磁力儀

經(jīng)驗(yàn)交流▏G－882G型海洋磁力儀在海洋工程勘察中的性能分

析與應(yīng)用

伴隨國(guó)家海洋發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施發(fā)展，海洋磁力儀的應(yīng)用更加廣泛，

根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況來(lái)看，常見(jiàn)的海洋磁力儀類(lèi)型主要是質(zhì)子磁力儀和

光泵磁力儀，都是電子儀器的一種。結(jié)合不同的作業(yè)施工條件需要選

擇不同型號(hào)的海洋磁力儀(如表1所示)。其中，標(biāo)準(zhǔn)的質(zhì)子旋進(jìn)海洋磁

力儀是最早的海洋磁家居空間設(shè)計(jì) 力儀，靈敏度很高，沒(méi)有死區(qū)，擁有進(jìn)向誤差，

質(zhì)子磁力儀的計(jì)量精確度高、技術(shù)發(fā)展成熟、開(kāi)發(fā)成本費(fèi)用低，適合

應(yīng)用在采樣率比較低的絕對(duì)測(cè)量操作中。Overhaur海洋磁力儀具有

高靈敏度、沒(méi)有死區(qū)、價(jià)格廉價(jià)等方面的特點(diǎn)，采樣率達(dá)到了4Hz，

操作簡(jiǎn)單，適合應(yīng)用在工程測(cè)量和科研物理調(diào)查研究工作中。光泵式

海洋磁力儀靈敏度達(dá)到了0.01nT，梯度的容忍度超過(guò)了質(zhì)子旋進(jìn)式磁

力儀，速率達(dá)到了10Hz。但是受工作原理的影響，在應(yīng)用的過(guò)程中容

易出現(xiàn)死區(qū)和進(jìn)向誤差。光泵磁力儀具有噪聲低、采樣率高的特點(diǎn)，

適合應(yīng)用在對(duì)靈敏度和采樣率要求比較高的相對(duì)測(cè)量操作中，但是具

有耗能高等的應(yīng)用局限。

表1G－882G型海洋磁力儀和其他海洋磁力儀對(duì)比分析

型號(hào)G877OverhaurG882G

工作原理標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)子旋進(jìn)質(zhì)子旋進(jìn)銫光泵

分辨率0.10.0010.001

靈敏度0.1～3Hz0.010.01～1Hz

絕對(duì)精度＜10.22

梯度容忍度－＞1000＞20000

死區(qū)無(wú)無(wú)0～15,75～90

進(jìn)向誤差1無(wú)0.5

溫度漂移－無(wú)0.05

耗電48～641～3150

采樣速度0.1～30.1～40.1～10

本文以G－882G型海洋磁力儀為例，分析了光泵磁力儀的工作原

理，對(duì)G－882G型海洋磁力儀進(jìn)行技術(shù)指標(biāo)分析，并介紹其在海洋工

程勘察中的應(yīng)用。

一、G－882G型海洋磁力儀工作原理

光泵磁力儀工作原理具體如圖1所示。根據(jù)圖1發(fā)現(xiàn)光泵磁力儀

的核心部件是含有堿金屬蒸汽的容器。光源產(chǎn)生之后通過(guò)透鏡、濾鏡

和偏振片形成紅外圓偏振光，紅外圓偏振光在經(jīng)過(guò)吸收室之后將所有

的光束聚集在一個(gè)紅外光檢測(cè)儀器上。紅外圓偏振光在到達(dá)吸收室之

后，光子會(huì)和堿金屬原子發(fā)生碰撞。如果堿金屬原子中含有的光子和

自旋方向一致，光子在被收集之后會(huì)從一個(gè)能級(jí)跳躍到一個(gè)更高層次

的能級(jí)。伴隨光子的被捕獲，光束的強(qiáng)度也會(huì)被削弱，在堿金屬原子

不能吸收光子的時(shí)候，吸收室內(nèi)的光線將會(huì)大幅度減少。在這個(gè)時(shí)候，

如果具有一定頻率的振蕩電磁場(chǎng)進(jìn)入到室內(nèi)，原來(lái)的原子將會(huì)被重新

激發(fā)，由此吸附到相應(yīng)的光子方向上。這種特定頻率(拉莫爾頻率)和環(huán)

境磁場(chǎng)之間存在一定比例關(guān)系。具體計(jì)算是環(huán)境磁場(chǎng)＝特定堿金屬常

熟拉莫爾頻率。

圖1光泵磁力儀工作原理

二、G－882G型海洋磁力儀的性能指標(biāo)分析

海洋磁力儀是由水下拖魚(yú)、拖纜和甲板單元共同組成。磁傳感器

會(huì)對(duì)地磁場(chǎng)的磁通密度進(jìn)行采集，壓力傳感器能夠?qū)ν萧~(yú)的入水深度

進(jìn)行計(jì)算分析，回聲測(cè)聲儀測(cè)定拖魚(yú)的離底高度。海洋磁力儀的性能

指標(biāo)參數(shù)較多，結(jié)合海洋磁力測(cè)量工作的特點(diǎn)，海洋磁力儀器的性能

指標(biāo)主要包括采樣率、帶寬、顯示分辨率、分辨率、四階差分靜態(tài)噪

聲、峰峰值噪聲、功率譜噪聲、靈敏度、絕對(duì)誤差、轉(zhuǎn)向差。

為了檢驗(yàn)G－882G型海洋磁力儀的性能，在實(shí)際工作中應(yīng)用八方

位船磁影響試驗(yàn)、往返重復(fù)測(cè)線和正交測(cè)線數(shù)據(jù)信息進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量

歷程達(dá)到了500km。八方位船磁影響試驗(yàn)測(cè)線分布情況如圖2所示。

正交測(cè)線分布情況如圖3所示。

圖2八方位船磁影響試驗(yàn)測(cè)線分布情況

圖3正交測(cè)線分布示意圖

G－882G型海洋磁力儀主拖魚(yú)和從拖魚(yú)的動(dòng)態(tài)噪聲測(cè)試結(jié)果如表

2所示。G－882G型海洋磁力儀主拖魚(yú)和從拖魚(yú)的交叉重復(fù)一致性測(cè)

試結(jié)果如表3所示。G－新冠疫苗有效期 882G型海洋磁力儀主拖魚(yú)和從拖魚(yú)的往返重

復(fù)一致性(內(nèi)符合精度)測(cè)試結(jié)果如表3、表4所示。G－882G型海洋

磁力儀主拖魚(yú)和從拖魚(yú)的往返重復(fù)一致性(外符合精度)測(cè)試結(jié)果表如表

5所示。

表2G－882G型海洋磁力儀主拖魚(yú)和從拖魚(yú)的動(dòng)態(tài)噪聲測(cè)試結(jié)果

表

測(cè)試對(duì)象主拖魚(yú)從拖魚(yú)

測(cè)線個(gè)數(shù)2424

最大動(dòng)態(tài)噪聲0.041nT0.054nT

最小動(dòng)態(tài)噪聲0.024nT0.025nT

平均動(dòng)態(tài)噪聲0.028nT0.032nT

備注

一級(jí)數(shù)據(jù)質(zhì)量標(biāo)

準(zhǔn)

動(dòng)態(tài)噪聲0.08nT

表3G－882G型海洋磁力儀主拖魚(yú)和從拖魚(yú)的交叉重復(fù)一致性

(內(nèi)符合精度)測(cè)試結(jié)果表

測(cè)試對(duì)象主拖魚(yú)從拖魚(yú)

交叉滋味的近義詞 點(diǎn)個(gè)數(shù)4949

最大不符合+5.26nT+5.36nT

最小不符合－0.69nT－6.81nT

內(nèi)符合精度1.84nT1.86nT

備注一級(jí)數(shù)據(jù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

從拖魚(yú)內(nèi)符合精度超過(guò)

2nT

表4G－882G型海洋磁力儀主拖魚(yú)和從拖魚(yú)的往返重復(fù)一致性

(內(nèi)符合精度)測(cè)試結(jié)果表

測(cè)試對(duì)象主拖魚(yú)從拖魚(yú)

測(cè)線航向

主拖魚(yú)向南:主拖手相怎么看婚姻 魚(yú)

向北

從拖魚(yú)向南:從拖魚(yú)

向北

重合點(diǎn)的數(shù)量354356

內(nèi)符合精度0.81nT1.11nT

備注一級(jí)數(shù)據(jù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

內(nèi)符合精度超過(guò)

2nT

表5G－882G型海洋磁力儀主拖魚(yú)和從拖魚(yú)的往返重復(fù)一致性

(外符合精度)測(cè)試結(jié)果表

測(cè)試序號(hào)12

測(cè)線航向

主拖魚(yú)向南:主拖魚(yú)

向北

從拖魚(yú)向南:從拖魚(yú)

向北

重合點(diǎn)的數(shù)量398341

內(nèi)符合精度0.87nT1.13nT

備注一級(jí)數(shù)據(jù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

內(nèi)符合精度超過(guò)

2nT

在測(cè)試G－882G型海洋磁力儀應(yīng)用測(cè)量的過(guò)程中需要注意把控好

以下幾方面工作:第一，投放拖魚(yú)之前需要對(duì)各個(gè)接頭的連接問(wèn)題進(jìn)行

檢查，特別是要嚴(yán)格按照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)檢查水下接頭，保證水下接頭的密

封性；第二，保證電源電壓電流運(yùn)行的正常，在進(jìn)行電纜收放的過(guò)程

中需要及時(shí)切開(kāi)儀器的電源，并安排專(zhuān)業(yè)的人員進(jìn)行指揮操作，嚴(yán)格

避免傳感器和船體的碰撞。傳感器要在水下的一定深度以上，從而有

效減少海浪對(duì)傳感器的干擾；第三，對(duì)于G－882G型海洋磁力儀模擬

記錄數(shù)值的變浩浩蕩蕩的意思 化要密切管管，如果G－882G型海洋磁力儀的曲線出現(xiàn)

變化需要及時(shí)檢查是因?yàn)閮x器內(nèi)部還是外部干擾導(dǎo)致的；第四，傳感

器不能受到任何磁性污染，在收回傳感器的時(shí)候需要及時(shí)應(yīng)用清水進(jìn)

行清洗處理，收回傳感器之后要將其放置在陰涼位置上。

三、G－882G型海洋磁力儀在海洋工程勘察中的應(yīng)用

東海大橋軸線寶寶四個(gè)月 橋墩樁基不可避免地經(jīng)過(guò)光纜的路由，為了能夠準(zhǔn)

確測(cè)出光、電纜的位置，應(yīng)用G－882G型海洋磁力儀在蘆潮港和大小

洋山之間進(jìn)行磁力探測(cè)。經(jīng)過(guò)探測(cè)發(fā)現(xiàn)，海底通信光纜能引起8～

20nT磁異常以及2000nT的強(qiáng)磁異常。

⒈海上磁力探測(cè)

第一，測(cè)量?jī)x器。G－882G型海洋光泵磁力儀是以光泵技術(shù)為支

撐發(fā)展起來(lái)的高靈敏度、高精確的海洋磁力儀，被人們應(yīng)用在探測(cè)水

下潛艇，進(jìn)行地磁測(cè)量和地質(zhì)調(diào)查；第二，測(cè)量船只。測(cè)量船的選擇

必須是小噸位和無(wú)磁性或弱磁性的木質(zhì)小漁船。第三，測(cè)線安排。測(cè)

線安排在磁測(cè)作業(yè)區(qū)域測(cè)線間距5m的位置上。第四，海上定位。高

精度的磁力測(cè)量需要高精度的定位設(shè)備，經(jīng)過(guò)分析文章使用DGPS

RTK(RealTimeKinematic)定位設(shè)備，差分信號(hào)有效作用距離為30km。

⒉光、電纜磁場(chǎng)模型的假設(shè)

海底光纜由于海洋環(huán)境的特殊性，材料的制作需要額外使用抗壓

性、抗?jié)B透性的材料。海底光纜截面具體如圖四所示。根據(jù)圖4發(fā)現(xiàn)，

海底光纜產(chǎn)生磁異常的原因主要有兩種:第一，鋼絲、鋼管等材料均為

鐵磁性物質(zhì)，都能產(chǎn)生磁異常；第二，為了能使光纜信號(hào)遠(yuǎn)距離傳輸，

每條海底光纜都安裝有許多轉(zhuǎn)發(fā)器，但是柏林大學(xué) 這些轉(zhuǎn)發(fā)器在一定電流的作

用下才能正常工作。

圖4海底光纜截面

⒊磁場(chǎng)異常特點(diǎn)的分析

通信光纜有明顯的磁異常反映，磁異常幅值一般在8～20nT之間，

磁異常的幅值大小，異常形態(tài)特征均與水深和光纜的埋藏深度及加載

電流的方向有關(guān)。海底動(dòng)力電纜所產(chǎn)生的磁強(qiáng)大，在深度10m的時(shí)候

能夠引發(fā)2000nT幅值的強(qiáng)磁異常，由于加載有強(qiáng)電流，所以在電纜

周?chē)纬梢粋€(gè)強(qiáng)磁場(chǎng)。導(dǎo)線所產(chǎn)生的理論磁場(chǎng)是H＝2I/10R。加載電

流的導(dǎo)體磁場(chǎng)與電流大小成正比，而與距離成反比。

四、結(jié)語(yǔ)

海洋磁力儀的應(yīng)用對(duì)海洋工程勘測(cè)起到了重要作用，顯示出自身

良好的精確度、準(zhǔn)確度、深度特點(diǎn)，被人們廣泛的應(yīng)用在海洋工程磁

力勘測(cè)工作中。但從海洋磁力儀的實(shí)際應(yīng)用情況上來(lái)看，現(xiàn)階段的海

洋磁力儀測(cè)量規(guī)范中缺乏相關(guān)指標(biāo)檢驗(yàn)方法和要求。為此，文章結(jié)合

海洋磁力儀的類(lèi)型和特點(diǎn)，結(jié)合有關(guān)測(cè)量規(guī)范指標(biāo)具體計(jì)算了G－

882G型海洋磁力儀的動(dòng)態(tài)噪聲、內(nèi)符合精度、外符合精度等指標(biāo)信息，

在對(duì)計(jì)算結(jié)果家里掛十字繡禁忌 進(jìn)行綜合分析發(fā)現(xiàn)，G－882G型海洋磁力儀基本達(dá)到了

一級(jí)指標(biāo)的要求，能夠?yàn)楹胶Ｊ聵I(yè)發(fā)展提供有力的支持。

【作者簡(jiǎn)介】本文作者張龍，1988年出生，男，山西平遙，本科，

天津水運(yùn)工程勘察設(shè)計(jì)院，助理工程師，主要研究方向?yàn)楹Ｑ鬁y(cè)繪。

本文來(lái)自《自動(dòng)化與儀器儀表》（2018年第6期），參考文獻(xiàn)略，用

于學(xué)習(xí)與交流，本次編發(fā)取得了李海森教授的同意，版權(quán)歸作者與出

版社共同擁有。