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宽频带感应式磁传感器的研制

【摘要】:感应式磁传感器是基于法拉第电磁感应定律研制的测磁仪器,其具有应用频带宽(目前最高可做到8个量级),灵敏度高、探测深度范围大(从地下几米到数千米)、体积小、重量轻、操作简单、生产成本低廉的特点,因此,感应式磁传感器在大地电磁测深中应用最广泛。然而,国内传感器由于补偿方法的限制,导致传感器向高频扩展受到限制;而且在低频(如0.01Hz)范围放大电路的1/f噪声较大,使传感器向低频段扩展也受到限制;随着大地电磁测深对测量仪器要求的不断提高,研制高灵敏度、宽频带、低噪声的磁传感器成为国内传感器研究机构的主要目的。 针对感应式磁传感器设计中的技术问题,本文从大地电磁测深理论与感应式磁传感器的测磁原理出发,介绍影响传感器灵敏度、频带宽度的参数。设计带有磁通收集器的叠片磁芯,提高磁芯的有效面积以及有效导磁率,进而提高了传感器的灵敏度;建立级联式的线圈等效模型并总结出线圈参数(直流电阻、电感、分布电容)的计算公式,为设计高性能传感器提供基础;利用斩波放大原理,设计分立元件搭建的斩波放大电路,有效地降低了电路的1/f噪声的转折频率(0.001Hz),实现了传感器向低频段扩展的目的。采用磁反馈补偿方法,解决了感应线圈在谐振点处的相位突变问题,降低了传感器的动态范围,传感器频率范围可向高于谐振频率的频段扩展;在非零磁空间,利用相关系数法测量传感器的噪声,取得可靠结果;开展了野外实验,与德国MFS06传感器的对比结果证明,本文设计的传感器具有灵敏度高(0.92V/nT@1kHz)、频带宽、噪声低、稳定性好的特点,能够较好地满足大地电磁测深的要求。 本文是在国家自然科学基金《磁反馈式宽频带磁传感器技术研究》项目以及吉林省科技发展计划工业类重点项目“大深度范围地下资源电磁法探测仪器的研制”的资助下进行的,完成了高灵敏度、宽频带、低噪声的感应式磁传感器的研制,为我国电磁测深仪器的发展提供研究基础和技术储备。

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