磁力儀(magnetometer)是測量磁場強度和方向的儀器的統(tǒng)稱。測量地磁場強度的磁力儀可分為絕對磁力儀和相對磁力儀兩類。主要用途是進行磁異常數(shù)據采集以及測定巖石磁參數(shù)，從20世紀至今，磁力儀經歷了從簡單到復雜，機械原理到現(xiàn)代電子技術的發(fā)展過程。

磁力儀

磁力儀分類

磁力儀按其內部結構及工作原理，大體上可分為：①機械式磁力儀。如懸絲式磁秤、刃口式磁秤等；②電子式磁力儀。如質子磁力儀、光泵磁力儀、磁通門磁力儀等。若從磁力儀使用的領域來看，它們可分為：地面磁力儀、航空磁力儀、海洋磁力儀以及井中磁力儀。磁力儀按其測量的地磁場參數(shù)及其量值，可分為：①相對測量儀器，如懸絲式垂直磁力儀等，它是測量地磁場垂直分量的相對差值；②絕對測量儀器，如質子磁力儀等，它是測量地磁場總強度的絕對值；不過亦可測量梯度值。

絕對磁力儀測定值的準確度由儀器本身確定，相對磁力儀測定值的準確度與絕對磁力儀比測后才能確定。常用的磁力儀有以下幾種：

1. 地磁感應儀。測量地磁傾角的儀器。它是W.E.韋伯于是1837年根據電磁應原理制成的。測量精度可達數(shù)秒。

2. 磁偏計。測量地磁偏角的儀器。主要由磁系、懸絲、照準望遠鏡和水平度盤等組成。測量精度可達數(shù)秒。

3. 石英絲水平強度磁力儀。測量地磁場水平強度的相對磁力儀。它是丹麥學者D.拉庫爾于1936年根據扭力矩與磁力矩平衡的原理設計制成的。儀器的主要部分是一條精制的石英絲和磁針。這種儀器可供野外地磁測量使用，也可供地磁臺作地磁記錄的校正。使用前必須先用絕對磁力儀對它的常數(shù)進行標定。

4. 零點磁秤。測量地磁場垂直強度的相對磁力儀。它是拉庫爾于1942年根據重力矩與磁力矩平衡的原理，利用兩根磁針間的相互作用制成的。

5. 磁通門磁力儀。測量地磁場強度和方向的相對磁力儀。儀器由獨立的磁通門探頭組合而成。每一個磁通門探頭能獨立地探知某一方向上地磁場的強度，把3個探頭相互垂直地組合在一起，即可同時測出地磁場強度的3個分量。磁通門磁力儀是在第二次世界大戰(zhàn)中為了從飛機上探測敵方潛艇而發(fā)展起來的，已在地磁臺以及陸地磁測、航空磁測、衛(wèi)星磁測等方面得到廣泛應用。

6. 質子旋進磁力儀。測量地磁場總強度的絕對磁力儀。強磁場使水或碳氫化物中的質子極化，當強磁場突然去掉時，質子就以角速度w繞地磁場旋進。測定質子的旋進頻率即可算出地磁場總強度。這種儀器不怕震動，適于裝載在船舶、氣球、飛機、人造衛(wèi)星等運載工具上使用。

7. 光泵磁力儀。根據光泵作用原理作成的磁力儀。由光泵作用排列好的原子磁矩，在特定頻率的交變電磁場的作用下，將產生共振吸收作用，打亂原子的排列情況。發(fā)生共振吸收現(xiàn)象的電磁場的頻率與樣品所在點的外磁場強度成一比例關系，故測定這一頻率就可以測出外磁場的值。常用的工作元素有：鉀(K39)；銣(Rb87，Rb85)；銫(Cs133)；氦(He4，He3)等。

磁力儀的主要技術指標

技術指標是反映儀器總體性能的技術參數(shù)，通常包括：靈敏度、精密度、準確度、穩(wěn)定性、測程范圍等等。

靈敏度 系指磁力儀反映地磁場強度最小變化的能力（敏感程度），有時也稱作分辨率。 對于用數(shù)碼顯示器讀取磁場值的儀器（如質子磁力儀），在其讀數(shù)裝置上估讀的最小可辨別的變化，稱為顯示靈敏度（或讀數(shù)能力），如1nT/字，0.1nT/字等。由于儀器有一個噪聲水平問題，因此靈敏度與顯示靈敏度在概念上是有區(qū)別的。

精密度 它是衡量儀器重復性的指標，系指儀器自身測定磁場所能達到的最小可靠值。由一組測定值與平均值的平方偏差表示。在儀器說明書中稱為自身重復精度。

準確度 系指儀器測定真值的能力，即與真值相比的總誤差。  在磁法勘探工作中，通常把精密度與準確度不予區(qū)分，統(tǒng)稱為精度。

質子磁力儀的組成與簡要工作過程

以CZM-2型質子磁力儀為例，該儀器采用集成電路、程序控制，具有體積小、重量輕、數(shù)字顯示、測程寬、抗干擾能力強、耗電量小、性能穩(wěn)定、精度高等特點，為我國20世紀80年代中期的產品。它主要供地面磁測，日變站，地震預報中地磁臺站的使用。

CZM-2質子磁力儀

儀器的組成  質子磁力儀一般是由儀器主機、探頭及電池盒三部分組成。主機采用半密封結構，探頭為全密封結構，采用防磁材料。

質子旋進頻率的測量  該磁力儀的量部分主要是能以2×10-5精度測量質子旋進訊號的數(shù)字式頻率計，其頻率范圍為1360Hz-3040Hz（相對應磁場31942-71401nT）。當按動一次工作微動開關，在程序控制器的控制下，磁化系統(tǒng)開始工作，即有磁化電流流經探頭，探頭線圈產生n×103A/m的磁化磁場。數(shù)秒后磁化系統(tǒng)關閉，磁化場消失。質子磁矩在地磁場T的作用下旋進，切割線圈在探頭中產生感應訊號，適當選擇探頭配諧電容C，使其和探頭線圈電感L，諧振在旋進頻率f上，可使選頻放大器輸入端獲得最大的訊號。經選頻放大后，送入倍頻器，它將f倍頻128倍，再經電子門送入計數(shù)器，由顯示器直接顯示地磁場T的量值。

幾種光泵磁力儀指標對比

型號

類

測量范圍(nT)

分辨率

Absolute Accuracy

Sensitivity

采樣率

Tilt1 range

帶寬

HC2000

氦

30,000-70,000

300fT

3.0pT

15Hz

GB-4A

氦

35,000-70,000

3.6pT

10nT

10Hz

氦

19 000-74 000

74.3fT

10nT

20Hz

P2K

氦

22,302 -78,058

83.1 fT

0.3pT/√Hz

(rms.)

120Hz

G-822A

銫

20,000-100,000

3pT

0.5pT/√Hz

(rms.)

10Hz

G-823A

銫

20,000-100,000

20pT

4pT/√Hz

(rms.)

10Hz

G824A

銫

20,000-100,000

10pT

0.3pT/√Hz

(rms.)

50Hz/1000Hz

GSMP-40 V7

鉀

20,000-100,000

100fT

+/- 0.1 nT

2.5pT/√Hz(rms)

20Hz

SM-5

銫

15 000-105 000

10pT

3pT/√Hz

(rms.)

10Hz

CS-3/CS-L

銫

15,000 -105,000

2.5 nT

0.3 pT√Hz

(rms.) 

鉀

15 000 -100 000 nT

±0.02 nT

0.5 pT√Hz

1 – 1280Hz

15-80o

150 Hz

銫

20 000 - 65 000 nT

±0.2 nT

15 pT√Hz

1-10Hz

±1o

2.5 Hz

光泵磁力儀