一种用于滑坡监测的岩土体磁场传感器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种用于滑坡监测的岩土体磁场传感器，包括：感应线圈，感应线圈与大地耦合，用于采集磁场信号；第一导线，第一导线的一端连接绕组，另一端连接磁场前置放大单元的输入端，用于将采集的磁场信号传输到磁场前置放大器单元；磁场前置放大器单元，其输出端连接第二导线的一端，用于接收磁场信号并进行放大，并通过第二导线传输至磁场信号输出单元；磁场信号输出单元，其输入端连接第二导线的另一端，输出端连接外部设备，用于将接收的放大后的磁场信号输出至外部设备。该岩土体磁场传感器能满足滑坡孕育的探测或监测要求，其测量稳定、结构简单、使用方便，能匹配现有的大地电磁法仪器。

A Geotechnical Magnetic Field Sensor for Landslide Monitoring

【技术实现步骤摘要】
一种用于滑坡监测的岩土体磁场传感器
本技术属于野外地质探测
，尤其涉及一种磁场传感器。
技术介绍
滑坡灾害监测技术是一门综合性很强的应用学科，是以工程地质学、土力学、电子学、传感器、测量学及计算机技术等多门学科交叉为理论实践基础的技术方法体系的综合应用。大地电磁法是地球物理科学中的一种探测方法，其理论及反演技术成熟，仪器早已商业化并成功应用在找矿、找水、工程地质中多年。大地电磁法根据频率的高低可分为高频音频大地电磁法、音频大地电磁法、大地电磁法、甚低频超长周期大地电磁法等多种方法，分别针对不同的勘探深度和勘探目的。滑坡工程地质勘察中也经常使用高频音频大地电磁法进行勘探，将高频音频大地电磁法应用于滑坡长期监测理论上可行的，需要特别提出的是，岩石受力后首先出现一系列的微破裂，并被地下水所填充，岩石电阻率因而显著降低。实验表明，在岩石发生破裂之前它的电阻率将下降到原来的十分之一，所以将此作为研发电磁法监测滑坡孕育过程的合理性和正确性的依据之一。目前国内使用的大地电磁法仪器采用国外的大地电磁法仪器及其配件中的磁场传感器，但是大地电磁法仪器及磁场传感器通过成套出售，在使用过程中即使仅磁场传感器出现问题也需国际贸易报关购买并更换或整体更换，因此，成本高，而且国内零售市场尚无一般的国产大地电磁法仪器及与之配套的磁场传感器销售，更无满足探测或监测滑坡孕育的专用岩土体电磁仪及与之配套的岩土体磁场传感器销售。
技术实现思路
本技术的目的在于：针对上述现有技术存在的问题，提供一种测量稳定、结构简单、使用方便、能满足滑坡孕育探测或监测的测量需求，且可匹配现有一般大地电磁法仪的岩土体磁场传感，以降低对大地电磁法仪器的使用维护成本。为实现上述技术目的，本技术提供了的技术方案如下：一种用于滑坡监测的岩土体磁场传感器，包括：感应线圈，所述感应线圈与大地耦合，用于采集磁场信号；所述感应线圈包括磁芯以及沿着所述磁芯的轴线缠绕的绕组；第一导线，所述第一导线的一端连接所述绕组，另一端连接磁场前置放大单元的输入端，用于将采集的磁场信号传输到磁场前置放大器单元；所述磁场前置放大器单元，其输出端连接第二导线的一端，用于接收磁场信号并进行放大，并通过第二导线传输至磁场信号输出单元；所述磁场信号输出单元，其输入端连接所述第二导线的另一端，输出端连接外部设备，用于将接收的放大后的磁场信号输出至外部设备。本技术的有益效果：该岩土体磁场传感器能满足滑坡孕育的探测或监测要求，其测量稳定、结构简单、使用方便，能匹配现有的大地电磁法仪器，替换现有成套出售的大地电磁法仪器及其配件中的磁场传感器，因而本技术能显著降低因维护大地电磁法仪器的配件即磁场传感器的维护成本。附图说明图1为本技术岩土体磁场传感器结构示意图；图2为本技术岩土体磁场传感器中磁场前置放大器单元的信号放大电路图；图3为本技术岩土体磁场传感器的测试连接关系示意图；图4为本技术岩土体磁场传感器的测试效果图；图5为本技术岩土体磁场传感器与美国EH4专用磁棒对比测试效果图。其中，附图标记说明如下：1-磁芯、2-绕组、3-第一导线、4-磁场前置放大器单元、5-第二导线、6-磁场信号输出单元。具体实施方式下面结合附图对本技术的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本技术。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本技术的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。如图1所示，本技术提供一种用于滑坡监测的岩土体磁场传感器，包括：感应线圈，所述感应线圈与大地耦合，用于采集磁场信号；所述感应线圈包括磁芯1以及沿着所述磁芯1的轴线缠绕的绕组2；第一导线3，所述第一导线3的一端连接所述绕组2，另一端连接磁场前置放大单元4的输入端，用于将采集的磁场信号传输到磁场前置放大器单元4；所述磁场前置放大器单元4，其输出端连接第二导线5的一端，用于接收磁场信号并进行放大，并通过第二导线5传输至磁场信号输出单元6；所述磁场信号输出单元6，其输入端连接所述第二导线5的另一端，输出端连接外部设备，用于将接收的放大后的磁场信号输出至外部设备。本实施例中，为采集滑坡孕育过程中岩土体微弱大地磁场值，磁芯1一般选择导磁率较高的磁芯，比如：铁氧体磁芯、坡莫合金磁芯或铁氧体环磁芯。综合考虑，铁氧体环磁芯的性质差于铁氧体磁芯的金属性质；坡莫合金磁芯优点是容易制作，但坡莫合金磁芯价格昂贵且要求磁芯长度较长，易变形引起磁场叠加，在滑坡监测频段范围内，铁氧体磁芯已能满足要求；因此，优选用铁氧体材质的磁芯作为岩土体磁场传感器的磁芯。本实施例中，为采集滑坡孕育过程中岩土体微弱大地磁场值，绕组2采用耐高温、耐腐蚀、高绝缘、低热敏、低电阻率、高强度的漆包线。本实施例中，为了达到微弱磁场信号无失真的传输，本技术采用了前置放大器方案，要求放大增益稳定、频率响应稳定，其中，磁场前置放大器单元4，包括外壳和信号放大电路。为不失真的放大感应线圈所采集的磁场值，并确保放大增益稳定，频率响应稳定，磁场前置放大器单元4的信号放大电路应需满足高频响应和宽频带的特点，工作频率为1KHz～20KHz。其中，信号放大电路优选差动多级放大电路。本实施例中，为满足野外恶劣环境中连续工作，防水防潮，信号放大增益稳定，频率响应稳定，磁场前置放大器单元4的外壳选用耐热、耐酸、耐腐蚀、无感材质的工业PVC(聚氯乙烯)加工成模。本实施例中，为减少因温度或其它人为因素造成的随机噪声电压值，第一导线3采用双芯屏蔽电缆，其阻抗值为47Ω～53Ω；第二导线5采用多芯屏蔽电缆，其阻抗值为47Ω～53Ω。磁场信号输出单元6选择能与现有的大地电磁法仪器相匹配(即与大地电磁法仪器的信号输入接口匹配)的连接器，本实施例中，选用八芯军用连接器，能匹配美国GEOMERTICS公司生产和销售的EH-4大地电磁仪。本实施例中的岩土体磁场传感器用于滑坡孕育过程中对岩土体的磁场信号采集的具体工作过程为：磁芯1和绕组2与大地耦合，采集岩土体中的磁场信号，并通过第一导线3，将采集的磁场信号送入磁场前置放大器单元4；磁场前置放大器单元4，对来自绕组2的磁场信号进行放大，并通过第二导线5将放大的电场信号传送至磁场信号输出单元6；最后，通过磁场信号输出单元6将经前置放大单元4放大的磁场信号输出到主机，从而实时完成对采集的磁场信号的分析与监测。在本技术中，磁场前置放大器单元4的信号放大电路原理图如附图2所示，它是一种差动多级放大电路，包括由初级运算放大器A1和次级运算放大器A2构成的级联运算放大电路，其中，磁场信号由Input端经电阻R1从初级运算放大器A1的反向输入端输入，A1的同向输入端连接电源负极Vin-，A1的反相输入端通过电阻R2连接A1的输出端；A1的输出端经电阻R3耦合至次级运算放大器A2的反向输入端，A2的同向输入端连接电源正极Vin+，A2的输出端Output将放大后的磁场信号输出至第二导线5的一端，A1的反相输入端通过串联电阻R4、R5连接至A2的输出端，且串联电阻R4、R5的连接节点连接至A2的反相输入端。其中，为了简化传感器结构，传感器的电源正极Vin+、电源负极Vin-由八芯军品级连接器提供。电阻本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于滑坡监测的岩土体磁场传感器，其特征在于，包括：感应线圈，所述感应线圈与大地耦合，用于采集磁场信号；所述感应线圈包括磁芯(1)以及沿着所述磁芯(1)的轴线缠绕的绕组(2)；第一导线(3)，所述第一导线(3)的一端连接所述绕组(2)，另一端连接磁场前置放大器单元(4)的输入端，用于将采集的磁场信号传输到磁场前置放大器单元(4)；所述磁场前置放大器单元(4)，其输出端连接第二导线(5)的一端，用于接收磁场信号并进行放大，并通过第二导线(5)传输至磁场信号输出单元(6)；所述磁场信号输出单元(6)，其输入端连接所述第二导线(5)的另一端，输出端连接外部设备，用于将接收的放大后的磁场信号输出至外部设备。

【技术特征摘要】
1.一种用于滑坡监测的岩土体磁场传感器，其特征在于，包括：感应线圈，所述感应线圈与大地耦合，用于采集磁场信号；所述感应线圈包括磁芯(1)以及沿着所述磁芯(1)的轴线缠绕的绕组(2)；第一导线(3)，所述第一导线(3)的一端连接所述绕组(2)，另一端连接磁场前置放大器单元(4)的输入端，用于将采集的磁场信号传输到磁场前置放大器单元(4)；所述磁场前置放大器单元(4)，其输出端连接第二导线(5)的一端，用于接收磁场信号并进行放大，并通过第二导线(5)传输至磁场信号输出单元(6)；所述磁场信号输出单元(6)，其输入端连接所述第二导线(5)的另一端，输出端连接外部设备，用于将接收的放大后的磁场信号输出至外部设备。2.根据权利要求1所述的岩土体磁场传感器，其特征在于，所述磁场前置放大器单元(4)由外壳和信号放大电路构成。3.根据权利要求2所述的岩土体磁场传感器，其特征在于，所述外壳的材质为工业PVC。4.根据权利要求2所述的岩土体磁场传感器，其特征在于，所述信号放大电路为差动多级放大电路。5.根据权利要求4所述的岩土体磁场传感器，其特征在于，所述差动多级放大电路包括由初级运算放大器A1和次级运算放大器A2构成的...

【专利技术属性】
技术研发人员：许强，李斌，
申请(专利权)人：成都理工大学，
类型：新型
国别省市：四川,51