井中磁测是勘察地球资源的重要手段之一,以矿产资源的磁性特点为研究基础,能勘探出井周围一定规模内的盲矿以及含磁性矿产物质的空间位置,可以免除地面人文、地形环境等多因素的干扰,为普查磁铁性矿产、探寻深部有色金属矿产提供有效的技术支撑。井中磁测发展必然趋势之一是观测物理量的阶次不断增高,从测量地磁总场强度标量,发展到测量磁场矢量,再到测量其磁梯度张量。观测物理量的阶次提高能有效克服地球磁场自身随时间变化的干扰,对磁性物质引起的异常场更加敏感,可以提供更多关于磁源结构特征的空间几何信息,更适用于在井中寻找和定位深部矿产。旋转调制频点法是三阶磁梯度张量的测量方式之一,首先旋转磁传感器将空间域中的信号转换为时域信号,再通过傅里叶变换完成时域信号向频域信号的转换,最后在频域内依次提取阶次不同的磁梯度张量分量,其优点是利用一个磁传感器就能够精确地测量三阶磁梯度张量信息。应用此原理本文完成了井中三阶磁梯度张量测量系统的硬件研制和软件设计等工作,主要包括信号采集系统设计,完成磁场信号从模拟量到数字量地高精度转换;运动控制系统设计,精确控制电机旋转运动;对准系统设计,实现井中测量数据在大地坐标系中的定位;伞形外部支撑结构设计,提高野外井中实验的测点稳定性;防水结构外壳设计,适用于井中恶劣的测试环境。最终将仪器测量得到的磁场信号经预处理后进行数据解析处理,得到三阶磁梯度张量数据。在井中进行三阶磁梯度张量的测量过程中,不可避免会存在测量组件误差、安装精度误差以及井下测试环境等各种因素的影响,数据质量得不到保证。针对上述情况,本文提出了一种适用于各阶磁梯度张量测量系统的统一校正框架,其最大的优势是所需校正系数恒定不变,有效解决了当阶次递增时,校正系数个数骤增的问题。该框架将磁梯度张量视为一个整体,将各阶磁梯度张量坐标旋转前后模值不变的特性作为约束条件,采用最小二乘算法求解校正系数,能达到提高仪器探测精度的效果。通过井中三阶磁梯度张量测量系统测试与应用实验,验证了仪器的准确性与实用性。设计磁偶极子动态旋转实验,完成磁偶极子的频率域标定,计算出磁矩信息;磁偶极子测线实验,实际测量值与仿真理论值进行对比,验证井中三阶磁梯度张量测量系统的准确性;分辨率测试实验,设计线圈到原点的距离与线圈半径的比值为1.188的两个圆形线圈结构作为梯度发生源,测试三阶磁梯度张量测量系统的性能指标,分辨率至少达到1090 n T/m~2。校正方法实验,提高仪器测量精度,改善比达到1.433。最后进行井中探测实验,证明三阶磁梯度张量测量系统具有实用性。