[發明專利]傳感器本體及其應用的感應式三軸磁場傳感器

有效

• 申請號: 201310415055.4
• 申請日: 2013-09-12
• 公開（公告）號: CN103472409A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發明（設計）人: 朱萬華;閆彬;劉雷松;方廣有
• 申請（專利權）人: 中國科學院電子學研究所
• 主分類號: G01R33/02
• 分類號: G01R33/02
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 曹玲柱

技術領域

本發明涉及傳感器技術領域，尤其涉及一種傳感器本體及應用其的感應式三軸磁場傳感器。

背景技術

感應式磁場傳感器是指基于法拉第電磁感應原理測量磁場微弱變化的儀器。在海洋地球物理觀測中，主要用于海洋科學觀測網建設、海洋油氣勘探中的大地電磁測深(MMT)和海洋可控源電磁(CSEM)儀器中。是海洋地球物理觀測中最為廣泛磁場測試儀器之一。

海洋科學觀測領域，觀測并研究海洋地磁其空間和時間分布規律，是海洋科學觀測的基本內容之一，高靈敏度感應式磁場傳感器是該項科學活動的必備工具之一，利用高靈敏度的感應式磁場傳感器可以精確獲取0.1mHz-100Hz的天然磁場變化信息，該頻段信息對海底地質結構、板塊構造運動等地學研究有極其重要的參考價值。

隨著深水油氣勘探的興起，海洋電磁法已成為海洋油氣勘探的重要手段之一，國內外海洋油氣勘探的實踐表明：海洋電磁方法通過對目標地質體的電阻率識別，大大提高了鉆井成功率，有效降低了海洋石油勘探開采的成本。幾乎所有的海洋電磁方法儀器的磁場分量測量均采用感應式磁場傳感器進行，如美國SIO研究所、斯倫貝謝等公司的海洋電磁儀器。

因此，無論是海洋科學活動還是海洋資源能源領域，感應式磁場傳感器均是不可或缺的核心技術，直接制約著我國海洋電磁儀器的發展。

對于海洋磁場探測，感應式磁場傳感器的靈敏度在10^-4nT/√Hz-10^-3nT/√Hz(1Hz時)。現有的感應式磁場傳感器包括加拿大PHOENIX?Geophysics?Limited公司的MTC-80型、MTC-50型磁場傳感器，德國Metronix?Geophysics公司的MFS-06(e)型、MFS-07型磁場傳感器等等。這些感應式磁場傳感器，外觀為細長圓柱形，長度在1m-1.4m，直徑10cm左右，質量一般在8kg-12kg。用于海洋探測時，需要將三支磁場傳感器分別采用長圓柱形的承壓艙密封，材料為塑料或者鋁材，信號通過防水電纜傳給浮球內部的接收機。整個儀器體積超過1m³，重量大于400kg，同時需要4-5個深海浮球，用來保證足夠的浮力，過大的體積和過高的成本給勘探作業帶來巨大的挑戰。然而，如果縮小感應式磁場傳感器的體積，則會導致其靈敏度降低，等效輸入噪聲增加，從而不能滿足海洋電磁法勘探的需求。

發明內容

(一)要解決的技術問題

鑒于上述技術問題，本發明提供了一種傳感器本體及應用其的感應式三軸磁場傳感器，以在保證測量精度的前提下實現感應式三軸磁場傳感器的小型化。

(二)技術方案

根據本發明的一個方面，提供了一種傳感器本體。該傳感器本體包括：磁芯結構，縱剖面呈工字型，中間部分為細長棒狀的磁芯，兩端部分為扁平狀磁通量聚焦器；感應線圈，均勻纏繞于磁芯結構磁芯的外圍。

根據本發明的一個方面，還提供了一種感應式三軸磁場傳感器。該感應式三軸磁場傳感器包括：傳感器本體模塊，包括探測方向兩兩垂直的三支如上所述的傳感器本體；三組斬波放大電路，分別對三支傳感器本體感應線圈輸出的信號通過斬波方式進行幅度增強。

(三)有益效果

從上述技術方案可以看出，本發明傳感器本體及應用其的感應式三軸磁場傳感器具有以下有益效果：

(1)通過在原有的細長型磁芯兩端加磁盤聚集磁通，等效的提高了磁芯的長徑比，突破了傳統感應式磁場傳感器在有限空間內的噪聲極限；

(2)通過信號補償模塊，使得三軸信號串擾信號最小，提高了磁場測量精度，實現在有限空間內集成三軸磁場傳感器。

附圖說明

圖1為根據本發明實施例傳感器本體的縱剖面示意圖；

圖2為由仿真軟件得到的圖1所示傳感器本體與傳統磁場傳感器磁通量的對比圖；

圖3為根據本發明實施例感應式三軸磁場傳感器的結構示意圖；

圖4為圖3所示感應式三軸磁場傳感器中傳感器本體模塊的示意圖；

圖5為圖3所示感應式三軸磁場傳感器中斬波放大電路將傳感器帶寬進行拓展的曲線；

圖6為圖3所示感應式三軸磁場傳感器中斬波放大電路的結構示意圖；

圖7為圖6所示斬波放大電路中匹配網絡模塊的電路圖；

圖8為圖6所示斬波放大電路中調制模塊的電路圖；

圖9為圖6所示斬波放大電路中電流放大模塊的電路圖；

圖10為圖6所示斬波放大電路中解調模塊的電路圖；

圖11為圖6所示斬波放大電路中濾波模塊的電路圖；