三分量井中磁力仪系统误差分析与校正研究

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随着浅层矿产资源几乎枯竭,寻找新的地表矿床的可能性越来越小。我国自2008年实施国家深部探测技术与实验研究专项(Sino Probe),为深部找矿吹响了号角,其中三分量井中磁测方法能利用深井有效探测磁性矿,是深部找矿和预测隐伏矿床的利器之一。目前国内缺乏实用化的小口径深井(3000m)高精度三分量井中磁力仪,国家重点研发计划项目专题“基于微型磁通门的井中高温小直径三分量磁场传感器的研制(2018YFC060330104)”开展了针对性的攻关研究,为了最大化实现磁力仪的高精度磁测,本文对三分量井中磁力仪系统误差分析与校正方法进行研究,主要完成了以下工作:(1)深入分析影响三分量井中磁力仪系统磁测精度的主要因素。剖析传感器自身误差、温漂误差、坐标系转换误差产生机理,运用MATLAB工具量化分析传感器自身误差、温漂误差、坐标系转换误差对井中磁力仪系统磁测精度的影响,并建立了系统综合误差模型。(2)研究了传感器误差校正算法。讨论椭球拟合和Levenberg-Marquardt(LM)校正算法原理,推导两种算法参数的求解过程,使用两种算法对磁、重传感器误差进行校正仿真分析,通过算法性能比较,确定采用LM算法对磁、重传感器误差进行校正。(3)研究了温漂和坐标系转换误差校正算法。首先,运用LM校正算法对磁、重传感器刻度因子和零偏温漂误差进行校正分析,建立磁、重传感器的温漂校正函数,只要已知环境温度和磁、重传感器测量值就能对温漂误差进行校正。其次针对磁、重坐标系非重合问题,提出了坐标系转换误差校正的磁、重总场比值恒定校正法,通过仿真分析,表明该算法不需要借助外界参考坐标系,仅靠磁、重传感器本身坐标系便可完成校正。最后为了高效率地完成三分量井中磁力仪系统误差校正,设计一种模拟井下温度条件的校正设备,能够同步完成被测仪器在不同温度时的全向旋转校正。(4)对三分量井中磁力仪系统误差进行校正。建立系统校正环境、制定校正试验方案,对系统的传感器误差、温漂误差、坐标系转换误差进行校正,结果表明三分量井中磁力仪在25℃~150℃内坐标系转换误差<50n T,均方根误差<30n T,满足系统设计要求。经湖北大冶铜矿井测试,验证了本文使用校正方法的有效性,提高了三分量井中磁力仪的磁测精度。
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