)為磁力儀的標(biāo)準(zhǔn)系列。該公司研發(fā)和生產(chǎn)的磁力儀共有七個(gè)系列，每個(gè)系列中都有多個(gè)品種。GEM磁力儀銷往世界各國。自2005年以來，僅一年10個(gè)月時(shí)間，國內(nèi)有關(guān)單位就購買了近300臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)子旋進(jìn)磁力儀和40多臺(tái)高精度OVERHAUSER磁力儀以及多臺(tái)三分量磁力儀。
GEM公司生產(chǎn)的
磁力儀系列：
● 標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)子磁力儀和梯度儀系列 ● 高精度OVERHAUER磁力儀和梯度儀系列 ● dIdD三分量磁力儀系列 ● 鉀光泵磁力儀系列 ● Overhauser航空磁力儀 ● 鉀光泵航空磁力儀 ● 超高精度磁力儀
二．GSM－19T標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)子旋進(jìn)磁力儀和梯度儀系列
質(zhì)子旋進(jìn)磁力儀長期以來一直是使用普遍、價(jià)格便宜的磁力儀，其用途包括礦產(chǎn)資源勘探，環(huán)境和工程勘探以及監(jiān)測磁場變化等。
圖1　GSM－19T標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)子旋進(jìn)磁力儀
1.工作原理
質(zhì)子旋進(jìn)磁力儀利用富含質(zhì)子氫的液體產(chǎn)生旋進(jìn)信號。它使用的液體可以提供非常高的氫密度，并且在操作時(shí)沒有危險(xiǎn)。讓極化直流電流通過繞在富含質(zhì)子氫液體探頭的線圈上，便會(huì)產(chǎn)生100高斯（Gauss）的輔助磁通密度。質(zhì)子被極化至較強(qiáng)的凈磁化強(qiáng)度，與較強(qiáng)的磁通密度達(dá)到熱平衡。當(dāng)輔助磁通終止時(shí)，被“極化“的質(zhì)子即發(fā)生旋進(jìn)而重新恢復(fù)為正常的磁通密度狀態(tài)。根據(jù)以下公式，質(zhì)子的旋進(jìn)頻率f0與磁通密度B（單位為特斯拉—Teslas,T）有直接關(guān)系：
f0=(γp/2π)Bγp/2π=42.5763751MHz/T
對質(zhì)子旋進(jìn)的測量必須按序進(jìn)行，即先有一個(gè)初始極化，接著進(jìn)行頻率測量，然后這個(gè)循環(huán)不斷重復(fù)。這不同于在氫核被極化的同時(shí)進(jìn)行旋進(jìn)測量的連續(xù)測量法。

2．GSM－19T標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)子旋進(jìn)磁力儀主要優(yōu)點(diǎn)
GSM－19T采用了大量新技術(shù)，因而不同于其它質(zhì)子旋進(jìn)磁力儀，例如： ● 它集成了高精度GPS（可選）。 ● 在主機(jī)屏幕上實(shí)時(shí)顯示觀測磁場圖像。 ● 通過RS232接口，快速下載觀測數(shù)據(jù)，下載速率高達(dá)115千波特。 ● 分辨率高達(dá)0.01nT,靈敏度達(dá)0.1nT。 ● 標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)存為4MB，可存儲(chǔ)209715個(gè)野外讀數(shù)或600000個(gè)基點(diǎn)臺(tái)讀數(shù)，根據(jù)用戶要求，內(nèi)存量可按4MB增量擴(kuò)展。 ● 具有獨(dú)一無二的可程序化的基點(diǎn)站觀測功能例如：野外磁力儀與基點(diǎn)站連接自動(dòng)校正日變；靈活設(shè)置觀測時(shí)間表和采樣率系列；當(dāng)你長時(shí)間離開基點(diǎn)臺(tái)時(shí)，該功能就顯得特別重要。 ● 使用GSM－19T的Walking　Mag采集模式，可保證操作員在野外隨走隨采集磁場數(shù)據(jù)，從而獲得連續(xù)的觀測剖面。 ● GSM－19T的另一項(xiàng)創(chuàng)新是，用戶可以在辦公室內(nèi)把設(shè)計(jì)好的觀測路線和點(diǎn)位輸入給GPS（可選），然后由GPS指揮操作員在野外按設(shè)計(jì)進(jìn)行觀測。 ● 基點(diǎn)臺(tái)觀測和野外流動(dòng)觀測之間具有高精度的時(shí)間同步，這對于在磁干擾地區(qū)和保證高精度的觀測結(jié)果是非常重要的。 ● 具有觀測質(zhì)量監(jiān)控功能，在測量過程中如果發(fā)觀某個(gè)觀測值質(zhì)量低劣，操作員將聽到警告信號。

圖3 3．技術(shù)指標(biāo)和配置
技術(shù)指標(biāo)：
● 靈敏度：0.05nT ● 分辨率：0.01nT ● 絕對精度：±0.2nT ● 動(dòng)態(tài)范圍：20000到120000nT ● 梯度容差：>7000nT/m ●采樣率： 3秒至60 秒可選 ● 溫飄：0.0025nT/°C（環(huán)境溫度為0到-40°C）; 0.0018nT/°C（環(huán)境溫度為0到+55°C）
● 工作溫度：-40℃—+55℃　　 ● 存儲(chǔ)4M字節(jié) 對流動(dòng)站可存209715個(gè)讀數(shù) 對基點(diǎn)站可存699050個(gè)讀數(shù) 對梯度測量可存174762個(gè)讀數(shù) 對步行磁測可存299593個(gè)讀數(shù)
● 尺寸及重量：主機(jī)223×69×240mm,重2.1Kg 傳感器170mm(長)×75mm(直徑)，重2.2Kg
● 流動(dòng)站：每3秒－60秒自動(dòng)采樣存儲(chǔ)一次觀測值以及時(shí)間和日期 基點(diǎn)站：觀測值，時(shí)間，日期，每3到60秒讀、存數(shù)據(jù) 遙控：可選擇RS232接口進(jìn)行遙控測量
● 輸入與輸出:RS232接口數(shù)字輸出或應(yīng)用6針防水插頭（選項(xiàng)）作模擬輸出
標(biāo)準(zhǔn)配置
GSM－19T主機(jī)，GEMLinkw軟件，內(nèi)部可充電電池，充電器，探頭和電纜以及探頭支桿，RS232電纜，運(yùn)輸箱，中文操作手冊。保修期：兩年，終身服務(wù)。

4．GSM－19T質(zhì)子旋進(jìn)磁力儀系列 ● GSM－19T標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)子旋進(jìn)磁力儀 ● GSM－19TW標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)子“Walking”磁力儀 ● GSM－19TV標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)子磁力儀＋甚低頻 ● GSM－19TG標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)子梯度儀 ● GSM－19TGW標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)子“Walking”梯度儀 ● GSM－19TGV標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)子梯度儀＋甚低頻 ● GSM－19TGWV標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)子“Walking”梯度儀 ＋甚低頻

圖 4
三．GSM－19高精度Overhauser磁力儀和梯度儀系列

圖5　GSM高精度Overhauser磁力儀
1．應(yīng)用領(lǐng)域
　　　Overhauer磁力儀是運(yùn)用GEM公司的獨(dú)特技術(shù)開發(fā)出來的高精度磁力儀，它具有一系列獨(dú)有的優(yōu)點(diǎn)，已成為高精度的標(biāo)準(zhǔn)磁力儀觀測系統(tǒng)，它主要應(yīng)用于：
● 高精度礦產(chǎn)資源探測 ●　 含油、氣盆地構(gòu)造探測 ● 工程和環(huán)境勘探 ●　 地下埋藏物和管線探測 ●　地震和火山前兆觀測 ●　考古 ●　對物質(zhì)磁性的高精度測量
2．工作原理
當(dāng)把特殊的含有不成對電子的液體與氫原子結(jié)合起來、并在射頻（RF）磁場的極化下便產(chǎn)生Overhauser效應(yīng)。也即，不成對的電子將其自身的極化強(qiáng)度傳輸給氫原子后，就產(chǎn)生了很強(qiáng)的進(jìn)動(dòng)信號這種進(jìn)動(dòng)信號對總磁場強(qiáng)度值具有很高的靈敏度，并可用簡單的方程式表達(dá)。于是通過測量進(jìn)動(dòng)信號，便可測出總磁場強(qiáng)度。此種磁力儀稱為Overhause磁力儀。由于產(chǎn)生射頻（RF）磁場所需的能量很小，并且其頻段處于進(jìn)動(dòng)信號頻率之外，從而消除了測量噪聲，所以Overhauser磁力儀功耗特別低，精度很高。此外，射頻磁化過程和進(jìn)動(dòng)信號的測量過程可以同步進(jìn)行，因此觀測效率高，可以高速采樣。
3．Overhauser磁力儀探頭
Overhauser磁力儀探頭是專利性創(chuàng)新產(chǎn)品，它是電子學(xué)設(shè)計(jì)和量子磁力化學(xué)的最佳結(jié)合。在電子學(xué)方面，探頭內(nèi)含有反向串聯(lián)的雙拾取線圈，以壓制環(huán)境噪聲干擾，例如大氣噪聲等。在量子磁力化學(xué)方面，探頭內(nèi)充填屬于公司專利的溶有自由電子的富氫液體，從而增加了在射頻極化磁場作用下所產(chǎn)生的進(jìn)動(dòng)信號強(qiáng)度。在材質(zhì)方面探頭尺寸很小，很輕又牢固。探頭的所有材質(zhì)都是經(jīng)過仔細(xì)選擇的非磁性物，以最大的提高信噪比。探頭方向性很小，在赤道附近也可對磁場進(jìn)行精確地測量，在野外測量時(shí)可以不必注意探頭的放置方向。
4．Overhauser磁力儀主機(jī)
主機(jī)包括微型鍵盤，內(nèi)置固化件的顯示界面，系統(tǒng)控制電路和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以及數(shù)據(jù)檢索等。為了操作方便，顯示界面具有單色文本和實(shí)時(shí)剖面顯示雙重功能，并可交互使用。可以通過GEMLinkw軟件網(wǎng)頁對內(nèi)置固化件中的軟件進(jìn)行升級，因此可使你的磁力儀永遠(yuǎn)保持最高水平，而又不必返回廠家升級。
圖 6 Overhauser磁力儀探頭支桿和主機(jī)
5．Overhauser磁力儀主要優(yōu)點(diǎn)
Overhauser磁力儀把高精度的數(shù)據(jù)采集，工作效率和高度穩(wěn)定性有效地結(jié)合在一起。它的觀測精度與昂貴的銫光泵一致，但在穩(wěn)定性和功耗方面具有獨(dú)到的優(yōu)點(diǎn)：
● 高靈敏度、高分辨率和高觀測精度 ● 超級全方位傳感器 ● 測量之前無需預(yù)熱，易于野外操作 ● 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)達(dá)4M字節(jié)，可擴(kuò)展到32M字節(jié) ● 可編程基點(diǎn)站 ● 快速數(shù)據(jù)傳輸 ● 置于磁力儀內(nèi)的、集成式GPS用于定位測量（可選），分辨率可達(dá)5米或1米 ● 寬的溫度范圍（標(biāo)準(zhǔn)型從-40到＋55攝氏度；可選型從-55到60攝氏度），可在極端的氣候條件下使用 ● 堅(jiān)固可靠的設(shè)計(jì)。使用壽命長，適應(yīng)性強(qiáng) ● 幾乎無須保養(yǎng)，確保了更低的使用成本 ● 從網(wǎng)站上更新軟件其他優(yōu)點(diǎn)包括：絕對精度高、操作速度快（每秒多達(dá)5個(gè)讀數(shù)），能耗非常低
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