鐵磁材料儀器靈敏度怎麼看

『壹』 如何測量磁力儀的靈敏度

為確保野外所採集的磁測資料完整可靠，需要在野外工作中的不同階段完成下列任務。

(一)儀器的檢測及其技術要求

在野外磁測總精度確定以後，磁測的各個環節都要達到一定的精度要求，才能確保總精度的實現。其中，磁力儀的精度是否能達到要求，必須在施工前經檢查測試確定。觀測均方誤差是操作質量、點位誤差、探頭高度誤差、日變改正誤差等各種誤差的綜合反映，它是評價高精度磁測質量的主要指標。因此在正式進行野外作業之前，必須對投入生產的所有磁力儀應進行雜訊水平測定、觀測誤差測定、一致性試驗、系統誤差測定。

1.雜訊水平測定(靜態試驗)

使用磁力儀進行地面高精度磁測時，開工前必須測定儀器的雜訊水平。當有三台以上的磁力儀同時工作時，可選擇一處磁場平穩且不受人文干擾影響的地段，將所有儀器的探頭置於此區，並使各儀器探頭之間的距離相距在20m以上，然後使這些儀器同時進行日變觀測，在日變平穩時段進行秒級同步觀測，以循環工作方式採集數據，循環時間為2s，讀數時間間隔為15s，取100個以上的觀測值按照式(2-4-1)計算每台儀器的雜訊均方根值S:

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式中:S為儀器的雜訊水平(nT);x_i為i時刻觀測值(nT); 為i時刻的滑動平均值(nT);N為參與計算的數據個數。

當儀器不足三台時，可用單台儀器在上述磁場平穩地段作日變連續觀測百餘次。若讀數間隔為5～10s時，則用式(2-4-2)對觀測數據進行圓滑:

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然後按照式(2-4-1)計算儀器的雜訊均方根值S。

儀器的整體雜訊水平用式(2-4-3)計算:

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式中:S'為整體雜訊水平(nT);Δx_i，j為第j台儀器第i時刻觀測值x_i，，j與其起始觀測值x_0，j之差(nT); 為Δx_i，j的平均值(nT);M為儀器台數;N為儀器觀測值個數減1。

每台儀器的雜訊均方根值S及儀器的整體雜訊水平S'應小於所要求的納特值，否則要查明原因。是由於儀器本身造成的，則要更換儀器，重新測定;是因操作失誤或由磁性干擾體引起的，則要另選場地，重新測定。

2.觀測誤差測定(動態試驗)

在無人文干擾且磁場平緩(10～20nT)的地方，建立一條觀測路線，設觀測點50個以上。參與生產的各台儀器在這些點上作往返觀測，觀測值經日變校正後，根據式(2-4-4)計算各台儀器的觀測均方根誤差:

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式中:ε_觀為儀器觀測均方根誤差(nT);δ_p為第p點上前後兩次觀測值之差(nT);N為

觀測點數。

3.儀器一致性測定

同一工區使用兩台以上(含兩台)儀器時，需進行儀器一致性測定，檢測方法如下:(1)選擇淺層干擾較小且無人文干擾場影響的地區，在測線上布置50～100個點(點距大於10m，最好與實際工作點距大致相當)做好標記，要求穿過10～200nT的弱磁

異常變化區;

(2)在早晨或晚上日變較小的情況下進行觀測;(3)使參加野外觀測的所有儀器嚴格按操作步驟在所確定的點上進行往返觀測，在

觀測中應盡可能保持點位一致、儀器高度相同，避免一切人為干擾;

(4)將觀測值進行混合改正後，計算出各測點相對某固定點的差值;(5)儀器一致性用總觀測均方根誤差衡量，用式(2-4-5)計算出每台儀器的均方誤差(單台一致性)，用式(2-4-6)計算出多台儀器的總的均方誤差(多台一致性)，即

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式中:n為觀測點數;m為單台儀器往返總的觀測次數，這里m=2n; 為第i點上多台儀器往返觀測的平均值。

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式中:k為某一觀測點上，所有儀器，往返的總的觀測次數;n，ΔT_i意義同上。

多台儀器的均方差應小於設計磁測總觀測均方誤差的1/2，否則應對儀器進行檢修或剔除，以保證磁測質量。

儀器的一致性不僅反映出儀器與儀器之間的偏差，同時也反映出探頭與探頭之間是否一致。當一致性均方誤差小於儀器的均方誤差的1/2倍時，可以不做探頭一致性測試和主機的一致性測試;當一致性均方差大於儀器的均方誤差2/3倍時，則要對探頭一致性和儀器主機一致性分別測試，以便確定是何原因造成的誤差過大。具體做法是:探頭一致性只用一台儀器在同點位做總場觀測，採集15個以上數據後，換上另一探頭再重復觀測，直至所有探頭測試完畢。對觀測值進行日變改正，然後列表分析各探頭觀測值與平均值的偏差。儀器主機的一致性測試則是採用探頭不變而更換主機的方式做同樣的觀測，其結果仍需經過日變改正後列表分析。

對儀器性能進行測定後，在性能符合野外生產的儀器中選擇一個性能最好的進行日變觀測，其他的進行野外生產，對性能不符合生產的儀器查明原因，進行修復。

4.儀器系統誤差測定

在遠離干擾的正常場上以20～100m的點距設置30～50個點，儀器依次在這些點上作觀測，觀測時保持探頭的極地方位、軸線方位、高度及操作員所站位置相同。根據日變校正後的觀測結果繪制儀器誤差曲線。儀器的系統誤差限差為小於等於1nT，不滿足要求的儀器應作系統誤差改正。採用式(2-4-7)計算各台儀器的系統誤差:

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式中:δ_T為各儀器系統誤差(nT);N為測點數;V_p為某儀器在p點的觀測值與所有儀器在該點觀測值的平均值之差(nT)。

(二)基點、基點網、日變站的設立與觀測

與重力測量一樣，開展任何磁測工作都要先建立基點，基點可分為總基點、基點和分基點。基點的作用、選擇(參見磁日變站選擇)及基點網的聯測、平差也與重力測量相同，這里不再贅述。

高精度磁測必須設立日變觀測站，觀測地磁場的日變化和短周期的地磁擾動，以便消除它們對野外磁測的影響(日變改正)，這是保證磁測精度的一項重要措施。使用質子磁力儀測定地磁場總強度，無需用基點網進行地磁場傳遞和基點網聯測，但須消除日變影響，求出各基點、測點之間的真正差值。因此日變站擔負著基點的作用，並通過日變改正把測區的觀測值歸一化到同一時間。

日變和短周期地磁擾動隨緯度而變化，一個日變站的有效控制范圍與磁測精度有關。通常在半徑50～100km范圍之內，高精度磁測日變站最大有效控制范圍以半徑小於25～30km為宜。

1.日變站的設立

由於基點兼有日變站的作用，因此基點確定後，日變站也將隨之確定。日變觀測站地址的選擇和建立應符合下列條件:①地基穩固，周圍地形平坦，利於標志保存的地方;②設於平穩磁場內，探頭在半徑2m及高差0.5m范圍內磁場變化不超過設計總均方根誤差的1/2，可通過做「十字」剖面的方式來確定是否在異常區;③無人文干擾(如建築物、工廠、汽車等)附近無人文干擾磁場(包括遠離電台)，無磁性干擾源，並遠離建築物和鐵路、廠房、高壓線等工業設施，並在探頭周圍設置防護圍欄，以防人畜干擾;④在駐地附近，交通方便，便於測定坐標及高程值。

2.日變站基本場值的求取與聯測

至少連續觀測三日(18時～6時進行，讀數時間間隔取為1min)，選取夜間平穩時段(20時～6時)磁場值的算術平均值作為該日變站的基本磁場值。全區所有測點的總場值都歸一到總基點上。日變站的基本磁場值T'₀一經選定不應變動。基點磁場值計算公式為

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式中:T'₀為日變站基本磁場值(nT);N為數據個數;T'_i為第i時刻日變站的觀測值(nT)。

3.日變觀測

選擇同型號儀器中性能最好的儀器或比普通點磁測所用儀器精度更高的另一型號儀器作為日變觀測儀器;設置儀器為自動循環模式，采樣間隔一般為5～20s(CZM-2，CZM-3型質子磁力儀讀數的時間間隔根據實際需要確定);每日開工前所有生產儀器要校對時間，達到秒級同步;每天日變觀測時間應充分覆蓋野外觀測時間，即日變站的觀測開始時刻要早於出工的第一台儀器，而結束時刻要晚於收工的最後一台儀器;日變觀測儀器要防止雨淋、暴曬，安排專人看管。

日變觀測所用的磁力儀的精度應與相同或更高，如野外磁測使用CZM-2型質子磁力儀，則日變觀測使用CZM-3型質子測力儀或MP-4質子磁力儀。

(三)野外觀測方法技術

目前我校地面磁測使用的儀器主要有四種:北京地質儀器廠生產的CZM-2、CZM-3型質子磁力儀;加拿大先達利公司(scitrex)生產的MP-4型質子磁力儀和ENVI型質子磁力儀。它們的原理相同，都是測地磁總場強度的儀器。其中後兩種包括較先進的磁力/磁梯度測量方式，其原理、性能及操作方法見附錄五。

1.普通測點的野外磁測

在野外磁測的各項准備工作(包括測網敷設，儀器的檢查調節，儀器的一致性測定，基點、基點網建立聯測，日變站的建立等)就緒後，就可以開始野外磁測(測點觀測)。每個班組每個工作日的磁測都開始於基點，結束於基點。每個班組在基點觀測以前都要與日變站核對手錶(以日變站的表為准)，每4h左右在基點上觀測一次，觀測時點位要准。在磁測中，按所使用的CZM-2、CZM-3質子磁力儀或MP-4、ENVI質子磁力儀的操作方法步驟進行觀測，同時，每一個點都要記錄點線號、時間和讀數等。野外磁測中要做到:

(1)觀測時觀測人員經過嚴格去磁，嚴禁攜帶任何磁性物體。測點讀數次數均多於兩次，任意兩次讀數差均小於1nT。

(2)探頭距儀器主體的距離，探頭長軸的方位，嚴格按照測量前的收訊號試驗及操作方法規定執行。在整個工作期間，探頭的高度均保持一致。

(3)觀測時保持點位正確。當測點靠近公路，建築物，高壓線或其他人為影響時，盡量避開，在記錄中給以註明。在陡崖附近或地形起伏較大時還要注意旁側的影響。

(4)在異常區應適當進行加點觀測。

(5)由於野外觀測地質情況復雜，有些測點不能進行測量，應作一平移或舍掉測點，舍掉測點應在記錄中註明舍掉原因。

(6)質量檢查應採用「一同三不同」的檢查法，質檢點均勻分布於全區，質檢均方差應滿足設計要求。

2.精測剖面的工作方法

在面積性磁測之後，我們已掌握了測區內的磁異常特徵。為更精細測定某磁異常，以便對該異常作定量解釋，我們要求作精測剖面測量。精測剖面的觀測方法與野外普通觀測相同，只是觀測精度要求更高些。

(1)精測剖面的布置

1)精測剖面要垂直於異常的走向;

2)測地工作要精確，測點位置及其高程要准確;

3)剖面兩側應觀測到正常場;

4)要盡可能精細地測出異常，為此異常地段的測點要密些，正常場處測點可稀些。

(2)精測剖面的磁測

在精測剖面上應選用性能好和精度高的ENVI型質子磁力儀或MP-4型質子磁力儀，進行總強度磁異常ΔT要素的觀測。

(3)精測剖面的圖示方法

精測剖面應繪制地形、地質、磁異常綜合剖面圖。

『貳』 大學物理實驗;鐵磁材料的磁滯回線,數據,圖象

鐵磁材料的磁滯回線和
基本磁化曲線

【實驗目的】
1．認識鐵磁物質的磁化規律，比較兩種典型的鐵磁物質的動態磁化特性。
2．測定樣品的基本磁化曲線，作H － 曲線。
3．測定樣品的Hc、Br、Bm和（Hm•Bm）等參數。
4．測繪樣品的磁滯回線。
【實驗原理】
1．起始磁化曲線和磁滯回線
鐵磁物質是一種性能特異，用途廣泛的材料。鐵、鈷、鎳及其眾多合金以及含鐵的氧化物（鐵氧體）均屬鐵磁物質。其特徵是在外磁場作用下能被強烈磁化，故磁導率 很高。另一特徵是磁滯，即磁化場作用停止後，鐵磁質仍保留磁化狀態，圖2-1為鐵磁物質的磁感應強度B與磁化場強度H之間的關系曲線。

圖2-1 鐵磁質起始磁化曲線和磁滯回線 圖2-2 同一鐵磁材料的一簇磁滯回線

圖中的原點O表示磁化之前鐵磁物質處於磁中性狀態，即B=H=0，當磁場H從零開始增加時，磁感應強度B隨之緩慢上升，如線段Oa所示，繼之B隨H迅速增長，如ab所示，其後B的增長又趨緩慢，並當 H增至Hm時，B到達飽和值Bm，Oabs稱為起始磁化曲線。圖2-1表明，當磁場從Hm逐漸減小至零，磁感應強度B並不沿起始磁化曲線恢復到「O」點，而是沿另一條新的曲線SR下降，比較線段OS和SR可知，H減少B相應也減小，但B的變化滯後於H的變化，這現象稱為磁滯，磁滯的明顯特徵是當H=0時，B不為零，而保留剩磁Br。
當磁場反向從0逐漸變至－Hc時，磁感應強度B消失，說明要消除剩磁，必須施加反向磁場，Hc稱為矯頑力，它的大小反映鐵磁材料保持剩磁狀態的能力，線段RD稱為退磁曲線。
圖2-1還表示，當磁場按Hm→0→－Hc→-Hm→0→Hc→Hm次序變化，相應的磁感應強度B則沿閉合曲線SRDS』R』D』S變化，這閉合曲線稱為磁滯回線。所以，當鐵磁材料處於交變磁場中時（如變壓器中的鐵心），將沿磁滯回線反復被磁化→去磁→反向磁化→反向去磁。在此過程中要消耗額外的能量，並以熱的形式從鐵磁材料中釋放，這種損耗稱為磁滯損耗，可以證明，磁滯損耗與磁滯回線所圍面積成正比。
2．基本磁化曲線
應該說明，當初始態為H=B=0的鐵磁材料，在交變磁場強度由弱到強依次進行磁化，可以得到面積由小到大向外擴張的一簇磁滯回線，如圖2-2所示，這些磁滯回線頂點A1、A2、A3、…的連線為鐵磁材料的基本磁化曲線，由此可近似確定其磁導率 ，因B與H非線性，故鐵磁材料的 不是常數而是隨H而變化（如圖2-3所示）。鐵磁材料的相對磁導率可高達數千乃至數萬，這一特點是它用途廣泛的主要原因之一。

圖2-3 鐵磁材料μ與H關系曲線 圖2-4 不同鐵磁材料的磁滯回線

可以說磁化曲線和磁滯回線是鐵磁材料分類和選用的主要依據，圖2-4為常見的兩種典型的磁滯回線，其中軟磁材料的磁滯回線狹長、矯頑力、剩磁和磁滯損耗均較小，是製造變壓器、電機、和交流磁鐵的主要材料。而硬磁材料的磁滯回線較寬，矯頑力大，剩磁強，可用來製造永磁體。
3．利用示波器觀測磁滯回線的原理

圖2-5 原理電路圖

利用示波器觀測磁滯回線的原理電路如圖2-5所示。
待測樣品為EI型矽鋼片，其上均勻地繞以磁化線圈N及副線圈n。交流電壓u加在磁化線圈上，線路中串聯了一取樣電阻R1。將R1兩端的電壓UH加到示波器的X輸入端上（對DC4322B示波器為通道Ⅰ）。副線圈n與電阻R2和電容C串聯成一迴路。電容C兩端的電壓UB加到示波器的Y輸入端上（對DC4322B示波器為通道Ⅱ）。下面我們來說明為什麼這樣的電路能夠顯示和測量磁滯回線。
⑴ UH（X輸入）與磁場強度H成正比
設矩形樣品的平均周長為l，磁化線圈的匝數為N，磁化電流為i1（注意這是交流電流的瞬時值），根據安培環路定律有Hl=Ni1，即i1=Hl/N。而UH=R1i1，所以可得
（2-1）
式中R1、l和N皆為常數，可見UH與H成正比。它表明示波器熒光屏上電子束水平偏轉的大小與樣品中的磁場強度成正比。
⑵ UB（Y輸入）在一定條件下與磁感強度B成正比
設樣品的截面積為S，根據電磁感應定律，在匝數為n的副線圈中感應電動勢應為
（2-2）
若副邊迴路中的電流為i2，且電容C上的電量為q，則應有
（2-3）
在上式中已考慮到副線圈匝數n較少，因而自感電動勢可忽略不計。在選定線路參數時，有意將R2與C都選成足夠大，使電容C上的電壓降UB=q/C比起電阻上的電壓降R2i2小到可以忽略不計。於是式（2-3）可以近似地改寫成
（2-4）
將關系式 代入式（2-4）得
（2-5）
將上式與式（2-2）比較，不考慮其負號（在交流電中負號相當於相位差為±π）時應有

將等式兩邊對時間積分時，由於B和UB都是交變的，積分常數為0。整理後得
（2-6）
至此，可以看出，在磁化電流變化的一周期內，示波器的光點描繪出一條完整的磁滯回線。以後每個周期都重復此過程，結果在示波器的熒光屏上看到一穩定的磁滯回線圖形。
如將UH和UB加到測試儀的信號輸入端可測定樣品的飽和磁感應強度Bm、剩磁Br、矯頑力HC、磁滯損耗（BH）以及磁導率 等參數。

圖2-6 實際測量中的示意線路圖

實際測量中的示意線路如圖2-6所示。為了使R1上的電壓降UH與流過的電流i1二者的瞬時值成正比（相位相同），R1必須是無感或電感極小的電阻。其次為了操作安全和調節方便，在線路中採用了一個隔離降壓變壓器B，以避免後面的電路元件與220 V市電直接相連。調壓變壓器用來調節輸入電壓u以控制磁化電流i1的大小。
【實驗儀器】
TH－MHC型磁滯回線實驗儀與磁滯回線測試儀、示波器。
【實驗內容及步驟】
1．電路連接：選樣品1按圖2-9在實驗儀上所給的電路圖連接線路，並令R1=2.5Ω，「U選擇」置於0位。UH和UB（即U1和U2）分別接示波器的「X輸入」和「Y輸入」，「插孔⊥」為公共端。
2．樣器退磁：開啟實驗儀電源，對試樣進行退磁，即順時針方向轉動「U選擇」旋鈕，令U從0增至3V，然後逆時針方向轉動旋鈕，將U從最大值降為0，其目的是消除剩磁，確保樣品處於磁中性狀態，即B=H=0，如圖2-7所示。
3．觀察磁滯回線：開啟示波器電源，令光點位於坐標網格中心，令U=1.5V，並分別調節示波器x和y軸的靈敏度，使顯示屏上出現圖形大小合適的磁滯回線（若圖形頂部出現編織狀的小環，如圖2-8所示，這時可降低勵磁電壓U予以消除）。

圖2-7 退磁示意圖 圖2-8 UH和B的相位差等因素引起的畸變

4．觀察基本磁化曲線，按步驟2對樣品進行退磁，從U=0開始，逐檔提高勵磁電壓，將在顯示屏上得到面積由小到大一個套一個的一簇磁滯回線。這些磁滯回線頂點的連線就是樣品的基本磁化曲線。
5．觀察、比較樣品1和樣品2的磁化性能；判定兩樣品的軟、硬磁性。（U=1.5 V或U=2.0 V，R1=2.5 Ω）
6．測繪H － 曲線：仔細閱讀測試儀的使用說明（見參考資料），接通實驗儀和測試儀之間的連線。開啟電源，對樣品進行退磁後，依次測定U=0.5，1.0……3.0V時的十組Hm和Bm值，作H － 曲線。
7．令U=1.5V，R1=2.5Ω測定樣品1的Bm、Br、Hc和[BH]等參數。
8．取步驟7中的H和其相應的B值，用坐標紙繪制B—H曲線（如何取數？取多少組數據？自行考慮），並估算曲線所圍面積。
【數據處理】
表2-1 基本磁化曲線與H － 曲線
U（V） Hm×103安/米 Bm×10特斯拉 =B/H亨利/米

0.5
1.0
1.2
1.5
1.8
2.0
2.2
2.5
2.8
3.0

表2-2 B－H曲線 U=1.5 V，R1=2.5Ω，Hc= Br= Hm= Bm= [BH]=
No H×103A/m B×10T No H×103A/m B×10/m No H×103A/m B×10A/m

【思考題】
1．鐵磁物質的特點是什麼？
2．什麼是硬磁材料與軟磁材料？
3．如何確定磁導率？如何判斷鐵磁材料的磁滯損耗的大小？
4．實驗中如何對材料進行退磁使材料處於磁中性狀態？

『叄』 靈敏度單位是什麼意思

1、dB是施加於耳機上1mW的電功率時，耳機所產生的耦合於模擬耳(假人頭)中的聲壓級，1mW的功率是以頻率1000Hz時耳機的標准阻抗為依據計算的。

2、mv是指每1g電壓的變化。當感測器的輸人量為穩定狀態的信號或變化極其緩慢的信號時，可用靜態參數來描述和表徵感測器的靜態特性。

3、dB/Vrms，即1Vrms電壓施於耳機時所產生的聲壓級。

(3)鐵磁材料儀器靈敏度怎麼看擴展閱讀

1、靈敏度指示器的相對於被測量變化的位移率，靈敏度是衡量物理儀器的一個標志，特別是電學儀器注重儀器靈敏度的提高。通過靈敏度的研究可加深對儀表的構造和原理的理解。

2、靈敏電流計的結構：

（1）磁場部分：由永久磁鐵產生的輻向磁場。

（2）偏轉部分：線圈可以在磁場內轉動，它的上下端用金屬絲（張絲）綳緊，張絲同時作為線圈兩端的電流引線。

（3）讀數部分：採用游標作「指針」代替普通電表的金屬指針，相當於加長了指針的長度，進一步提高了電流計的靈敏度。

『肆』 磁測儀器和磁法勘探野外工作方法

（一）磁力儀

磁力儀的種類很多，大致可分為兩大類，即機械式磁力儀和電磁式磁力儀。

由於磁法勘探早期主要以勘探磁性較強的固體礦產為主，使用的儀器主要為機械式磁力儀（又稱磁秤）。機械式磁力儀可分為刃口式和懸絲式兩種，而每種又可分為垂直磁力儀（測量磁場強度垂直分量）和水平磁力儀（測量水平分量）。儀器的靈敏度一般為n×10nT，主要用於地面磁測。隨著磁法勘探研究的深度和空間范圍的不斷擴展，近年來已經向地殼深部與向微磁、弱磁性的地質對象勘探轉變，不僅在油氣藏、地熱、煤田等弱磁性領域擴大磁法的應用，而且在考古、環境污染、災害預測等方面也有應用。這就要求磁測儀器具有較高的靈敏度，所以磁測儀器加速了發展速度，第一代磁力儀利用永久磁鐵或感應線圈，如機械式磁力儀；第二代磁力儀應用高導磁性材料或原子、核子的特性以及復雜的電子線路，如質子磁力儀和光泵磁力儀；第三代磁力儀為利用低溫量子效應製成的超導磁力儀。同時，磁性參數的綜合利用方法，也從研究單一磁導參量和磁性參數向三分量、磁梯度和磁各向異性等多種磁性參數綜合研究與利用方向發展。

在我國，繼質子旋進式磁力儀問世以來，又相繼出現了光泵式、感應式、低溫超導式和高溫超導式磁力儀。隨著電子技術和計算機技術的飛速發展，促進了地球物理儀器的更新換代，弱磁測量儀器的靈敏度不斷提高（n×10nT，1nT，0.1nT，0.001nT，10^-6nT）。高精度的弱磁測量可以帶來新的地質信息，取得新的地質效果，促進磁法研究向深層次發展。

電磁式（高靈敏度）磁力儀主要包括磁通門磁力儀、質子旋進磁力儀、光泵磁力儀、感應類磁力儀和超導類磁力儀等。這些高靈敏度磁測量儀器由於其工作范圍較寬（動態范圍大），除可用於微弱磁信號的檢測，如航空磁測、海洋磁測和井中磁測外，還可用於對磁測精度要求不高的地面磁法勘探中。下面介紹幾種電磁式（高靈敏度）磁力儀。

1.質子磁力儀

質子旋進又稱核子旋進（核旋）、核子（質子）自由旋進。這種磁力儀是核磁共振現象的理論和實驗研究所取得的成果在地學儀器中的成功應用。其工作原理是：測磁探頭內注有煤油、水、酒精、苯等富含氫原子的溶液，在強磁場的作用下，氫原子核，即質子的磁矩出現順磁性，呈現宏觀磁矩，在強磁場方向下做走向排列，這稱為樣品的極化。磁場越強，作用時間越長，極化作用越大。垂直地磁場的磁化場停止後，宏觀磁矩繞地磁場總強度T做拉莫爾旋進，旋進頻率和地磁場T的關系經過換算為

T=23.4872f（nT）

旋進訊號頻率f和T成正比，T越大，訊號越強。目前質子磁力儀的測程一般是20000～100000nT。20000nT以下的訊號太弱，測量困難。

目前質子旋進磁力儀的靈敏度約為0.1nT。

2.光泵磁力儀

光泵磁力儀是一種高靈敏度和高精度的磁測設備，它是以元素的原子能級在磁場中產生蔡曼分裂為基礎，再加上光泵技術和磁共振技術而製成。

現在以氦（He⁴）光泵磁力儀為例說明其原理。所謂光泵作用，是用氦燈照射氣壓較低的氦（He⁴）吸收室，產生亞穩態正氦的原子，這里原子都存在磁矩，光泵作用的結果是使原子的磁矩達到定向排列。

對於氦光泵磁力儀而言，磁矩和外磁場F的磁共振頻率，有如下關系：

F=0.03568426f₀（nT）

顯然，f₀的頻率比核旋的頻率高得多。

光泵磁力儀的靈敏度可達0.01nT。

3.磁通門磁力儀

早期最原始的磁通門磁力儀，是激勵線圍繞在最裡面，外面繞訊號線圈，反饋線圈為單片坡莫合金。這種探頭的缺點是基波分量大，所以，後來變成雙片的。這種探頭，激勵線圈順接，訊號線圍繞在外面。所以，沒有外磁場存在時，兩邊的基波分量是抵消的，這就突出了二次諧波分量。必須記住，磁通門只有激勵到飽和，才有訊號，訊號和磁場成比例。這種雙片的典型探頭，現在還在使用。

探頭後來發展成閉合磁路，就是現在磁通門探頭用的。最新研製的磁通門探頭如圖4-2所示。探頭只有一組線圈，激勵從兩端加入，中心抽頭既是訊號，又是反饋。所以，這一組線圈起到激勵、訊號、反饋三種作用。如果兩邊的圈數相等，電感相等，分布電容相等，兩邊的干擾（包括基波分量）可以抵消。所以這種探頭靈敏度雖低（2～4μV/nT），但非常穩定，1.8cm的探頭，當激勵頻率為0.1～10Hz，雜訊水平在1nT值。若用方波或正弦波激勵，雜訊水平還可以降低一些。用這種探頭做成的磁力梯度儀，已經成功。

圖4-2 磁通門探頭

磁通門磁力儀的靈敏率為0.2nT。

4.超導量子磁力儀

超導磁力儀是現代磁力儀中靈敏度最高的儀器。它是以磁通量子為基準的磁力儀，Φ₀稱為磁通量量子。有

Φ₀=h/2e=2.07×10^-15（Wb）=2.07×10^-2（nT·cm²）（4-7）

上式中：e為電子電荷量；h為普朗克常數；Φ₀只能取整數。磁通的解析度高達10^-4Φ₀。

利用超導電性技術、超導量子干涉器件SQUID製成的磁力儀，靈敏度可高達10^-6nT，是對零磁測量的最好手段。可以測定心磁、腦磁、神經磁，是生物磁測的有力武器。超導磁力儀的量程也寬，可到幾個特斯拉。另一特點是響應頻率高，可從零到幾十兆赫，所以，可測電磁波的磁分量，在地球物理學中，利用這種特性可製成航空磁梯度儀，可用於大地電磁法和磁測深中。在岩石磁學和古地磁學中，可以測定磁性十分微弱的岩石標本，解析度為5×10^-8電磁單位。這種儀器的探頭，需要液氦的低溫條件，因此費用昂貴。

20世紀末，高溫超導弱磁測量也得以開展。高溫超導量子干涉器HTcrf·SQUID測弱磁技術已經達到了170fT的水平。超導磁力儀的靈敏度可達0.1pT。

5.磁性測定儀器

磁性測定有剩磁和感磁。測定剩磁的儀器現在主要是磁通門磁力儀，美國的DSM-1數字旋轉式磁力儀，英國的Mini-spin都屬於磁通門磁力儀。無定向磁力儀剩磁和感磁都能測。在這里，感磁主要是指磁化率。

磁化率測量儀由主機、電源及探頭組成。野外探測器呈長桿形，裝有振盪電路。振盪電路在長桿末端探頭（感測器）的線圈裡產生交變磁場，磁場強度較弱，不到100A/m。探頭同時又接收處於磁場影響之內的物質返回的信息，而這一信息又是與物質的磁化率成比例的。信息以脈沖的形式傳回主機，主機則顯示其為磁化率值。主機可接上微機，進行數據處理。

野外測量的探頭有兩種類型：一種探頭的感測器做成環形，直徑近20cm，與探雷器相似，探測時需接觸地面，有效探測深度約10cm；另一種探頭的端部為尖形，直徑1.5cm，必須與探測目標直接接觸，或用鑽頭在表土上鑽一小孔，把探頭插入孔中測量。

想要測量地表以下更深一點地方介質的磁化率，就需使用另一種野外磁化率測量儀器，它是由發射器、接收器、電子儀器和控制系統組成的。發射器和接收器分別裝在水平橫桿的兩端，它們的中間是電子儀器和控制系統。發射器發射的變化磁場（一次磁場）在地下介質中產生電流，而電流反過來又產生磁場（二次磁場），並為接收器所接收，由此可得磁場的虛、實分量。所謂某磁場分量的虛分量是指該分量與一次磁場相位相差90°時的那部分磁場的振幅，而與一次磁場同相的那部分磁場的振幅，稱為實分量。所以前者又稱為異相分量，後者又稱為同相分量。這種儀器在低頻（4kHz左右）工作時，測量實分量，可求得介質的磁化率；而在高頻（40kHz左右）工作時，測量虛分量，可求得介質的電導率。橫桿的長度可以變化，亦即改變發射器與接收器之間的距離，相應地也就改變了探測的深度。

（二）野外工作方法

1.測網的布置及野外觀測方法

磁法勘探一般分為普查、詳查和精測三種。野外測網密度主要取決於所探測的目標，由工作比例尺來決定。普查是用於了解區域構造地質特徵，劃分大的岩體或了解局部構造的位置、范圍及產狀等，一般採用1∶20萬或1∶10萬的比例尺布置測網。詳查是用來了解構造形態及地質體的分布狀況，一般採用1∶5萬或1∶1萬的比例尺進行工作。精測是為了具體查清某構造或地質體的產狀及賦存情況等，一般採用1∶500或1∶5000的比例尺，測點距可加密到2m×5m。布置測網的原則是測線必須大致垂直構造走向和探測體長軸方向，對於近似等軸狀探測體的勘探可採用方格網。密度要求一般要有2～3條測線，每條測線要有3～5個點通過異常。

磁測精度一般用均方誤差來衡量，我國磁測工作採取三級精度標准：高精度，均方誤差小於5nT；中精度，均方誤差為6～15nT；低精度，均方誤差可大於15nT。一個工區的磁測精度，通常都是通過系統重復觀測確定的，在非異常區計算均方誤差，異常區和磁場梯度大的地區採用平均相對誤差。在水文、工程地質工作中，磁測精度要求一般應在中等精度以上。

磁測野外工作，由於磁力儀比較輕便，一般採用兩人一個台組，在布置好的測網上逐點進行觀測。在測區附近必須設立基點觀測站，每天在出工和收工時要進行基點測量，其作用是將測區內的觀測結果換算到統一的水平（校正）。另外，還應設立日變觀測站，以便消除地磁場短周期擾動的影響。基點和日變觀測站應選擇在干擾噪音小的地方。

2.觀測結果的整理

磁測取得的數據必須進行整理，以求出磁性體在各測點產生的磁異常值。在強磁區工作時，只要算出測點相對於基點的磁場增量就可以認為是測點的異常值。在弱磁區工作或精密磁測時，還要對計算的結果進行各種改正。一般改正的項目有：

1）日變改正，目的是消除地磁場日變對觀測的影響。

2）溫度改正，目的是消除因溫度變化引起磁力儀性能改變而使讀數受到的影響。

3）零點改正，目的是消除因儀器性能不穩所產生的零點漂移。

在磁測精度要求較低時，上述三項改正可一並考慮，採用「混合改正」，測區較大時，還要進行緯度改正。

由於高精度磁測儀器無零點漂移和溫度的影響，故無須做溫度改正和零點改正。考慮到環境及工程測量中所調查的范圍不是太大，一般也不進行緯度改正。

最後將改正後的數據繪製成各種圖件，如剖面圖、剖面平面圖、等值線平面圖等，以供定性、定量解釋時使用。

3.航空磁測工作方法簡介

在航空磁測中，磁力儀裝在飛機上，多測量ΔT值，儀器是連續自動記錄的。飛行高度、測網密度依工作比例尺不同而定。飛行時首先按基線飛行，然後進入測線飛行。

測量結果要進行各項改正（日變、零點漂移、緯度、偏向、零線位置改正等），最後繪製成各種比例尺的ΔT剖面平面圖和等值線平面圖。