自动化地磁偏角倾角绝对测量仪测量误差研究

论文摘要

磁场是地球极其重要的一种场,是物质的基本特性之一。地磁场探测是地球物理基本场测量的重要手段,为地球科学研究、资源勘察、空间天气预报、航空航天、国防测绘、地理导航和地震监测等众多领域的研究提供数据基础。地磁观测是由绝对观测和相对记录组合而成。目前,我国已在全国范围的地磁基准台站架设了由质子旋进磁力仪和磁通门经纬仪组成的地磁绝对观测系统。但由于无磁经纬仪产量的限制、严格的有人值守观测模式和较高自然环境限制等问题,制约了现有地磁绝对观测技术的发展。因此,自动化地磁偏角倾角绝对观测技术研究和仪器研发成为当前国际地磁测量领域的研究热点,迄今为止仅德国和比利时研制了Gauss和AutoDIF等自动化地磁绝对测量系统实验样机,至今未形成产品化的仪器,仍处于台站实验观测阶段。2017年中国地震局地球物理研究所研制完成了我国第一台自动化地磁偏角倾角绝对测量仪实验样机并开展了相关的台站测试。本文通过国内外地磁绝对观测技术的文献整理,梳理了地磁绝对观测仪器发展历史,以及当前国际领先的自动化地磁绝对观测系统的研究进展和动态。结合自主研发自动化地磁偏角倾角绝对测量仪的开发经验和实际测量问题,开展由于观测环境变化引起的仪器测量误差分析和研究工作,具体如下:1、通过不同距离对标实验,给出了现有观测条件下自动化地磁偏角倾角绝对测量仪的最佳激光对标距离;通过滤光片和超长遮光罩的标志物结构优化设计,可以有效抑制了其他光源干扰,保证了秒级的对标精度;将地理北成功引入到绝对观测室内的激光标志物,测量结果与台站基线存在固定系统差。2、利用位移实验,验证了在较短对标距离下,仪器置中毫米级偏差就会造成观测结果秒级的偏差。因此,提出了自动化地磁偏角倾角绝对测量仪测量时,必须保证置中位置严格不变的工作要求。3、通过恒定磁性的钢块实验,验证了恒定磁性干扰源在不同距离下对自动化仪器测量结果的影响,并绘制了影响随距离增大的衰减曲线;现有自动化仪器每小时2组的测量密度,可以获取地磁日变信号,但无法满足地磁偏角和倾角日变连续绝对记录的测量要求;高压直流等较大扰动对自动化仪器连续测量的精度影响较大,建议进行数据判别筛选。4、通过观测室降温实验的测试,验证了自动化地磁偏角倾角绝对测量仪选用温度特性好的磁通门探头和均匀材料对称式机构设计,在温度影响中具有较好的测量稳定性,表明未来绝对观测室可以考虑不严格保温。本论文的研究工作提出了关于自动化地磁偏角倾角绝对测量仪测量误差的新认识,为下一步仪器的优化设计、地磁绝对观测数据误差自动化修正探索、自动化仪器实际架设与日常观测,以及全国自动化地磁绝对观测台网建设奠定了一定的理论和实验基础。本论文的研究成果对未来自动化绝对观测系统更广泛的应用示范以及仪器实用化和工程化具有重要的借鉴意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 第一章 概述
•   1.1 研究背景和意义
•     1.1.1 地磁场测量的意义
•     1.1.2 地磁测量的主要方法
•     1.1.3 现有地磁绝对观测不足
•     1.1.4 地磁绝对观测自动化的重要性
•   1.2 研究目标、研究思路和主要内容
•     1.2.1 研究目标
•     1.2.2 研究思路
•     1.2.3 主要内容
•   1.3 本章小结
• 第二章 地磁绝对观测发展动态及技术思路
•   2.1 地磁偏角和地磁倾角观测技术的历史发展
•   2.2 自动化地磁绝对观测技术最新国际研究动态
•   2.3 自动化地磁偏角倾角绝对测量仪的关键技术
•   2.4 自动化地磁偏角倾角绝对测量技术发展思路
•   2.5 本章小结
• 第三章 自动化地磁偏角倾角绝对测量仪整体设计与测量误差系统分析
•   3.1 地磁偏角倾角绝对测量原理
•     3.1.1 磁通门经纬仪测量原理
•     3.1.2 “指零法”与“近零法”
•     3.1.3 自动化地磁偏角地磁倾角绝对测量仪的测量原理
•   3.2 自动化地磁偏角倾角绝对测量仪整体方案设计
•     3.2.1 仪器系统构成
•     3.2.2 仪器技术性能
•   3.3 自动化地磁偏角倾角绝对测量仪测量误差系统分析
•     3.3.1 测量误差理论分析
•     3.3.2 测量误差来源分类
•   3.4 本章小结
• 第四章 激光对标误差影响研究
•   4.1 对标距离影响研究
•     4.1.1 定量分析
•     4.1.2 距离确定
•     4.1.3 实验验证
•   4.2 光照环境影响研究
•     4.2.1 定量分析
•     4.2.2 结构优化设计
•     4.2.3 实验验证
•   4.3 方位角引入影响研究
•     4.3.1 定量分析
•     4.3.2 引入方法设计
•     4.3.3 实验验证
•   4.4 本章小结
• 第五章 仪器置中偏差影响研究
•   5.1 误差定量分析
•   5.2 台站实验验证
•   5.3 抑制方法
•   5.4 本章小结
• 第六章 磁场扰动影响研究
•   6.1 恒定磁场扰动影响
•     6.1.1 定量分析
•     6.1.2 实验验证
•     6.1.3 抑制方法
•   6.2 变化磁场影响
•     6.2.1 定量分析
•     6.2.2 实验验证
•     6.2.3 抑制方法
•   6.3 本章小结
• 第七章 温度变化影响研究
•   7.1 温度变化影响综合分析
•     7.1.1 磁通门探头影响定量分析
•     7.1.2 机构应变影响定量分析
•   7.2 实验验证
•   7.3 本章小结
• 第八章 研究总结
•   8.1 研究成果
•   8.2 存在问题
•   8.3 工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介

文章来源

类型: 博士论文

作者: 张涛

导师: 滕云田

关键词: 激光对标,磁场扰动,仪器置中,温度影响

来源: 中国地震局地球物理研究所

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 地球物理学

单位: 中国地震局地球物理研究所

分类号: P318.6

总页数: 107

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