3.3. Способы измерения магнитногополя

3.3.1. Классификация способов измерений магнитного поля

При выполнении магниторазведочных работ обычно производятся измерения индукции, напряженности магнитного поля или магнитной восприимчивости горных пород.

Приборы для измерения магнитной индукции или напряженности магнитного поля называют магнитометрами. Вариации (изменения во времени) земного магнитного поля регистрируются магнитовариационными станциями. Для измерения магнитной восприимчивости горных пород и руд (æ) используются измерители магнитной восприимчивости или их еще называют каппаметры.

По условиям применения магнитометры делятся на лабораторные, наземные (пешеходные и автомобильные), аэромагнитометры, гидромагнитометры (морские), шахтные и скважинные.

По принципу измерения магнитного поля полевые магнитометры подразделяются на:

• магнитомеханические (оптико-механические);

• феррозондовые;

• протонные (ядерно-прецессионные);

• квантовые (на принципе оптической накачки);

• индукционные;

• криогенные.

В зарубежных странах протонные и квантовые магнитометры обычно не разделяют и объединяют их под общим названием ядерные магнитометры. Рассмотрим основные принципы измерений магнитной индукции.

3.3.2. Оптико-механические магнитометры.

Принцип работы оптико-механических магнитометров основан на взаимодействии постоянных магнитов с магнитным полем Земли и называется принципом магнитных весов. В зависимости от измеряемого элемента магнитного поля различают горизонтальные (для измерения H - составляющей) и вертикальные (для измерения Z - составляющей) магнитные весы. Одной из последних модификаций оптико-механических магнитометров является магнитометр М-27М, предназначенный для измерения приращений вертикальной составляющей напряженности (Z) магнитного поля Земли.

Устройство магнитометра следующее (рис.3.13). На горизонтально натянутой тонкой металлической нити (точнее - ленте) жестко укреплен измерительный магнит (1) с зеркальцем (2), который может поворачиваться в вертикальной плоскости на определенный угол в зависимости от величины вертикальной напряженности магнитного поля Z. Пусть в некоторой точке (например, на эталонном полигоне завода) нить подвеса и магнитная ось магнита горизонтальны. В другой любой точке наблюдений, где вертикальная составляющая напряженности отличается на величину Z, на полюсы магнита действуют противоположно направленные силы F₁ и F₂. Под действием этих сил магнит будет поворачиваться, закручивая нить подвеса. Угол отклонения магнита от горизонтального положения будет пропорционален изменению поля Z. Луч света (7) падает на зеркало и отражается в окуляр (8), где можно зафиксировать отклонение магнита от горизонтали по отклонению луча света.

Рис.3.13. Принципиальное устройство оптико-механического магнитометра

М – 27М

Практически удобнее не измерять угол отклонения магнита, а компенсировать его, то есть проводить измерения компенсационным способом. Для этого сбоку от измерительного магнита установлен компенсационный магнит (или магнит плавной компенсации 3), жестко связанный с прозрачным диском, на котором нанесена шкала (4). С другой стороны установлен диапазонный магнит (или магнит грубой компенсации - 5), положение которого меняется ступенями с помощью зубчатого сектора (6).

Отклонения измерительного магнита от горизонтального положения под действием приращения поля Z компенсируются с помощью изменения положения компенсационного магнита (а когда его магнитного момента недостаточно, ступенчато изменяют положение диапазонного магнита). Таким образом, мерой измеряемого поля Z служит величина магнитного момента компенсационного и диапазонного магнитов, потребовавшегося для приведения измерительного магнита в горизонтальное положение (т.е. для компенсации). Угол поворота компенсационного магнита определяется по шкале (4), которая градуируется на заводе-изготовителе и проверяется ежегодно по мере необходимости с помощью специальных градуировочных комплектов (кольца Гельмгольца).

В окуляре магнитометра при измерении видна вращающаяся шкала, неподвижная линия (индекс и подвижный индекс (световой блик от измерительного зеркала с двумя параллельными линиями в центре).

В магнитометре имеются и еще элементы, не показанные на рисунке 3.13 - дополнительные настроечные магниты (температурный и юстировочный), а также арретир. Арретир представляет собой специальный механический захват, в нерабочем положении магнитометра поддерживающий измерительный магнит и предохраняющий нить подвески от обрыва при транспортировке и случайных ударах прибора.

Рис. 3.14. Общий вид магнитометра М - 27М.

Чувствительная система магнитометра М-27М помещена в немагнитный теплоизолирующий кожух (12), который с помощью специального установочного винта (13) укрепляется на треноге (рис.3.14). Для приведения системы в горизонтальное положение используются три нивелировочных винта (5) в нижней части корпуса, а на верхней панели рядом с окуляром установлены два взаимно перпендикулярных уровня (1). На боковую поверхность корпуса прибора выведены ручки арретира (4), управления измерительным (7) и диапазонным (16) магнитами. Вес магнитометра составляет около 6,5 кг, цена деления шкалы 10 нТл/дел, диапазон измерений 70 000 нТл, погрешность измерений обычно  5-10 нТл.

С конца 50-х до конца 80-х годов XX века магнитометры типа М-23, М-27, (М-27М) были основными приборами для наземных магниторазведочных работ. В настоящее время в производственных организациях эти магнитометры не применяются из-за сравнительно низкой производительности и низкой точности по отношению к более современным типам магнитометров. Применяются они в основном при специализированных опытных работах и при работах в зонах больших градиентов магнитного поля (более 600 нТл/м).