(完整版)弱磁探测技术发展现状(光泵磁通门磁阻GMR高斯TMR皮特AMR巨磁阻抗GMI霍尔Hall高灵敏量子干涉).doc

弱磁探测技术发展现状作者：胡生生单位：中国科学研究院摘要介绍了弱磁探测技术的组成、分类和应用，并就弱磁探测系统的工作特点进行了分析，以目前常见的几种弱磁测量仪器、磁传感器的发展为例，介绍了弱磁探测技术的发展现状。0引言弱磁探测技术在军事、资源勘探、科学研究等领域有广泛的应用，近些年更获得了突飞猛进的发展，其中军事需求是主要的推动因素之一。弱磁探测采用测量地球磁场或者磁性目标磁场的方式，通过信号处理与分析获取相关信息，用于资源调查和目标探测等。1弱磁探测系统的组成与分类弱磁探测系统一般由磁探头模块、数据采集模块、信号处理与分析模块等部分组成，搭载在相应的平台上进行工作。其工作模式一般为，磁探头模块接收磁场信号，并将其转换为电信号，数据采集模块将模拟信号数字化，信号处理与分析模块对数字信号进行处理分析，获得目标信息。弱磁探测系统有很多分类方法，在工程应用中一般按照搭载平台或工作原理进行分类。1.1按照搭载平台分类按照搭载平台进行分类，弱磁探测系统主要包括航空磁探、水中拖曳磁探、浮标磁探和基站磁探等。1)航空磁探测。航空磁探测是利用飞机作为搭载平台，实现目标磁场探测，即磁探测系统安装在飞机上，飞机在探测领域上空一定高度飞行，磁探测系统实时测量包含地磁场在内的磁场信号，经过处理分析，获得相应区域的磁场特征。在军事领域，航空磁探是目前探测潜艇最有效的探测方式之一，在一些军事强国已得到广泛应用，与其它探潜设备相比，航空磁探测具有不受水文气象条件限制、搜索面积大、搜索效率高、使用简单可靠、反应迅速等特点。除此之外，航空磁探还是目前世界上资源勘探常用的方法之一，是航空物探系统中不可或缺的一部分，广泛应用于地质勘测、油气田和矿产资源等领域。由于飞机需在一定高度飞行，其适合于大区域磁特征或较大磁性目标的探测。航空磁探测的2个关键问题是探测设备与环境噪声的排除和补偿问题。目前比较有代表性的航空磁探测装备:加拿大海军的AN/ASQ-504(V)型磁异常探测设备(探测距离为I200m，灵敏度在飞行中为0.01y)，美国雷声公司的AN/ASQ-81(V)反潜战磁强计一磁异常探测系统(可采用机内配置或机外拖曳2种工作方式，拖曳式的探测距离为1000m,灵敏度为1TlHz'r，通带范围为1~10MHz),AN/ASQ-208(V)数字式磁异常探测系统和静止型氦-3反潜战磁强计磁异常探测系统等。2)水中拖曳磁探。水中拖曳磁探是指利用舰船或其它航行器作为拖曳工具，磁探测系统安装在拖曳装置中，拖曳装置与拖曳工具间隔一定距离，在水中一定的深度航行，实时接收磁场信号。根据磁探测系统的拖曳深度可分为水面拖曳磁探和水下拖曳磁探2种，其中最常见的是水下定深拖曳磁探，主要用在探潜、反水雷、救护打捞等领域。根据探测的需要，拖曳装置可以在距海底较近的水中航行，因此能够探测小型磁性目标。在实际应用中，可以进行较高密度的网格式探测，并可实现对目标的定位，其缺点是探测效率相对较低。3)浮标磁探。浮标磁探是将磁探测系统安装在浮标中，浮标投放到相应海域后，进行磁场测量。测量的磁场信号可通过卫星或中转装置实时传输到基站，也可存储一定数据量后进行集中传输。浮标磁探主要用于敏感海域对潜艇的探测以及地磁场信息的收集。浮标磁探的探测能力受海况的影响比较大，且保密性、安全性相对较低，一般在可控海域使用或应急情况下使用。4)基站磁探。基站磁探则是建于岸边或者海底的一种磁场监测装置，即将磁探测系统固定安装在海床或口岸，一般成阵列布设，长期实时监测磁场的变化，用于地磁监测或磁性目标监控。基磁探具有数据稳定、灵敏度高等特点。在国外基于基站磁探的港口防护工程己获得应用(如图1)，主要用来防止蛙人或其它水下武装的入侵.1.2按照工作原理分类按照工作原理分类，弱磁探测系统可以分为总磁场强度探测系统、磁场标量梯度探测系统、磁场矢量探测系统、磁场矢量梯度探测系统、磁场梯度张量探测系统等。1)总磁场强度探测。总磁场强度探测系统是利用光泵磁强计等测量总磁场标量的磁测系统进行磁场测量。由于测量的是总磁场强度，因此不受空间姿态的影响(在探头能够有效进行测量的情况下)。2)磁场标量梯度探测。磁场标量梯度探测系统是将2个或者2个以上的标量磁传感器排成一定的阵列，组成梯度探测系统，进行磁场梯度值的测量，测量的是磁场强度的总场在相应距离上的变化，即梯度。这种测量是在磁场总量探测系统的基础上发展起来的，由于采用了梯度测量的方式，因此受外界磁场干扰和地磁波动的影响较小，其磁性目标的探测距离与磁传感器灵敏度、磁传感器的排列方式等有关。3)磁场矢量探测。磁场矢量探测系统是利用矢量磁传感器，对地磁场或者磁性目标的各磁场分量进行测量的一种磁探系统。矢量磁传感器只接收与其敏感轴平行的磁场分量信号，因此在实用中一般采用三分量磁传感器进行测量，即测量磁