GSM－19T標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)子旋進(jìn)磁力儀和梯度儀
   GSM-19高Overhauser磁力儀和梯度儀
   dIdD三分量磁力儀
一．序言 

加拿大GEM公司是專門研發(fā)和生產(chǎn)磁力儀的公司，已有三十多年歷史。其生產(chǎn)的磁力儀被為磁力儀的標(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，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
●  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)磁力儀利用質(zhì)子氫的液體產(chǎn)生旋進(jìn)信號(hào)。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)。
讓化直流電流通過繞在質(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)子被化至較強(qiáng)的凈磁化強(qiáng)度，與較強(qiáng)的磁通密度熱平衡。
當(dāng)輔助磁通終止時(shí)，被“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.MHz/T 

    對(duì)質(zhì)子旋進(jìn)的測量須按序進(jìn)行，即先有一個(gè)初始化，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，快速觀測數(shù)據(jù)，速率115千波特
●        可自由選擇點(diǎn)、線號(hào)的增減 
●        分辨率0.01nT,靈敏度達(dá)0.05nT，±0.2nT在質(zhì)子磁力儀中水平
●        標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)存為4，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4增量擴(kuò)展
●        具有的可程序化的基點(diǎn)站觀測功能
●        使用GSM－19T的Walking　Mag采集模式，可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)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)觀測之間具有高的時(shí)間同步，這對(duì)于在磁干擾地區(qū)和高的觀測結(jié)果是重要的
●        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，對(duì)錯(cuò)誤觀測發(fā)出
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
● ：±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(duì)流動(dòng)站可存209715個(gè)讀數(shù)
對(duì)基點(diǎn)站可存699050個(gè)讀數(shù)
對(duì)梯度測量可存174762個(gè)讀數(shù)
對(duì)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
●  工作模式：　　　　　　　　　　　　　　　圖3
流動(dòng)站：每3秒－60秒自動(dòng)采樣存儲(chǔ)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?biāo)孱^（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，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Overhauser磁力儀和梯度儀系列






圖5　GSM高Overhauser磁力儀
1．應(yīng)用領(lǐng)域
　　　Overhauer磁力儀是運(yùn)用GEM公司的技術(shù)開發(fā)出來的高磁力儀，它具有一系列的優(yōu)點(diǎn)，已成為高的標(biāo)準(zhǔn)磁力儀觀測系統(tǒng)，它主要應(yīng)用于：
●  高礦產(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(duì)物質(zhì)磁性的高測量
2．工作原理
當(dāng)把的含有不成對(duì)電子的液體與氫原子結(jié)合起來、并在射頻（RF）磁場的化下便產(chǎn)生Overhauser效應(yīng)。也即，不成對(duì)的電子將其自身的化強(qiáng)度傳輸給氫原子后，就產(chǎn)生了很強(qiáng)的進(jìn)動(dòng)信號(hào)這種進(jìn)動(dòng)信號(hào)對(duì)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(hào)，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(hào)頻率之外，從而消除了測量噪聲，所以Overhauser磁力儀功耗低，很高。
此外，射頻磁化過程和進(jìn)動(dòng)信號(hào)的測量過程可以同步進(jìn)行，因此觀測效率高，可以采樣。
3．Overhauser磁力儀探頭
Overhauser磁力儀探頭是性產(chǎn)品，它是電子學(xué)設(shè)計(jì)和量子磁力化學(xué)的結(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)充填屬于公司的溶有自由電子的富氫液體，從而增加了在射頻化磁場作用下所產(chǎn)生的進(jìn)動(dòng)信號(hào)強(qiáng)度。
在材質(zhì)方面探頭尺寸很小，很輕又牢固。探頭的材質(zhì)都是經(jīng)過仔細(xì)選擇的非磁性物，以的信噪比。探頭方向性很小，在赤道附近也可對(duì)磁場進(jìn)
行地測量，在野外測量時(shí)可以不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?？梢酝ㄟ^GEMLinkw軟件網(wǎng)頁
對(duì)內(nèi)置固化件中的軟件進(jìn)行升級(jí)，因此可
使你的磁力儀保持水平，而又不
返回廠家升級(jí)。
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磁力儀把高的數(shù)據(jù)采集，工作效率和高度穩(wěn)定性地結(jié)合
在一起。它的觀測與昂貴的銫光泵一致，但在穩(wěn)定性和功耗方面具有的優(yōu)點(diǎn)：

●  高靈敏度、高分辨率和高觀測
●  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)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），可在端的氣候條件下使用
●  堅(jiān)固的設(shè)計(jì)。使用壽命長，適應(yīng) 
●  幾乎無須保養(yǎng)，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：高、操作速度快（每秒多達(dá)5個(gè)讀數(shù)），能耗低
6．Overhauser磁力儀技術(shù)指標(biāo)和配置
技術(shù)指標(biāo)：
●  靈敏度：<0.015nT
●  分辨率：0.01nT
●  ： 0.1nT
●  動(dòng)態(tài)范圍：10000到120000nT
●  梯度容限：>10000nT/m
●　采樣率：“步行Overhauser”60+,5,3,2,1,0.5,0.2秒
         “流動(dòng)Overhauser”3-10秒
●　 溫飄：0.0025nT/℃（環(huán)境溫度為
0到-40℃情況下）；0.0018nT/°C
（環(huán)境溫度為0到+55°C情況下）
●　工作溫度：-40℃--+55℃
●　存儲(chǔ)4M字節(jié)，這意味著：
對(duì)流動(dòng)觀測有209715個(gè)讀數(shù)
對(duì)基點(diǎn)站有699050個(gè)讀數(shù)
對(duì)梯度測量有174762個(gè)讀數(shù)
對(duì)Walking Map模式有299593個(gè)讀數(shù)
●   尺寸及重量：
主機(jī)223×69×240mm，重2.1Kg
探頭175mm(長)×75mm（直徑），重1.0Kg
●  工作模式：
流動(dòng)站：每3秒鐘自動(dòng)讀取和存儲(chǔ)觀
測值，測點(diǎn)坐標(biāo)值，以及時(shí)間和日期。
基點(diǎn)站：每3到60秒自動(dòng)存儲(chǔ)觀測值，
時(shí)間和日期
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?biāo)孱^（選項(xiàng)）
作模擬輸出
標(biāo)準(zhǔn)配置
GSM-19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，服務(wù)。
7．高Overhauser磁力儀系列
●  GSM－19    Overhauser標(biāo)準(zhǔn)磁力儀，快讀數(shù)3秒
●  GSM－19V   Overhauser標(biāo)準(zhǔn)磁力儀＋甚低頻
●  GSM－19G   Overhauser標(biāo)準(zhǔn)磁力梯度儀（快讀數(shù)3秒）
●  GSM－19GV  Overhauser標(biāo)準(zhǔn)梯度儀＋甚低頻
●  GSM－19W   Overhauser Walking磁力儀（快讀數(shù)0.2秒）
●  GSM－19WV  Overhauser Walking磁力儀＋甚低頻
●  GSM－19GW  Overhauser Walking磁力梯度儀（快讀數(shù)2秒）
●  GSM－19GWV Overhauser Walking磁力梯度儀＋甚低頻
●  GSM－19GW4 Overhauser 4個(gè)探頭Overhauser Walking磁力梯度儀

四.dIdD三分量磁力儀
1. dIdD測量原理
在Overhause探頭上安裝兩個(gè)互相垂直的線圈，線圈懸掛在由皮青銅做成的彈簧懸絲上。
其中一個(gè)線圈平面垂直全磁場矢量F，另一個(gè)線圈平面平行全磁場矢量F。
先向垂直F的線圈，即磁場傾角（I）線圈內(nèi)，依次輸入大小相等，方向相反的偏置電流，這兩個(gè)偏置電流所產(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)磁場由Overhause探頭接收，并記錄下來，稱之為Ip和Im，同時(shí)也記錄下來未加偏量電流時(shí)的全磁場F。
同樣，在向平行F的線圈，即磁偏角（D）線圈內(nèi)，依次輸入大小相等，方向相反的偏置電流，這兩個(gè)偏置電流所產(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)磁場由Overhause探頭接收，并記錄下來，稱為Dp和Dm，同時(shí)也記錄下來未加偏置電流時(shí)的全磁場F。
應(yīng)用簡單算法就可以確定全磁場F的傾角（I）和偏角（D）的瞬時(shí)變化dI和Dd。
如果我們知道觀測地區(qū)的地磁場傾角（I）和磁場偏角（D），我們把dI和dD與它們相加便可知道該地區(qū)的地磁場傾角和地磁場偏角的瞬時(shí)變化。


2. dIdD技術(shù)指標(biāo)
  ●  靈敏度：0.01nT@5秒
    ●  分辨率：0.01nT
   ●  ：0.2nT
   ●  動(dòng)態(tài)范圍：20000到120000 nT
   ●  梯度容差＞10000 nT/m
●  工作溫度：－40℃—+55℃
    ●  溫度飄移： ＜0.1nT/℃
    ●  長時(shí)間漂移： ＜2nT/年
●  功耗：1.5W，12V供電
●  采樣率：
      ① 1.0秒---5.0秒
      ② 0.5秒—2.5秒
③ 0.2秒—1.0秒
●        測量范圍：磁傾角I。≤±900，磁偏角D0≤1800
●        操作模式：自動(dòng)或遠(yuǎn)程控制 
●        尺寸和重量：223×69×240mm（主機(jī)）
               直徑250mm（探頭）
3.dIdD標(biāo)準(zhǔn)配置
GSM- 90主機(jī)；dIdD探頭及電纜；dIdD軟件；12VDC電瓶；RS-232電纜；手冊。
可選件：GPS給出的時(shí)間值。
4. dIdD的安裝
●  實(shí)時(shí)接收D+，D-，I+，I-和F的原始圖像。
●  應(yīng)用1分鐘高斯濾波器處理原始數(shù)據(jù)。
●  從處理后的數(shù)據(jù)計(jì)算△I，△D和x,y,z。
進(jìn)一步平均化或者深加工可以從存儲(chǔ)的文件中操作：
●  在屏幕上顯示原始數(shù)據(jù)的值并計(jì)算
●  顯示全磁場 F，x,y,z傾角和偏角的圖表
GSM-19FD dIdD Installation illustration