專利名稱：頻率域感應(yīng)式磁場傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種頻率域感應(yīng)式磁場傳感器，特別適合于在野外環(huán)境下開展地球物理電磁法探測使用，用于測量1-10000HZ范圍內(nèi)的交變磁場信號。
背景技術(shù)：
目前，常用的磁場傳感器有磁通門磁傳感器、核旋磁傳感器、超導(dǎo)磁傳感器等，各種類型的磁場傳感器。但它們均不適合在野外環(huán)境下開展地球物理電磁法探測使用。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述，本發(fā)明的目的是提供一種基于電磁原理的頻率域感應(yīng)式磁場傳感器， 該傳感器通過電路調(diào)整，可在1-lOOOOHz范圍內(nèi)輸出靈敏度基本一致的磁場感應(yīng)信號，滿足在野外環(huán)境下頻率域磁場測量的需要。為此，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案—種頻率域感應(yīng)式磁場傳感器，其特征在于包括磁芯，用于增強流過感應(yīng)線圈的磁場密度；固定在磁芯上的線圈骨架與感應(yīng)線圈，用于在交變磁場作用下產(chǎn)生感應(yīng)電動勢；套狀電場屏蔽層，用于減少外界電場對傳感器輸出的干擾，所述磁芯、線圈骨架與感應(yīng)線圈納于該電場屏蔽層內(nèi)；外殼，套在所述電場屏蔽層外，起到密封保護傳感器和減少與外界進行熱交換的作用；前放與頻率補償電路，用于對傳感器線圈輸出信號的放大和頻率補償；輸出驅(qū)動電路，用于將傳感器輸出信號由單端信號變換成差動信號；感應(yīng)線圈的輸出連接前放與頻率補償電路的輸入，前放與頻率補償電路的輸出連接輸出驅(qū)動電路的輸入；所述前放與頻率補償電路、輸出驅(qū)動電路安裝在外殼內(nèi)。進一步地所述前放與頻率補償電路由兩級放大器電路組成；所述輸出驅(qū)動電路為放大器電路，該輸出驅(qū)動電路的輸入連接前放與頻率補償電路的輸出。所述電場屏蔽層由薄銅板卷制而成，該薄銅板上沿卷曲方向裁出多條條帶呈帶梳狀。本發(fā)明的以電磁感應(yīng)定律為基礎(chǔ)的感應(yīng)式磁場傳感器，具有體積下小、靈敏度高、工作穩(wěn)定等特點，特別適合于對交變磁場的測量。


圖I為本發(fā)明結(jié)構(gòu)圖2為感應(yīng)線圈輸出幅頻特性曲線圖；圖3為頻率域感應(yīng)式磁場傳感器幅頻特性曲線圖；圖4為頻率域感應(yīng)式磁場傳感器放大電路原理圖；圖5為磁場傳感器電場梳狀屏蔽不意圖。
具體實施例方式本發(fā)明涉及一種頻率域感應(yīng)式磁場傳感器，包括磁芯、線圈骨架、感應(yīng)線圈、套狀電場屏蔽層，外殼、前放與頻率補償電路、輸出驅(qū)動電路。其中線圈骨架與感應(yīng)線圈固定在磁芯上,磁芯、線圈骨架與感應(yīng)線圈納于電場屏蔽層內(nèi)，外殼套在電場屏蔽層外，感應(yīng)線圈的輸出連接前放與頻率補償電路的輸入，前放與頻率 補償電路的輸出連接輸出驅(qū)動電路的輸入，前放與頻率補償電路、輸出驅(qū)動電路安裝在外殼內(nèi)。所述前放與頻率補償電路由兩級放大器電路組成；所述輸出驅(qū)動電路為放大器電路，該輸出驅(qū)動電路的輸入連接前放與頻率補償電路的輸出。所述電場屏蔽層由薄銅板卷制而成,該薄銅板上沿卷曲方向裁出多條條帶呈帶梳狀。下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明。如圖I所示，本發(fā)明包括磁芯2、線圈骨架3、感應(yīng)線圈4、套狀電場屏蔽層5，外殼6、前放與頻率補償電路及輸出驅(qū)動電路I。其中由高導(dǎo)磁材料鐵基坡鏌合金淬火產(chǎn)生的磁芯2用于增強流過感應(yīng)線圈的磁場密度。固定在磁芯2上的線圈骨架3與感應(yīng)線圈4，用于在交變磁場作用下產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。套狀電場屏蔽5用于減少外界電場對傳感器輸出的干擾，磁芯2、線圈骨架3與感應(yīng)線圈4納于該電場屏蔽5內(nèi)。外殼6套在電場屏蔽5外，起到密封保護傳感器和減少與外界進行熱交換的作用。前放與頻率補償電路，用于對傳感器線圈輸出信號的放大和頻率補償，使得傳感器的輸出靈敏度在ΙΗζ-ΙΟΟΟΟΗζ范圍內(nèi)基本保持不變。輸出驅(qū)動電路用于將傳感器輸出信號由單端信號變換成差動信號，以便提高輸出信號的抗干擾能力和長距離傳輸能力。感應(yīng)線圈4的輸出連接前放與頻率補償電路的輸入，前放與頻率補償電路的輸出連接輸出驅(qū)動電路的輸入，前放與頻率補償電路及輸出驅(qū)動電路I安裝在外殼6內(nèi)。固定在高導(dǎo)磁率坡鏌合金磁芯上的感應(yīng)線圈，在外界變化磁場的作用下，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，由于線圈分布電容的存在使得感應(yīng)線圈輸出的幅頻曲線如圖2所示。從圖2中看出，感應(yīng)電動勢只在諧振點&附近有較高的靈敏度，在其它頻率靈敏度較低，不利于頻率域磁場的測量。為了使傳感器滿足頻率域磁場測量要求，需要對傳感器的輸出進行頻率補償，使之輸出如圖3所示的幅頻特性曲線。為此，在本發(fā)明中設(shè)計信號放大、頻率補償、輸出驅(qū)動電路如圖4所示。在圖4中，Ltl為感應(yīng)線圈(Ltl也是圖I中的感應(yīng)線圈4)，C1為感應(yīng)線圈的分布電容與諧振電容的總和，通過調(diào)整C1，使得感應(yīng)線圈的諧振頻率&在2KHz附近辦、1^、1^、1 2、C2組成第一級頻率補償放大器，該放大器在&附近的增益為400倍，直流增益為30000倍，在高頻段增益為20倍；U2、R3、C3、R4、R5、C4組成第二級頻率補償放大器，該放大器的增益轉(zhuǎn)折點在1Hz，直流增益為O，高頻增益為4倍；U3、R6, R7組成第三級輸出驅(qū)動放大器，用于產(chǎn)生反相輸出信號，R8> R9為信號輸出匹配電阻。傳感器的輸出經(jīng)圖4電路調(diào)整后，就可以得到與圖3的曲線近似的輸出幅頻特性曲線。如圖4中虛線所示，頻率域感應(yīng)式磁場傳感器的電場屏蔽也是傳感器研制的重要組成部分。采用普通的電場屏蔽方式，雖然可以屏蔽掉大部分電場干擾，但同時帶來屏蔽系統(tǒng)渦流損耗加大，降低傳感器的信噪比。為此在本發(fā)明中設(shè)計了如圖5所示的梳狀電場屏蔽層，它不僅很好地解決了渦流損耗加大問題，同時還能起到電場屏蔽作用。在圖5所示的梳狀電場屏蔽層(黑色部分)中，屏蔽層采用O. 5_厚的銅板制成，電場屏蔽層被裁成許多條帶，呈帶梳狀，條帶寬度IOmm,間隙O. 5mm,電場屏蔽層卷成卷曲 面的兩端不相連的不完整筒狀。這樣整個電場屏蔽層既可以完全包裹住傳感器起到電場屏蔽作用，又不會形成閉合回路引起渦流損耗。對于線圈骨架的設(shè)計說明如下線圈骨架被設(shè)計成了多槽“工”字型結(jié)構(gòu)，繞線槽寬5mm，各槽間隔5mm，繞線方式采用分槽亂繞方式，從而有利于減小線圈的分布電容，提高感應(yīng)線圈的諧振頻率。同時骨架材料選擇可塑性較好且溫度形變很小的絕緣材料制成，保證在外界溫度變化時線圈與磁芯的相對位置變化很小，保證傳感器穩(wěn)定。傳感器外殼采用熱傳導(dǎo)能力較差、對磁場無影響的材料制成，盡量減小外界溫度對內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響。內(nèi)部緊固件均采用無磁性的材料制成。上述的實施例并不對本發(fā)明所要求的保護范圍構(gòu)成任何形式的限制，本發(fā)明的權(quán)利要求書覆蓋了所有的修改和變更，因此，針對上述實施例做出種種修改和變化均屬于本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種頻率域感應(yīng)式磁場傳感器，其特征在于包括 磁芯，用于增強流過感應(yīng)線圈的磁場密度； 固定在磁芯上的線圈骨架與感應(yīng)線圈，用于在交變磁場作用下產(chǎn)生感應(yīng)電動勢； 套狀電場屏蔽層，用于減少外界電場對傳感器輸出的干擾，所述磁芯、線圈骨架與感應(yīng)線圈納于該電場屏蔽層內(nèi)； 外殼，套在所述電場屏蔽層外，起到密封保護傳感器和減少與外界進行熱交換的作用； 前放與頻率補償電路，用于對傳感器線圈輸出信號的放大和頻率補償； 輸出驅(qū)動電路，用于將傳感器輸出信號由單端信號變換成差動信號； 感應(yīng)線圈的輸出連接前放與頻率補償電路的輸入，前放與頻率補償電路的輸出連接輸出驅(qū)動電路的輸入； 所述前放與頻率補償輸出驅(qū)動電路電路、安裝在外殼內(nèi)。
2.如權(quán)利要求I所述的頻率域感應(yīng)式磁場傳感器，其特征在于 所述前放與頻率補償電路由兩級放大器電路組成； 所述輸出驅(qū)動電路為放大器電路，該輸出驅(qū)動電路的輸入連接前放與頻率補償電路的輸出。
3.如權(quán)利要求I或2所述的頻率域感應(yīng)式磁場傳感器，其特征在于 所述電場屏蔽層由薄銅板卷制而成，該薄銅板上沿卷曲方向裁出多條條帶呈帶梳狀。
全文摘要
本發(fā)明為一種頻率域感應(yīng)式磁場傳感器，由磁芯、感應(yīng)線圈與線圈骨架、電場屏蔽、前放與頻率補償、輸出驅(qū)動組成。其中磁芯由高導(dǎo)磁材料鐵基坡鏌合金淬火產(chǎn)生，用于增強流過感應(yīng)線圈的磁場密度；感應(yīng)線圈與骨架用于在交變磁場作用下產(chǎn)生感應(yīng)電動勢；電場屏蔽用于減少電場對傳感器輸出的干擾；前放與頻率補償用于對傳感器線圈輸出信號的放大和頻率補償，使得傳感器的輸出靈敏度在1Hz-10000Hz范圍內(nèi)基本保持不變；輸出驅(qū)動用于將傳感器輸出信號由單端信號變換成差動信號，以便提高輸出信號的抗干擾能力和長距離傳輸能力。
文檔編號G01R33/02GK102798828SQ201210282900
公開日2012年11月28日 申請日期2012年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月6日
發(fā)明者鄭采君, 林品榮, 石福升, 郭鵬, 李勇, 李建華, 徐寶利 申請人:中國地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所