磁场传感器制造技术

本发明专利技术提供了一种磁场传感器。该磁场传感器包括：传感器本体，用于探测所处环境的磁场信号，包括：磁芯，其外部由内筒包裹；以及感应线圈，缠绕于内筒的外围，其中间抽头接地；以及信号放大模块，与感应线圈的两端相连接，用于将传感器本体探测的磁场信号进行放大，并通过单端方式输出；单端转差分模块，与信号放大模块相连接，用于将信号放大模块通过单端方式输出的磁场信号转换为差分形式；以及供电及控制模块，用于为信号放大模块、单端转差分模块提供电源，并且将单端转差分模块输出的差分形式的探测信号输出。本发明专利技术使用有磁芯线圈结构替代空心线圈，在匝数不变情况下，相比于空心线圈需要增加单匝面积来提高传感器灵敏度。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供了一种磁场传感器。该磁场传感器包括：传感器本体，用于探测所处环境的磁场信号，包括：磁芯，其外部由内筒包裹；以及感应线圈，缠绕于内筒的外围，其中间抽头接地；以及信号放大模块，与感应线圈的两端相连接，用于将传感器本体探测的磁场信号进行放大，并通过单端方式输出；单端转差分模块，与信号放大模块相连接，用于将信号放大模块通过单端方式输出的磁场信号转换为差分形式；以及供电及控制模块，用于为信号放大模块、单端转差分模块提供电源，并且将单端转差分模块输出的差分形式的探测信号输出。本专利技术使用有磁芯线圈结构替代空心线圈，在匝数不变情况下，相比于空心线圈需要增加单匝面积来提高传感器灵敏度。【专利说明】磁场传感器
本专利技术涉及磁场传感器
，尤其涉及一种磁场传感器。
技术介绍
随着经济发展对于油气需求的增加，常规的油气资源已经不能满足这种需求的增长，并且我国石油大部分依赖进口，原油生产的增幅不及国内石油需求的增长。面对如此严峻的石油资源环境，非常规油气的页岩气引起了高度的重视。我国页岩气资源量相当丰富，勘探潜力巨大。然而页岩气地质条件复杂和特殊，非常规的油气藏成藏条件复杂，储层致密，非均匀性强。我国页岩气资源的探勘开发还处于初级阶段，没有系统的配套技术，有诸多技术上的问题。目前国内首个页岩气时频电磁实验项目已经通过了验收，在南方碳酸盐岩发育区的非地震勘探攻关工作取得了良好效果。这意味着瞬变电磁方法在页岩气的探勘研究中能够发挥重要的作用。时间域电磁法或称瞬变电磁法(Time-domainelectromagnetic method orTransient electromagnetic method,简称TEM),是一种时域观测的人工源电磁探测方法，它在发送一次脉冲磁场的间歇期间，使用接收线圈观测地下介质的随时间衰减的二次涡流场。衰减过程分为早、中和晚期。早期的电磁场相当于频率域中的高频成分，衰减快，探测深度小；而晚期成分则相当于频率域中的低频成分，衰减慢，探测深度大。通过测量断电后各个时间段的二次场随时间变化规律，可得到不同深度的地电特征。不同电导率的地下介质所产生的二次场大小与衰减速率不同，一般而言，电阻率高的地下介质激励的二次场的幅值大，衰减快 。电阻率低的地下介质(良导体)二次场幅度低，衰减慢。因而其不受高阻层屏蔽，能克服低阻覆盖层的影响，探测深度大。时间域电磁法是通过探测油气藏的电性及电化学异常来确定油气状况，相对于其他非地震方法能详细了解油气藏的深度、分布和储量信息，因而具有携带方便，分辨率高，探测深等不可比拟的优势，已经广泛应用于探勘行业，在金属矿勘探，油气勘探和地下水资源勘探等方便发挥了巨大的作用，特别在油气探测方面。时频电磁法(Time-Frequencyelectromagnetic method,简称 TFEM)与长偏移距瞬变电磁法(Long-offset transient electromagnetic method,简称 L0TEM)作为时间域电磁法几种通用方法，其信号发射接收示意图如图1A所示，采用长线源接地电极发送一次场，接收装置与发射装置的偏移距一般大于5km，接收装置为磁场传感器，用于测量二次场的磁场信号，接地电极用于测量电场信号。图1B为现有技术用于时间域电磁法的磁场传感器结构不意图。如图1B所不,该磁场传感器包括三部分组成:空心线圈，按照一定尺寸绕制特定匝数，感应磁场信号产生电压；电路，抑制线圈谐振，放大空心线圈感应信号。骨架结构，支撑空心线圈以及固定电路。为磁场传感器重量主要来源。然而，在实现本专利技术过程中， 申请人:发现上述用于时间域电磁法的磁场传感器具有如下技术缺陷:(I)磁场传感器灵敏度不够，传感器内部空心线圈总面积为100m2左右，在TFEM和LOTEM的应用中，空心线圈面积需要达到1000m2以上，这就需要空心线圈匝数与单匝面积的提高，增加了空心线圈的重量，同时会提升结构部分的重量，传感器的体积和重量变大，野外携带施工难度很大，如某款磁场传感器尺寸为6.25mX6.25m，重量为25kg ；(2)磁场传感器频率线性响应范围不足。LOTEM与TFEM施工时发射多种不同频率的方波，信号带宽覆盖宽，要求磁场传感器有响应的足够宽的线性频率响应，才能准确接收对应地下深度的介质信息。由于谐振频率存在，带宽很难满足要求，传统的临界阻尼匹配技术线性响应频率区间有限，没有充分发挥磁场传感器的性能；(3)磁场传感器灵敏度固定，不能根据实际情况调节。LOTEM和TFEM在施工时为了达到探测不同深度地下目标的目的，往往收发偏移距变化较大，则相应的接收信号强度亦变化较大，现有磁场传感器接收灵敏度均采用固定形式，往往在收发偏移距变大时接收信号幅度迅速变弱，信噪比下降，无法满足接收机信号有效采集。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题鉴于上述技术问题，本专利技术提供了一种磁场传感器，以减小传感器的体积与重量，提高磁场传感器灵敏度。(二)技术方案根据本专利技术的一个方面，提供了一种磁场传感器。该磁场传感器包括:传感器本体，用于探测所处环境的磁场信号，包括:磁芯，其外部由内筒包裹；以及感应线圈，缠绕于内筒的外围，其中间抽头接地；以及信号放大模块，与感应线圈的两端相连接，用于将传感器本体探测的磁场信号进行放大，并通过单端方式输出；单端转差分模块，与信号放大模块相连接，用于将信号放大模块通过单端方式输出的磁场信号转换为差分形式；以及供电及控制模块，用于为信号放大模块、单端转差分模块提供电源，并且将单端转差分模块输出的差分形式的探测信号输出。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本专利技术磁场传感器具有以下有益效果:(I)使用有磁芯线圈结构替代空心线圈，在匝数不变情况下，相比于空心线圈需要增加单匝面积来提高传感器灵敏度，有磁芯线圈只需要选择适合尺寸磁芯，利用磁性材料的磁通聚集作用，有效放大了磁芯截面内的磁场强度，这样有磁芯线圈仅需要围绕磁芯绕制，单匝面积大大减小，同时传感器体积的减小使得结构的质量大大下降，本专利技术的磁场传感器重量小于4kg ；(2)使用有限欠阻尼匹配，相比于传统的临界阻尼匹配磁场传感器线性区域仅为谐振频率的33%，有限欠阻尼匹配可用的线性区域为谐振频率的70% ；(3)利用开关实现了对磁场传感器的增益控制，提高了灵敏度。【专利附图】【附图说明】图1A为现有技术时频电磁法与长偏移距瞬变电磁法中信号发射接收的示意图；图1B为现有技术磁场传感器结构示意图；图2A为根据本专利技术实施例磁场传感器的结构示意图；图2B为图2A所示磁场传感器电路连接的示意图；图3为图2B所示磁场传感器中供电及控制模块和其他模块整体管脚设置的示意图；图4为采用临界阻尼匹配与有限欠阻尼匹配的磁场传感器性能对比曲线；图5为图2B所示磁场传感器中增益放大模块的结构示意图；图6为图2B所示磁场传感器中信号放大模块的结构示意图；图7为图2B所示磁场传感器中单端转差分模块的示意图；图8为本实施例磁场传感器中接收线圈灵敏度测试曲线；图9为本实施例磁场传感器中接收线圈噪声测试曲线。【具体实施方式】为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。需要说明的是，在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁场传感器，其特征在于，包括：传感器本体，用于探测所处环境的磁场信号，包括：磁芯，其外部由内筒包裹；以及感应线圈，缠绕于所述内筒的外围，其中间抽头接地；信号放大模块，与感应线圈的两端相连接，用于将所述传感器本体探测的磁场信号进行放大，并通过单端方式输出；单端转差分模块，与所述信号放大模块相连接，用于将所述信号放大模块通过单端方式输出的磁场信号转换为差分形式；以及供电及控制模块，用于为所述信号放大模块、单端转差分模块提供电源，并且将所述单端转差分模块输出的差分形式的探测信号输出。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：朱万华，刘凯，闫彬，刘雷松，方广有，
申请(专利权)人：中国科学院电子学研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11