[發明專利]磁場傳感器

有效

• 申請號: 201410047320.2
• 申請日: 2014-02-11
• 公開（公告）號: CN103777151A
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發明（設計）人: 朱萬華;劉凱;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

本發明涉及磁場傳感器技術領域，尤其涉及一種磁場傳感器。

背景技術

隨著經濟發展對于油氣需求的增加，常規的油氣資源已經不能滿足這種需求的增長，并且我國石油大部分依賴進口，原油生產的增幅不及國內石油需求的增長。面對如此嚴峻的石油資源環境，非常規油氣的頁巖氣引起了高度的重視。我國頁巖氣資源量相當豐富，勘探潛力巨大。然而頁巖氣地質條件復雜和特殊，非常規的油氣藏成藏條件復雜，儲層致密，非均勻性強。我國頁巖氣資源的探勘開發還處于初級階段，沒有系統的配套技術，有諸多技術上的問題。目前國內首個頁巖氣時頻電磁實驗項目已經通過了驗收，在南方碳酸鹽巖發育區的非地震勘探攻關工作取得了良好效果。這意味著瞬變電磁方法在頁巖氣的探勘研究中能夠發揮重要的作用。

時間域電磁法或稱瞬變電磁法(Time-domain?electromagnetic?method?or?Transient?electromagnetic?method，簡稱TEM)，是一種時域觀測的人工源電磁探測方法，它在發送一次脈沖磁場的間歇期間，使用接收線圈觀測地下介質的隨時間衰減的二次渦流場。衰減過程分為早、中和晚期。早期的電磁場相當于頻率域中的高頻成分，衰減快，探測深度小；而晚期成分則相當于頻率域中的低頻成分，衰減慢，探測深度大。通過測量斷電后各個時間段的二次場隨時間變化規律，可得到不同深度的地電特征。不同電導率的地下介質所產生的二次場大小與衰減速率不同，一般而言，電阻率高的地下介質激勵的二次場的幅值大，衰減快。電阻率低的地下介質(良導體)二次場幅度低，衰減慢。因而其不受高阻層屏蔽，能克服低阻覆蓋層的影響，探測深度大。

時間域電磁法是通過探測油氣藏的電性及電化學異常來確定油氣狀況，相對于其他非地震方法能詳細了解油氣藏的深度、分布和儲量信息，因而具有攜帶方便，分辨率高，探測深等不可比擬的優勢，已經廣泛應用于探勘行業，在金屬礦勘探，油氣勘探和地下水資源勘探等方便發揮了巨大的作用，特別在油氣探測方面。

時頻電磁法(Time-Frequency?electromagnetic?method，簡稱TFEM)與長偏移距瞬變電磁法(Long-offset?transient?electromagnetic?method，簡稱LOTEM)作為時間域電磁法幾種通用方法，其信號發射接收示意圖如圖1A所示，采用長線源接地電極發送一次場，接收裝置與發射裝置的偏移距一般大于5km，接收裝置為磁場傳感器，用于測量二次場的磁場信號，接地電極用于測量電場信號。

圖1B為現有技術用于時間域電磁法的磁場傳感器結構示意圖。如圖1B所示，該磁場傳感器包括三部分組成：空心線圈，按照一定尺寸繞制特定匝數，感應磁場信號產生電壓；電路，抑制線圈諧振，放大空心線圈感應信號。骨架結構，支撐空心線圈以及固定電路。為磁場傳感器重量主要來源。

然而，在實現本發明過程中，申請人發現上述用于時間域電磁法的磁場傳感器具有如下技術缺陷：

(1)磁場傳感器靈敏度不夠，傳感器內部空心線圈總面積為100m2左右，在TFEM和LOTEM的應用中，空心線圈面積需要達到1000m2以上，這就需要空心線圈匝數與單匝面積的提高，增加了空心線圈的重量，同時會提升結構部分的重量，傳感器的體積和重量變大，野外攜帶施工難度很大，如某款磁場傳感器尺寸為6.25m×6.25m，重量為25kg；

(2)磁場傳感器頻率線性響應范圍不足。LOTEM與TFEM施工時發射多種不同頻率的方波，信號帶寬覆蓋寬，要求磁場傳感器有響應的足夠寬的線性頻率響應，才能準確接收對應地下深度的介質信息。由于諧振頻率存在，帶寬很難滿足要求，傳統的臨界阻尼匹配技術線性響應頻率區間有限，沒有充分發揮磁場傳感器的性能；

(3)磁場傳感器靈敏度固定，不能根據實際情況調節。LOTEM和TFEM在施工時為了達到探測不同深度地下目標的目的，往往收發偏移距變化較大，則相應的接收信號強度亦變化較大，現有磁場傳感器接收靈敏度均采用固定形式，往往在收發偏移距變大時接收信號幅度迅速變弱，信噪比下降，無法滿足接收機信號有效采集。

發明內容

(一)要解決的技術問題

鑒于上述技術問題，本發明提供了一種磁場傳感器，以減小傳感器的體積與重量，提高磁場傳感器靈敏度。

(二)技術方案