3第三章 磁力仪
第三章 磁力仪
磁法勘探是研究地质构造和找矿勘探的一种重要的地球物理方法，它通过磁力仪来测量地磁场和磁异常，通常把采集磁场数据和测定岩石磁参数的仪器称为磁力仪。
从20世纪初至今，磁法勘探仪器经历了由简单到复杂，由利用机械原理到利用现代物理原理与电子技术的发展过程。本章主要介绍几种不同类型磁力仪的基本原理。
第一节 概述
一、磁力仪的类别
按照磁力仪的发展历史，以及它们所应用的物理原理，可分为：
第一代磁力仪它是根据永久磁铁与地磁场之间相互力矩作用原理，或利用感应线圈以及辅助机械装置制作的，如机械式磁力仪、感应式航空磁力仪等。
第二代磁力仪它是根据核磁共振特征，利用高磁导率软磁合金，以及复杂的电子线路制作的，如质子磁力仪、光泵磁力仪及磁通门磁力仪等。
第三代磁力仪它是根据低温量子效应原理制作的，如超导磁力仪。
磁力仪按其内部结构及工作原理，大体上可分为：①机械式磁力仪。如悬丝式磁秤、刃口式磁秤等；②电子式磁力仪。如质子磁力仪、光泵磁力仪、磁通门磁力仪等。
磁力仪按其测量的地磁场参数及其量值，可分为：①相对测量仪器，如悬丝式垂直磁力仪等，它是测量地磁场垂直分量Z的相对差值；②绝对测量仪器，如质子磁力仪等，它是测量地磁场总强度T的绝对值；不过亦可测量梯度值。
若从磁力仪使用的领域来看，它们可分为：地面磁力仪、航空磁力仪、海洋磁力仪以及井中磁力仪。
二、磁力仪的主要技术指标
技术指标是反映仪器总体性能的技术参数，通常包括：灵敏度、精密度、准确度、稳定性、测程范围等等。
灵敏度系指磁力仪反映地磁场强度最小变化的能力（敏感程度），有时也称作分辨率。
对于用数码显示器读取磁场值的仪器（如质子磁力仪），在其读数装置上估读的最小可辨别的变化，称为显示灵敏度（或读数能力），如1nT/字，0.1nT/字等。由于仪器有一个噪声水平问题，因此灵敏度与显示灵敏度在概念上是有区别的。
精密度它是衡量仪器重复性的指标，系指仪器自身测定磁场所能达到的最小可靠值。由一组测定值与平均值的平方偏差表示。在仪器说明书中称为自身重复精度。
准确度系指仪器测定真值的能力，即与真值相比的总误差。
在磁法勘探工作中，通常把精密度与准确度不予区分，统称为精度。
第二节 机械式磁力仪
机械式磁力仪是磁法勘探中最早使用的一类仪器。1915年阿道夫·施密特刃口式磁秤问世，20世纪30年代末出现凡斯洛悬丝式磁秤，它们成为广泛使用的两种地面磁测仪器。
它们都是相对测量的仪器。因其测量地磁场要素的不同，又分为垂直磁力仪及水平磁力仪。前者测定Z 的相对差值，后者测定平面矢量H 在两个方位上的相对值。
一、悬丝式垂直磁力仪
仪器的核心部分由磁系组成。磁系主要是一根圆柱形磁棒，它悬吊在铬、镍、钛合金恒弹性扁平丝的中央，丝的一端固定于扭鼓，另一端固定于弹簧，压于压丝台上。工作时磁系旋转轴（悬丝）应是水平的，磁棒摆动面严格垂直于磁子午面。打开仪器开关后，磁棒绕轴摆动。它受到地磁场垂直强度力、重力及悬丝扭力三个力矩的作用，当力矩相互平衡时，磁棒会停止摆动。
如图3-2-1所示，垂直分量Z 的变化ΔZ 可引起θ角的变化（Δθ），当偏转范围不超过2°时，由θ角的变化引起的仪器读数变化与ΔZ 成正比。据此可利用Δθ引起的读数变化测量ΔZ 的值。
在仪器结构上，利用光系将偏转角θ放大并反映为活动标线在标尺上的偏离格数。 我们假设在基点上，地磁场垂直分量为Z 1，仪器读数为S 1；在测点上，地磁场垂直分量为Z 2，仪器读数为S 2。则它们之间的垂直分量差值为
ΔZ =Z 2-Z 1=ε（S 2-S 1） （3-2-1）
上式表明，悬丝式垂直磁力仪可以测量两点之间地磁场的相对变化，即用于相对测量。式中ε是一个常数，它代表每一个读格的磁场值，叫做格值。格值的倒数为灵敏度，通过调节h 以改变灵敏度，h 为重心P 点到支点垂直轴方向距离（见图3-2-1）。
图3-2-2 是国产CS2-61G 型悬丝磁力仪。
图3-2-1 悬丝式垂直磁力仪磁系工作原理图 图3-2-2 CS2-61G 型悬丝磁力仪
二、其他机械磁力仪
我国20世纪60年代引进机械式磁力仪，在其基础上经不断研制、改进设计，其定型产
品除CS2-61G型（见图3-2-2）外，还有其他型号仪器如表3-2-1所示。
表3-2-1
型号名称格值/nT·格-1稳定性/格观测精度/nT 测程范围/nT
CSC-3 悬丝式垂直磁力仪 1 ＜0.5 ≤±5.0 ±2000 CR2-69 刃口式垂直磁力仪 1.8~2.2 ≤0.3 ≤±2.0 ±3000 CSX1-70 袖珍垂直磁力仪20~25 ≤0.1 ≤±25.0 ±20000~±25000 CSS-1 定向水平磁力仪8~12 ≤0.1 ≤±5.0 ±16000~±32000 CRT1-69 地磁日变记录仪 2.0~2.5 ≤0.3 24小时内日变记录精度≤2.0
表中CSC-3型是采用零点补偿式，无需罗盘定磁系方位；读数数字化，直读磁场值。
CR2-69型则是利用重力矩与磁力矩的平衡原理，以光系标尺上的读格，反映Z的相对变化
值。这些仪器在我国20世纪60、70年代的磁法勘探工作中，发挥了重要的作用。
第三节 质子磁力仪
质子磁力仪于20世纪50年代中期问世，在航空、海洋及地面等领域均得到了应用。它
具有灵敏度、准确度高的特点，可测量地磁场总强度T的绝对值（或相对值）、梯度值。
一、质子旋进及测量原理
（一）质子（核子）的旋进
质子磁力仪使用的工作物质（探头中）有蒸馏水、酒精、煤油、苯等富含氢的液体。水
（H2O）宏观看作是逆磁性物质。但是，其各个组成部分磁性不同。水分子中的氧原子核不
具磁性。它的10个电子，其自旋磁矩都成对地互相抵消了，而电子的运动轨道又由于水分
子间的相互作用被“封固”。当外界磁场作用时，因电磁感应作用，各轨道电子的速度略有改
变，因而显示出水的逆磁性。此外，水分子中的氢原子核（质子），由自旋产生的磁矩，将
在外加磁场的影响下，逐渐地转到外磁场方向。这就是逆磁性介质中的“核子顺磁性”。
当没有外界磁场作用于含氢液体时，其中质子磁矩无规则地任意指向，不显现宏观磁矩。
若垂直地磁场T的方向，加一个强人工磁场H0，则样品中的质子磁矩，将按H0方向排列起
来，如图3-3-1所示，此过程称为极化。然后，切断磁场H0，则地磁场对质子有μp×T的力
矩作用，试图将质子拉回到地磁场方向，由于质子自旋，因而在力矩作用下，质子磁矩μp
将绕着地磁场T的方向作旋进运动（称为拉莫尔旋进），如图3-3-1所示。它好像是地面上
倾斜旋转着的陀螺，在重力作用下并不立刻倒下，而是绕着铅垂方向作旋进运动。
（a ）样品中质子磁矩按外磁场方向排列示意
（b ）拉莫尔旋进示意
图3-3-1质子旋进示意图
（二）测量原理
理论物理分析研究表明，氢质子旋进的角速度ω与磁场T 的大小成正比，其关系为
ω=γp·T （3-3-1）
式中：γp 为质子的自旋磁矩与角动量之比，叫做质子磁旋比（或回旋磁化率），它是一个常数。根据我国国家标准局1982年颁布的质子磁旋比数值是
()811p 2.675 198 70.000 007 510T s γ??=±×
又因ω=2πf ，则有
223.487 4p T f f π
γ=?= （3-3-2）
式中：T 以纳特（nT ）为单位。由式可见，只要能准确测量出质子旋进频率f ，乘以常数，就是地磁场T 的值。
（三）质子旋进信号
从以上讨论可知，测定地磁场T 的量值，必须使质子作自由旋进运动，为此要将质子磁矩极化，使之偏离T 方向的一个角度。
通常采用的极化方法是：在圆柱有机玻璃容器内，装满富含氢的工作物质（如水等），容器置于线圈之中。线圈通以电流，使其内产生的极化（磁化）磁场H 0，其方向沿线圈轴线，大致垂直于地磁场T 。切断电流后，极化线圈亦作为接收线圈，并调谐在旋进频率f 上。质子磁矩的的旋进，将在接收线圈中产生感应电压信号。
在接收线圈内，感应信号的电压为
()()1
2'2101sin sin t T p p p V t C H T Tt e κγθγ?=? （3-3-3）
式中：C 为与线圈截面积、匝数及容器的充填因子有关的系数，对于一定的探头装置C 是一个常数；κp 为质子（核子）磁化率；H 0为极化磁场的强度；θ为线圈轴线与T 之夹角；t 1为切断极化场时刻起算的时间；1/T 2＇为衰减常数。
分析式（3-3-3）可得：
（1）感应信号的幅度与κp H 0成正比。κp H 0是在极化磁场作用下质子的磁化强度。为了获得强旋进信号，一方面要选用单位体积内质子数目多的工作物质，另一方面使用大极化电流，
产生强极化磁场，这也就提高了功率消耗。
（2）信号幅度与质子旋进圆频率ω=γp·T 成正比。若地磁场弱（T 值小），则旋进圆频率ω低，信号幅度也就小。目前，质子磁力仪的测程一般是20 000～100 000nT ，相当于旋进频率由851.52～4257.60Hz ，此频率范围对于地面、海洋及航空磁测来说，一般是足够的。
（3）信号幅度与sin 2θ有关。线圈轴线与T 的夹角θ在0～90°之间变化，其大小会影响旋进信号的振幅，而与旋进频率无关。当θ=π/4，
信号幅度只降低到最大幅度的一半，因此对探
头定向只要求大致与T 相垂直。但是，θ接近
于0°，则是探头的工作盲区。
（4）旋进信号是按指数函数规律衰减的正弦
信号，见图（3-3-2），其频率为ω=γp·T ，衰减
常数为1/T 2＇，它持续约几秒钟。感应信号的
衰减，与探头所处的磁场梯度有关，梯度越大，衰减愈快。可以精确地测定旋进频率（即测定地磁场值），所允许存在的地磁场最大梯度，
叫做仪器的梯度容限。
图3-3-3是 加拿大产GSM －19T 质子磁力仪。
图3-6-1 GSM －19T 质子磁力仪
二、国产磁力仪的发展现状
目前，国内磁法勘探除了使用国外磁力仪如ENVI （加拿大产）磁力仪、G856（美国产）磁力仪、GSM （加拿大产）磁力仪、Pos1（俄罗斯产）磁力仪、PMG （捷克产）磁力仪外，国产的磁力仪也得到广泛的应用。
1986年，我国地矿和核工业系统分别引进了加拿大的IGS-2/MP-4型和美国的G-856A 型的“微机质子磁力仪”，灵敏度为0.1nT ，观测精度达到±2.5nT 或更高，自动记录数据、自动日变改正、数据可以直接传送到其他计算机系统作进一步处理，同时，地质系统为推广使用MP-4仪器，在方法技术，推断解释等方面作了大量工作，制定了相应的规程，使我国的地面磁法勘探水平在短时间内达到国际先进水平，并得到全面推广。MP-4型仪器逐步国产化，到1993年共生产近300台，少部分仪器被我国计量部门采用当作标准仪器。G-856A 经过不断改进，如采用锂电池做电源，一直生产到今天，在各个系统得到广泛应用。
进入21世纪以来，随着国家对地质事业投资力度的加大，以及铁矿和多金属矿产资源的短缺，对质子磁力仪的需求猛增，北京地质仪器厂在MP-4经验的基础上，开发了全新的CZM-3型仪器，2005年投入市场。
图3-3-2 质子旋进信号的衰减
核工业系统的京核鑫隆公司在G856A的基础上，不断改进，最近推出了G856F高精度智能质子磁力仪，采用锂电池供电，外形保持了传统的结构。在地震、有色、地质、环保、冶金、石油勘探、煤田、科研等领域广泛使用。
2006年3月重庆奔腾数控技术研究所/重庆万马物探仪器有限公司开发的WCA-1质子磁力仪投产，灵敏度0.1nT。
2006年，廊坊瑞星仪器有限公司推出了灵敏度0.1nT的PM-1A型质子磁力仪，其特点是带有GPS，可外接GPS，存储测点坐标值，信号质量实时监控，信号质量下降可即时发现以便采取措施补救。
三、欧弗豪泽质子磁力仪
自20世纪60年代中期以来，法国、苏联、加拿大等国相继制成欧弗豪泽质子磁力仪。该仪器的探头一般有两个轴线互相垂直、且垂直地磁场的线圈，绕在盛有工作物质的有机玻璃容器外面，一个是高频线圈，产生射频磁场，频率等于电子顺磁共振频率，约为几十兆赫，另一个是低频接收线圈。在工作物质中，存在着电子自旋磁矩、及质子磁矩两个磁矩系统。在射频场的作用下，电子自旋磁矩极化，由于两种磁矩间的强相互作用，电子顺磁共振或电子的定向排列会导致核子的强烈极化，这种效应称为欧弗豪泽效应。因此质子磁矩沿地磁场方向磁化，可达很大数值，然后在垂直于地磁场方向上加一短促的脉冲磁场，叫做转向磁场，使质子磁矩偏离地磁场方向，质子即绕地磁场作旋进运动，测出旋进频率，即测出地磁场的量值。在欧弗豪泽效应作用之下，可用一个很小的探头即可得到很强的旋进讯号及很高的灵敏度，探头小还可提高梯度容限。由于射频场不间断的作用，因此产生一个不衰减的连续的质子旋进讯号，可以有很高的采样率甚至是连续地测定地磁场。
第四节 光泵磁力仪、磁通门磁力仪与超导磁力仪
一、光泵磁力仪
20世纪50年代中后期，卡斯特拉提出一种磁场谐振的光泵方法，许多国家开展光泵磁力仪的研究。光泵磁力仪同质子旋进磁力仪一样，它也是属于磁共振类仪器。所不同的是它利用的原理是电子的顺磁共振现象，而质子旋进磁力仪利用的核磁共振。因为这类仪器普遍采用“光泵技术”，所以被称为光泵磁力仪或光吸收磁力仪。
光泵磁力仪所利用的元素是氦、汞、氮、氢以及碱金属铷、铯等，由于采用磁共振元素不同而分为氦磁力仪和碱金属磁力仪；按采用的电路不同可分为自激式磁力仪和跟踪式磁力仪。光泵磁力仪之所以能测量磁场，是基于上述元素在特定条件下，能发生磁共振吸收现象（或叫光泵吸收），而发生这种现象时的电磁场频率与样品所在地的外磁场强度成比例关系。只要能准确测定这个频率，外磁场（地磁场）强度便可算得。这类磁力仪的灵敏度达到0.01nT，国土资源部航空物探遥感中心研制的HC-85跟踪式氦光泵磁力仪的灵敏度优于0.01nT，已成为我国上世纪末的主要航空磁力仪。
（一）光泵磁力仪的物理原理
1、塞曼分裂、能级跃迁。
原子内部轨道电子与原子核之间、电子与电子之间，有着相互作用，以及电子自身的运
动，使得原子具有一定的能量，称为原子的内能总能量。原子的内能是取不连续的能级分布。原子能级的分布，已为原子光谱学的研究实践所证实。
按照量子力学的概念，原子能级依次由主量子数n ，角量子数L ，内量子数J （与L 及电子自旋量子数S 有关），以及总角量子数F （与J 及核自旋量子数I 有关）来决定。
电子的绕核运动、电子自旋、及原子核自旋，使之均具有一定的磁矩，其磁矩的大小与各自的动量矩成比例。则原子磁矩是它们的矢量和。
原子磁矩在磁场的作用下，具有新的能量，此附加能量是量子化的，与其磁量子数m F 有关，m F 取值为0，±1，±2，……±F 。因此，原子在外磁场中，由于受到磁场的作用，同一个F 值的能级，可分裂成（2F +1）个磁次能级，叫做塞曼分裂。相邻磁次能级之间的能量差与外磁场成正比，这就为测定地磁场T 提供了可能。
原子中所有电子的能量之和越小，原子越稳定，此时原子的状态，称为基态。当电子从外界得到能量或向外界放出适当的能量时，即从一个能级跃迁到另一个能级，原子能级的变化，称为原子的跃迁。跃迁时两能级之间的能量差应满足玻耳频率条件，即
ΔE mn =E m -E n =hf （3-4-1）
式中，h 为普朗克常数，f 为跃迁频率。
当原子受到外界满足玻耳频率条件的电磁波作用，则发生受激跃迁，它既可使原子由低能级跃迁至高能级，也可由高能级跃迁到低能级，在射频范围内（f ≈106~1011Hz ）以受激跃迁为主。当原子未受外界影响，从高能级向低能级的跃迁，称为自发跃迁，在光波范围（f ≈1013~1015Hz ）内，以自发跃迁为主。
能级跃迁，须遵守跃迁选择定则，即只有满足下述量子数变化条件的能级之间，才发生跃迁。即：
ΔL =±1，ΔJ =0，±1，ΔF =±1，Δm F =0
或 ΔL =±1，ΔJ =0，±1，ΔF =0，±1，Δm F =±1
2、光泵作用
在光泵磁力仪中，有的以氦为工作物质。如图3-4-1所示，4He 原子的基态是1s 0 ，利用高频放电使其由基态过渡到亚稳态23s 1，利用波长
λ=1083.075nm （相当于23s 1→23P 1的辐射频率）的
D 1线右旋圆偏振光照射，使之激发跃迁。但是，
23s 1中m J =+1的磁次能级上的原子，因不满足跃迁
选择定则，不能吸收D 1线激发到23P 1的任何能级上
去。而m J =0，-1磁次能级上的原子，被激发跃迁到
23P 1（m J =1，0）的能级上。仅停留10-8秒后又以等
几率（按Δm J =0±1选择定则），跃迁回到23s 1的各
磁次能级（含m J =＋1）；经过τP 时间后，则亚稳态
23s 1中的原子可能全部集中于m J =＋1的磁次能级
上。实现了4He 原子磁矩在光作用下的定向排列，即光学取向。这种利用光能，将原子的能态泵激
到同一个能级上的过程，就叫做光泵作用。
由监控电子在塞曼次能级之间跃迁的拉莫尔频率的方法不同，光泵磁力仪分为跟踪式和自激振荡式两类，下面介绍跟踪式光泵磁力仪。
（二）跟踪式光泵磁力仪测定地磁场T
跟踪式光泵磁力仪的探头装置示意图如图3-4-2所示，氦灯内充有较高气压的4He ，受高频电场激发后，发出波长1083.075nm 单色光（D 1线），它透过凸镜、偏振片、及1/4
波长片，图3-4-1 4He （正氦）能级及光学取向示意图
形成1.08微米的圆偏振光照射到吸收室。光学系统的光轴应与地磁场（被测磁场）方向一致。吸收室内充有较低气压的4He ，经高频电场激发，其4He 原子变为亚稳态正氦，并具有磁性。从氦灯射来的圆偏振光与亚稳态正氦作用，产生原子跃迁。对于氦其跃迁频率f 与地磁场T 有如下关系：
图3-4-2 跟踪式光泵磁力仪探头装置示意图
() 28.023 560.000 3 20.035p f T T T f γπ?==±???=?
或 684 （3-4-2）
式中，T 以nT 为单位。这就是说，圆偏振光使吸收室内原子磁矩定向排列，此后由氦灯发出的光，可穿过吸收室，经凸镜聚焦，照射到光敏元件上，形成光电流。
在垂直光轴方向外加射频电磁场（调制场），其频率等于原子跃迁频率f 。由于射频磁场与定向排列原子磁矩的相互作用，从而打乱了吸收室内原子磁矩的排列（称磁共振）。这时，由氦灯射来的圆偏振光又会与杂乱排列的原子磁矩作用，不能穿透吸收室，光电流最弱，测定此时的射频f ，就可得到地磁场T 的值。当地磁场变化时，相应改变射频场的频率，使其保持透过吸收室的光线最弱，也就是使射频场的频率自动跟踪地磁场变化，实现对T 量值的连续自动测量。我国生产的HC-85、HC-2000型光泵磁力仪即为此类仪器，HC-2000型灵敏度达0.0025nT ，采样率：1-15次/秒，频率响应0~2HZ ，磁场工作范围：30000~70000nT ，三探头组合可测水平梯度。
GEOMETRICS 生产的G-858型铯光泵磁力仪采用自激式，其灵敏度当测速为1秒时达0.01nT ，测速为0.1秒，达0.05nT ，温漂0.05nT/C°，仪器的可选项可选择同时使用水平及垂直梯度仪，GPS 差分和目标分析软件，是一种轻便式高精度磁力仪。
图3-4-3 G-858型铯光泵磁力仪照片
二、磁通门磁力仪
磁通门磁力仪又名磁饱和磁力仪，于1933年左右发明，最初用于军事目的的探测，如探潜、探雷。在地球物理勘探工作中，首先用于航空磁测，属第二代航磁仪器。随后，我国曾研制生产CCM-1型、CCM-2及CCM-4型磁通门磁力仪用于地面磁测。
磁通门磁力仪利用高磁导率的坡莫合金，其磁通量密度（磁感应强度）B与外磁场H之间呈非线性关系，通过产生的电磁感应信号，来测量ΔT或ΔZ。
偶次谐波测量原理坡莫合金是一种高磁导率、矫顽力小的软磁性材料，它在外磁场作用下，极易达到磁化饱和，如图3-4-5所示。由图可见，外磁场H的很小变化，即引起磁感应强度B的很大变化，可以说它对磁场的变化起到了“放大”作用，也就是说坡莫合金对外磁场变化很灵敏。
仪器探头装置，如图3-4-6所示。磁芯为闭合磁路，在其两边绕以匝数相同、绕向相反的激励绕组，其外绕以信号绕组。对激励绕组给以交变电压，则有交变磁场作用于磁芯，其磁感应强度B达到高度饱和。
图3-4-5 坡莫合金磁滞回线 图3-4-6 探头结构图
当沿探头轴线方向，没有恒定外磁场作用时，则两边磁芯产生的B 1与B 2，其波形完全对称、相位相差180°，如图3-4-7所示。这时信号绕组接收到整个磁芯的交变磁感应强度B = B 1+ B 2=0，信号绕组没有感应电压输出。
当沿探头轴线，有恒定外磁场（比如地磁场T 或Z ）作用，则磁芯受二个磁场的磁化，其两边磁芯中的磁感应B ，在正、负半周内饱和程度不一，产生不对称的梯形波B 1与B 2，如图2.1-10所示，两者相位仍差180°。这时信号绕组接收的总磁通量B = B 1+ B 2≠0，将有感应电压脉冲输出，其幅度与外磁场的大小成正比，相位与其极性相对应。
根据傅里叶级数分析，或是频谱分析仪器的实际观测得知，一个非正弦周期的脉冲信号，可分解成一系列谐波分量时，其中频率为基波偶倍数的，叫做偶次谐波；频率为奇数倍的，就叫奇次谐波。
图3-4-7 外磁场为零时B 波形图 图3-4-8 外磁场不为零时B 波形图
由坡莫合金的B -H 曲线，在|H |≤H s 范围内，二者的关系可由下式描述
B =μ0H （a -b H 2） (3-4-3)
式中，a 、b 是常数，它取决于金属物质达到磁饱和的性质。
当给激励线圈施以磁场H =Z +H m sin ωt ，作用于磁芯装置，则接收线圈中产生感应电压的量值，由下式给定
dt
dB A e = (3-4-4) 式中，A 是与接收线圈有关的常数。
由（3-4-3）及（3-4-4）二式，可得e 由cos ωt 、sin2ωt 、cos3ωt 表达的关系式，说明输出
电压中包含了一次谐波（基波）、二次谐波、及三次谐波。且二次谐波项的系数中包含了Z，故只有外磁场Z≠0时，才有二次谐波出现，其振幅正比于外磁场Z的大小。
采用对称的磁芯装置，及线路设计，滤除一次谐波及三次谐波，在输出电压中保留二次谐波，通过测量其振幅来测定地磁场。
我国曾生产和使用CCK-1型航空磁通门磁力仪，及CCM-2型地面磁通门磁力仪。前者测量ΔT，后者测量ΔZ。它们均是利用偶次谐波的工作原理，在20世纪50-60年代航磁工作中使用过，后因仪器的灵敏度不太高，被核子旋进、光泵航空磁力仪所代替。地面磁通门磁力仪由于测量ΔZ以及梯度，使用方便等特点，较多的用于铁矿勘察与地下或水中铁质埋藏物的探测。我国近期研制的CCM-4型磁通门磁力仪分辨率达1nT，量程±19999nT，工作环境温度；-10℃~+50℃，数据液晶显示，仪器轻便性能稳定。同时开发研制成的CCT-2型智能化磁通门磁力梯度仪，分辨率0.1nT/字，温度系数≤0.5nT/C°，稳定性：在常温下4小时平均漂移小于1nT/h。用1926点阵液晶模块显示，可实时显示实测曲线，并与计算机联机后实现数据自动化处理。
三、超导磁力仪
超导磁力仪是20世纪60年代中期利用超导技术研制成的一种高灵敏磁力仪，又称为超导量子干涉仪（Superconducting Quantum Interference Device，SQUID)。其灵敏度高出其他磁力仪几个数量级，可达10-5~10-6nT，能测出10-3nT级磁场。它测程范围宽，磁场频率响应高，观测数据稳定可靠。
在应用地球物理方面，可制成航空磁力梯度仪、SQUID磁力梯度张量测量系统；在地磁学中可用于研究地磁场的微扰；在磁大地电流法中可用于测量微弱的磁场变化；它还可用于岩石磁学研究。由于这种仪器的探头需要低温条件，常用装于杜瓦瓶的液态氦进行冷却，因此装备复杂，费用较高。但是，随着超导技术研究的不断进展，相信在不久的将来，在地球物理学中应用会多起来。
超导磁力仪的基本原理如下：某些金属如锡、铅、锌、铌、钽和一些合金，当它们的温度降到绝对零度附近某一温度以下时，其电阻突然降为零值。这种在低温条件下，电阻突然消失的特性，称为超导电性，具有这种性质的物质叫超导体。电阻为零时的温度，称临界温度T c，如锡（3.7K）、铅（7.2K）、铌（9.2K）。
1962年约瑟夫逊提出并经实验证实，在两块超导体中间夹着的绝缘层，超导电子能无阻挡地通过，绝缘层二端无电压降，此绝缘层叫超导隧道结（约瑟夫逊结），这种现象叫做超导隧道结的约瑟夫逊效应。
超导磁力仪是利用约瑟夫逊效应测量磁场，其测量器件是由超导材料制成的闭合环，在一个或两个超导隧道结。超导隧道结的截面积很小，只要通过较小的电流（10-4～10-6A），接点处就达到临界电流I c（超过I c超导性被破坏，即超导隧道结所能承受的最大超导电流）。
I c对磁场很敏感，它随外磁场的大小呈周期性起伏，其幅值逐渐衰减。临界电流I c，也是透入超导隧道结的磁能量Φ的周期函数。它利用器件对外磁场的周期性响应，对磁能量变化（与外磁场变化成正比）进行计数，已知环的面积，就可算得磁场值。
图3-4-9 2G-755型立式超导磁力仪(美国)
第五节 测量岩（矿）石物性的仪器
磁力勘探一般可采用磁秤、质子磁力仪等测定岩石磁参数。但对于弱磁性的岩石需采用无定向磁力仪或旋转磁力仪等专门设计的仪器进行测定。
一、无定向磁力仪
我国曾生产一批WSW-1型无定向磁力仪，它主要用于古地磁标本测量。其核心部分磁系如图3-5-1所示。
无定向磁力仪一般由磁系、光泵、扭头、筒子、开关、
标本架和底座等部分组成。标本架位于下部磁棒附近，其
升降可用多头螺丝控制，可使待测标本的中心，快而准地
同下部磁棒处于同一水平面内。标本到磁棒中心的距离可
由标本架前的刻度尺读出。
磁系放置于圆柱形磁屏蔽筒内，两个磁矩相等、极性
相反的磁棒M 1与M 2，其间距离150mm ，固定在一根长约
170mm 的轻质铝杆上，用扭力系数近于零的悬丝，将铝杆
吊起，如图3-5-2所示。由于磁系的总磁矩为零，因而它不
受均匀磁场的影响，若悬丝的扭力系数为零，则磁系可静止在任意方位上，故称为“无定向磁系”。磁系对不均匀磁
场却很灵敏。
若在磁系下部磁棒所在平面的中垂线上放置岩石标本，地磁场水平分量H 对磁系不起作用，此时受标本弱磁场h 作用，如图3-5-2所示，其平衡方程式为
h M 1cos θ=τθ （3-5-1）
式中，h 是标本的磁场。一般偏转角θ很小，由（3-5-1）式有
τθ1M h
=?? （3-5-2）
图3-5-1 无定向磁系图
无定向磁系下部磁棒其磁矩M 1一般较大，悬丝扭力系数τ非常小，所以其灵敏度很高，且τ愈小，灵敏度愈高。
图3-5-2 无定向磁系受标本磁场作用 图3-5-3 单磁棒受磁场作用
若是单磁棒，如图3-5-3所示，则它既受标本磁场h 的作用，亦受地磁场H 的作用，其力矩平衡方程式为
H 1M 1cos θ=HM 1sin θ+τθ （3-5-3）
此式分别对θ与h 微分，并考虑偏转角θ很小，即cos θ≈1，sin θ≈0，则有
τ
θ+=??1HM M h 1 （3-5-4） 对比（3-5-2）与（3-5-4）两式可见，无定向磁系灵敏度要比单磁棒的灵敏度高得多。
二．旋转磁力仪
旋转磁力仪是应用于岩石磁学和古地磁学中测定岩石磁性参数的高灵敏度仪器。 旋转磁力仪是根据电磁感应原理设计的。该仪器是将弱磁性标本放在由一对线圈组成的传感器里，以一恒定的角速度旋转标本，则传感器线圈中将产生感应交变电压。而电压的振幅取决于和旋转轴相垂直的磁化强度分量和旋转度。旋转磁力仪的原理框图如图3-5-4所示。
图3-5-4 旋转磁力仪原理框图
旋转磁力仪一般由传感装置、测试装置和电源三部分组成：
1. 传感装置 ①驱动系统：由两个坡莫合金罩所屏蔽的直流马达驱动，并受一个晶体振荡器所控制，使其转速稳定。②旋转系统：旋转系统的轴镶在本系统的盒内，由两个轴承所支撑。样品支架卡在旋转轴上。③传感线圈：传感线圈的绕组是一个截面为正方形的环匝并灌入环氧树脂而成型的。当处于工作状态时，传感器就成了一个与赫姆霍兹线圈相似的系统。为了便于在支架上装卸样品，线圈可以倾斜。为了消除伪磁场的效应，用三层坡莫合金罩把传感器屏蔽。④支撑和弹簧系统：为了把机械振动对传感器的影响减小到最低限度，仪器设置了支撑和弹簧装置。
2. 测试装置 传感线圈产生的讯号经前置放大后，通过屏蔽后送入测试装置。这个讯号在这里经过具有可调增益性能的缓冲放大器到达具有几个档的量程选择器。讯号经位相屏蔽后再经放大送入同步的两个滤波器和两个检波器。然后由数字电压表测读。
3. 电源：包括一个带有平滑稳定装置的转换滤波器。
三．磁化率仪
磁化率仪是用于野外实时测量岩石露头与标本磁化率的仪器。
SM-30磁化率仪体积只有手掌大小,但精度高，可达到10-7SI ，适用在野外地质勘探和快速实验室分析，对岩石或岩心样品进行分析和分类。能测出顺磁性、反磁性、铁磁性岩石的细微差别并较精确地给出磁化率。
该仪器包含一个振荡器和一个检波线圈，振荡
器的频率取决于仪器到岩石的距离，频率的变化与
岩石磁化率的量值成比例。通过两次振荡频率的测
量来获得频率的变化。第一次测量在岩石附近完
成，称为“检波阶段”。第二次测量远离岩石（自
由空间测量），该步骤被称为“补偿阶段”。
第二次测完后，两次的结果自动相减并显示出
来。图3-5-5是捷克产SM-30磁化率仪。
习 题
1.
磁力仪的格值和灵敏度有何不同？ 2.
当悬丝式磁力仪磁系的磁棒S 极向下偏θ角时，画图并写出磁系平衡方程。 3.
质子旋进式磁力仪测量外磁场的基本原理。 4.
质子磁力仪、光泵磁力仪、磁通门磁力仪，测量外场原理的异同点。 5.
什么叫无定向磁系？
发展趋势与本章参考文献
磁场是具有方向和幅值的矢量场。在磁法勘探早期，人们就意识到磁场的矢量信息和空间导数对局部地质构造的重要性。随着新物理原理的应用与仪器制造水平的提高，磁法勘探也由单分量测量向梯度测量、矢量测量，以及张量测量方向发展。
利用微观世界中与磁场有关的现象(这些现象要用量子理论解释)来测量磁场的仪器,都可称为量子磁力仪,从这个意义上说,核子旋进磁力仪(质子磁力仪)、欧弗豪泽效应磁力仪(Overhauser effect Magnetometer,OVM)、氦3磁力仪、光泵磁力仪(钾、铷、铯、氦4)、超导磁力仪(超导量子干涉磁力仪Superconducting Quantum Interference Device, SQUID),都是量子磁力仪。不过在习惯上,人们把核子旋进磁力仪(包括欧弗豪泽效应磁力仪、氦3磁力仪)和光泵磁力仪称为量子磁力仪。这两类磁力仪都是利用亚原子粒子(质子、电子)的自旋。在上述磁力仪中,在4°K 条件下工作的SQUID,灵敏度最高,达到1fT/Hz 1/2(1fT=10-15T,fT 飞特),
而且
图3-5-5 SM-30磁化率仪(捷克)
测程大,能够响应快速变化的磁场,就是说频带很宽(0~n ×106Hz)。因此,在某些领域(例如,在生物磁学方面),其它类型的磁力仪目前还无法取代它。但需要低温条件使它的应用受到限制。
目前美国和俄罗斯等国科学家正在积极研究和开发另一种量子磁力仪———原子磁力仪。原子磁力仪和光泵磁力仪一样,也是利用某种气态碱金属(例如钾)原子中电子的自旋,它涉及的检测方法和光泵磁力仪有些不同,更复杂一些。和美籍华裔物理学家朱棣文(Steven Chu)共同获得1997年诺贝尔物理学奖的法国物理学家科恩-唐努吉(Claude Cohen-Tannoudji)早在20世纪60年代末就研究过原子磁力仪,他指出,原子磁力仪依据的原理,是测量其电子自旋已被极化的原子在磁场中的进动(旋进)。最近由美国普林斯顿大学物理系M.V .Romalis 教授和位于西雅图的华盛顿大学物理系的J.C.Allred 等研制成的一种新型原子磁力仪,完全利用光学方法测量磁场,灵敏度达到0.54fT/Hz1/2(1fT=10-15T,fT,飞特),经过改进后还可提高到10-2~10-3fT/Hz1/2,空间分辨率达到毫米级。在弱磁场中工作时,这种磁力仪的灵敏度可能达到10-18T(10-18T= 1aT, aT,阿特)的数量级,那将比SQUID 灵敏1000倍。这种磁力仪不需要低温条件。
下面介绍几种分量、梯度与张量的仪器：
1、地面三分量磁力仪
用于地磁台站或固定场所(如船坞、实验室)
高稳定性三分量磁力仪和多通道(总通道数可达
数百道) 的磁通门探测系统已经广泛应用。如
BD10-15台站型三分量磁通门磁力仪（图
3-6-2 ），适用于地磁台长期观测地磁场变化。
主要特点是，传感器和补偿线圈结构稳定，受温
度影响小，分辨率为0.1nT 。
FVM - 400三轴磁通门磁力仪可用于地面三
分量磁测，它能在选用直角坐标模式下显示磁场的大小，磁倾角和磁偏角三个参数，且不需要再
进行手工的计算，使用便捷，效率较高，不过精度较低，为1nT 。
图3-6-3 FVM-400三轴磁通门磁力仪(美国)
2、磁力梯度仪
图3-6-2 BD10-15台站型三分量磁通门磁力仪
磁力梯度测量有两种方式，一种是
水平梯度测量，一种是垂直梯度测量。
均是用两个探头以一定的间隔水平或垂
直放置测定其差值，使用的仪器类型有
磁通门、质子旋进与光泵等磁力仪。
Grad601是一款垂直分量的磁通门
磁力仪，由一只或两只状探头组成，每
一个探头包含两个垂直相隔1米的磁通
门磁力计。Grad601用于管线、电缆、
废弃垃圾桶和考古点等定位应用。
3、SQUID(超导量子干涉仪，
Superconducting Quantum Interference
Device ，SQUID)磁力梯度张量测量系统
上世纪九十年代末以来，美国，德
国，澳大利亚等国研制成功用于测量磁
力梯度张量仪器。主要有磁通门磁力仪
和超导磁力仪，后者又分为高温(77o k ，
液氮冷却)和低温(4o k ，液氦冷却)两种。
德国1997年开始研究和开发航空全张
量磁力梯度仪，利用液氦冷却的薄膜技术制成低温超导量子干涉仪。于2004年在南非用直升飞机和固定翼飞机进行了全张量磁力梯度仪系统的飞行试验，测得了约100km (线距100m )的梯度张量数据。
参考文献
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图3-6-7 Grad601梯度磁力仪
海洋磁力仪的原理与技术指标对比分析
海洋磁力仪的原理与技术指标对比分析第 26卷第 2期海洋测绘Vo l126 , No12 2006年 3 月 M a r1, 2006 H YDRO GRA PH IC SURV EY IN G AND CHAR T IN G 海洋磁力异常逼近方法研究 1 1 1 2 1金绍华 ,于波 ,刘雁春 ,翟国君 ,边刚 ( )11海军大连舰艇学院海洋与测绘科学系 ,辽宁大连 116018; 21海军海洋测绘研究所 ,天津 300061 摘要 : 通过对常用的数值逼近方法的分析和研究 ,针对海洋磁力测量的特点 ,仿真计算分析了移动曲面法、 H a rdy多面函数法、Shep a rd法和 Kriging法在不同情况下的插值精度。同时 ,给出了一个实例来计算分析四种逼近 方法插值精度。仿真与实例计算结果表明 ,已知点的分布情况及磁异常变化情况不同时 ,四种逼近方法的插值精 度是不同的。针对不同的情况 ,本文总结出了适合于海洋磁力异常逼近的方法。 关键词 : 海洋磁力异常 ;逼近 ;插值精度 + 中图分类号 : P31816 3 ( ) 文献标识码 : A 文章编号 : 1671 23044 2006 0220006 203 2 2 ( ) z x, y = a+ ax + ay + ax y + ax+ ay 0 1 2 3 4 5 1 引言 ( ) 1 ( ) ( ) 式中 , z x, y 为已知点 x, y 的磁力异常值 , a、a、 0 1 ,得到由于海洋磁力测量属于点线状测量模式
a、a、a、a为拟合系数。 2 3 4 5 的观测结果往往是离散的 ,然而海洋磁场 本身却是 ( ) 由 1 式依据最小二乘原则可以求得拟合系数连续的 ,因此 ,根据观测的 离散数据寻找磁场的解析 a、a、a、a、a、a, 即可得到曲面方程。然后依据曲 0 1 2 3 4 5 表达式一 直在不断研究探索。将离散的磁异常值表 面方程可求得任一未知点处的逼近值。示成解析形式 ,便于利用计算机仿真 技术模拟海洋 [ 3 ]磁场的变化形态 ,反映测区的总体特征。 212 H a rdy多面函数法 磁力异常逼近技术是能够反映磁场连续变化的( ) 在平面坐标系中 ,若将磁力 异常函数 z x, y 表主要手段 ,对于反映整个中国海区的磁力异常变化示为 : n 特性 ,可以选取均匀分布整个中国海区的离散磁异 )( )( ) ( z x, y = aQ x, y, x, y2 i j j ? 常值 ,利用多项式模型、矩 谐模型、冠谐模型等建立 j = 1 [ 1 ] 磁异常模型 ,来分析中国海区的磁异常变化。而 ( ) x , y 为式中 , n 为核函数的个数 ; a 为待定参数 ; i j j 对于 小范围的磁异常变化特性可以采用数学逼近方 ( ) 已知磁异常点坐标 ; Q x, y, x, y为核函数 , 一般选 j j 法进行分析与研究。目前 ,主要的逼近方法有移动 用如下形式 : 2 2 曲面法、多项式拟合法、多面函数法、移动曲面法、 2ΔδΔ ( ) Q x, y, x , y = x+y+ j jj j Kriging逼近法和 Shep a rd方法。它们在陆地上 重力ΔΔδ式中 , x = x - x; y = y - y;为平滑因子 , 在海 j j j j 异常逼 近中取得了良好的效果 ,不失一般性 ,这些方 2 ( δ洋磁力测量中可令 = 0。 对于 m 个已知点 x , 1 法也可用来对海洋磁力测量的异常进行逼近。本文 ) ( ) ( ) ( ) y, x, y,x, y由 2 式可列 m 个方, 1 2 2 m m 介绍了几种常用的
遥感技术在海洋中的应用
遥感技术在海洋中的应用 海洋覆盖着地球面积的71%，容纳了全球97%的水量，为人类提供了丰富的资源和广阔的活动空间。随着人口的增长和陆地非再生资源的大量消耗，开发利用海洋对人类生存与发展的意义日显重要。所以，必须利用先进的科学技术，全面而深入地认识和了解海洋，指导人们科学合理地开发海洋。在种种情况下，遥感技术应运而生。 1.遥感技术在海洋中应用的优越性 与常规的海洋调查手段相比海洋遥感技术具有许多独特的优点： 第一，它不受地理位置、天气和人为条件的限制，可以覆盖地理位置偏远、环境条件恶劣的海区及由于政治原因不能直接去进行常规调查的海区。 第二，卫星遥感能提供大面积的海面图像，每个像幅的覆盖面积达上千平方公里，对海洋资源普查、大面积测绘制图及污染监测都极为有利。 第三，卫星遥感能周期性地监视大洋环流、海面温度场的变化、鱼群的迁移、污染物的运移等。 第四，卫星遥感获取的海洋信息量非常大。 第五，能同步观测风、流、污染、海气相互作用和能量收支情况。 2.遥感技术在海洋中的应用 2.1在海岸开发中的应用 我国有1．8万公里海岸线，海岸带面积约35万平方公里，其中泥沙问题比较突出，特别是黄河、长江、杭州湾、珠江口等大的河口，年平均输沙量在5—12亿吨以上。如果我们掌握了泥沙的运动规律，加以很好地利用，就是一笔巨大的财富；反之，则会带来巨大的灾难。利用多时相的卫星遥感图像不仅可以反映大面积海区水体表层悬浮泥沙的分布规律和变化动态，而且还可以确定大风天时高含沙量的活动范围。这些信息对新港口选址、新航道的开辟、近海石油开采以及解决旧港口淤积等问题是必不可少的依据。 2.2在海洋渔业中的应用 卫星遥感信息可以用于渔场海洋环境研究，主要有： ①水温反演：海水温度与鱼类的生存、洄游有着密切关系，各种鱼类不仅有自己最适生存温度范围，而且随季节进行适温洄游。气象卫星可提供大面积海面
线性系统的时域分析法第七讲
第三章 线性系统的时域分析法 3.1 引言 分析控制系统的第一步是建立模型，数学模型一旦建立，第二步 分析控制性能，分析有多种方法，主要有时域分析法，频域分析法，根轨迹法等。每种方法，各有千秋。均有他们的适用范围和对象。本章先讨论时域法。 实际上，控制系统的输入信号常常是不知的，而是随机的。很难用解析的方法表示。只有在一些特殊的情况下是预先知道的，可以用解析的方法或者曲线表示。例如，切削机床的自动控制的例子。 在分析和设计控制系统时，对各种控制系统性能得有评判、比较的依据。这个依据也许可以通过对这些系统加上各种输入信号比较它们对特定的输入信号的响应来建立。 许多设计准则就建立在这些信号的基础上，或者建立在系统对初始条件变化（无任何试验信号）的基础上，因为系统对典型试验信号的响应特性，与系统对实际输入信号的响应特性之间，存在着一定的关系；所以采用试验信号来评价系统性能是合理的。 3.1.1 典型试验信号 经常采用的试验输入信号： ① 实际系统的输入信号不可知性； ② 典型试验信号的响应与系统的实际响应，存在某种关系； ③ 电压试验信号是时间的简单函数，便于分析。 突然受到恒定输入作用或突然的扰动。如果控制系统的输入量是随时间逐步变化的函数，则斜坡时间函数是比较合适的。 （单位）阶跃函数（Step function ） 0,)(1≥t t 室温调节系统和水位调节系统 （单位）斜坡函数（Ramp function ） 速度 0,≥t t ∝ （单位）加速度函数（Acceleration function ）抛物线 0,2 12 ≥t t （单位）脉冲函数（Impulse function ） 0,)(=t t δ 正弦函数（Simusoidal function ）Asinut ，当输入作用具有周期性变化时。 通常运用阶跃函数作为典型输入作用信号，这样可在一个统一的基础上对各种控制系统的特性进行比较和研究。本章讨论系统非周期信号（Step 、Ramp 、对正弦试验信号相应，将在第五章频域分析法，第六章校正方法中讨论）作用下系统的响应。 3.1.2 动态过程和稳态过程
卫星遥感技术应用
卫星遥感技术应用 卫星遥感技术应用现状（对地）首先，到目前为止，我国已经成功发射了十六颗返回式卫星，为资源、环境研究和国民经济建设提供了宝贵的空间图像数据，在我国国防建设中也起到了不可替代的作用。我国自行研制和发射了包括太阳和地球同步轨道在内的六颗气象卫星。气象卫星数据已在气象研究、天气形势分析和天气预报中广为使用，实现了业务化运行。一九九九年十月我国第一颗以陆地资源和环境为主要观测目标的中巴地球资源卫星发射成功，结束了我国没有较高空间分辨率传输型资源卫星的历史，已在资源调查和环境监测方面实际应用，逐步发挥效益。我国还发射了第一颗海洋卫星，为我国海洋环境和海洋资源的研究提供了及时可靠的数据。 其次，除了上述发射的遥感卫星外，我国还先后建立了国家遥感中心、国家卫星气象中心、中国资源卫星应用中心、卫星海洋应用中心和中国遥感卫星地面接收站等国家级遥感应用机构。同时，国务院各部委及省市地方纷纷建立了一百六十多个省市级遥感应用机构。这些遥感应用机构广泛的开展气象预报、国土普查、作物估产、森林调查、地质找矿、海洋预报、环境保护、灾害监测、城市规划和地图测绘等遥感业务，并且与全球遥感卫星、通信卫星和定位导航卫星相配合，为国家经济建设和社会主义现代化提供多方面的信息服务。这也为迎接2 1世纪空间时代和信息社会的挑战，打下了坚实的基础。 最后，非常关键，必须要重点指出的是两大系统的建立完成。一是国家级基本资源与环境遥感动态信息服务体系的完成，标志着我国第一个资源环境领域的大型空间信息系统，也是全球最大规模的一个空间信息系统的成功建立；二是国家级遥感、地理信息系统及全球定位系统的建立，使我国成为世界上少数具有国家级遥感信息服务体系的国家之一。我国遥感监 测的主要内容为如下三方面； 1、对全国土地资源进行概查和详查； 2、对全国农作物的长势及其产量监测和估产； 3、对全国森林覆盖率的统计调查。 卫星遥感技术在海洋中的应用 2.2.1 在海岸开发中的应用 我国有 1．8 万公里海岸线，海岸带面积约 35万平方公里，其中泥沙问题比较突出，特别是黄河、长江、杭州湾、珠江口等大的河口，年平均输沙量在5—12 亿吨以上。如果我们掌握 了泥沙的运动规律，加以很好地利用，就是一笔巨大的财富；反之，则会带来巨大的灾难。利用多时相的卫星遥感图像不仅可以反映大面积海区水体表层悬浮泥沙的分布规律和变化动态，而且还可以确定大风天时高含沙量的活动范围。这些信息对新港口选址、新航道的开辟、近海石油开采以及解决旧港口淤积等问题是必不可少的依据。 2.2.2 在海洋渔业中的应用 卫星遥感信息可以用于渔场海洋环境研究，主要有：第一、水温反演：海水温度与鱼类的生存、洄游有着密切关系，各种鱼类不仅有自己生存的最适温度范围，而且随季节进行适温洄游。海洋卫星可提供大面积海面温度信息，为渔业生产服务。第二、流隔研究：海洋中存在着不同的流系，不同流系之间存在着较大的温度梯度，成为流隔。计算机对红外图像进行密度分割处理后，可以清楚反映出不同流系分布，为确定中心渔场提供指标。第三、渔场小尺度水文现象监测：当利用卫星监测到渔场存在着直径为几十到几百公里的中、小尺度冷水涡 旋时，在涡旋中心附近可形成中心渔场。第四、叶绿素浓度分析：海洋捕捞资源是以浮游生物年产量为基础，通过浮游生物年产量的测定，来估算捕捞资源潜力。而海洋叶绿素又是反映海洋浮游生物光合作用的重要参数。海洋卫星可以提供海洋中叶绿素相对浓度分布。 2.2.3 在保护海洋生态环境中的应用
海洋磁力仪的应用
试析海洋磁力仪的应用姜进胜 摘要:目前来说,磁力仪分为质子旋进式与光泵式两种基本类型,本文就围绕着质子旋进式与光泵式两种海洋磁力仪对其应用展开 了探讨,并且对质子旋进式海洋磁力的一个发展分支——sea spy磁力仪的原理及应用进行了介绍,最后,对海洋磁力仪的其他应用做 了简要概述。 关键词:质子旋进式光泵式 sea spy 中图分类号:tp212．13 文献标识码:a 文章编 号:1672-3791(2012)06(b)-0089-01 人们在早期的生产实践活动中就已经对地磁场有了初步的认识,磁力线是从地球的北极出发一直延伸到地球的南极的,随着时间的推移,科技在不断进步,磁力仪的种类发展越来越来多。众所周知,磁法勘测在海洋地理调查中起着至关重要的作用,所以海洋磁力仪的普及使用也在海洋调查中大面积开展起来。 1 海洋磁力仪的原理与应用 在被大家熟知每一片地球区域,相关磁力场都是有规律的存在与分布着的。某一区域的的磁力场如果受到外界铁质物体的入侵,则这个磁力场将会受到铁质物体在磁力场中产生的相对于本磁力场 的外力作用,从而对该磁力场造成干扰。这些外力干扰基本上都是存在于这个入侵的铁质物体的周围的。磁力在磁场中的相关应用可以帮助工作人员测量出某个地球区域的磁场强度,如果磁场受到外
来入侵,导致了场强变化,放置在其中的磁力仪也会相应地改变磁力数值,由于能够改变磁力场的物质都是铁磁物质构成的,所以磁力仪能够勘测出任何会使磁力场发生改变的物体,同样,磁力仪的使用能够满足人们的应用需要。海洋磁力仪就是测量地球磁力场强度的一款精度很高的测量设备。磁力仪的两种基本类型分为质子旋进式与光泵式两种,sea spy磁力仪是质子旋进式的一个发展分支,它也属于质子旋进式。 1.1 质子旋进式磁力仪 标准质子旋进式磁力仪是将少量附有氢原子核的液体,比如说甲醇或者煤油之类的,装入其传感器中。在这些液体中,除了氢原子核能够显示较为微弱的磁矩,其的自旋磁矩并没有被抵消,液体中的其他分子的自旋、电子轨道以及原子核自选的所有相关磁矩都被成对地进行了彼此抵消。氢原子在外磁场强度为零值时的磁矩取向是任意无规则的。 当传感器中富含氢原子的液体周围被附加上了由线圈产生的强大的人造磁场,则这个然早磁场会引起液体中的大量质子向同一方向自旋,并且这些质子的排列方向都是定向地以人造磁场方向为自旋轴进行排列的。一旦这种人造磁场消失,就会发生质子旋进现象,具体表现为氢原子在地磁场力与其的原本持有的自旋惯性的相互作用下以同样的相位往磁场方向旋进。 在质子旋进的初期阶段,由于质子的相位相同,通过其磁性的宏
海洋遥感技术实习报告
实习报告 课程名称：遥感技术原理及应用 实习名称：高级高光谱遥感应用 院（系）： 专业班级： 姓名： 学号： 指导教师： 2013年1月6日
一、实习时间 2012年12月31日至2013年1月06 日 二、实习地点 天津科技大学9-513海洋信息技术实验室 三、实习目的： 理论与实验课的综合运用，提高课堂与实践相结合的分析能力 1、理解高光谱概念、地物光谱仪、光谱数据库、高光谱传感器； 2、掌握ENVI软件的基本功能； 3、熟悉ENVI遥感影像处理的一般方法； 4、进一步掌握高级高光谱分析及制图方法； 5、理解MNF理论及算法，线性混合波谱理论； 6、总结获取高光谱端元的方法。 四、实习主要仪器设备，软件及数据 1、硬件准备：PC机； 2、操作系统：Linux系统或Windows 2k以上系统； 3、软件工具：ENVI 4、数据：美国California州A VIRIS影像数据，及USGS植被及矿物的光谱库数据 路径：CD1/m94avsub；CD1/spec_lib；CD2/C95avsub；CD2/ spec_lib。 5、文献阅读、网上电子图书馆。 五、AVIRIS及测谱学（Imaging Spectroscopy）介绍 1、介绍测谱学； 测谱学（Imaging Spectrometry)：成像光谱仪（Imaging Spectrometers）或高光谱传感器（Hyperspectral Sensors）都是遥感仪器，其将影像传感器的空间表述同光谱仪的分析能力结合在了一起。它们有多达几百个的狭窄波谱通道，波谱分辨率通常小于10nm。成像光谱仪将为影像中每一个像元提供完整的波谱曲线。将这些同宽波段（broad-band）多光谱扫描仪，如TM 进行比较：TM 只有6 个波段，其波谱分辨率大于100nm。使用成像光谱仪产生的高光谱分辨率影像，其最终结果可以帮助我们鉴别物质，而使用宽波段传感器只能区
海洋遥感的应用与展望
海洋遥感的应用与展望 摘要:海洋遥感利用电磁波与大气和海洋的相互作用原理观测和研究海洋,以海洋及海岸带作为监测、研究对象,具有快速、多波段、周期性、大面积覆盖等观测能力的空间遥感技术。回顾了海洋遥感发展的4个阶段,介绍了海洋遥感在海洋资源环境调查、动态监测以及海洋污染等方面的应用。最后,提出了海岸带遥感动态监测技术的精确化和定量化研究、海洋遥感地理信息系统建设以及海洋小卫星遥感的应用是未来海洋遥感研究和应用的重点。 海洋覆盖地球面积的71%,容纳了全球97%的水量,为人类提供了丰富的资源和广阔的活动空间,“海洋是全球生命支持系统的一个基本组成部分,是一种有助于实现可持续发展的宝贵财富”(联合国《21世纪议程》,1992),开发利用海洋对人类生存与发展的意义日显重要。多年来国内外投入了大量的人力、物力和财力,利用先进的科学调查技术以求全面而深入地认识和了解海洋,指导人们科学合理地开发海洋、改善环境质量。传统的海岸调查在资料获取、信息处理等方面存在较大局限,主要表现在海岸环境的进入性与通达性较差;近海和海岸环境复杂多变,难以进行多变量同步控制观测;海岸环境变化周期长、信息量大,难以取得理想的可控制数据,在实时处理上也有很大困难。因而,常规的海洋观测手段不可能全面、深刻地认识海洋现象,也不可能掌握全球大洋尺度的过程和变化规律。在海洋资源开发、全球性环境变化监测、海洋权益的维护及沿海地区的综合开发和管理上,都需要有一种新的海洋观测技术替代或补充传统的常规海洋调查方法,而海洋遥感所具有的大范围实时同步、全天时、全天候多波段成像技术优势可以快速地探测海洋表面各物理参量的时空变化规律。海洋遥感(Oceanographic Remote Sensing)是指以海洋及海岸带作为监测、研究对象的遥感,包括物理海洋学遥感,如对海面温度、海浪谱、海风矢量、全球海平面变化等的遥感;生物海洋学和化学海洋学遥感,如对海洋水色、黄色物体、叶绿素浓度等的遥感;海冰监测,如监测海冰类型、分布和动态变化;海洋污染监测,如油膜污染等。海洋遥感是利用电磁波与大气和海洋的相互作用原理观测和研究海洋的,其内容涉及到物理学、海洋学和信息科学等多种学科,并与空间技术、光电子技术、微波技术、计算机技术、通讯技术密切相关,是20世纪后期海洋科学取得重大进展的关键学科之一,形成了从海洋波谱分析到海洋现象自动识别等一套完整的理论与方法。海洋遥感与常规的海洋调查手段相比具有许多独特的优点:首先,它不受地表、海面、天气和人为条件的限制,可以探测地理位置偏远、环境条件恶劣等不能直接进入的海区;其次,它的宏观特性使它能进行大范围海洋资源普查、海洋制图以及海冰、海洋污染监测;第三,能周期性地监测大洋环流、海面温度场的变化、鱼群的迁移、污染物的运移等;第四,多波段、高光谱海洋遥感可以提供海量海洋遥感信息,开拓人们的视野;第五,能达到同步观测风、流、污染、海气相互作用,并获取能量收支信息。 1 发展回顾 海洋遥感的发展过程,大致经历了4个阶段: 第1阶段(1957~1970年)是起步阶段。 自从1957年前苏联发射了第一颗人造地球卫星以后,人类就步入了太空时代,空间海洋观测是人类空间计划中最早的项目之一。1960年4月1日,美国宇航局(NASA)发射了第一颗气象卫星TIROS-Ⅰ(泰罗斯),其热红外图像能够显示无云海区丰富的海面温度信息,卫星数据由此成为海洋学研究的新的信息源。随后发射的TIROS-Ⅱ卫星,开始涉及海温观测。1961年美国执行水星计划,宇航员有机会在高空亲眼观察海洋。其后,Gemini与Apollo宇宙飞船获得大量的彩色图像以及多光谱图像。尽管这些航天计划主要试验目的是空间技术,但它已展现了从空间观测和研究海洋的潜力。
干涉合成孔径雷达在海洋遥感中的应用
干涉合成孔径雷达在海洋遥感中的应用 1.干涉合成孔径雷达的原理 1．1 雷达的原理 雷达遥感（微波遥感）可分为主动和被动两种方式。被动方式与可见光和红外遥感类似，是由微波扫描辐射计接收地表目标的微波辐射。目前多数星载雷达采用主动方式，即由遥感平台发射电磁波，然后接收辐射和散射回波信号，主要探测地物的后向散射系数和介电常数。它发射的电磁波波长一般较长，在1mm至1m之间。合成孔径雷达（SAR）概念的提出是相对真实孔径雷达天线而提出的。对于真实孔径雷达，当雷达随载体（飞机或卫星）飞行时，向地表发射雷达波束，然后接受地面反射信号，这样便得到了地表雷达图像。 我们知道卫星雷达天线越长，对地物的观测分辨率就越高。由于受雷达天线长度的限制，真实孔径雷达的地表分辨率往往很低，难以满足应用要求。而合成孔径雷达正是解决了利用有限的雷达天线长度来获取高分辨率雷达图像的问题。 合成孔径雷达（SAR，Synthetic Aperture Radar）技术是干涉合成孔径雷达（INSAR，Interferometric Synthetic Aperture Radar ，简称：干涉雷达）技术和差分干涉合成孔径雷达（D-INSAR，Differential Interferometric Synthetic Aperture Radar ，简称：差分干涉雷达）技术的基础，它涉及到侧视雷达系统、雷达波信号处理技术以及雷达图像的生成等诸方面。而干涉雷达技术和差分干涉雷达技术则是基于合成孔径雷达技术的图像处理方法和模型，是合成孔径雷达技术的应用延伸和扩展。 合成孔径雷达干涉测量技术（INSAR，Interferometric Synthetic Aperture Radar；简称：干涉雷达测量）是以同一地区的两张SAR图像为基本处理数据，通过求取两幅SAR图像的相位差，获取干涉图像，然后经相位解缠，从干涉条纹中获取地形高程数据的空间对地观测新技术。 差分干涉雷达测量技术（D-INSAR）是指利用同一地区的两幅干涉图像，其
海洋磁力测量技术应用及发展现状
海洋磁力测量技术应用及发展现状 一、引言 海洋是地球最广阔的区域，占地球表面积的71％，目前海底还有95％的未知世界。21世纪是海洋世纪，着力打造“向海经济”，搞好“21世纪海上丝绸之路”，发展海洋磁力测量技术是海洋测量技术的重要组成部分。 海洋磁力测量技术是认识和开发海洋的重要手段，海洋磁场信息是海战场环境信息建设的重要组成部分，也是地球物理场和海洋地质科学研究的主要内容之一。海洋磁力测量的对象主要是地磁场或地磁异常场。地磁场是随时间和空间而变化的矢量场，海洋磁力测量技术属于弱磁场探测技术，海洋磁力测量的任务就是通过各种手段获取海洋区域地磁 场的分布和变化特征，为进一步研究、解释和应用海洋磁力信息提供基础数据支撑。 海洋磁力测量在军事领域和民用领域都有广泛应用，高精度的海洋磁场信息可为地震监测与研究、海底地质研究、海洋矿产资源勘探、海洋沉船打捞搜救、海洋油线管道调查、水下磁性目标探测、导弹地磁匹配导航、水下潜器自主导航等方面提供重要的基础资料。 海洋磁力测量技术涉及到磁力仪传感器技术磁场测量
数据的采集、磁力测量信息的处理、磁场模型的建立以及磁力成果与应用需求的结合等多方面的问题。当前我国海洋磁力测量技术处在发展阶段，我国海域和部分重要海区精密海洋磁力测量，还是以船载地磁总场测量为主，航空磁力测量为辅。磁场信息获取手段不完备、测量平台效率低、测量要素不齐全、测量区域覆盖不全等问题普遍存在。本文结合海洋磁力测量技术在海洋工程和军事方面的应用需求，对海洋磁力测量技术发展现状进行了评估对发展前景进行了展望。 二、海洋磁力测量技术在海洋工程上的应用 近年来随着海洋磁力测量相关技术的不断发展，技术越来越成熟，海洋磁力测量技术在民用领域应用范围越来越广。比如，海洋磁力测量发现了海底条带状磁异常，为板块构造学说提供了重要依据。海洋磁力测量技术在海洋工程开发上有广阔的空间。 （一）海底光缆铺设中的应用 海洋磁力探测技术是通过探测海底线缆引起的地球磁场变化，从而实现对海缆的探测和定位。地磁场分布较为复杂，在易受海区磁场(如海床上有海砂矿等之类的磁性物质)干扰的区域外，可探测埋设较浅的(小于1m)海缆，其相对地磁场(25000～65000nT)的变化量约为50nT，可以据此探测海
遥感技术在海洋动力学和环境监测中的应用
遥感技术在海洋动力学和环境监测中的应用 摘要：遥感是科技的检测指标和基于间接接触的自然现象中使用明确的文书。根据应用领域，总的来说它可以分为三个领域，就是大陆遥感，海洋遥感和大气遥感。海洋遥感观测和海洋研究在电磁波、大气和海洋之间使用互动原则。以其选择性高，多波段，周期性和大型覆盖的优点有针对性地监测海洋和沿海区。本文重点介绍遥感技术在海洋动力学和环境监测中的应用。 关键词：遥感；海洋动力学；环境要素；监测介绍 海洋覆盖地球表面的70.8%,包含了全球96.5%的水,向人们提供丰富的人力资源和广阔的空间。因此开发利用海洋对人类的生存和发展越来越重要。在传统的沿海调查中，特别是在数据采集和信息处理方面有很大的局限性。例如，它是难以进行多变量控制和复杂的海洋和沿海环境的观察，或实时处理。它也是难以实现理想的和可控的数据周期长度以及信息丰富的沿海环境的。传统的海洋观测手段不能全面、深刻的了解海洋现象和变化，因此它需要有一个新的海洋观测或补充传统的常规海洋调查海洋资源的开发方法，监测全球环境变化和管理沿海和海洋资源综合开发。海洋遥感以可以范围广泛的实时同步，全天时，全天候的利用多波段成像的优势，可以快速检测时间和空间变化的海洋表面的物理参数。 在环境科学领域，海洋遥感主要应用于海洋动力学和环境因素的监测，海洋水色遥感和海洋污染。海洋动力学和环境要素监测的常用可见光，红外线，利用主动和被动传感器，如多光谱成像仪，合成孔径雷达（SAR），微波散射计，辐射计，测高仪，卫星遥感等。监控设备不仅可以提供全天时，实时气象海况信息，而且还可以用来改善数值预报模式的海况和加强长期的海况预报准确率。同时，它可以提供实时同步监测海洋环境要素如海上目标的信息元素，沿海的调查和海洋污染。除此之外，它可以提供综合的利用和管理服务，海洋环境监测，海洋权益维护和沿海资源的调查。 海洋动力因素和环境因素的监测包括海面风和波域，流场，潮汐，锋面，海面温度，海冰冰清。
磁力仪的传感器原理
磁力仪的传感器原理与阐述 一绪论 从原理上说，凡是与重力、磁力有关的物理现象都可以用于设计制造重力仪与磁力仪，并用它们来测定重力值和磁力值。但是重磁勘探要求能测量重力场和磁场的微弱变化，在重力测量中要求能测量出重力全值10-7～10-9量级变化，在磁力测量中，要求能测量出0.1～1nT的磁场变化，它相当于平均地磁场值的1/50万～1/5万。因此要求重力仪与磁力仪要有高灵敏度、高精度等良好的性能。 磁力仪它是根据永久磁铁与地磁场之间相互力矩作用原理，或利用感应线圈以及辅助机械装置制作的，如机械式磁力仪、感应式航空磁力仪按照磁力仪的发展历史，以及应用的物理原理，可分为： 第一代等。 第二代磁力仪它是根据核磁共振特征，利用高磁导率软磁合金，以及复杂的电子线路制作的，如质子磁力仪、光泵磁力仪及磁通门磁力仪等。 第三代磁力仪它是根据低温量子效应原理制作的，如超导磁力仪。 磁力仪按其内部结构及工作原理，大体上可分为：①机械式磁力仪。如悬丝式磁秤、刃口式磁秤等；②电子式磁力仪。如质子磁力仪、光泵磁力仪、磁通门磁力仪等。 磁力仪按其测量的地磁场参数及其量值，可分为：①相对测量仪器，如悬丝式垂直磁力仪等，它是测量地磁场垂直分量的相对差值；②绝对测量仪器，如质子磁力仪等，它是测量地磁场总强度的绝对值；不过亦可测量梯度值。 若从磁力仪使用的领域来看，它们可分为：地面磁力仪、航空磁力仪、海洋磁力仪以及井中磁力仪 质子磁力仪 CSX 1-70型袖
二磁力仪所对应的物探方法磁法工作方法（地面磁法） 一、工作设计 二、野外施工 三、观测结果计算 四、标本磁性测量 五、报告编写 工作设计 （标准，预算，工作比例尺，误差计算） 1、资料收集，编写设计 两个规范和一个预算标准《地面高精度磁测技术规程》（DZ/T0071-93）中华人民共和国地质矿产行业标准，原地质矿产部批准 新疆1∶5万地面高精度磁测工作细则（试行）2006.2 新疆维吾尔自治区1∶5万区域地质矿产调查项目管理办公室 地质调查项目预算标准（2010年试用）中国地质调查局 2、测区位置、比例尺和测网 3、磁测精度：均方误差和平均相对误差
海洋磁力探测技术的应用研究
海洋磁力探测技术的应用研究 海底管线主要包括供水、供油、供气、排污等铁质、水泥质的管线和供电、通信等电缆和光缆，均存在明显的磁异常状况，可以用来快速准确探明海底管线的平面位置和走向，其优点是显而易见的，并且完全不受海底管线的埋深限制。但是，由于磁法勘探的基础是海底管线与周围介质的磁性差异，这种差异容易受到管线埋深和周围介质的影响，另外，鉴于磁法勘探的深度确定是通过数学计算或正反演拟合而得，故其在纵向深度的探测精度需要其他更加直接的方法验证，比如人工探摸验证，或者采用其他的物探方法进行验证。 标签：海洋；磁力；探测技术 1 工作原理 1.1 海洋磁力测量技术 光泵磁力仪建立在塞曼效应基础之上，下图所示为光泵磁力仪原理框图。一个装有碱金属蒸气的容器（吸收室）是光泵磁力仪的核心部件。光源产生的光线经过透镜、滤镜和偏振片后形成红外圆偏振光，偏振光随即通过吸收室，之后光束聚焦在一个红外光检测器上。 图1 光泵磁力仪原理框图 红外圆偏振光进入吸收室后，光子将撞击到碱金属原子。如果碱金属原子拥有相对于光子合适的自旋方向，光子将被捕获并使得碱金属原子从一个能级跃迁到另一个高能级，光子被捕获使得光束强度被削弱。一旦大多数碱金属原子已经吸收过光子并处于不能再吸收其它光子的状态，则吸收室所吸收的光线将大幅度减少，并将有最多的光线击中光检测器。 这时如果有具特定频率的震荡电磁场进入吸收室内，原子将被重新激发至能够吸收光子的方向上，这时将有最少的光线击中光检测器。这个特定频率被叫做拉莫尔频率（f），拉莫尔频率与环境磁场有着精确的比例关系，因而可以通过测量光检测器上光强度最弱时的震荡电磁场的频率来测量环境磁场T的大小。即 T=Kf （1） 式中T为被测环境磁场，f为拉莫尔频率，K为比例因子。K对于特定的碱金属来说为一常数，K因碱金属的不同而改变。 当外磁场T变化时，改变此震荡电磁场的频率，使其始终维持通过吸收室的光线最弱，即使震荡电磁场的频率自动阻踪外磁场的变化，从而实现对外磁场T的连续自动测量。
遥感技术在海洋研究中的应用
学年论文：遥感技术在海洋研究中的应用 学院：海洋学院 姓名：陈瑞瑞 学号：10053223
遥感技术在海洋研究中的应用 陈瑞瑞 （天津科技大学海洋学院海洋技术专业天津 300457） 摘要：在分析遥感技术特点的基础上，从其在海洋应用的基础研究和在海洋与海岸带资源环境监测，海洋资源研究等方面，论述了遥感技术在海洋的应用和研究进展，说明了遥感技术在海洋研究中不可替代的作用，最后本文提出了遥感技术在海洋研究中着重发展的几个建议。 关键词：遥感技术；海洋；海洋研究。 Abstract: in the analysis based on the characteristics of the remote sensing technology and its application in the ocean from the basic research and in the coastal ocean and resource environmental monitoring, Marine resources research, the paper discusses the application of remote sensing technology in the ocean and research progress, and that the remote sensing technology in Marine research the role that cannot be replaced and, in the end, this paper puts forward the remote sensing technology in the ocean in the development of research on several Suggestions. Key word s: remote sensing technology; Marine; Marine research. 引言 随着我国经济实力的增强，各国之间竞争日益加剧，能源，土地，海洋太空各方面的竞争。卫星遥感技术具有不受国界限制的技术优势，在全球化中可以发挥很大的作用。还有外星寻找能源的可能。我国的探月计划正在实施，火星探测也在考虑，遥感技术更具有任何技术无法取代的独特技术优势。可以说，作为航空、航天及计算机等高新技术的结晶。在此基础上遥感技术再海洋上是获取海洋资源与环境信息的先进有效的高新技术，已经成为现代海洋资源开发利用，保护中不可缺少的高新技术手段，而且必将在今后的海洋研究中发挥更加重要的作用。
基于激光源的高准确度He-Cs光泵磁力仪研究
第1期2019年1月 Vol.14No.1 Jan.2019 Journal of CAEIT I工程与应用i doi：10.3969/j.issn.1673-5692.2019.01.019基于激光源的高准确度He?Cs光泵磁力仪研究 石铭▽ （1.中国船舶重工集团公司第七一O研究所，湖北宜昌443003； 2.国防科技工业弱磁一级计量站，湖北宜昌443003） 摘要：采用锁定于Cs原子D1线F g=4->F f=3跃迁能级的894nm激光极化了填充有Cs原子和* He原子混合原子吸收室中的Cs原子，然后通过Cs原子和°He原子的自旋交换作用使得亚稳态" He原子产生极化。这种采用间接方式实现"He原子极化的方法，可以避免*He原子与光源直接作用产生的光频移，能够非常有效地减小共振线宽和实现高准确度磁场测量。设计了自旋极化的亚稳态"He原子在磁场中的拉莫尔频率检测电路以实现磁场测量。 关键词：光泵磁力仪；He-Cs；拉莫尔频率；高准确度磁场测量 中图分类号:TM936/P631.23文献标识码：A文章编号：1673-5692（2019）01-107-04 Research of High-precision He-Cs Optically Pumped Magnetometer Based on Laser Source SHI Ming1-2 (1.No.710R&D Institute,CSIC,Yichang443003: 2.1st Class Weak Magnetic Metering Station of NDM,Yichang443003,China) Abstract:Cs atoms in the atomic absorption chamber filled with Cs and4He atoms has been polarized by 894nm laser locked to F p=4—F e=3energy level of Cs atomic DI level.Metastable4He atoms can be polarized by the spin exchange of4He atoms and polarized Cs atoms.For the indirect method to polarize 4He atoms,light shift owing to direct interaction of4He atoms and light source can be avoided,then reso-nance linewidth can be decreased effectively and high-precision magnetic measurement can be realized. Larmor frequency detection circuit of metastable4He atoms in magnetic field has been designed to realize magnetic measurement. Key words:optically pumped magnetometer；He-Cs；larmor frequency；high-precision magnetic meas-urement o引言 光泵原子磁力仪（OPM）是通过测量原子磁矩在静磁场中的拉莫尔进动频率来测量静磁场的一种磁场标量测量仪器⑴。共振光源用于极化原子使原子自旋取向产生宏观磁矩，然后,通过检测原子气体对共振光吸收系数来检测磁矩进动效应。光泵原子磁力仪的早期研究可以追溯到上世纪六十年代2匕当时主要采用原子光谱灯作为泵浦光源。近年来，随着微加工工艺和小型半导体激光器研究的进展，采用激光作为泵浦光源的光泵原子磁力仪又成为研究热点r4_61o 对于传统的光泵原子磁力仪,He或碱金属原子能级在特定圆偏振光的直接作用下，受能量守恒与选择定则的约束，其在磁场中形成的塞曼子能级间 收稿日期：2018七745修订日期:2018-09-25
海洋重磁勘探仪器简介
２０１１年１０月 物 探 装 备第２１卷 第５期 海洋重磁勘探仪器简介 叶宇星＊ 冀连胜 刘天将 （东方地球物理公司综合物化探处，河北涿州０７２７５０） 摘 要 叶宇星，冀连胜，刘天将．海洋重磁勘探仪器简介．物探装备，２０１１，２１（５）：３０８～３１２ 东方地球物理公司综合物化探事业部于２００４年、２００５年先后引进了先进的海洋重磁勘探仪器———Ｌ＆Ｒ Ｓ－Ⅱ型海洋重力仪和Ｇ－８８２型海洋磁力仪。经过多年的实际应用与探索，目前已形成了较完善的海洋重磁勘探技术。本文主要介绍Ｌ＆Ｒ Ｓ－Ⅱ重力仪及Ｇ－８８２磁力仪两套仪器的软硬件设备及使用、维护技术。 关键词 海洋勘探 Ｌ＆Ｒ Ｓ－Ⅱ重力仪 Ｇ－８８２磁力仪 ＡＢＳＴＲＡＣＴ Ｙｅ Ｙｕｘｉｎｇ，Ｊｉ Ｌｉａｎｓｈｅｎｇ ａｎｄ Ｌｉｕ Ｔｉａｎｊｉａｎｇ．Ｂｒｉｅｆ ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｍａｒｉｎｅ ｇｒａｖｉｔｙ ａｎｄ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ．ＥＧＰ，２０１１，２１（５）：３０８～３１２ Ｆｒｏｍ ２００４ｔｏ ２００５，ｔｈｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｇｅｏｐｈｙｓｉｃａｌ ａｎｄ Ｇｅｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｏｆ ＢＧＰ ｈａｄ ｐｕｒｃｈａｓｅｄ ｔｈｅ ｌａｔｅｓｔ ａｄ－ｖａｎｃｅｄ ｍａｒｉｎｅ ｇｒａｖｉｔｙ ａｎｄ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ ｃａｌｌｅｄ Ｌ ＆Ｒ Ｓ－Ⅱｔｙｐｅ ｍａｒｉｎｅ ｇｒａｖｉｍｅｔｅｒ ａｎｄ Ｇ－８８２ｃｅｓｉｕｍ ｍａｒｉｎｅ ｍａｇｎｅｔｏｍｅｔｅｒ．Ａｆｔｅｒ ｍａｎｙ ｙｅａｒｓ ｏｆ ｆｉｅｌｄ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ，ｔｈｉｓ ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｈａｓ ａｃｑｕｉｒｅｄ ｂｅｔｔｅｒ ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇ ｏｆｍａｒｉｎｅ ｇｒａｖｉｔｙ ａｎｄ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｄｅｓｃｒｉｂｅｓ ｔｈｅ ｈａｒｄｗａｒｅ ａｎｄ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｃｏｎｓｉｓｔａｎｔ ａｓｗｅｌｌ ａｓ ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｔｉｐｓ ａｎｄ ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ ａｂｏｕｔ ｔｈｉｓ ｔｙｐｅ ｏｆ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｍａｒｉｎｅ ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ，Ｌ＆Ｒ Ｓ－Ⅱｔｙｐｅ ｍａｒｉｎｅ ｇｒａｖｉｍｅｔｅｒ，Ｇ－８８２ｃｅｓｉｕｍ ｍａｒｉｎｅ ｍａｇｎｅｔｏｍｅｔｅｒ 进入２１世纪，电子技术、计算机技术、新型材料及新型制造工艺都得到了迅猛发展。受益于这些基础技术的进步，涌现出了一批先进的海洋重力和磁力勘探测量仪器。这些仪器具有以下特点：高度电子化、自动化、轻便化及较高的测量精度等。Ｌ＆ＲＳ－Ⅱ型海洋重力仪及Ｇ－８８２型海洋磁力仪就是先进的海洋重、磁勘探仪器的典型代表。 １ Ｌ＆Ｒ Ｓ－Ⅱ型海洋重力仪 １．１ Ｌ＆Ｒ Ｓ－Ⅱ型海洋重力仪简介 Ｌ＆Ｒ Ｓ－Ⅱ型海洋重力仪（图１）是原美国Ｌａ－ｃｏｓｔｅ ＆Ｒｏｍｂｅｒｇ公司开发生产的新产品。该型重力仪于２００１年研制成功，并于２００２年９月交付了第一台可用于实际生产的仪器。 Ｌ＆Ｒ Ｓ－Ⅱ重力仪是在原有的Ｓ型海洋重力仪的基础上发展而来的，它采用了全新的数字化重力仪传感器，其所有部件均装在一个机柜中，使仪器体积更小（体积减小了４８％）、重量更轻（ 重量减少 图１ Ｌ＆Ｒ Ｓ－Ⅱ型海洋重力仪 ＊叶宇星，男，１９８０年出生，工程师。２００３年毕业于中国地质大学（北京）勘查技术与工程专业，目前主要从事重磁数据的处理与解释工作。
无人机遥感海洋监测技术及其应用
龙源期刊网 https://www.wendangku.net/doc/cb15768243.html, 无人机遥感海洋监测技术及其应用 作者：许欣欣 来源：《科学大众》2019年第08期 摘; ;要：近年来，海洋开发力度不断增加，海洋矛盾突出，海洋侵权问题不断，急需能对海洋进行全天候高精度监测的技术，以维护海洋生态平衡。无人机是新型的海洋监测技术，具有高机动性、高效率、高分辨率、高性价比等特性，对环境的适应能力较强，能快速获取高分辨率的影像，提高海洋的综合发展能力。文章对无人机遥感技术的监测现状进行分析，重点研究無人机遥感海洋监测技术，分析无人机遥感海洋监测技术的具体应用。 关键词：无人机;遥感;海洋监测 我国地域辽阔，海岛地区成为发展国民经济的重要保障。海岛的过度开发导致海岸线位置变化，海洋经济快速发展，急需新技术对海洋现状进行监测。常规人工测量难以完成地理空间采集任务，现有航空遥感成本较高，使得很多海岛地区地形数据更新缓慢。无人机遥感技术的发展，具有高实效性的特点，有高自动化的专业处理软件支持，能获取海岸线变化，在海洋监测中应用前景良好。 1; ; 海洋监测现状 无人机是使用无线电智能操控不载人飞机完成监测任务，对空间要求较低，成本低，适应能力强，无人机可搜集高分辨率的影像资料。不会受到恶劣天气的影响。遥感技术是新兴的探测技术，能够远距离对物体情况进行观察，对数据进行整合。通过遥感技术能够对高分辨率的影像资料快速查询，与无人机结合应用于海洋领域监测，能更好地实现海洋的管理。 我国有丰富的海岛资源，但海洋领域受到各方面的破坏，国家对重点海洋加强巡逻，但由于受外界条件限制，遇到突发事件无法及时处理。无人机能够对海洋变化进行实时监测，快速发现海上突发情况，为海上工程提供一手资料。 我国海洋面积辽阔，违法打捞等活动严重影响了海洋的正常秩序，地面监测等无法对违法用海的活动进行详细取证。海上自然灾害易造成海洋事故，传统海洋救援应急能力不足，阻碍了海上救援的进度。事故现场无法与救援中心取得高效连接。发生海洋灾害会对海洋造成巨大的破坏，有关部门需快速了解事故发生情况，舰艇等检测技术无法满足现有工作需求，无人机遥感技术相应时间快，应用成本低，对海上应急监测具有很大的帮助。 2; ; 无人机遥感技术在海洋监测中的应用
海洋遥感应用技术
1)传感器 2)高度计、散射计的测风原理 3)微波遥感特点 答：微波遥感就是通过探测物体对微波的反射或自身的微波辐射，来感知物体形态和结构组织的。微波具有很好的穿透能力，故具有全天候、全天时的特点，不受云层、浓雾等天气的影响，也不受日夜光照条件变化的限制。这些特点正好弥补了光学遥感器的缺点，因此成为航天遥感器的新宠和各国竞相开发研究的热点。 4)偏振（极化） 答:如果一束平面电磁波的电矢量场都在一个平面内，则称之为线性极化或线性偏振。 电磁波在传播时，传播的方向和电场、磁场相互垂直，我们把电波的电场方向叫电波的极化。如果电场矢量端点随时间变化的轨迹是一直线，这种波称作线极化波。线极化波又分为水平极化和垂直极化，电波的电场垂直于地面的是垂直极化波，平行于地面的是水平极化波。如果电场矢量的方向随时间变化，矢量端点的轨迹是一个圆，这种波称作圆极化波。
5)大地水准面 答：大地水准面是由静止海水面并向大陆延伸所形成的不规则的封闭曲面，是正高的基准面。 6)参考椭球面 7)辐亮度 沿辐射方向单位面积和单位立体角的辐射通量。 8)光谱辐亮度 答：在单位波段内沿辐射方向单位面积和单位立体角的辐射通量。 9)方位分辨率、距离分辨率
10)合成孔径雷达、真实孔径雷达（近射程、远射程） 合成孔径雷达是一个具有较高分辨率的主动雷达，它利用多普勒效应获得较高的空间分辨率，可测量涌浪、内波、降雨、海流边界、海冰位置及性质、大块浮冰的速度等。 11)多普勒效应 答：物体辐射的波长因为波源和观测者的相对运动而产生变化。在运动的波源前面，波被压缩，波长变得较短，频率变得较高；在运动的波源后面时，会产生相反的效应。波长变得较长，频率变得较低；波源的速度越高，所产生的效应越大。根据波红（蓝）移的程度，可以计算出波源循着观测方向运动的速度。波在波源移向观察者接近时接收频率变高，而在波源远离观察者时接收频率变低。 12)海洋水色遥感（水色三要素）、水体分类 答：水色遥感技术是利用传感器接受到水面发射的辐射光谱，并且进行相关的数据处理，从而获得水体的一些基本信息的技术。 浮游生物中的叶绿素，无机悬浮物和有机黄色物质是决定水色的三要素。关注的辐射光谱主要集中在可见光到近红外波段。 通过水色遥感技术，可以获得水体中影响光学性质的组分的浓度，探测水体表层的物质组成，对于海洋的初级生产力预测、海洋通量研究、海洋生态环境监测、海洋动力学研究、海洋渔业开发和管理服务具有重要作用。 海洋水色卫星分别针对大洋I类水体及近岸II类水体的水色进行测定。 13)根据对海水光学特征起主要作用的成分，对海水进行光学分类： 如果浮游植物及其“伴生”腐殖质对水体的光学特性起主要作用，则该水体被称为一类水体。如果无机悬浮物或黄色物质（溶解的有色有机物）对水体的光学特性有不可忽视的明显作用，则该水体被称为二类水体。 大多数开阔的海水接近一类水体。二类水体位于人类关系最密切，受人类活动影响最强烈的强烈近岸、河口等海域。