測量磁力梯度張量的分量的方法和裝置制造方法及圖紙

一種檢測磁場的方法和裝置，其中絲（１）傳導(dǎo)交變電流。通過拾波線圈（Ｌ１，Ｌ２）檢測由穿過絲的磁力梯度引起的絲離開其無擾動位置的位移。用從所述交變電流導(dǎo)出的信號對來自拾波線圈的信號解調(diào)，從而產(chǎn)生輸出。（*該技術(shù)在2020年保護(hù)過期，可自由使用*）

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術(shù)】
本專利技術(shù)涉及磁場的測量，具體地說，涉及磁力梯度張量的分量的測量，該測量也稱為磁梯度測量。磁感應(yīng)強(qiáng)度的空間導(dǎo)數(shù)、即在某個(gè)局部坐標(biāo)系OXYZ中取的磁力梯度張量Bij＝Bi/j(ij＝x，y，z)的精確的絕對測量對于在地質(zhì)勘探、海上及水下導(dǎo)航和探測、陸地和海洋考古以及醫(yī)學(xué)(心磁描記法和腦磁描記法)等領(lǐng)域的進(jìn)步是十分重要的。關(guān)于涉及到地質(zhì)和考古學(xué)的這種重要性的一個(gè)原因是，在大部分感興趣的地區(qū)、地球磁場基本上是均勻的，所以磁力梯度測量不受地球磁場的影響。目前，沒有任何現(xiàn)有裝置能夠直接測量磁力梯度。一種已知的間接方法采用兩個(gè)或兩個(gè)以上間隔開的磁強(qiáng)計(jì)來測量磁感應(yīng)強(qiáng)度。求出磁強(qiáng)計(jì)得出的各測量值之差并且除以采集讀數(shù)之處的間隔，從而給出磁力梯度的近似值。磁強(qiáng)計(jì)通常相距50cm左右，這使得裝置相對較大。此外，要沿其測量梯度的每個(gè)方向都需要兩臺磁強(qiáng)計(jì)，這增加了裝置的成本。現(xiàn)有利用SQUIDS(超導(dǎo)量子干涉器件)的磁通梯度計(jì)，但是這些需要低溫以及經(jīng)良好均衡的超導(dǎo)拾波線圈，這就限制了他們的實(shí)用性和精確性。本專利技術(shù)利用一種導(dǎo)電絲形式的新穎的敏感元件和適當(dāng)?shù)膫鞲衅鱽頇z測磁場，尤其是磁力梯度。因而，從第一方面來看，本專利技術(shù)提供了用于測量磁場的裝置，它包括兩端固定、在張力下拉緊并且安排成傳導(dǎo)電流的絲；以及檢測裝置，安排來檢測由磁場作用于所述絲上引起的所述線離開不受干擾的位置的橫向位移。用“絲”意在對材料及結(jié)構(gòu)不作具體限制。包括任何能傳導(dǎo)電流、能通過磁場使之橫向偏移、并且能提供恢復(fù)力的伸長元件。從另一方面來看，本專利技術(shù)提供了測量磁場的方法，它包括設(shè)置一條兩端固定、在張力下拉緊并傳導(dǎo)電流的絲；以及檢測所述絲因磁場作用于所述絲上而產(chǎn)生的離開不受干擾的位置的橫向位移。兩端固定、無擾動的軟絲在空間中形成穿過固定絲的端點(diǎn)的一條純粹(absolute)線。可任意選擇該線作為局部直角坐標(biāo)系的軸之一、比如Z軸，則選擇的另外兩軸X和Y位于與該線的方向垂直的平面內(nèi)。該絲離開此線的任何偏移都是由作用在絲的每單位元件上的、每單位長度的力的橫向分量的絕對值引起的。每單位長度的力是由周圍的引力場產(chǎn)生的，并且當(dāng)絲傳導(dǎo)電流時(shí)，則是由周圍的磁場引起的。例如在上述局部坐標(biāo)系的y方向上、長度為1的絲相對其無擾動位置的位移y(z，t)、作為單位元件的z位置和時(shí)間的函數(shù)，可用以下微分方程來描述η∂2∂t2y(z,t)+h∂∂ty(z,t)-YAΔ11∂2∂z2y(z,t)----(1)]]>＝-ηgy(0，t)-ηΓyz(0，t)z+I(t)Bx(0，t)+I(t)Bxz(0，t)z+噪聲其周邊條件與絲的固定端對應(yīng)，即y(0，t)＝y(tǒng)(1，t)＝0。在此方程中，η表示單位長度的絲的質(zhì)量，h為單位長度的摩擦系數(shù)，參數(shù)Y、A和Δ1/1分別為絲的楊氏模數(shù)、絲的橫截面積和絲的張力。量gy(0，t)和Γyz(0，t)是總的加速度的Y的絕對值和相應(yīng)的沿絲的磁力梯度張量分量，兩個(gè)值都是在所選的局部坐標(biāo)系中心測得的。量I(t)是流過絲的電流。眾所周知，在磁通密度為B(x，y，z)的不均勻磁場中、傳導(dǎo)電流I(t)的導(dǎo)體受到的力F＝I(t){n×B(x，y，z)}，其中n是電流方向上、在此情況下即z方向上的單位向量。量Bx(0，t)和Bxz(0，t)則代表磁感應(yīng)強(qiáng)度的x分量的絕對值和相應(yīng)的沿著絲的方向的磁力梯度張量分量，二者都是在所選的局部坐標(biāo)系中心測得的。在此實(shí)例中，為簡化對本專利技術(shù)的說明，選擇Y方向作為任選示例。但是，前述和以下分析同樣適用于任何與絲垂直的方向及任意數(shù)目的方向。對由于絲與磁場和重力場的相互作用而導(dǎo)致的絲的復(fù)雜形狀應(yīng)用傅里葉分析，在z＝0到z＝1的范圍內(nèi)，函數(shù)y(z，t)可以借助適當(dāng)?shù)南禂?shù)cy(n，t)、用周期為21的正弦函數(shù)的無限和來描述。因此，滿足以上所示邊界條件的方程(1)的解可用以下無限和來表示，其中n中每一項(xiàng)對應(yīng)于絲的固有振動模式之一y(z,t)=Σn=1∞cy(n,t)sin(Πn1z)----(2)]]>將等式(2)代入方程(1)，兩邊都乘以sin(πn′z/1)，然后再將兩邊對z從0到1積分，可得出cy(n，t)的微分方程d2dt2cy(n,t)+2τddtcy(n,t)+ωn2cy(n,t)=]]>2Πn----(3)]]>+(-1)n21Πn]]>+噪聲其中量ωn=Πn1YρΔ11-----(4)]]>代表絲的固有頻率，而τ和ρ分別是絲的張馳時(shí)間和容積質(zhì)量密度。因此，當(dāng)n＝1時(shí)，ωn代表絲的基本諧振頻率。可以通過沿絲的縱向放置的一個(gè)或多個(gè)適當(dāng)?shù)膫鞲衅鱽頊y量y(和或x)方向上的絲離開其無擾動位置的位移。絲相對于直線的偏移可以用絲的固有模的無限傅里葉和來近似。例如，可以通過光學(xué)傳感器等來記錄和分析絲離開其無擾動位置之間的偏移。按照一種可能性，可以通過相機(jī)來記錄絲在其偏移位置的圖像。或者，可以用電感應(yīng)式傳感器來檢測絲的各部分的位移。通過這種分析，可以計(jì)算對于給定時(shí)間t0的值Cy(n，t0)，從而可依次計(jì)算gy(0，t0)、Γyz(0，t0)、Bx(0，t0)和/或Bxz(0，t0)中任何值。以這種方式，可以用絲來測量磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁力梯度。但是，當(dāng)n取偶數(shù)值、即對于等式(2)中無限和對應(yīng)于具有在z＝1/2處的節(jié)點(diǎn)的絲的振動模式(反對稱模)的那些項(xiàng)，涉及gy(0，t)和Bx(0，t)的項(xiàng)等于零。因而，當(dāng)n是偶數(shù)時(shí)，Cy僅取決于Γyz(0，t)和Bxz(0，t)(以及熱噪聲)。因此，通過僅僅測量傅里葉和中的反對稱模的振幅，可以計(jì)算Iyz(0，t0)和Bxz(0，t0)。因此，檢測單元可包括關(guān)于絲的中點(diǎn)對稱的至少兩個(gè)傳感器。這樣，可以安排傳感器來檢測絲在其偏離位置上的反對稱固有模的振幅，例如通過找各傳感器輸出間的差異。在最佳配置中，傳感器位于與絲的至少一個(gè)反對稱固有模的各個(gè)波腹對應(yīng)的各位置上，例如n＝2，這里絲的位移將會最大。通過絲的電流可以是交變電流。在此情況下，按照方程(1)，絲會受到由磁場中的交變電流所產(chǎn)生的力而引起的受迫振動。方程(1)中Bx和Bxz中的各項(xiàng)在電流I(t)下會隨時(shí)間而變化，而gy和Γyz中的各項(xiàng)對于準(zhǔn)靜態(tài)重力場會保持恒定。這種差異可用來區(qū)分由磁場造成的絲的位移和由重力場造成的位移，從而確定磁場的量值。有利的是，可以選擇交變電流的頻率來使絲以其固有模中一種或多種諧振。在這種情況下，可以測量振動幅度，并且如果絲以第n種模諧振，該幅度會等于cy(n，t)。如以上所說明的，通過cy(n，t)的值，可以計(jì)算gy(0，t0)、Γyz(0，t0)、Bx(0，t0)和/或Bxz(0，t0)中任何值。在特別有利的配置中，交變電流的頻率可基本上等于絲的反對稱固有模之一的頻率、即交變電流的頻率可以為絲的基波頻率的偶數(shù)倍(n)。例如，如果選擇通過絲的本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種測量磁場的裝置，它包括： 兩端固定、在張力下拉緊并且安排成傳導(dǎo)電流的絲；以及 檢測裝置，安排來檢測由磁場作用于所述絲引起的所述絲離開無擾動的位置的橫向位移。

【技術(shù)特征摘要】
【國外來華專利技術(shù)】...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：AV維爾亞斯金，
申請(專利權(quán))人：重力技術(shù)設(shè)備有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：GB[英國]