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弱磁探测技术发展现状(光泵磁通门磁阻 GMR 高斯TMR皮特AMR巨磁阻抗GMI霍尔Hall高灵敏 量子干涉)

作者:高考题库网
来源:https://www.bjmy2z.cn/gaokao
2021-02-12 10:30
tags:

-

2021年2月12日发(作者:我们生活的时代)


弱磁探测技术发展现状







者:胡生生






位:中国科学研究院











摘要< /p>


介绍了弱磁探测技术的组成、


分类和应用,


并就弱磁探测系统的工作特点进行了分


析,


以目前常见的几种 弱磁测量仪器、


磁传感器的发展为例,


介绍了弱磁探测技术的发 展现


状。





0


引言





弱磁探测技术在军事、


资源勘探、< /p>


科学研究等领域有广泛的应用,


近些年更获得了突飞


猛进的发展,


其中军事需求是主要的推动因素之一。


弱磁探测采用测量地球磁场或者磁性目


标磁场的方式,通过信号处理与分析获取相关信息 ,用于资源调查和目标探测等。





1


弱磁探测系统的组成与分类





弱磁探测系统一般由磁探头模块、


数据采集模块、


信号处理与分析模块等部分组成,



载在相应的平台上进行工作。


其工作模式一般为,


磁探头模块接收磁场信号,


并将其转换为


电信号,数据采集模块将模拟信号数字化,信号处理与分析模块对数字信号进行处理分析,

获得目标信息。


弱磁探测系统有很多分类方法,


在工程应用 中一般按照搭载平台或工作原理


进行分类。





1.1


按照搭载平台分类





按照搭载平台进行分类,


弱磁探测系统主要包括航空磁探、


水中拖曳磁探、


浮标磁探和


基站磁探等。





1)


航空磁探测。





航空磁探测是利用飞机作为搭载平 台,


实现目标磁场探测,


即磁探测系统安装在飞机上,


飞机在探测领域上空一定高度飞行,


磁探测系统实时测量包含地磁场在内 的磁场信号,


经过


处理分析,


获得相应 区域的磁场特征。


在军事领域,


航空磁探是目前探测潜艇最有效 的探测


方式之一,


在一些军事强国已得到广泛应用,

< p>
与其它探潜设备相比,


航空磁探测具有不受水


文气 象条件限制、搜索面积大、搜索效率高、使用简单可靠、反应迅速等特点。除此之外,


航 空磁探还是目前世界上资源勘探常用的方法之一,是航空物探系统中不可或缺的一部分,


广泛应用于地质勘测、


油气田和矿产资源等领域。


由于飞机需在 一定高度飞行,


其适合于大


区域磁特征或较大磁性目标的探测。





航空磁 探测的


2


个关键问题是探测设备与环境噪声的排除和补偿问题。


目前比较有代表


性的航空磁探测装备


:


加拿大海军的


AN/ASQ-504(V)

型磁异常探测设备


(


探测距离为


I 200 m



灵敏度在飞行中为


0.01


y)


,美国雷声公司的


AN


/ASQ-81(V)


反潜战磁强计一磁异常探测系统

< br>(


可采用机内配置或机外拖曳


2


种工作方式,


拖曳式的探测距离为


1 000 m ,


灵敏度为


1 TlHz'r



通带范围为


1~ 10 MHz ) , AN/ASQ-208(V)


数字式磁异常探测系统和静止型氦


-3


反潜战磁强计


磁异常探测系统等。





2)


水中拖曳磁探。





水中拖曳磁探是指利用舰船或其它 航行器作为拖曳工具,


磁探测系统安装在拖曳装置中,


拖曳装置 与拖曳工具间隔一定距离,


在水中一定的深度航行,


实时接收磁 场信号。


根据磁探


测系统的拖曳深度可分为水面拖曳磁探和水下 拖曳磁探


2


种,


其中最常见的是水下定 深拖曳


磁探,主要用在探潜、反水雷、救护打捞等领域。根据探测的需要,拖曳装置可以 在距海底


较近的水中航行,


因此能够探测小型磁性目标。


在实际应用中,


可以进行较高密度的网格式


探 测,并可实现对目标的定位,其缺点是探测效率相对较低。





3)


浮标磁探。





浮标磁探是将磁探测系统安装在浮 标中,


浮标投放到相应海域后,


进行磁场测量。


测量


的磁场信号可通过卫星或中转装置实时传输到基站,也可存储一定数据量后 进行集中传输。


浮标磁探主要用于敏感海域对潜艇的探测以及地磁场信息的收集。


浮标磁探的探测能力受海


况的影响比较大,且保密性、安全性相对较低 ,一般在可控海域使用或应急情况下使用。





4)


基站磁探。





基站磁探则是建于岸边或者海底的 一种磁场监测装置,


即将磁探测系统固定安装在海床


或口岸,一 般成阵列布设,长期实时监测磁场的变化,用于地磁监测或磁性目标监控。


基磁


探具有数据稳定、灵敏度高等特点。在国外基于基站磁探的港口防护工程己获得应用


(


如图


1)


,主要用来防止 蛙人或其它水下武装的入侵


.







1.2


按照工作原理分类





按照工作原理分类,


弱磁探测系统可以分为总磁场强度探测系统、


磁场标量梯度探测系

< p>
统、磁场矢量探测系统、磁场矢量梯度探测系统、磁场梯度张量探测系统等。





1)


总磁场强度探测。





总磁场强度探测系统是利用光泵磁 强计等测量总磁场标量的磁测系统进行磁场测量。



于测量的是 总磁场强度,因此不受空间姿态的影响


(


在探头能够有效进行测 量的情况下


)






2)


磁场标量梯度探测。





磁场标量梯度探测系统是将


2


个或者


2


个以上的 标量磁传感器排成一定的阵列,


组成梯


度探测系统,

< p>
进行磁场梯度值的测量,


测量的是磁场强度的总场在相应距离上的变化,< /p>


即梯


度。


这种测量是在磁场总量探测系统 的基础上发展起来的,


由于采用了梯度测量的方式,



此受外界磁场干扰和地磁波动的影响较小,


其磁性目标的探测距离与磁传 感器灵敏度、


磁传


感器的排列方式等有关。




3)


磁场矢量探测。





磁场矢量探测系统是利用矢量磁传 感器,


对地磁场或者磁性目标的各磁场分量进行测量


的一种磁探 系统。


矢量磁传感器只接收与其敏感轴平行的磁场分量信号,


因 此在实用中一般


采用三分量磁传感器进行测量,


即测量磁场总矢 量的


3


个相互垂直的磁场分量。


由于三 分量


磁场信号包含的目标信息较丰富,


因此在磁性目标探测中具 有更大的应用价值。


同时由于每


个分量都具有方向性,因此其受 空间姿态影响较大。




< p>
4)


磁场矢量梯度探测和磁场梯度张量探测。





磁场矢量梯度探测系统是利用多个 矢量磁传感器对磁性目标的各个磁场分量进行梯度


测量的一种探测方式。


而磁场梯度张量探测系统则可以简单地理解为磁场梯度探测系统的一


种扩展,< /p>


所谓磁场梯度张量是磁场的


3


个分量分别 在


3


个方向上的变化率,


此种磁探测信 号


信息量大,


抗干扰能力强,


常用于对 磁性目标进行探测定位。



2


是磁梯度 张量测量系统的


原理示意图


I3]


,其 中的


1



7


代 表


7


个三分量传感器的位置,中间的


2


号传感器为参考传


感器。








目前比较卓越的磁力梯度张量测量系统


l4]:


德国的


LTs


< p>
sQuID


全张量磁力梯度探测系


统、澳大利亚的


GETMAG


磁场梯度张量测量系统、美国的

< br>HTS



SQUID


张量磁力梯 度测量


系统。其中


GET-MAG(


航 空张量磁力梯度仪


)


的灵敏度在


500 m


高处仍能达到



0.01nT/m< /p>


,可


以准确定位到地下几百米深处磁化率只有微弱差别的地质现象 。





2


弱磁探测技术的发展现状





弱磁探测技术的发展主要是伴随着 弱磁测量仪器和磁传感器的发展而发展的。


目前弱磁


探测中常用 的弱磁测量仪器和磁传感器主要有光泵磁强计、


质子磁力仪、


磁 通门传感器、



导量子干涉仪和磁电传感器等。





2.1


光泵磁强计





光泵是


2 0


世纪


50


年代发展起来的一门新技术 ,


光泵磁强计是一种高灵敏度和高精度的


磁测仪器。

< p>
它是以工作物质的原子能级在磁场中产生塞曼效应为基础,


再加上光泵技术 和磁


共振技术而制成的。





光泵磁强计是目前实际生产和科学技术工程实践应用中灵敏度 最高的磁探测仪器。


广泛


应用于地球物理勘探、宇宙磁场测量、 军事目标的磁探测等方面。光泵磁强计的种类很多。


按共振元素不同,

< br>可以分为氦光泵磁强计、


铆光泵磁强计、


艳光泵磁强计、


钾光泵磁强计等。


按技术设计的方案不同可以分为跟踪式和自激 式两种。


目前应用最为广泛的是艳自激式光泵


磁强计和氦跟踪式 光泵磁强计。


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本文更新与2021-02-12 10:30,由作者提供,不代表本网站立场,转载请注明出处:https://www.bjmy2z.cn/gaokao/642830.html

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