子午工程二期自动磁通门经纬仪.pdf
《子午工程二期自动磁通门经纬仪.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《子午工程二期自动磁通门经纬仪.pdf(7页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、王喜珍,范晓勇,张策,滕云田,马新欣,陈志青.2024.子午工程二期自动磁通门经纬仪.地球与行星物理论评(中英文),55(1):24-30.doi:10.19975/j.dqyxx.2023-014.WangXZ,FanXY,ZhangC,TengYT,MaXX,ChenZQ.2024.AutomaticfluxgatetheodoliteinthePhaseIIofChineseMeridianProject.ReviewsofGeophysicsandPlanetaryPhysics,55(1):24-30(inChinese).doi:10.19975/j.dqyxx.2023-014.
2、子午工程二期自动磁通门经纬仪王喜珍1*,范晓勇1,张策2,滕云田1,马新欣1,陈志青31中国地震局地球物理研究所,北京1000812应急管理部国家自然灾害防治研究院,北京1000233中国科学院国家空间科学中心,北京100190关键点:自动磁通门经纬仪是我国自主研制的自动化、高精度地磁场绝对观测设备,实现了磁偏角和磁倾角的自动化测量,克服了人工观测不足,提高了观测效率,扩大了应用范围.与国外同类型观测设备相比,自动磁通门经纬仪性能指标达到甚至优于同等类型监测设备水平.子午工程首次采用自动磁通门经纬仪开展地磁场绝对测量,必将推动和改变传统的地磁场绝对观测模式,提高观测技术水平.摘要:地磁台站观测
3、有相对记录和绝对观测 2 种,相对记录数据需经基线值改正后方可得到地磁场要素的实际值.磁通门经纬仪是获取基线值的基本设备之一,在地磁观测中发挥着重要作用.目前台站采用的磁通门经纬仪需人工操作,人为因素会对观测数据质量产生影响,因在偏远地区和环境恶劣地区无法实现地磁绝对观测,造成地磁绝对观测的空间覆盖空白.子午工程二期将在我国大陆地区首次开展自动化磁偏角和磁倾角地磁绝对观测,必将推动地磁绝对观测技术创新与发展.自动磁通门经纬仪是我国自主研发的磁偏角和磁倾角自动化观测设备,采用无磁材料和压电电机,通过优化设计与改进加工工艺,以及引入多参量误差补偿算法,有效克服和消除了系统误差,提高了测量精度.该设
4、备在河北涉县台、吉林合隆台、陕西乾陵台和北京白家疃台等台站开展了长时间的实际观测,并与台站的人工磁通门经纬仪观测结果进行了对比.结果表明,自动磁通门经纬仪的主要性能指标达到了人工磁通门经纬仪水平.该设备也通过了中国地震局前兆设备入网测试,功能和性能指标符合地磁台站地磁绝对观测要求.关键词:子午工程;地磁监测;自动磁通门经纬仪;测量误差doi:10.19975/j.dqyxx.2023-014中图分类号:P315文献标识码:AAutomatic fluxgate theodolite in the Phase II of Chinese Meridian ProjectWangXizhen1*,
5、FanXiaoyong1,ZhangCe2,TengYuntian1,MaXinxin1,ChenZhiqing31InstituteofGeophysics,ChinaEarthquakeAdrministration,Beijing100081,China2NationalInstituteofNaturalHazards,Beijing100023,China3NationalSpaceScienceCenter,ChineseAcademyofSciences,Beijing100190,ChinaAbstract:Absoluteobservationandrelativerecor
6、daretwomethodsingeomagneticstationobservation.Theactualvaluesofgeomagneticfieldelementscanbeobtainedaftertherelativerecorddataiscorrectedbybaselinedata.Fluxgatetheodoliteisoneofthebasictoolsrequiredtoobtainbaselinevaluesandplaysanimportantroleingeomagneticobservations.Atpresent,fluxgatetheodoliteuse
7、dinstationsrequiresmanualoperation,andhumanfactorsaffecttheobservationdataquality.Becauseabsolutegeomagneticobservationcannotberealizedinremote收稿日期:20230301;录用日期:20230425基金项目:国家重大科技基础设施项目(子午工程二期)SupportedbytheNationalMajorScienceandTechnologyInfrastructureProjectsGrand(PhaseIIoftheMeridianProject)*通
8、信作者:王喜珍(1972-),男,副研究员,主要从事地球物理观测技术研究.E-mail:wangxzcea-第55卷第1期地球与行星物理论评(中英文)Vol.55No.12024年1月ReviewsofGeophysicsandPlanetaryPhysicsJan.,2024areasorareaswithharshenvironments,someblankareasinthecoverageofgeomagneticabsoluteobservationex-ist.ThesecondphaseoftheChineseMeridianProjectwillcarryoutautomati
9、cgeomagneticabsoluteobservationofmagneticdeclinationandinclinationforthefirsttimeinChinasmainland,whichwillpromotetheinnovationanddevelopment of geomagnetic absolute observation technology.The automatic fluxgate theodolite is a self-de-velopedequipmentfromChinaforautomaticobservationofmagneticdeclin
10、ationandinclination.Itadoptsnon-magneticmaterialsandpiezoelectricmotors,effectivelyovercomesandeliminatesthesystematicerrorsbyoptimiz-ingthedesign,improvesthemachiningprocess,andcompensatesforthemulti-parametererroralgorithm,soastoensuremeasurementaccuracy.Theequipmenthasbeenappliedtolong-termpracti
11、calobservationinstationssuchasShexianStationinHebeiProvince,HelongStationinJilinProvince,QianlingStationinShanxiProvinceandBaijiatuanStationinBeijing.Comparedwiththeobservationresultsofartificialfluxgatetheodoliteinthesesta-tions,theresultsshowthatthemainperformanceoftheautomaticfluxgatetheodoliteis
12、thesameasthatofthearti-ficialfluxgatetheodolite.TheequipmenthasalsopassedaprecursorequipmentstandardtestfromtheChinaEarth-quakeAdministration,anditsfunctionsandperformancemeettherequirementsofabsolutegeomagneticobserva-tionforgeomagneticstations.Keywords:Chinese Meridian Project;geomagnetic monitori
13、ng;automatic fluxgate theodolite;measuringerror0引言子午工程是目前规模最大、观测手段最全、观测物理参量最多、覆盖范围最广的空间地基观测系统,由空间环境监测系统、数据通信系统和科学应用系统组成(王赤等,2021).作为空间环境监测系统的重要组成部分之一,地磁监测网分系统主要由分布在东经 100、120和北纬 30、40附近的28 个地磁监测站点组成,配置有质子磁力仪、Overhauser 磁力仪、人工磁通门经纬仪、自动磁通门经纬仪、磁通门磁力仪、感应式磁力仪、大气电场仪、地电场仪以及低频磁场波动接收机等监测设备,实现对地磁基本场、感应场、地电场、大
14、气电场、ULF/ELF/VLF 波等空间环境物理对象的监测,为开展地磁场时空变化特征和区域特征、磁层波动的产生和传播、地球辐射带演化及磁层-电离层耦合研究,获取磁暴等空间天气事件的形成机理、变化规律和特征,探索地震圈层耦合关系,为空间天气预报、地震研究提供理论和应用基础.磁通门经纬仪是经典的地磁磁倾角和磁偏角的测量设备,大多数地磁绝对观测台站均配置该设备.通过测量磁倾角 I 和磁偏角 D,结合台站地磁总场观测值 F,计算得到地磁各要素基线值,进而校正地磁相对记录数据,获取地磁基本场及其长期变化实际值.目前国内地磁台站配置的磁通门经纬仪均采用人工观测模式,需由观测人员手动操作,每周观测 2 次,
15、通常在每周二和周四地磁相对平静时段观测(中国地震局监测预报司,2002).由于人工观测方式对操作人员的能力和经验要求较高,观测数据质量受人为因素影响较大,且在偏远和环境恶劣地区难以开展观测等缺点,迫切需要开发自动化磁偏角 D 和磁倾角 I 观测设备,实现地磁绝对观测的自动化.在国际气象学和大气物理学会(InternationalAssociationofGeomagnetismandAeronomy,IAGA)的推动下,一些国家和地区开展了自动化磁偏角和磁倾角监测设备的研发,目前已有德国、比利时、中国等研制成功样机,并有较好的实际观测应用.1996 年,比利时皇家气象学院首次提出自动化磁偏角和
16、磁倾角监测设备的研制思路(Gilbertand Rasson,1998),于 2004 年 开 始 投 入 研 发,2006 年完成第一代原理样机 AUTODIFMKI(Ras-sonetal.,2009;SebastienandRasson,2007;VanLooandRasson,2007),2010 年开发完成了第二代样机 AUTODIFMKII.2010 年 IAGA 学术年会上,该研发团队在长春地磁台进行了演示观测(RassonandGonsette,2011).为了满足在高纬度区地磁观测需要,该团队于 2013 年完成了 GyroDIF 研发.GyroDIF 很好地解决了低温环境下
17、工作、极区标志物建设难度大以及通讯困难等问题(Gonsetteand Rasson,2013;Gonsette et al.,2014),并 于2016 年12 月安装在南极 Livingston 岛开展长期观测(Marsaletal.,2017).至 2017 年,比利时皇家气象学院自动磁通门经纬仪研发团队已成功开发了第55卷第1期王喜珍,等:子午工程二期自动磁通门经纬仪25六类适用不同观测环境和要求的 AUTODIF 观测设备(Ponceletetal.,2017).2003 年,德国布伦瑞克工业大学 Auster 团队首次开发成功GAUSS(geomagticautomatedsyste
18、m)地磁绝对观测系统.该系统基于高斯理论,通过欧拉变换,先得到地磁场X和Y分量观测值,结合台站地磁场总强度 F,推导出H、D、I、Z 等磁场分量(Austeretal.,2007).我国自动磁通门经纬仪研发始于 2012 年,并于 2017 年研制成功第一代原理样机(范晓勇等,2018).经过不断的改进,于 2019 年基本定型,并在地磁台站开展长时间的验证性观测.纵观各国开发的自动磁通门经纬仪,尽管其功能和性能达到了人工磁通门经纬仪的水平,但还没有在地磁台站绝对观测中得到广泛应用.表 1 给出了各国自动磁通门经纬仪的核心指标.表1国内外自动磁通门经纬仪指标对比Table1Comparison
19、ofautomaticfluxgatetheodolitefromdif-ferentcountriesAutoDIF(比利时)GyroDIF(比利时)GAUSS(德国)AutoDIF(中国)D测量精度6-46I测量精度6-46定向方式激光对标光纤陀螺激光对标激光对标驱动方式压电电机压电电机压电电机压电电机测量周期30min-30min20min每天最大测量组数48组12组24组72组子午工程二期将在“#”型站点布设的其中 9个核心站点(表 2)布设自动磁通门经纬仪,拟于2023 年底完成安装并投入试运行.届时将与子午工程一期布设的 Mag-01H 型人工磁通门经纬仪共同组成地磁绝对观测网.1
20、自动磁通门经纬仪自动磁通门经纬仪主要由磁偏角和倾角测量系统、方位角定向装置和控制器组成(图 1).(a)(b)(c)图1自动磁通门经纬仪组成.(a)磁偏角和倾角测量系统;(b)方位角定向装置;(c)控制器Fig.1Composition of an automatic fluxgate theodolite.(a)Magnetic declination and inclination measurementsystem;(b)Azimuthorientationdevice;(c)Recorder自动磁通门经纬仪与人工观测磁通门经纬仪的观测原理相同,不同之处在于观测过程由自动化测量取代人工操
21、作.自动磁通门经纬仪研制的关键技术主要有两个方面,一是自动化转动机构设计和高精度转动过程的无磁化,二是高精度的方位角定向.1.1 磁偏角和倾角测量系统磁偏角和倾角测量系统是自动磁通门经纬仪的核心部件,主要由无磁驱动电机、旋转装置、单轴磁通门磁力仪、激光器和光栅码盘等组成(图 2).驱动电机采用高精度的无磁压电电机,在垂直竖轴和水平横轴上均安装 1 个无磁压电电机,在电机的驱动下,旋转装置可以绕垂直竖轴或水平横轴来回表2子午工程二期自动磁通门经纬仪配置站点Table2InstallationsitesofautomaticfluxgatetheodolitesinthePhaseIIofChin
22、eseMeridianProject台站名称经度/E纬度/N高程/m喀什站75.8139.511309.00且末站85.4538.121246.13噶尔站80.1132.524403.00巴塘站99.1130.012600.00拉萨城关站91.0029.603633.00嘉峪关站98.2239.811720.00应城站113.3330.9254.10满洲里南区站117.4449.58681.78贺兰站106.0738.801465.00磁通门探头压电电机横轴码盘旋转中框激光器图2磁偏角和倾角测量系统结构示意图Fig.2Schematicdiagramofmagneticdeclinationa
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 子午 工程 自动 磁通门 经纬仪
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。