超导全张量磁梯度计的搭建和优化

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航空全张量磁梯度测量方法通过测量地磁场的梯度变化以获得地磁异常的所有信息,相较于磁场测量、总场测量及总场梯度测量,磁梯度张量能够测量更多磁异常的信息,容易实现对测量数据的三维反演解释,是航空磁物探技术的重要发展方向。  超导量子干涉器件(Superconducting Quantum Interference Devices,SQUIDs)因其磁灵敏度高,体积小等优势,是实现高精度全张量磁探测的唯一选择。  本文针对航空超导全张量磁梯度系统研制,对梯度计构型优化,模块角度误差分析,全张量系统搭建,系统性能的静态及动态性能测试,系统运动噪声的分析及压制等进行了较系统的研究,并开展了全张量磁异常探测的原理性验证。主要内容如下:  1)理解全张量理论基础,分析比较不同梯度计构型之间的优缺点,选定六棱锥构型,在此基础上进行数学分析和推导,得到六棱锥的最佳倾角以达到最高的探测效率。  2)对全张量系统进行介绍,从SQUID芯片的介绍、六棱锥模块组装、读出电路的选择、测控系统的配置以及杜瓦的射频屏蔽技术等进行阐述,从而完成整个全张量测量系统的搭建,并评估了该系统在磁屏蔽环境和地球磁场环境下的静态特性。  3)采用三轴SQUID磁强计对梯度计不平衡度进行补偿,达到抑制运动噪声的目的。基于最小二乘(LMS)自适应滤波算法,通过数值仿真分析了平面梯度计的不平衡度、环境磁场大小以及环境剩余磁梯度对补偿效果的影响。并采用高均匀性磁场对实际平面梯度计的不平衡度进行了评估,同时在野外均匀地球磁场下进行测试。两种情形下结果均表明,我们所使用的平面梯度计的不平衡度在10-3量级,且可以使用三轴磁强计将其不平衡度补偿约2个数量级,提高了超导全张量磁梯度仪在运动状态下的实用性。并在此基础上完成了小面积的全张量磁梯度异常探测的原理演示实验。
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