基于感应式磁传感器的地震电磁扰动观测系统技术方案

本实用新型专利技术公开了基于感应式磁传感器的地震电磁扰动观测系统。宽频带的感应式磁传感器多用于物探等领域，难以直接应用于地震电磁扰动的观测。本实用新型专利技术包括数据采集模块和感应式磁传感器；数据采集模块的核心采用NI数据采集平台；感应式磁传感器包括磁线圈模块和电路模块；磁线圈模块将地震电磁扰动信号转化成电压信号，然后经过电路模块进行前置放大、滤波处理以及后级放大后经NI数据采集平台传输至计算机。本实用新型专利技术根据地震电磁扰动信号的频带特点，设计感应式磁传感器的磁线圈模块和电路模块，将地震电磁扰动信号转化成电压信号，通过NI数据采集平台采集和处理数据，获得低噪声、高灵敏度的信号输出，适合地震电磁扰动的观测。

【技术实现步骤摘要】
基于感应式磁传感器的地震电磁扰动观测系统
本技术属于地震电磁扰动观测领域，具体涉及一种基于感应式磁传感器的地震电磁扰动观测系统。
技术介绍
我国地震电磁扰动观测工作起始于1976年唐山地震后，经过几十年的研究和发展，目前成为一种地震前兆短临异常监测手段，观测频段主要为甚低频(VLF)和超低频(ULF)，频带范围为0.1Hz～10Hz，研究观测地点该频带范围内地表磁场强度随时间的变化。感应式磁传感器是利用法拉第电磁感应定律测量磁场变化的传感器，是电磁扰动观测的核心部件之一，广泛用于陆地、海洋资源勘探、空间磁场探测等领域。目前国外对感应式磁传感器的研究相对成熟，且有成品在市场上推广，具有宽频带、低噪声等特点。例如，德国Metronix公司的MFS-06e、加拿大Pheonix公司的MTC-80等。近年来在国内磁传感器也取得了较快的发展，例如中科院研制的CAS-10磁传感器，吉林大学、中南大学等单位也从事相关的研究。然而宽频带的感应式磁传感器多用于物探等领域，难以直接应用于地震电磁扰动的观测。
技术实现思路
本技术的目的是针对现有技术的不足，提供一种基于感应式磁传感器的地震电磁扰动观测系统，其中感应式磁传感器具有高灵敏度、低噪声的特点，工作带宽为0.01～30Hz，噪声水平在1Hz时为0.15pT/√Hz，适合地震电磁扰动观测。本技术包括数据采集模块和感应式磁传感器。所述的数据采集模块的核心采用NI数据采集平台，NI数据采集平台选用单槽NICompactDAQUSB机箱cDAQ-9171以及连接在该机箱上的NI9239模块。所述的感应式磁传感器包括磁线圈模块和电路模块。磁线圈模块将地震电磁扰动信号转化成电压信号，然后经过电路模块进行前置放大、滤波处理以及后级放大后经NI9239模块传给单槽NICompactDAQUSB机箱cDAQ-9171，再传输至计算机。所述的磁线圈模块包括磁芯、骨架、感应线圈和外壳；磁芯两端均通过支撑座固定在外壳上，骨架同轴套置在磁芯外；所述的磁芯由多片薄片依次叠放而成；所述的骨架包括一体成型的多个绕线筒和连接筒，绕线筒和连接筒的中心孔均为方孔，相邻绕线筒通过连接筒连接；绕线筒两端均设有轴肩；每个绕线筒上均缠绕感应线圈，所有感应线圈串联后引出输出端。外壳内位于每个感应线圈周围填充非磁性材料。所述的电路模块包括前置放大电路单元、滤波电路单元和后级放大电路单元；所述的前置放大电路单元包括第一运放芯片U1，第一运放芯片U1的型号为OP07CN。感应线圈的输出端信号线接插座P1的管脚1和管脚2，且感应线圈的输出端屏蔽层通过插座P1的管脚3接地；插座P1的管脚1连接至第一运放芯片U1的管脚2；第一运放芯片U1的管脚2接第一电阻R1及第五电容C5的一端，第一电阻R1及第五电容C5的另一端接第一运放芯片U1的管脚6；插座P1的管脚2连接第一运放芯片U1的管脚3及第二电阻R2的一端，第二电阻R2的另一端接供电脚J3；插座P1的管脚3接地；第一运放芯片U1的管脚4通过第三电阻R3连接供电脚J2；第一运放芯片U1的管脚4接第二电容C2及第四电容C4的一端，第二电容C2及第四电容C4的另一端连接供电脚J3。第一运放芯片U1的管脚7通过第三电阻R4连接供电脚J1；第一运放芯片U1的管脚7接第一电容C1及第三电容C3的一端，第一电容C1及第三电容C3的另一端连接供电脚J3。第一运放芯片U1的管脚6为前置放大电路单元的输出端Vo1。第一运放芯片U1的管脚1、5和8悬空。所述的滤波电路单元包括第一级滤波电路、第二级滤波电路和第三级滤波电路；所述的第一级滤波电路包括第二运放芯片U2，第二运放芯片U2的型号为ADOP27GN。前置放大电路单元的输出端Vo1通过第五电阻R5和第六电阻R6串联至第二运放芯片U2的管脚3；第二运放芯片U2的管脚3通过第六电容C6连接至供电脚J3；第五电阻R5和第六电阻R6的连接端接第七电容C7及第八电容C8的一端，第七电容C7及第八电容C8的另一端接第二运放芯片U2的管脚6；第二运放芯片U2的管脚2连接第二运放芯片U2的管脚6；第二运放芯片U2的管脚4通过第七电阻R7连接至供电脚J2；第二运放芯片U2的管脚4通过第九电容C9连接至供电脚J3；第二运放芯片U2的管脚7通过第八电阻R8连接至供电脚J1；第二运放芯片U2的管脚7通过第十电容C10连接至供电脚J3；第二运放芯片U2的管脚1、5和8均悬空。所述的第二级滤波电路包括第三运放芯片U3，第三运放芯片U3的型号为ADOP27GN。第一级滤波电路的第二运放芯片U2的管脚6作为输入端，并通过第九电阻R9和第十电阻R10串联至第三运放芯片U3的管脚3；第三运放芯片U3的管脚3通过第十四电容C14连接至供电脚J3；第九电阻R9和第十电阻R10的连接端接第十一电容C11及第十二电容C12的一端，第十一电容C11及第十二电容C12的另一端连接第三运放芯片U3的管脚6；第三运放芯片U3的管脚2连接第三运放芯片U3的管脚6；第三运放芯片U3的管脚4通过第十一电阻R11连接供电脚J2；第三运放芯片U3的管脚4通过第十三电容C13连接供电脚J3；第三运放芯片U3的管脚7通过第十二电阻R12连接供电脚J1；第三运放芯片U3的管脚7通过第十五电容C15连接至供电脚J3；第三运放芯片U3的管脚1、5和8均悬空。所述的第三级滤波电路包括第四运放芯片U4，第四运放芯片U4的型号为ADOP27GN。第二级滤波电路的第三运放芯片U3的管脚6作为输入端，并通过第十三电阻R13和第十四电阻R14串联至第四运放芯片U4的管脚3；第四运放芯片U4的管脚3通过第二十电容C20连接供电脚J3；第十三电阻R13和第十四电阻R14的连接端接第十六电容C16、第十七电容C17及第十八电容C18的一端，第十六电容C16、第十七电容C17及第十八电容C18的另一端接第四运放芯片U4的管脚6；第四运放芯片U4的管脚2连接第四运放芯片U4的管脚6；第四运放芯片U4的管脚4通过第十五电阻R15连接供电脚J2；第四运放芯片U4的管脚4通过第十九电容C19连接供电脚J3；第四运放芯片U4的管脚7通过第十六电阻R16连接供电脚J1；第四运放芯片U4的管脚7通过第二十一电容C21连接供电脚J3；第四运放芯片U4的管脚1、5和8均悬空。前置放大电路单元的输出端Vo1接三芯跳线器P2的管脚2，三芯跳线器P2的管脚1接三芯跳线器P3的管脚1并作为滤波电路单元的输出端Vo2，三芯跳线器P2和三芯跳线器P3的管脚3均悬空；三芯跳线器P3的管脚2接第四运放芯片U4的管脚6。所述的后级放大电路单元包括第五运放芯片U5，第五运放芯片U5的型号为ADOP27GN。滤波电路单元的输出端Vo2接插座P4、插座P5和插座P6的管脚2，插座P4的管脚1接第十七电阻R17的一端，插座P5的管脚1接第十八电阻R18的一端，插座P6的管脚1接第十九电阻R19的一端；第十七电阻R17、第十八电阻R18及第十九电阻R19的另一端接第五运放芯片U5的管脚2。第五运放芯片U5的管脚2接第二十二电阻R22及第二十六电容C26的一端，第二十二电阻R22及第二十六电容C26的另一端接第五运放芯片U5的管脚6；第五运放芯片U5的管脚3连本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于感应式磁传感器的地震电磁扰动观测系统，包括数据采集模块和感应式磁传感器，其特征在于：所述的数据采集模块的核心采用NI数据采集平台，NI数据采集平台选用单槽NI CompactDAQ USB机箱cDAQ‑9171以及连接在该机箱上的NI9239模块；所述的感应式磁传感器包括磁线圈模块和电路模块；磁线圈模块将地震电磁扰动信号转化成电压信号，然后经过电路模块进行前置放大、滤波处理以及后级放大后经NI9239模块传给单槽NI CompactDAQ USB机箱cDAQ‑9171，再传输至计算机；所述的磁线圈模块包括磁芯、骨架、感应线圈和外壳；磁芯两端均通过支撑座固定在外壳上，骨架同轴套置在磁芯外；所述的磁芯由多片薄片依次叠放而成；所述的骨架包括一体成型的多个绕线筒和连接筒，绕线筒和连接筒的中心孔均为方孔，相邻绕线筒通过连接筒连接；绕线筒两端均设有轴肩；每个绕线筒上均缠绕感应线圈，所有感应线圈串联后引出输出端；外壳内位于每个感应线圈周围填充非磁性材料；所述的电路模块包括前置放大电路单元、滤波电路单元和后级放大电路单元；所述的前置放大电路单元包括第一运放芯片U1，第一运放芯片U1的型号为OP07CN；感应线圈的输出端信号线接插座P1的管脚1和管脚2，且感应线圈的输出端屏蔽层通过插座P1的管脚3接地；插座P1的管脚1连接至第一运放芯片U1的管脚2；第一运放芯片U1的管脚2接第一电阻R1及第五电容C5的一端，第一电阻R1及第五电容C5的另一端接第一运放芯片U1的管脚6；插座P1的管脚2连接第一运放芯片U1的管脚3及第二电阻R2的一端，第二电阻R2的另一端接供电脚J3；插座P1的管脚3接地；第一运放芯片U1的管脚4通过第三电阻R3连接供电脚J2；第一运放芯片U1的管脚4接第二电容C2及第四电容C4的一端，第二电容C2及第四电容C4的另一端连接供电脚J3；第一运放芯片U1的管脚7通过第三电阻R4连接供电脚J1；第一运放芯片U1的管脚7接第一电容C1及第三电容C3的一端，第一电容C1及第三电容C3的另一端连接供电脚J3；第一运放芯片U1的管脚6为前置放大电路单元的输出端Vo1；第一运放芯片U1的管脚1、5和8悬空；所述的滤波电路单元包括第一级滤波电路、第二级滤波电路和第三级滤波电路；所述的第一级滤波电路包括第二运放芯片U2，第二运放芯片U2的型号为ADOP27GN；前置放大电路单元的输出端Vo1通过第五电阻R5和第六电阻R6串联至第二运放芯片U2的管脚3；第二运放芯片U2的管脚3通过第六电容C6连接至供电脚J3；第五电阻R5和第六电阻R6的连接端接第七电容C7及第八电容C8的一端，第七电容C7及第八电容C8的另一端接第二运放芯片U2的管脚6；第二运放芯片U2的管脚2连接第二运放芯片U2的管脚6；第二运放芯片U2的管脚4通过第七电阻R7连接至供电脚J2；第二运放芯片U2的管脚4通过第九电容C9连接至供电脚J3；第二运放芯片U2的管脚7通过第八电阻R8连接至供电脚J1；第二运放芯片U2的管脚7通过第十电容C10连接至供电脚J3；第二运放芯片U2的管脚1、5和8均悬空；所述的第二级滤波电路包括第三运放芯片U3，第三运放芯片U3的型号为ADOP27GN；第一级滤波电路的第二运放芯片U2的管脚6作为输入端，并通过第九电阻R9和第十电阻R10串联至第三运放芯片U3的管脚3；第三运放芯片U3的管脚3通过第十四电容C14连接至供电脚J3；第九电阻R9和第十电阻R10的连接端接第十一电容C11及第十二电容C12的一端，第十一电容C11及第十二电容C12的另一端连接第三运放芯片U3的管脚6；第三运放芯片U3的管脚2连接第三运放芯片U3的管脚6；第三运放芯片U3的管脚4通过第十一电阻R11连接供电脚J2；第三运放芯片U3的管脚4通过第十三电容C13连接供电脚J3；第三运放芯片U3的管脚7通过第十二电阻R12连接供电脚J1；第三运放芯片U3的管脚7通过第十五电容C15连接至供电脚J3；第三运放芯片U3的管脚1、5和8均悬空；所述的第三级滤波电路包括第四运放芯片U4，第四运放芯片U4的型号为ADOP27GN；第二级滤波电路的第三运放芯片U3的管脚6作为输入端，并通过第十三电阻R13和第十四电阻R14串联至第四运放芯片U4的管脚3；第四运放芯片U4的管脚3通过第二十电容C20连接供电脚J3；第十三电阻R13和第十四电阻R14的连接端接第十六电容C16、第十七电容C17及第十八电容C18的一端，第十六电容C16、第十七电容C17及第十八电容C18的另一端接第四运放芯片U4的管脚6；第四运放芯片U4的管脚2连接第四运放芯片U4的管脚6；第四运放芯片U4的管脚4通过第十五电阻R15连接供电脚J2；第四运放芯片U4的管脚4通过第十九电容C19连接供电脚J3；第四运放芯片U4的管...

【技术特征摘要】
1.基于感应式磁传感器的地震电磁扰动观测系统，包括数据采集模块和感应式磁传感器，其特征在于：所述的数据采集模块的核心采用NI数据采集平台，NI数据采集平台选用单槽NICompactDAQUSB机箱cDAQ-9171以及连接在该机箱上的NI9239模块；所述的感应式磁传感器包括磁线圈模块和电路模块；磁线圈模块将地震电磁扰动信号转化成电压信号，然后经过电路模块进行前置放大、滤波处理以及后级放大后经NI9239模块传给单槽NICompactDAQUSB机箱cDAQ-9171，再传输至计算机；所述的磁线圈模块包括磁芯、骨架、感应线圈和外壳；磁芯两端均通过支撑座固定在外壳上，骨架同轴套置在磁芯外；所述的磁芯由多片薄片依次叠放而成；所述的骨架包括一体成型的多个绕线筒和连接筒，绕线筒和连接筒的中心孔均为方孔，相邻绕线筒通过连接筒连接；绕线筒两端均设有轴肩；每个绕线筒上均缠绕感应线圈，所有感应线圈串联后引出输出端；外壳内位于每个感应线圈周围填充非磁性材料；所述的电路模块包括前置放大电路单元、滤波电路单元和后级放大电路单元；所述的前置放大电路单元包括第一运放芯片U1，第一运放芯片U1的型号为OP07CN；感应线圈的输出端信号线接插座P1的管脚1和管脚2，且感应线圈的输出端屏蔽层通过插座P1的管脚3接地；插座P1的管脚1连接至第一运放芯片U1的管脚2；第一运放芯片U1的管脚2接第一电阻R1及第五电容C5的一端，第一电阻R1及第五电容C5的另一端接第一运放芯片U1的管脚6；插座P1的管脚2连接第一运放芯片U1的管脚3及第二电阻R2的一端，第二电阻R2的另一端接供电脚J3；插座P1的管脚3接地；第一运放芯片U1的管脚4通过第三电阻R3连接供电脚J2；第一运放芯片U1的管脚4接第二电容C2及第四电容C4的一端，第二电容C2及第四电容C4的另一端连接供电脚J3；第一运放芯片U1的管脚7通过第三电阻R4连接供电脚J1；第一运放芯片U1的管脚7接第一电容C1及第三电容C3的一端，第一电容C1及第三电容C3的另一端连接供电脚J3；第一运放芯片U1的管脚6为前置放大电路单元的输出端Vo1；第一运放芯片U1的管脚1、5和8悬空；所述的滤波电路单元包括第一级滤波电路、第二级滤波电路和第三级滤波电路；所述的第一级滤波电路包括第二运放芯片U2，第二运放芯片U2的型号为ADOP27GN；前置放大电路单元的输出端Vo1通过第五电阻R5和第六电阻R6串联至第二运放芯片U2的管脚3；第二运放芯片U2的管脚3通过第六电容C6连接至供电脚J3；第五电阻R5和第六电阻R6的连接端接第七电容C7及第八电容C8的一端，第七电容C7及第八电容C8的另一端接第二运放芯片U2的管脚6；第二运放芯片U2的管脚2连接第二运放芯片U2的管脚6；第二运放芯片U2的管脚4通过第七电阻R7连接至供电脚J2；第二运放芯片U2的管脚4通过第九电容C9连接至供电脚J3；第二运放芯片U2的管脚7通过第八电阻R8连接至供电脚J1；第二运放芯片U2的管脚7通过第十电容C10连接至供电脚J3；第二运放芯片U2的管脚1、5和8均悬空；所述的第二级滤波电路包括第三运放芯片U3，第三运放芯片U3的型号为ADOP27GN；第一级滤波电路的第二运放芯片U2的管脚6作为输入端，并通过第九电阻R9和第十电阻R10串联至第三运放芯片U3的管脚3；第三运放芯片U3的管脚3通过第十四电容C14连接至供电脚J3；第九电阻R9和第十电阻R10的连接端接第十一电容C11及第十二电容C12的一端，第十一电容C11及第十二电容C12的另一端连接第三运放芯片U3的管脚6；第三运放芯片U3的管脚2连接第三运放芯片U3的管脚6；第三运放芯片U3的管脚4通过第十一电阻R11连接供电脚J2；第三运放芯片U3的管脚4通过第十三电容C13连接供电脚J3；第三运放芯片U3的管脚7通过第十二电阻R12连接供电脚J1；第三运放芯片U3的管脚7通过第十五电容C15连接至供电脚J3；第三运放芯片U3的管脚1、5和8均悬空；所述的第三级滤波电路包括第四运放芯片U4，第四运放芯片U4的型号为ADOP27GN；第二级滤波电路的第三运放芯片U3的管脚6作为输入端，并通过第十三电阻R13和第十四电阻R14串联至第四运放芯片U4的管脚3；第四运放芯片U4的管脚3通过第二十电容C20连接供电脚J3；第十三电阻R13和第十四电阻R14的连接端接第十六电容C16、第十七电容C17及第十八电容C18的一端，第十六电容C16、第十七电容C17及第十八电容C18的另一端接第四运放芯片U4的管脚6；第四运放芯片U4的管脚2连接第四运放芯片U4的管脚6；第四运放芯片U4的管脚4通过第十五电阻R15连接供电脚J2；第四运放芯片U4的管脚4通过第十九电容C19连接供电脚J3；第四运放芯片U4的管脚7通过第十六电阻R16连接供电脚J1；第四运放芯片U4的管脚7通过第二十一电容C21连接供电脚J3；第四运放芯片U4的管脚1、5和8均悬空；前置放大电路单元的输出端Vo1接三芯跳线器P2的管脚2，三芯跳线器P2的管脚1接三芯跳线器P3的管脚1并作为滤波电路单元的输出端...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢永，张敏，戴波，王佳，单菡，
申请(专利权)人：江苏省地震局，
类型：新型
国别省市：江苏,32