MST:高穩(wěn)定性懸掛式磁通門磁力儀研制
為實(shí)現(xiàn)地磁矢量場(chǎng)長(zhǎng)期穩(wěn)定可靠的監(jiān)測(cè)目標(biāo),提供高分辨力、低噪聲和長(zhǎng)期穩(wěn)定特點(diǎn)的相對(duì)記錄儀器。研制的磁通門傳感器采用高導(dǎo)磁率坡莫合金作為磁芯材料,激勵(lì)線圈直接纏繞在高塑性、較高持久蠕變強(qiáng)度的環(huán)形合金骨架上,感應(yīng)線圈和補(bǔ)償線圈纏繞在低溫度系數(shù)的玻璃鋼骨架上,抑制外界溫度對(duì)傳感器輸出的影響,獲得較低的溫度系數(shù);同時(shí)采用懸掛磁探頭的方式,消除因觀測(cè)墩的傾斜導(dǎo)致的漂移,這通常是相對(duì)記錄儀器基線漂移的主要原因,以及觀測(cè)儀器在安裝過程中因水平調(diào)節(jié)而引入的安裝誤差。懸掛機(jī)構(gòu)采用具有與特殊鋼相當(dāng)高硬度和耐磨性的鈹銅制作成無磁萬向節(jié),使其具有自動(dòng)校平功能,實(shí)現(xiàn)以Z軸傾斜±6°內(nèi)自動(dòng)調(diào)平。
1.小型化磁通門探頭,磁探頭磁芯采用1J86坡莫合金薄帶軟磁材料,經(jīng)1100度高溫退火處理后具有最大磁導(dǎo)率 μm 50000 Gs/Oe、高飽和磁場(chǎng)強(qiáng)度 Bs 0.23T和極低的矯頑力 Hc 0.0164 Oe ,使其對(duì)微弱磁場(chǎng)信號(hào)反應(yīng)靈敏。磁芯直徑從原先50mm縮小為30mm;
2.懸掛磁探頭結(jié)構(gòu),采用一種傳感器軸心面與地理水平面重合度自動(dòng)修正調(diào)整機(jī)構(gòu),保證初始安裝時(shí)三分量傳感器的軸心所在面與地理水平面始終重合,消除儀器初始安裝過程因水平調(diào)節(jié)引入的誤差.調(diào)整機(jī)構(gòu)的核心為萬向節(jié),采用與特殊鋼相當(dāng)高硬度和耐磨性的鈹銅制作;
3.磁探頭鎖緊及密封結(jié)構(gòu),自鎖裝置包括一個(gè)旋桿和一個(gè)位于懸掛傳感器下方的升降托盤,同時(shí)基座也設(shè)有密封槽,這樣可以保證磁探頭的整體密封性。通過調(diào)節(jié)升降調(diào)節(jié)裝置,使升降調(diào)節(jié)裝置的頂端與探頭裝配機(jī)構(gòu)的底端固定鎖緊或有一定距離,從而實(shí)現(xiàn)磁探頭裝配機(jī)構(gòu)處于鎖緊或懸掛狀態(tài)。
圖1 懸掛磁探頭結(jié)構(gòu)示意圖 圖2 磁探頭鎖緊及密封結(jié)構(gòu)示意圖
研制三軸磁通門傳感器臺(tái)站試運(yùn)行在天津靜海地震臺(tái)開展,樣機(jī)2020年1月至6月的基線值月剩余標(biāo)準(zhǔn)偏差σD、σH、σZ的最大值分別為 0.68nT, 0.58 nT和 0.44 nT。
圖3 樣機(jī)2020年1月至6月Z、H、D三分量基線值曲線
圖4 懸掛式磁通門磁力儀整機(jī)的整機(jī)示意圖和實(shí)物圖
研制的懸掛式磁通門傳感器具有噪聲低、體積小、重量輕且長(zhǎng)期穩(wěn)定性高的特點(diǎn),以及制作成本低非常適用于地面臺(tái)站磁場(chǎng)記錄、空間磁場(chǎng)測(cè)量、地質(zhì)勘探等多個(gè)磁場(chǎng)測(cè)量場(chǎng)合;同時(shí)實(shí)現(xiàn)了整機(jī)一體化設(shè)計(jì),便于攜帶和簡(jiǎn)易架設(shè),非常適用于地震短臨跟蹤和磁異常區(qū)域的加密觀測(cè)。
研究成果發(fā)表于“Measurement Science and Technology ”2021,研究受國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃專項(xiàng)(2019YFC1509504-02)、國(guó)家重大科學(xué)儀器設(shè)備開發(fā)專項(xiàng)(2014YQ100817-2)和國(guó)家自然科學(xué)基金(41404141)共同資助。
【相關(guān)文獻(xiàn)列表】
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【作者簡(jiǎn)介】
王曉美,女,滿族,1979年7月出生,博士,高級(jí)工程師。一直從事地磁觀測(cè)儀器的研制、地磁觀測(cè)技術(shù)以及地磁數(shù)據(jù)處理工作。磁測(cè)傳感器包括磁通門磁力儀、感應(yīng)式磁力儀、非晶絲磁傳感器、TMR芯片級(jí)磁傳感器、dIdD矢量磁力儀等;地磁觀測(cè)技術(shù)包括磁通門磁力儀標(biāo)定校準(zhǔn)技術(shù)及定型入網(wǎng)技術(shù)要求、地磁密集臺(tái)陣觀測(cè)、地震危險(xiǎn)區(qū)短臨跟蹤觀測(cè)和地磁觀測(cè)數(shù)據(jù)一致性分析及校正。
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