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      頻率域感應(yīng)式磁場(chǎng)傳感器的制作方法

      文檔序號(hào):5989640閱讀:491來(lái)源:國(guó)知局
      專利名稱:頻率域感應(yīng)式磁場(chǎng)傳感器的制作方法
      技術(shù)領(lǐng)域
      本實(shí)用新型涉及一種頻率域感應(yīng)式磁場(chǎng)傳感器,特別適合于在野外環(huán)境下開(kāi)展地球物理電磁法探測(cè)使用,用于測(cè)量1-10000HZ范圍內(nèi)的交變磁場(chǎng)信號(hào)。
      背景技術(shù)
      目前,常用的磁場(chǎng)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(chǎng)傳感器。但它們均不適合在野外環(huán)境下開(kāi)展地球物理電磁法探測(cè)使用。

      實(shí)用新型內(nèi)容鑒于上述,本實(shí)用新型的目的是提供一種基于電磁原理的頻率域感應(yīng)式磁場(chǎng)傳感器,該傳感器通過(guò)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(chǎng)感應(yīng)信號(hào), 滿足在野外環(huán)境下頻率域磁場(chǎng)測(cè)量的需要。為此,本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案—種頻率域感應(yīng)式磁場(chǎng)傳感器,其特征在于包括磁芯,用于增強(qiáng)流過(guò)感應(yīng)線圈的磁場(chǎng)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(chǎng)作用下產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì);套狀電場(chǎng)屏蔽層,用于減少外界電場(chǎng)對(duì)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(chǎng)屏蔽層內(nèi);外殼,套在所述電場(chǎng)屏蔽層外,起到密封保護(hù)傳感器和減少與外界進(jìn)行熱交換的作用;前放與頻率補(bǔ)償電路,用于對(duì)傳感器線圈輸出信號(hào)的放大和頻率補(bǔ)償;輸出驅(qū)動(dòng)電路,用于將傳感器輸出信號(hào)由單端信號(hào)變換成差動(dòng)信號(hào);感應(yīng)線圈的輸出連接前放與頻率補(bǔ)償電路的輸入,前放與頻率補(bǔ)償電路的輸出連接輸出驅(qū)動(dòng)電路的輸入;所述前放與頻率補(bǔ)償電路、輸出驅(qū)動(dòng)電路安裝在外殼內(nèi)。進(jìn)一步地所述前放與頻率補(bǔ)償電路由兩級(jí)放大器電路組成;所述輸出驅(qū)動(dòng)電路為放大器電路,該輸出驅(qū)動(dòng)電路的輸入連接前放與頻率補(bǔ)償電路的輸出。所述電場(chǎng)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。本實(shí)用新型的以電磁感應(yīng)定律為基礎(chǔ)的感應(yīng)式磁場(chǎng)傳感器,具有體積下小、靈敏度高、工作穩(wěn)定等特點(diǎn),特別適合于對(duì)交變磁場(chǎng)的測(cè)量。

      圖I為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)圖;[0020]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(chǎng)傳感器幅頻特性曲線圖;圖4為頻率域感應(yīng)式磁場(chǎng)傳感器放大電路原理圖;圖5為磁場(chǎng)傳感器電場(chǎng)梳狀屏蔽不意圖。
      具體實(shí)施方式
      本實(shí)用新型涉及一種頻率域感應(yīng)式磁場(chǎng)傳感器,包括磁芯、線圈骨架、感應(yīng)線圈、套狀電場(chǎng)屏蔽層,外殼、前放與頻率補(bǔ)償電路、輸出驅(qū)動(dòng)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(chǎng)屏蔽層 內(nèi),外殼套在電場(chǎng)屏蔽層外,感應(yīng)線圈的輸出連接前放與頻率補(bǔ)償電路的輸入,前放與頻率補(bǔ)償電路的輸出連接輸出驅(qū)動(dòng)電路的輸入,前放與頻率補(bǔ)償電路、輸出驅(qū)動(dòng)電路安裝在外殼內(nèi)。所述前放與頻率補(bǔ)償電路由兩級(jí)放大器電路組成;所述輸出驅(qū)動(dòng)電路為放大器電路,該輸出驅(qū)動(dòng)電路的輸入連接前放與頻率補(bǔ)償電路的輸出。所述電場(chǎng)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。
      以下結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明。如圖I所示,本實(shí)用新型包括磁芯2、線圈骨架3、感應(yīng)線圈4、套狀電場(chǎng)屏蔽層5,外殼6、前放與頻率補(bǔ)償電路及輸出驅(qū)動(dòng)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(qiáng)流過(guò)感應(yīng)線圈的磁場(chǎng)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(chǎng)作用下產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。套狀電場(chǎng)屏蔽5用于減少外界電場(chǎng)對(duì)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(chǎng)屏蔽5內(nèi)。外殼6套在電場(chǎng)屏蔽5外,起到密封保護(hù)傳感器和減少與外界進(jìn)行熱交換的作用。前放與頻率補(bǔ)償電路,用于對(duì)傳感器線圈輸出信號(hào)的放大和頻率補(bǔ)償,使得傳感器的輸出靈敏度在lHz-lOOOOHz范圍內(nèi)基本保持不變。輸出驅(qū)動(dòng)電路用于將傳感器輸出信號(hào)由單端信號(hào)變換成差動(dòng)信號(hào),以便提高輸出信號(hào)的抗干擾能力和長(zhǎng)距離傳輸能力。感應(yīng)線圈4的輸出連接前放與頻率補(bǔ)償電路的輸入,前放與頻率補(bǔ)償電路的輸出連接輸出驅(qū)動(dòng)電路的輸入,前放與頻率補(bǔ)償電路及輸出驅(qū)動(dòng)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(chǎng)的作用下,產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),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(dòng)勢(shì)只在諧振點(diǎn)&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(chǎng)的測(cè)量。為了使傳感器滿足頻率域磁場(chǎng)測(cè)量要求,需要對(duì)傳感器的輸出進(jìn)行頻率補(bǔ)償,使之輸出如圖3所示的幅頻特性曲線。為此,在本實(shí)用新型中設(shè)計(jì)信號(hào)放大、頻率補(bǔ)償、輸出驅(qū)動(dòng)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(guò)調(diào)整C1,使得感應(yīng)線圈的諧振頻率&在2KHz附近辦、!^、!^、^、C2組成第一級(jí)頻率補(bǔ)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(jí)頻率補(bǔ)償放大器,該放大器的增益轉(zhuǎn)折點(diǎn)在1Hz,直流增益為O,高頻增益為4倍;U3、R6, R7組成第三級(jí)輸出驅(qū)動(dòng)放大器,用于產(chǎn)生反相輸出信號(hào),R8> R9為信號(hào)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(chǎng)傳感器的電場(chǎng)屏蔽也是傳感器研制的重要組成部分。采用普通的電場(chǎng)屏蔽方式,雖然可以屏蔽掉大部分電場(chǎng)干擾,但同時(shí)帶來(lái)屏蔽系統(tǒng)渦流損耗加大,降低傳感器的信噪比。為此在本實(shí)用新型中設(shè)計(jì)了如圖5所示的梳狀電場(chǎng)屏蔽層,它不僅很好地解決了渦流損耗加大問(wèn)題,同時(shí)還能起到電場(chǎng)屏蔽作用。在圖5所示的梳狀電場(chǎng)屏蔽層(黑色部分)中,屏蔽層采用0. 5_厚的銅板制成,電場(chǎng)屏蔽層被裁成許多條帶,呈帶梳狀,條帶寬度IOmm,間隙0. 5mm,電場(chǎng)屏蔽層卷成卷曲面的兩端不相連的不完整筒狀。這樣整個(gè)電場(chǎng)屏蔽層既可以完全包裹住傳感器起到電場(chǎng)屏 蔽作用,又不會(huì)形成閉合回路引起渦流損耗。對(duì)于線圈骨架的設(shè)計(jì)說(shuō)明如下線圈骨架被設(shè)計(jì)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(shí)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(shí)線圈與磁芯的相對(duì)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(duì)磁場(chǎng)無(wú)影響的材料制成,盡量減小外界溫度對(duì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響。內(nèi)部緊固件均采用無(wú)磁性的材料制成。上述的實(shí)施例并不對(duì)本實(shí)用新型所要求的保護(hù)范圍構(gòu)成任何形式的限制,本實(shí)用新型的權(quán)利要求書(shū)覆蓋了所有的修改和變更,因此,針對(duì)上述實(shí)施例做出種種修改和變化均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。
      權(quán)利要求1.一種頻率域感應(yīng)式磁場(chǎng)傳感器,其特征在于包括 磁芯,用于增強(qiáng)流過(guò)感應(yīng)線圈的磁場(chǎng)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(chǎng)作用下產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì); 套狀電場(chǎng)屏蔽層,用于減少外界電場(chǎng)對(duì)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(chǎng)屏蔽層內(nèi); 外殼,套在所述電場(chǎng)屏蔽層外,起到密封保護(hù)傳感器和減少與外界進(jìn)行熱交換的作用; 前放與頻率補(bǔ)償電路,用于對(duì)傳感器線圈輸出信號(hào)的放大和頻率補(bǔ)償; 輸出驅(qū)動(dòng)電路,用于將傳感器輸出信號(hào)由單端信號(hào)變換成差動(dòng)信號(hào); 感應(yīng)線圈的輸出連接前放與頻率補(bǔ)償電路的輸入,前放與頻率補(bǔ)償電路的輸出連接輸出驅(qū)動(dòng)電路的輸入; 所述前放與頻率補(bǔ)償電路、輸出驅(qū)動(dòng)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(chǎng)傳感器,其特征在于 所述前放與頻率補(bǔ)償電路由兩級(jí)放大器電路組成; 所述輸出驅(qū)動(dòng)電路為放大器電路,該輸出驅(qū)動(dòng)電路的輸入連接前放與頻率補(bǔ)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(chǎng)傳感器,其特征在于 所述電場(chǎng)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。
      專利摘要本實(shí)用新型為一種頻率域感應(yīng)式磁場(chǎng)傳感器,由磁芯、感應(yīng)線圈與線圈骨架、電場(chǎng)屏蔽、前放與頻率補(bǔ)償、輸出驅(qū)動(dòng)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(qiáng)流過(guò)感應(yīng)線圈的磁場(chǎng)密度;感應(yīng)線圈與骨架用于在交變磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì);電場(chǎng)屏蔽用于減少電場(chǎng)對(duì)傳感器輸出的干擾;前放與頻率補(bǔ)償用于對(duì)傳感器線圈輸出信號(hào)的放大和頻率補(bǔ)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(dòng)用于將傳感器輸出信號(hào)由單端信號(hào)變換成差動(dòng)信號(hào),以便提高輸出信號(hào)的抗干擾能力和長(zhǎng)距離傳輸能力。
      文檔編號(hào)G01R33/02GK202758059SQ20122038656
      公開(kāi)日2013年2月27日 申請(qǐng)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(qǐng)人:中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所
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