T-SSC 3-2024 欧弗豪泽多参量磁力仪 通.用技术规范

ICS17.220.20N91Overhausermulti-parametermagnetometer—GeneraltecI前言 12规范性引用文件 13术语和定义 14技术要求 25测试方法 46检验规则 6 （规范性）主要测试设备及要求8 （规范性）总强度F性能指标测试方法9 （规范性）磁偏角D和磁倾角I性能指标测试方法12 （规范性）温度系数测试方法14参考文献 本文件按照GB/T1.1－2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。本文件由中国地震局地震预测研究所提出。本文件由中国地震学会归口。本文件起草单位：中国地震局地震预测研究所、中国地质大学（武汉）、中国地质大学（北京）、中国地震局地球物理研究所、江苏省地震局、云南省地震局。本文件主要起草人：席继楼、胡祥云、付广裕、王华沛、高尚华、金红林、李琪、王晓美、董浩斌、葛健、黄倩、夏忠、宋超、杨跃文、张平。欧弗豪泽（Overhauser）磁力仪是一类基于欧弗豪泽效应的磁感应强度测量仪器，具有高灵敏度、高精度、高分辨力和高响应速度等技术优势，在国内外相关领域有着比较广泛的应用。目前，国内多家高等院校和科研院所，相继开展了欧弗豪泽磁力仪研究工作。其中，国家重点研发计划项目《高精度地球物理观测设备研制》研发的欧弗豪泽多参量地磁观测系统和高精度磁力仪，实现了总强度F、磁偏角D和磁倾角I等多个地磁要素的同步或组合观测。为规范欧弗豪泽多参量磁力仪的研究和发展，促进该类仪器在地球科学研究中的推广和应用，基于我国地磁观测台网的发展需求，在广泛开展国内外技术调研、资料分析及台站对比观测试验等相关研究的基础上，制定本文件。欧弗豪泽多参量磁力仪通用技术规范本文件规定了应用于地震领域的欧弗豪泽多参量磁力仪技术要求、测试方法及检验规则。本文件适用于欧弗豪泽多参量磁力仪的研发、设计、生产、测试、评估和使用。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注明日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注明日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB4706.1－2005家用和类似用途电器的安全第1部分：通用要求GB/T6587－2012电子测量仪器通用规范GB/T18207.2－2005防震减灾术语第2部分：专业术语GB/T19531.2－2004地震台站观测环境技术要求第2部分：电磁观测DB/T9－2004地震台站建设规范地磁台站JJF1001－2011通用计量术语及定义3术语和定义GB/T18207.2－2005和JJF1001－2011界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1地磁场geomagneticfield地球的磁场，存在于地心到磁层边界的空间范围内，由主磁场、地壳磁场、变化磁场和感应磁场四部分构成。[来源：GB/T18207.2－2003.2地磁要素geomagneticelement描述空间某点地磁场矢量的各种分量。常用地磁要素为总强度F、磁偏角D、磁倾角I、水平强度H、垂直强度Z、北向分量X和东向分量Y等7个要素。[来源：GB/T18207.2－2005，4.2.2]3.3量子磁力仪quantummagnetometer磁力仪和光泵磁力仪等精密磁测量仪器的总称。[来源：DB/T28－2008，2.1.1]3.4欧弗豪泽磁力仪Overhausermagnetometer利用质子在磁场中旋进运动频率与外部磁场强度成正比原理，基于电子顺磁共振和质子核磁共振双共振效应，测量磁感应强度大小的量子磁力仪。3.5测量范围measurementrange在仪器规定的不确定度内，由两个被测量值或两个施加量值限定的范围。3.6测量精密度measurementprecision在规定的条件下，对同一或者类似被测对象重复测量所得示值或测得值间的一致程度。3.7分辨力resolution引起相应示值产生可觉察到变化的被测量的最小变化。3.8最大允许误差maximumpermissibleerrors对给定的测量、测量仪器或测量系统，由规范或规程所允许的，相对于已知参考量值的测量误差的极限值。3.9温度系数temperaturecoefficient在输入量值不变的情况下，单位温度变化对应的仪器输出的变化量。[来源：DB/T30.1－2008，3.9]3.10零磁空间magneticfieldfreespace采用磁屏蔽技术对外界磁场实施屏蔽，产生磁场强度近似为零的空间。[来源：DB/T28－2008，2.1.3]4技术要求4.1使用条件4.1.1电源电压应在AC200V~240V或DC9V~13.8V范围内，交流和直流供电应能自动切换。4.1.2工作环境温度应在-10℃~40℃范围内，相对湿度不应大于85%。4.2性能指标4.2.1测量范围4.2.1.1总强度F测量范围：20,000nT～100,000nT。4.2.2测量分辨力4.2.2.1总强度F测量分辨力应优于0.01nT。4.2.2.2磁偏角D和磁倾角I测量分辨力应优于0.01’。4.2.3测量精密度4.2.3.1总强度F测量重复性标准偏差不应大于0.1nT。4.2.3.2磁偏角D和磁倾角I测量重复性标准偏差不应大于0.1’。4.2.4最大允许误差4.2.4.1总强度F的测量误差不应大于0.3nT。4.2.4.2磁偏角D和磁倾角I的测量误差不应大于0.3’。4.2.5温度系数整机温度系数不应大于0.01nT/℃。4.2.6数据吐出率全周期观测的数据吐出率不应小于1次每分钟。4.2.7数据存储容量仪器内部应能存储不小于30天的原始观测数据和运行日志。4.2.8时间服务精度在无任何校对的情况下，15天之内的系统时钟误差不应大于10秒。4.2.9通信接口通信接口应包括以太网通信接口和串行通信接口。4.3功能要求4.3.1地磁要素观测应自动观测地磁场总强度F、磁偏角D和磁倾角I等地磁独立三要素及其随时间变化。4.3.2网络通信与监控应能在地震观测网络中按该网络的通信协议正常运行，完成该协议规定的用户认证、参数设置、数据汇集、设备控制和状态监视等网络通信与监控功能。4.3.3时钟系统校对宜通过全球卫星导航系统自动授时，或通过标准时间服务系统及人工指令对时钟授时和校对。4.3.4人机交互宜通过人机交互界面，实现网络参数、工作参数以及表述参数的设置和监控，时钟系统查询和校对，以及地磁要素观测结果的动态显示等人机交互功能。4.3.5掉电保护在关机和掉电状态下，应保持仪器的设置参数、时钟信息和地磁要素数据不丢失。4.4安全要求4.4.1电击保护电击保护性能应符合GB4706.1－2005中规定的I类器具的要求。4.4.2电器强度电压仪器的交流电压输入端与机壳之间应能承受1750V（有效值）电压1分钟。4.4.3泄漏电流仪器交流变压器的次级对机壳漏电峰值应不大于3.5毫安。5测试方法5.1测试环境5.1.1实验室环境温度应在18℃~23℃范围内，比测室环境温度宜在－10℃~40℃范围内。5.1.2相对湿度不应大于85％。5.1.3电源电压应在交流200V～240V范围内。5.2测试设备测试设备包括零磁空间、工作平台、标准线圈、高精度电流源、高精度数字电压表、标准量子磁力仪、标准DI仪、标准电阻、恒温箱、温度计等，主要测试设备及要求应符合附录A所示要求。5.3性能指标测试5.3.1地磁场总强度性能测试采用附录B中图B.1所示的标准磁场测试法，在实验室环境下，针对4.2.1所示测量范围，对4.2.2.1、4.2.3.1和4.2.4.1所示地磁场总强度F的测量分辨力、测量精密度以及最大允许误差指标进行测试。5.3.2磁偏角和磁倾角性能测试采用附录C所示比测法进行测试，在台站观测环境下，针对4.2.1所示测量范围，对4.2.2.2、4.2.3.2和4.2.4.2所示磁偏角D和磁倾角I的测量分辨力、测量精密度以及最大允许误差指标进行测试。5.3.3温度系数测试选用附录D所示标准磁场测试法或比测法，对4.2.5所示温度系数指标进行测试。5.3.4数据吐出率与数据存储容量测试在运行状态下，对4.2.6所示的数据吐出率指标与4.2.7所示的数据存储容量指标进行测试，测试步骤如下所示：a)被测磁力仪进入常规运行状态；b)每天查询、收集和检查当天及前一天的观测数据和运行日志，测试和计算数据吐出率；c)仪器正常运行满30天后，查询、收集和检查仪器内部的观测数据和运行日志的存储文件（或数据存储包），测试和计算仪器的数据存储容量。5.3.5时间服务精度测试在运行状态下，利用北京时间或国际标准时间，对4.2.8所示的时间服务精度指标进行测试，测试方法和步骤如下所示：a)被测磁力仪进入常规运行状态；b)在运行第一天，选择固定时刻（例如，北京时间08:00），对仪器的内部时钟进行校对，其后15天内不再对其进行时钟校对；c)从运行第二天开始的15天之内，每天在步骤b)选择的固定时刻，测试和计算仪器时钟与标准时间之间的绝对误差。5.4功能要求测试在运行状态下，对表1所示的主要功能要求进行测试，测试方法和步骤如下所示：a)将被测磁力仪安装在地磁基准台的比测室（或观测室）内，并使该被测磁力仪的主机通过通信接口与本地计算机连接；b)接通电源，预热10分钟后开始记录，至少连续记录24h以上；c)检查被测磁力仪的主要功能，是否满足4.3所列的技术要求，并将检查结果填入表1中。表1被测磁力仪主要功能要求测试记录表功能要求测试结果是否符合要求（Y/N）5.5安全试验按照GB/T4706.1－2005之第13章的试验方法，对4.4所列的基本安全性能进行测试和试验。5.6环境适应性试验按照GB/T6587－2012之5.9所示的环境适应性试验方法，以及附录D.1所示的标准磁场测试法，对4.1.2所列的温湿度使用条件进行测试和试验。6检验规则6.1检验类别仪器应进行出厂检验和型式检验，检验项目分别如表2所示。表2检验项目性能指标★★★★★★★★〇★〇★〇★〇★★★〇★〇★6.2出厂检验6.2.1每台仪器应按照出厂检验项目进行检验，检验合格后才能出厂，并附有产品合格证。6.2.2每台仪器按照第5章所示测试方法进行测试检验时，测试检验结果应符合第4章所示技术要求，检验比例为100％。6.2.3如有一项测试检验不合格，则该台仪器出厂检验判定为不合格。6.3型式检验6.3.1有下列情况之一时，应进行型式检验：——新产品或老产品转厂生产的试制定型鉴定；——正式生产后如结构、材料、工艺有较大改变，可能影响产品性能时；——正常生产时，定期或累积一定产量后，应周期性进行一次检验；——产品停产一年后，恢复生产时；——出厂检验结果与上次型式检验有较大差异时；——国家质量监督机构或行业主管部门提出型式检验要求时。6.3.2检验样机应按不低于该批次出厂检验合格仪器的25%抽样，且抽样数量不应少于两台。6.3.3检验样机按照5章所示测试方法进行测试检验时，应符合第4章所示的技术要求。6.3.4如发现一台不合格时，宜对该批仪器再次按50%抽样，且抽样数量不应少于两台，对不合格项目及相关项目进行复检，如仍有一台不合格时，则该仪器型式检验判为不合格。主要测试设备及要求表A.1给出了欧弗豪泽多参量磁力仪的测试设备及要求。表A.1欧弗豪泽多参量磁力仪主要测试设备及要求12的球形区内，磁场的非均匀度小于1.2ppm；线圈常数温度系数小于1×10-53标）位置调节范围60mm，调节细度1mm，水平（X、Y坐标）位置调节范围45测量范围±300mV~±1000V，分辨力100nV，最大允许误差±0.0004%读数+0.0002%FS）@24h，±0.002%读数＋0.002%FS）@1a6测量范围20000nT～120000nT,分辨力0.001n789分辨力0.1℃,测量范围0℃~50℃总强度F性能指标测试方法B.1测试内容在20000nT～100000nT范围内，每隔10000nT选取一个磁感应强度值，在该状态下测试和计算被测磁力仪的总强度F的测量分辨力、测量精密度和测量误差等指标。B.2测试系统采用图B.1所示的标准磁场测试法进行测试。测试系统由零磁空间、标准线圈、精密电流源、标准量子磁力仪、标准电阻和7位半数字电压表构成。图B.1标准磁场测试法测试系统连接框图B.3测试过程B.3.1系统准备按照图B.1所示的标准磁场测试法，接通高精度恒流源、数字电压表、标准量子磁力仪的电源，高精度恒流源输出约300毫安的电流，测试系统至少预热1小时。B.3.2标准磁场设置将标准量子磁力仪的探头放置在工作平台的中心，使探头的中心位于标准线圈的中心，并使探头上表示磁场方向的箭头指向线圈磁场的方向（线圈轴方向）；按照表B.1所列的标准磁场值，调整高精度恒流源，在零磁空间产生标准磁场，使用标准量子磁力仪测定该标准磁场的量值Bi，测量次数不小于10次，每次测量间隔不小于1分钟；利用式(B.1)和式(B.2)所示方法，分别记录其算术平均值和标准偏差SB，以剔除粗差（大于3倍标准偏差测量值）后的算术平均值作为该标准磁场的设置结果Bb；将所有测量和计算结果，分别记录到表B.1和表B.2中。SB=…………………（B.1）1Bi………………………(B.2)n—测量次数暨有效测量值的个数。B.3.3标准磁场测量针对B.3.2设置的每一个标准磁场值Bb，在测试系统整体状态保持不变的情况下，将标准磁力仪的探头和主机，分别替换为被测磁力仪的传感器和主机，测量记录该标准磁场值Fi，测量次数不少于10次，每次测量间隔不少于1分钟；针对B.3.2设置的每一个标准磁场值Bb，在测试系统整体状态保持不变的情况下，将标准磁力仪的探头和主机，分别替换为被测磁力仪的传感器和主机，测量记录该标准磁场值Fi，测量次数不少于10次，每次测量间隔不少于1分钟；将所有测量和计算结果，分别记录到表B.1和表B.2中。SF=√…………………(B.3)F=飞1Ri………………………(B.4)n—测量次数暨有效测量值的个数。B.4测量分辨力在B.3所示的标准磁场测量过程中，观察和记录被测磁力仪的有效测量和显示数据，并将最低有效位数的最小示值变化，作为测量分辨力的测试结果，记录到表B.2中。B.5测量精密度在B.3所示的标准磁场测量过程中，将由式(B.3)计算得到的标准偏差SF，作为测量精密度的测试结果，记录到表B.2中。B.6最大允许误差依据B.3设置和测量得到的标准磁场Bb和测量结果Fb，利用式(B.5)计算被测磁力仪在该标准磁场量值下的测量误差△F，作为最大允许误差的测试结果，记录到表B.2中。ΔF=|Fb−Bb|………………………（B.5）ΔF—标准磁场的测量误差；Bb—标准磁场的设置值；Fb—标准磁场的测量结果。表B.1标准磁场测试记录表标准磁场Bb：nT测量次序标准磁力仪测量结果Bi被测磁力仪测量结果Fi123456789算术平均值标准偏差剔除粗差均值测量误差△F表B.2地磁场总强度F性能指标测试记录表单位：nT测量范围标准磁场Bb测量结果Fb测量分辨力测量精密度最大允许误差合格判定2000030000400005000060000700008000090000磁偏角D和磁倾角I性能指标测试方法C.1测试内容在开展磁偏角D和磁倾角I观测的地磁台站，对被测磁力仪的磁偏角D和磁倾角I的测量分辨力、测量精密度和测量误差等进行对比测试。C.2测试系统测试系统由符合GB/T19531.2－2004及DB/T9－2004相关技术要求的比测室、观测室、观测墩、方位标等基础设施，以及标准DI仪、被测磁力仪等仪器设备组成。C.3测试过程C.3.1系统准备将标准DI仪和被测磁力仪分别安装在观测室和比测室内，开机预热至少1小时，设置和调整被测磁力仪的工作状态。C.3.2磁偏角D和磁倾角I测试选择地磁场平静变化时段，利用标准DI仪和被测磁力仪，同步测量其所在位置磁偏角D和磁倾角I，测量次数不应少于10次，单次测量间隔不宜小于2分钟，两台仪器同次测量的时间偏差不宜大于1分，或从连续测量结果中抽取相同时刻的测量值，将测量结果记录到表C.1中。C.3.3单次测量误差计算利用式(C.1)和式(C.2)分别计算标准DI仪和被测磁力仪同时刻测量数据的差值∆Di和∆Ii，并将该计算结果记入表C.1中。∆Di=|Df(i)−Db(i)|…………（C.1）∆Ii=|If(i)−Ib(i)|……………（C.2）∆Di和∆Ii—D分量和I分量的单次测量误差；Db(i)和Ib(i)—标准比测DI仪的单次测量结果；Df(i)和If(i)—同时刻的被测磁力仪的单次测量结果。C.4测量精密度根据C.3的单次测量误差计算结果，利用式(C.3)~式(C.6)，分别计算单次测量误差∆Di和∆Ii的算术平均值ΔD和ΔI，以及标准偏差SD和SI。将该标准偏差SD和SI计算结果，分别作为磁偏角D和磁倾角I的测量精密度测试结果，记录到表C.1中。1ΔDi………………(C.3)SD=√……………(C.4)1ΔIi………………(C.5)SI=√……………(C.6)ΔDi和ΔIi—D分量和I分量的单次测量误差；ΔD和ΔI—D分量和I分量的单次测量误差的算术平均值；SD和SI—D分量和I分量的单次测量误差的标准偏差n—测量次数。表C.1磁偏角D和磁倾角I性能指标测试记录表ΔDiIf(i)ΔIi123456789C.5测量分辨力在C.3所示单次测试过程中，分别记录每一次测量结果Df(i)和If(i)的最低有效位数的最小示值变化，计算剔除粗差（大于3倍标准偏差值）以后的算术平均值。将该计算结果，分别作为磁偏角D和磁倾角I的测量分辨力的测试结果，记录到表C.1中。C.6最大允许误差根据C.4计算得到的单次测量误差ΔDi和ΔIi的算术平均值ΔD和ΔI，以及标准偏差SD和SI，然后对C.3测试和计算得到的磁偏角D和磁倾角I的单次测量误差剔除粗差（大于3倍标准偏差值）以后求算术平均值，并对该剔除粗差以后的算术平均值进行墩差校正。将墩差校正以后的该计算结果，分别作为磁偏角D和磁倾角I最大允许误差的测试结果，记录到表C.1中。温度系数测试方法D.1标准磁场测试法D.1.1测试条件在同时具备恒温箱和零磁空间的实验室，宜采用如图B.1所示的标准磁场测试法，对被测磁力仪的温度系数进行测试。其中，传感器放置在零磁空间的标准磁场中、主机放置在恒温箱内，恒温箱与零磁空间之间的直线距离不宜小于50米。D.1.2测试过程D.1.2.1系统准备连接地磁场总强度测试系统，接通高精度恒流源、数字电压表、标准量子磁力仪的电源，高精度恒流源输出约300毫安的电流，使系统至少预热1小时；D.1.2.2标准磁场设置D.1.2.3标准磁场测量在标准磁场保持不变的情况下，将位于零磁空间的标准量子磁力仪的传感器替换为被测磁力仪的传感器，将被测仪器的主机放置到恒温箱中，并处于正常工作状态；将恒温箱的温度依此设定为表D.1所示的温度点，湿度设置为不大于85%，每个温度点的稳定时间不低于30分钟，待恒温箱的温度和湿度均稳定以后，重复测量和记录该设定温度点的标准磁场强度测量值将恒温箱的温度依此设定为表D.1所示的温度点，湿度设置为不大于85%，每个温度点的稳定时间不低于30分钟，待恒温箱的温度和湿度均