[发明专利]感应式磁场传感器

说明书

技术领域

本发明涉及电子行业资源勘探技术领域，尤其涉及一种感应式磁场传感器。

背景技术

随着我国国民经济的持续快速发展，对矿产资源的需求急剧增大。但我国后备探明的矿产储量严重不足，已成为制约我国经济发展的重大瓶颈。据权威统计，我国铁、铜、铝、钾盐等大宗金属矿产严重短缺，对国际市场的依赖度越来越高，目前对外的依存度已高达50％～80％，远超出国家经济安全的警戒线。但另一方面，据国土资源部2009发布的研究数据，受地球物理勘探技术的制约，我国矿产资源已探明的程度仅为1/3。为此，国家明确提出实施“立足国内，找矿增储”的资源保障战略。

在地球物理勘探装备中，电磁法是寻找地下油气藏、金属矿藏的有效手段，包括大地电磁测深(MT)或音频大地电磁测深(AMT)、海洋可控源电磁方法(CSEM)，可控源音频大地电磁测深(CSAMT)、瞬变电磁法(TEM)、航空瞬变电磁法(ATEM)等方法。

在地球物理观测中，宽频带磁场传感器常见于MT、AMT、CSEM、CSATMT、TEM等电磁方法仪器中，也可用于地磁观测台、磁测卫星等平台上磁场测量。测量频率范围覆盖0.00001Hz-10kHz，灵敏度通常在10^-4nT/√Hz-10^-3nT/√Hz(1Hz时)，是地球物理观测中最为广泛磁场测试仪器之一。

近年来，众多研究单位开展了感应式磁场传感器的研制，如吉林大学、中南大学、中国地质科学院等，亦有一些阶段性的研究成果公开发表在学术期刊和专利上，但是工作频率均为1Hz以上的高频感应式磁场传感器。究其原因，主要没有解决低频(0.1mHz-1Hz)微弱信号的低噪声放大这一难题。由于电子元器件内部泛在的1/f噪声，这一噪声随着频率的降低，幅度线性增大，导致频率越低的微弱信号，更易于淹没在电子噪声中而无法检测。感应式磁场传感器的工作频率需达到0.1mHz，需解决这一难题。从目前公开的文献可见，没有研究者解决这一问题，因此，国内没有成熟的可商用的感应式磁场传感器产品。

在实现本发明的过程中，申请人意识到现有技术感应式磁场传感器存在如下技术缺陷：

(1)工作频率没有足够低，无法获取低频磁场信号，现有的感应式磁场传感器的工作频率下限一般为1Hz以上，远远满足地球深部资源勘探的需求，根据频率域电磁测深方法原理，工作频率越低，探测深度越深，1Hz对应探测深度约为500m(典型地质情况)，0.1mHz对应的探测深度超过50km。因此工作频率直接影响勘探深度，工作频率越低的磁场传感器，勘探的深度越深，更加适用于地球深部资源探测；

(2)灵敏度不够高，无法获取地下深部的微弱信号，来自地下深部的磁场信息，经过地层的衰减，信号幅度极其微弱，需要高灵敏度的磁场传感器进行检测，目前国内磁场传感器的灵敏度较差，无法检测到该微弱信号。目前，典型的天然磁场信号强度为1pT/sqrt(Hz)@1Hz，如此微弱的信号，现有技术还不能检测到。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于上述技术问题，本发明提供了一种工作频带低、灵敏度高的感应式磁场传感器。

(二)技术方案

根据本发明的一个方面，提供了一种感应式磁场传感器。该感应式磁场传感器包括：磁芯，呈细长棒状；感应线圈，缠绕在所述磁芯的外围；斩波放大电路，其输入端连接至所述感应线圈的两端，其输出端作为磁场传感器的输出端；其中，被测磁场在磁芯中产生变化的磁感应强度；该变化的磁感应强度在线圈上产生感应电压；该感应电压经过斩波放大电路后信号幅度增强，由斩波放大电路的输出端输出。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明感应式磁场传感器具有以下有益效果：

(1)采用一种高灵敏度的斩波放大技术，将来自地球深部的天然磁场的低频微弱信号(频率范围为0.1mHz-1kHz)斩波至数kHz的频率上进行增益放大，再通过相同的斩波开关和有源滤波器将信号频率降至原有范围，克服常规运算放大器、差分放大器、三极管单管等放大元件的在0.1mHz-100Hz的自身1/f噪声对传感器的影响，有效降低磁场传感器噪声，其自身的噪声水平在整个观测频带上约为天然磁场平均场强的1/10，从而在保证良好的性噪比的条件下，能够获取地球深部达50公里的磁场信息；