[发明专利]传感器本体及其应用的感应式三轴磁场传感器

说明书

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，尤其涉及一种传感器本体及应用其的感应式三轴磁场传感器。

背景技术

感应式磁场传感器是指基于法拉第电磁感应原理测量磁场微弱变化的仪器。在海洋地球物理观测中，主要用于海洋科学观测网建设、海洋油气勘探中的大地电磁测深(MMT)和海洋可控源电磁(CSEM)仪器中。是海洋地球物理观测中最为广泛磁场测试仪器之一。

海洋科学观测领域，观测并研究海洋地磁其空间和时间分布规律，是海洋科学观测的基本内容之一，高灵敏度感应式磁场传感器是该项科学活动的必备工具之一，利用高灵敏度的感应式磁场传感器可以精确获取0.1mHz-100Hz的天然磁场变化信息，该频段信息对海底地质结构、板块构造运动等地学研究有极其重要的参考价值。

随着深水油气勘探的兴起，海洋电磁法已成为海洋油气勘探的重要手段之一，国内外海洋油气勘探的实践表明：海洋电磁方法通过对目标地质体的电阻率识别，大大提高了钻井成功率，有效降低了海洋石油勘探开采的成本。几乎所有的海洋电磁方法仪器的磁场分量测量均采用感应式磁场传感器进行，如美国SIO研究所、斯伦贝谢等公司的海洋电磁仪器。

因此，无论是海洋科学活动还是海洋资源能源领域，感应式磁场传感器均是不可或缺的核心技术，直接制约着我国海洋电磁仪器的发展。

对于海洋磁场探测，感应式磁场传感器的灵敏度在10^-4nT/√Hz-10^-3nT/√Hz(1Hz时)。现有的感应式磁场传感器包括加拿大PHOENIX Geophysics Limited公司的MTC-80型、MTC-50型磁场传感器，德国Metronix Geophysics公司的MFS-06(e)型、MFS-07型磁场传感器等等。这些感应式磁场传感器，外观为细长圆柱形，长度在1m-1.4m，直径10cm左右，质量一般在8kg-12kg。用于海洋探测时，需要将三支磁场传感器分别采用长圆柱形的承压舱密封，材料为塑料或者铝材，信号通过防水电缆传给浮球内部的接收机。整个仪器体积超过1m³，重量大于400kg，同时需要4-5个深海浮球，用来保证足够的浮力，过大的体积和过高的成本给勘探作业带来巨大的挑战。然而，如果缩小感应式磁场传感器的体积，则会导致其灵敏度降低，等效输入噪声增加，从而不能满足海洋电磁法勘探的需求。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于上述技术问题，本发明提供了一种传感器本体及应用其的感应式三轴磁场传感器，以在保证测量精度的前提下实现感应式三轴磁场传感器的小型化。

(二)技术方案

根据本发明的一个方面，提供了一种传感器本体。该传感器本体包括：磁芯结构，纵剖面呈工字型，中间部分为细长棒状的磁芯，两端部分为扁平状磁通量聚焦器；感应线圈，均匀缠绕于磁芯结构磁芯的外围。

根据本发明的一个方面，还提供了一种感应式三轴磁场传感器。该感应式三轴磁场传感器包括：传感器本体模块，包括探测方向两两垂直的三支如上所述的传感器本体；三组斩波放大电路，分别对三支传感器本体感应线圈输出的信号通过斩波方式进行幅度增强。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明传感器本体及应用其的感应式三轴磁场传感器具有以下有益效果：

(1)通过在原有的细长型磁芯两端加磁盘聚集磁通，等效的提高了磁芯的长径比，突破了传统感应式磁场传感器在有限空间内的噪声极限；

(2)通过信号补偿模块，使得三轴信号串扰信号最小，提高了磁场测量精度，实现在有限空间内集成三轴磁场传感器。

附图说明

图1为根据本发明实施例传感器本体的纵剖面示意图；

图2为由仿真软件得到的图1所示传感器本体与传统磁场传感器磁通量的对比图；

图3为根据本发明实施例感应式三轴磁场传感器的结构示意图；

图4为图3所示感应式三轴磁场传感器中传感器本体模块的示意图；

图5为图3所示感应式三轴磁场传感器中斩波放大电路将传感器带宽进行拓展的曲线；

图6为图3所示感应式三轴磁场传感器中斩波放大电路的结构示意图；

图7为图6所示斩波放大电路中匹配网络模块的电路图；

图8为图6所示斩波放大电路中调制模块的电路图；

图9为图6所示斩波放大电路中电流放大模块的电路图；

图10为图6所示斩波放大电路中解调模块的电路图；

图11为图6所示斩波放大电路中滤波模块的电路图；