CN105393130A - 用于响应于改变第一磁场来补偿磁传感器的输出的磁补偿电路及方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示一种用于在存在大磁场时补偿磁场传感器以准许检测小磁场的解决方案。磁场传感器检测产生模拟信号的磁场，所述模拟信号接着由模/数转换器ADC编码成数字流。对所述数字流进行操作的控制器并入有额外传感器数据以形成补偿信号，所述补偿信号被发送到数/模DAC转换器。此补偿信号接着在进入所述ADC之前修改所述磁场传感器的输出。补偿是软件控制的，且因此可适于需要补偿的众多条件。除可容易调谐以外，所述补偿可动态地响应于改变的条件。本发明具有于其中在存在大的发射场时测量从地球散射的小场的航空电磁勘测的特定应用。

Description

用于响应于改变第一磁场来补偿磁传感器的输出的磁补偿电路及方法

技术领域

本发明一般来说涉及磁场的测量，且特定来说涉及用于在存在已知较强场时准确检测弱散射磁场的存在的方法及设备。特定来说，本发明的实施例涉及用于经改进地球物理电磁勘测的方法。

背景技术

传感器上的已知但非所要磁场的效应的移除通常称作补偿，且有时被称为抵消。补偿可被视为具有两种相异形式。在第一形式(有时称为主动抵消)中，通过形成与第一磁场相反的第二磁场而在一空间体积内消除第一磁场。在第二种形式的补偿(有时称为被动抵消)中，通过将与传感器的输出相反的电压添加到所述传感器的所述输出而消除由传感器检测的磁场的效应。

可存在想要从磁传感器移除大的磁场信号的数个理由。特定来说，通过移除大部分信号，借此降低由传感器测量的信号，可扩大传感器的有效动态范围，因此允许比原本可能的场的放大率及分辨率大的场的放大率及分辨率。额外原因可包含经改进线性及经减小转换速率相关的噪声。此外，如果补偿致使传感器附近的磁场减小，那么可存在由附近金属组件中的涡流感应及感应磁化导致的噪声的对应减小。

出于本发明的目的，磁(H)传感器可为磁力计(如由SQUID、反馈线圈、磁通门、原子蒸气传感器或直接对磁场敏感的类似装置所例示)，或线圈、回路或类似电路元件(其借助法拉第(Faraday)定律对磁通量密度中的时间变化敏感)，或具有类似功能性的任何仪器。

补偿方法已找到进入若干多样应用的方式，其中之一者为抑制所发射电磁能量。举例来说，在罗伯森(Robertson)的文档GB2438057A中，通过磁传感器进行的电磁辐射广播受到抑制。在另一实例中，帕申(Paschen)等人在US5,920,130A中揭示抑制发射线路噪声的方式。在第三实例中，福尔摩斯(Holmes)及斯卡泽罗(Scarzello)在US6,798,632B1中使用一组三个正交亥姆霍兹(Helmholtz)线圈来封围电装置，也来抑制所发射电力频率辐射。

补偿方法也可用于控制一体积(如常见于含有磁共振成像或电子束装置的室)内的磁场噪声。在此些情形中，穿过亥姆霍兹线圈发送的电流围绕待屏蔽的体积。一般来说，补偿是通过将磁传感器放置于经屏蔽体积内而实现，接着使用来自所述经屏蔽体积的信号在线圈中产生电流且因此取消传感器处的场。此方法用于唐南(Dunnam)的文档US5465012A中，所述文档使用三组正交亥姆霍兹线圈来补偿线圈内部的均匀磁场，如同克罗普(Kropp)等人(其考虑到补偿梯度场的情形)在文档US2011/0144953中所使用。在美国文档2005/0195551中，布什贝克(Buschbeck)等人观察到在涉及粒子束的一些应用中，难以将传感器放置于其中场将被取消的体积中，且因此使用放置于两个点处的两个传感器来内插待消除的场值。吉尔宾(Gelbien)在美国文档5,952,734中揭示一种用于通过采用由伺服回路激励且受通量锁定电路及磁传感器控制的线圈来维持区域中的恒定磁通量的设备。布坎南(Buchannan)在美国文档2004/0006267中提出一种采用线圈及磁屏蔽室两者的补偿方法。沃劳尔(Wallauer)在EP2259081A1中提出一种运用磁阻传感器感测亥姆霍兹线圈内的场的磁场补偿方法。沃劳尔的发明将传入的磁场信号分割成互补的高频率分量及低频率分量，其中低频率分量通过模/数转换器(ADC)、数字滤波器，接着通过数/模转换器(DAC)，然后与高频率分量重新组合且传递到亥姆霍兹线圈。

法利亚德(Farjadad)在美国文档2011/0292977中揭示用于测井应用的基于以太网的补偿电路，其中共模信号经输入到控制器以产生供应用于差分信号的补偿信号。本发明的目的为预先补偿差分信号以减小通信信道中的效应或噪声干扰或不平衡。

在其中地球的导电性结构依据电磁(EM)场测量而推断的地球物理测量的领域中，补偿方法为常见的。此类补偿的普遍实例存在于主动源电磁勘探系统中。在主动EM系统中，发射器用周期性(稳定重复)时变电流激励回路或线圈。此电流形成通常被称为“初级”场的电磁场，其激励地球内的电流。

这些地球电流形成由附接到EM系统的接收器检测的“散射”电磁场。在许多EM系统中，发射器及接收器按几何级数配置，使得初级场为大于散射场的数量级。在此类情形中，采用补偿方法来尽可能从传感器移除初级场，从而允许检测较小散射场为有利的。

在许多主动源系统中，通过实现初级场与由抵消线圈形成的第二场之间的平衡来实施补偿。这样做，可在传感器处大致取消来自所述两个场的净场。

与初级场的抵消的准确平衡是在线圈几何结构为固定时最佳实现的，这是因为此也使发射器与抵消线圈之间的互感及其到体积(其中场将被取消)的耦合固定。在线圈的几何结构固定的情况下，单个点处的准确补偿可通过将抵消线圈放置于具有发射器线圈的串联电路中且调整相应线圈的力矩使得磁场完全相对而实现。此方法在其中场并不由其它散射源显著干扰及其中线圈几何结构为刚性的情形中起到最好作用。所述方法在发射器及抵消线圈串联且因此具有相同电流波形(至少以远低于线圈电容显著影响负载阻抗的频率的频率)时尤其有效。

达维迪奇(Davydychev)等人提供补偿的实例，其在美国文档2010/0026280中揭示一种用于调整发射器及接收器线圈的互感的具有抵消线圈及修整线圈两者的设备。包含修整线圈以准许抵消线圈的场为可调整的，因此改进可实现的空值的质量。另一实例参见于地面地球物理测量领域中，其中博斯纳(Bosnar)在美国文档2009/0295391A1揭示一种用于同时测量静磁场及地面的时变电磁(EM)响应两者的仪器。博斯纳使用刚性几何结构，其中在用于检测地球静磁场的磁力计处，使用亥姆霍兹型补偿线圈来取消时变初级电磁场。

出于上文所述原因，通常在其中采用受控制源发射器回路的航空电磁(AEM)测量中需要补偿。在库兹明(Kuzmin)及莫里森(Morrison)的美国文档2010/0052685中提供采用补偿的AEM系统的实例，所述实例揭示商业化为VTEMAEM系统的灵活AEM设备。在VTEM系统中，同心发射器及抵消线圈以接收器为中心。抵消也用于其中采用刚性几何结构的AerotemAEM系统中，其中后一AEM系统中的补偿由于使用刚性线圈几何结构而往往比在前一系统中更有效。因此以额外重量(暗示较大的勘测费用)及大的框架(如果损坏那么运送及修复较昂贵)为代价获得AeroTem对VTEM的更稳定的抵消系统。用灵活几何结构准确补偿系统的方法将为优点。

刚刚讨论的初级场抵消准许以比在缺失补偿的情况下原本可能的增益大的增益操作电磁接收器，且相应地准许以较大敏感性测量地球的散射场。即使如此，AEM方法中的当前技术水平中采用的补偿系统仅补偿发射器的初级场。然而，存在以各种噪声形式的其它强磁场变化源，其也使测量的质量降级且限制接收器的增益。这些强磁场变化源包含地球静磁场中的磁传感器旋转、来自电力线路及地物源的辐射能量及天体噪声的影响。在其中EM系统经安装于金属交通工具上(例如GEOTEMAEM系统)，或其中EM测量变得接近于大的导体(此在海洋处)，或在存在导电及/或可渗透矿石及基础结构的矿山中的情形中，将动态响应于改变的导电环境的补偿将为优点。

由于发射器电流波形可花费有限时间传播穿过发射器回路，因此发生在时域中操作的一些AEM系统中发生的额外效应，即，在用电流迅速激励回路时可为在接收器处显而易见的效应。在此类情形中，与发射器线圈串联安装的补偿线圈中的电流可不与发射器回路中的电流同相，因此可需要校正。

虽然抵消线圈打算增加AEM勘测数据的质量，但这些相同线圈可充当天线且因此可拾取且重新发射背景噪声源，从而在AEM数据集中形成额外噪声源。可由线圈耦合相对于地球静场的改变导致进一步噪声。如果与初级场完全相对的抵消场以足够低的频率以至于线圈电容并非因素，那么此类考虑将不会成为因素。然而在实践中，尤其是在非刚性系统中，难以实现完全消除且因此可存在残余、未消除信号。因此，具有可响应于此类效应的小的紧凑抵消系统将为有利的。

此外，在例如由波尔策(Polzer)在文档WO2011/085462中提出的AEM系统中(其中接收器处于运动隔离的平台上)，接收器可相对于发射器平移或旋转，因此取消单个点处的初级场的抵消的标准方法可为无效的。在此类情形中，将补偿系统与发射器回路分离且将其与接收器放置将为有利的。在此情形中基于以无线方式发送到接收器模块的数据而非依赖于模拟串联配置形成数字抵消信号为更有利的。对于此系统，此配置将难以实施为直接电连接，这是因为直接连接将干扰运动隔离。

发明内容

根据本发明，提供一种用于抑制磁传感器或其输出上的大磁场的效应，以便准许以经改进敏感性检测所述场的小的变化的磁场补偿系统，所述磁场补偿系统在本文中被称为“补偿器”。本发明利用数字信号处理来预测将被应用的补偿。磁传感器检测作为模拟信号的磁场，所述模拟信号接着由模/数转换器(ADC)进行数字编码。此信号由控制器读取且进行时间戳记。所述控制器接着将这些信号发射到数据处理计算机以用于处理及存储。所述处理计算机基于包含从所述控制器接收的数据的模型而形成对未来补偿波形的预测。所述计算机将所述经预测波形传递回到所述控制器。所述控制器产生数字输出补偿信号(随时间变化的振幅)，所述数字输出补偿信号经发送到其中其经转换成模拟形式的数/模转换器(DAC)。来自所述DAC的输出模拟信号产生补偿信号，所述补偿信号抑制直接在所述磁传感器上或在其输出上的大磁场的效应。

在一些实施例中，可使用额外传感器输入来辅助预测所述补偿信号。在这些实施例中，所述控制器对传入传感器数据进行时间戳记将其发射到数据处理计算机以用于处理及存储。所述数据处理计算机使用这些额外(或辅助)传感器输入连同前述输入来形成所述经预测波形。在其中将补偿由电磁勘探系统的发射器形成的初级磁场的情形中，辅助传感器数据可指发射器的电流波形形状及振幅，且指发射器回路的几何结构配置。

在本发明的一个实施例中，所述补偿信号经添加到所述传感器的模拟输出以在被数字化之前抑制大的非所要磁场的所述模拟信号，借此改进所述DAC的敏感性。

在第二实施例中，补偿电流将电流驱动于线圈中，所述电流接着用于抑制传感器上的大的非所要磁场变化，因此准许检测较小场。

在任一实施例中，到所述控制器的信号输入可包括从辅助传感器发出的数据流，可从所述辅助传感器预测对较大磁场的补偿。传感器可包含发射器波形监测器，线圈及传感器几何结构及位移监测器、相机、磁力计、感应线圈、角速率传感器、加速度计、倾斜仪及GPS或其它地理定位仪器构件。这些传感器数据以及经补偿磁传感器本身的数据流可形成输入数据，可根据所述输入数据使用预测建模或滤波来计算且因此抑制大磁场的效应。补偿可应用于电磁发射器的初级场，但其也可应用于例如电力线路磁场的其它效应。本发明的关键特征为其可使用具有来自传感器的输入的预测软件模型以在条件保证时自适应地补偿磁场测量。

本发明可通过将其连同电力供应器及任选地辅助传感器安装于适合外壳中而部署为电磁勘探系统的接收器，以便提供地理定位、定向及如可能需要的其它数据。在不存在发射器的情况下，本发明可因此用作其中可补偿电力线路噪声或旋转运动的效应的被动电磁接收器。在存在发射器的情况下，本发明可进一步补偿发射器的初级场。此可通过被动地监测由所述发射器发射的电流波形输出，或通过在将波形控制信息主动发送到所述发射器时监测发射器波形来进行。

本发明具有表示优于当前技术水平的改进的数个方面。在地球物理勘探中，本发明可应用于其中初级场补偿通常为最重要问题的主动EM方法，及应用于其中经补偿数据可在移动平台上或在存在电力线路噪声时获取的被动EM方法。

关于地球物理勘探应用，本发明具有在很大程度上独立于系统硬件的优点。通过以预测模型提供适合的传感器输入，举例来说，本发明可应用于具有灵活几何结构的航空电磁(AEM)系统。当将AEM系统移出地球的散射效应时，预测模型可为神经网络训练的或以其它方式制作的。预测能力也可用于提供考虑到飞机控制表面的位置的补偿。预测元件在补偿周期性初级波形时也为重要的，这是因为在应用补偿信号时计算机处理等待时间可与初级波形的一或多个周期的延迟相适应。预测模型可包含惯性、动态及运动传感器输入，以便预测由传感器在地球静磁场中的旋转导致的信号。

本发明的另一优点为补偿可在机械上独立于发射天线的平台上进行，从而准许在针对运动隔离而设计的平台上的补偿，所述优点的实例由波尔策等人在专利WO2011/085462中提供。通过将经补偿传感器与控制器进行数字链接，可将所述传感器远离所述控制器、外围装置及其可制造的任何噪声而放置。这样做，也使经补偿传感器的空间及电力要求最小化。最后，可以非常低的电力电平提供(例如可由电池系统提供)补偿，从而准许在其中大量电力不可用的平台上使用。

本发明的额外方面为通过减去由磁场的预测模型形成的模拟波形而利用DAC与ADC相比的固有较高保真度来扩大测量系统的动态范围。在其中待补偿的信号为周期性的情形中，补偿信号可经预测具有受控制的等待时间，使得可延迟一个循环或若干循环精确地反馈所述补偿信号。记录补偿信号以及经补偿信号连同补偿信号根据其经模型化的外围传感器数据，并对其进行时间戳记。接着可依据这些记录计算未经补偿信号。

附图说明

图1展示针对单个磁传感器实施的本发明的一个实施例。用斜线标记的线表示数字数据的导管；箭头指示信号传播的方向；

图2展示经配置以从三个磁传感器接收数据的本发明的实施例；

图3展示本发明可经配置以补偿受控制源EM波形的初级场的方式；

图4展示本发明可在EM系统中实施的方式；

图5图解说明图1中所图解说明的本发明的另一实施例；且

图6图解说明图1中所图解说明的本发明的另一实施例。

具体实施方式

图1中所图解说明的本发明的一个优选实施例借助于添加模拟信号提供补偿。图1图解说明磁传感器100，其在模拟线路101上形成输出到加法器102的输入中的一者上的信号。加法器102形成在模拟线路103上发送的信号，在模拟线路103上所述信号接着由模/数转换器(ADC)104转换成数字形式。数字信号在数字链路105上输出到控制器106。控制器106使用数字链路105及112上的输入数字信号来计算数字链路107上的输出数字补偿信号并将其发送到数/模转换器(DAC)108，所述输出数字补偿信号在DAC108处经转换成模拟形式。链路105及107上的数字信号以及精确时间也经由链路115保存到存储装置114，从而允许以数学方式重建未经补偿场。来自DAC108的模拟信号在线路109上输出以成为到加法器102的第二输入。控制器106也经由链路112将在链路105上接收的数字信号输出到计算机111。

在额外数据需要用以形成补偿信号的情况下，辅助模拟或数字传感器110将数据发射到计算机111以供存储及用于计算补偿信号。计算机111还使用来自控制器106及传感器110的输入更新预测传感器100上的磁场的模型。

所述计算机111适于使用基于第一数字信号、现有数字补偿信号及任何所需要辅助传感器数据而实质上预测磁场的所期望值的算法产生磁场的计算(或数字)模型，从而准许针对EM测量中通常经历的包含但不限于以下效应进行的补偿：

●发射器回路的大的重复磁场，

●光在发射器回路中的有限速度，

●磁传感器在地球的磁场中的旋转，

●发射器及接收器电路的互感改变，

●举例来说由于电力线路及电机器所致的谐波噪声的变化，

●当在地面上或靠近地面激励EM勘测系统时，地球大的响应，

●海水的响应，

●安装于含有金属组件的载体(例如飞机)上的EM系统的背景响应，借此在从地球移除系统时测量背景响应，

●金属机器或金属部件的响应，

●地球的静磁场，

●或以上的任何组合。

所得数字数据在数字链路112上发射到控制器106，且经由链路113发射到数据存储单元114。

磁传感器100、加法器102、ADC104及DAC108构成传感器封装150。

数字链路105、107、112、113及115可包括直接电连接、光学连接、红外连接、无线连接或其组合。

在本发明的其它实施例中，可视需要将额外磁传感器100添加到控制器106，且本发明的实施例可包含在其相应传感器封装150中如此配置的两个、三个或更多磁传感器100。

图2展示使用传感器封装的三个实施例150a、150b及150c的经配置以从三个磁传感器100a、100D、100c接收数据的控制器106。图2中的传感器封装150a、150D及150c可经配置以准许获取三分量电磁数据。

在当前技术水平中，可从DAC获得的精度比从ADC可得的为大致更精确的数量级。因此，与可从ADC104读取的信号相比较，已知由DAC108提供的补偿信号显著更高准确性。因此，在于ADC104处无分辨率损失的情况下，线路101及109上的模拟信号可为大致大于线路103上的输出模拟信号的数量级。

例如105、107、112及115的数字链路的提供准许控制器106、计算机111或控制器106及计算机111两者远离传感器100而定位或定位于与传感器100分离的平台上。这些特征为有利的，这是因为其将传感器移出与计算装备相关联的噪声且准许传感器封装150为紧凑及轻质的。在此类情形中，传感器封装150可通过采用无线数据传送方式与本发明的其它组件物理分离。此特征在于传感器附近的空间及重量可极为珍贵的情况下为尤其有利的。

相应地，本发明可应用于钻孔电磁(EM)方法中(其中传感器100可经放置于其中空间极为珍贵的钻头处)，应用于航空方法中(其中传感器可经安装于靶机上或运动隔离平台上使得重量可为极为珍贵的，或安装于旋转机器上)，应用于危险、爆炸或高压力环境中(其中出于机械、安全或物流原因传感器封装必须经封围且经安装远离计算机111及控制器106)。在其中必须使用小传感器封装150的此类情形中，可经由数字链路提供补偿以与控制器106及任何外围装置远程通信。

在强初级场可由于附近金属组件或地面回路中的感应而导致乱真信号的情况下，经由数字链路的补偿具有将传感器100移出这些可能的噪声源，或移出在计算装备本身的操作中诱发或从其产生的噪声的优点。

图3及4针对其中本发明的实施例用于在主动EM系统中补偿初级场的情形图解说明本发明的实施例的若干方面。图3图解说明包括补偿器的经补偿EM接收器350。图4图解说明关于典型的主动源EM系统的本发明的实施例的若干方面。在图3及4中所图解说明的实施例中，使发射器与补偿器同步，但所述两者的同步并非严格必需的。

图4中所图解说明的EM系统包括激励电流供应器400，其在电缆401上发送电流以激励发射器402。在本发明的一个实施例中，发射器在线路301上从经补偿EM接收器350接受控制信号。发射器402在电缆403上将电流发出到发射器回路404。在回路404中循环的电流形成在磁传感器100中检测的初级磁场。发射器电流经测量且在输入线路302上发射到经补偿EM接收器350。在其中发射器不与补偿器同步的本发明的特定实施例中，线路301及302中的任一者或两者可并非必需的。

参考其中发射器与补偿器同步的前述实施例，可经由输出线路301(图3)将波形时序控制信息从形成经补偿EM接收器350的一部分的控制器106发送到发射器402(图4)。所得电流波形经发送到发射器回路404，其中所述电流波形在输入302上由电流/电压转换器303测量。在输出线路304上发射的所得输出模拟信号接着由ADC305数字化。所得数字化信号在数字链路306上发出以供控制器106处理。

在此实施例中，电流波形可经由数个循环求平均以形成可用于控制控制器106的补偿输出的示范性波形。相应地，初级场的补偿信号可经预测具有受控制等待时间，使得对于周期性信号，可延迟一个循环精确地反馈补偿信号。示范性波形可与辅助传感器数据(例如可借助于相机图像或激光反射计量提供)一起使用，以提供针对EM系统的几何结构的改变而调整的补偿信号。

应理解，其中电流波形经发送到补偿器的本发明的方面可以与上文所描述的方面不同的方式经配置。举例来说，将电流波形测量通过输入302、304、306到112的序列载运到计算机的信息路径可被容易地替换为输入110。存在本发明可经配置来处置并处理数字输入的众多方式；图意在说明用于配置本发明的种种可能性中的一些可能性且并不意在限制权利要求书的范围。举例来说，在本发明的另一实施例中，发射器可将波形时序信息直接发送到经补偿EM接收器。

发射器与经补偿EM接收器同步并非绝对必需的。在本发明的另一实施例中，缺失信号线路301，计算机被动地监测从信号线路302一直到线路112传入的发射器波形。不是使用控制线路301来使电流波形的周期及相位与补偿器同步，而是可在计算机中移动时间窗上分析传入波形来建立经预测波形的周期及相位。接着可将所得经预测波形传递到控制器106，控制器106在所计算的同步时间处注入补偿信号。此实施例将优选为现有EM系统的“钮扣扣上(button-on)”附件，这是因为其将在不对发射器进行任何修改的情况下实现补偿。

在相关实施例中，线路301或302中的任一者均不存在。而是，可在移动时间窗上分析未经补偿信号以建立周期及相位，且因此(举例来说)使用经加权时间平均导出瞬时经预测波形。接着可将所得经预测波形传递到控制器106，控制器106在所计算的同步时间处注入补偿信号。

除辅助传感器输入以外，为获取地理定位数据作好准备，例如可由GPS、Glonas、激光、气压、声纳及雷达高度计或具有类似目的的其它仪器获取地理定位数据。地理定位数据在数据链路307经输入到计算机111，且接着与数据流合并以在数字链路113上输出。

可使用GPS或类似独立时序信号来将同步时序信息从外部源提供到发射器及补偿器。在此实施例中，发射器及补偿器的同步在不具有信号线路301的情况下可为可能的。

在图5中所图解说明的本发明的另一实施例中，使用磁场反馈代替电压反馈来补偿初级磁场。在此实施例中，传感器封装550替换传感器封装150，其中磁传感器100上的反馈线圈503替换由加法器102提供的电压反馈的功能。不是使用到加法器中的电压反馈，而是磁传感器100在模拟线路101上形成信号，所述信号接着由ADC104转换成数字形式。数字信号在数字链路105上输出到控制器106。控制器106使用来自数字链路105及112的输入数字信号以通过数字链路107将输出数字补偿信号发送到DAC108，在DAC108处所述输出数字补偿信号经转换成模拟形式。来自DAC108的模拟信号接着在线路109上用电压/电流转换器501转换成电流。所得电流在包括反馈线圈503的电路502中循环。反馈线圈503中的电流根据由控制器106发出到数字链路107的数字信号补偿传感器100中的磁场。

本发明的前述实施例可作为电磁勘探系统的部分来实施。所述实施例可用于补偿磁传感器在静磁场(例如地球磁场)中的旋转。因此，磁场的补偿模型可包含初级场的效应及传感器旋转的效应，以及可为必需的任何其它磁场效应。在补偿传感器的旋转时，辅助输入可包括对总磁场的估计(例如可由磁通门磁力计或交替地提供)，对来自国际地磁参考场(IGRF)的磁场的估计，以及传感器的定向(例如可由陀螺仪、姿态航向及基准系统(AHRS)或具有类似功能性的仪器提供)，或角旋转速率传感器(例如可由配对加速度计提供)。用于计算由在地球磁场中旋转的磁传感器测量的信号的数学理论在当前技术水平中为已知的，所述数学理论的实例在库兹明(Kuzmin)及多兹(Dodds)的WO2011/063510A1中提供。

在图6中图解说明本发明的另一实施例。在此实施例中，图1的控制器106及计算机111的功能合并在一起以成为单个计算机-控制器106/111。这样做，数字链路112及113变得不必要，传感器输入110及307与计算机-控制器106/111直接介接，且数字链路115获取数字链路113的额外功能。

在本发明的另一实施例中，补偿可包含电力线路场以及用于发射器电流波形。在本发明的又一实施例中，输入可由于移动的铁磁及导电部件(例如可在工业环境中或飞机上遇到)而来自检测移动机器或金属部件的运动的传感器，以便提供对磁场的有效补偿。

虽然已就示范性实施例来说展示及描述了本发明，但将理解，本发明不限于这些特定实施例，且可在不背离如在所附权利要求书中所定义的本发明的真正精神及范围的情况下作出许多改变及修改。

Claims (22)

1.一种加性磁补偿电路，其包括：至少一个传感器封装，其输出第一数字信号；及控制器，其接收所述第一数字信号、计算数字补偿信号且接着

将所述数字补偿信号发送到所述传感器封装，其中在所述传感器封装处包括：

磁传感器，其通过感测磁场的分量形成第一模拟信号；

加法器，其接收所述第一模拟信号并输出第二模拟信号；

ADC，其将所述第二模拟信号转换成所述第一数字信号，及

DAC，其将所述数字补偿信号转换成第三模拟信号以用于输入到所述加法器。

2.一种反馈磁补偿电路，其包括：至少一个传感器封装，其输出第一数字信号；及控制器，其接收所述第一数字信号、计算数字补偿信号且接着将所述数字补偿信号发送到所述传感器封装，其中所述传感器封装包括：

磁传感器，其感测第一磁场与由反馈线圈形成的补偿磁场的和以形成第一模拟信号；

反馈线圈，补偿电流流动穿过所述反馈线圈以在由所述磁传感器占据的体积内形成所述补偿磁场，

ADC，其将所述第一模拟信号转换成所述第一数字信号；

DAC，其将所述数字补偿信号转换成第二模拟信号；及

电压/电流转换器，其接收所述第二模拟信号电压且用所述补偿电流激励所述反馈线圈以形成所述补偿磁场。

3.一种磁补偿器，其包括待选自根据权利要求1所述的加性磁补偿电路的磁补偿电路及根据权利要求2所述的反馈磁补偿电路，所述磁补偿器还包括形成所述磁场的数字预测模型的计算机。

4.根据权利要求3所述的磁补偿器，其中所述补偿电路中的控制器导入所述第一数字信号、所述磁场的所述数字预测模型，且将所述数字补偿信号输出到所述补偿电路。

5.根据权利要求3所述的磁补偿器，其进一步包括保持所述第一数字信号、所述数字补偿信号及辅助传感器输入数据的存储媒体。

6.根据权利要求3所述的磁补偿器，其中所述磁场的所述数字预测模型是实时计算的。

7.根据权利要求3所述的磁补偿器，其中所述磁场的所述数字预测模型是依据到所述计算机的输入计算的，所述输入选自以下各项的群组：由所述磁补偿电路输出的第一数字信号、由所述补偿电路中的所述控制器输出的数字补偿信号、AHRS装置输出、全球定位装置输出、加速度计输出、倾斜仪输出、角速率换能器输出、电流监测器输出、静场磁力计输出，计时器输出及其组合。

8.一种主动电磁勘探系统补偿器，其包括选自以下各项的群组的磁补偿器：根据权利要求3到7所述的磁补偿器及其组合，其中电磁勘探系统中的发射器的电流波形由电流/电压转换器测量以产生输出模拟信号，所述模拟信号由ADC数字化以用于输入到所述磁补偿器的所述控制器。

9.根据权利要求8所述的主动电磁系统补偿器，其中所述磁补偿器补偿所述发射器的初级磁场。

10.根据权利要求8所述的主动电磁系统补偿器，其中所述磁补偿器中的所述控制器将波形信息发送到所述发射器。

11.一种经补偿EM接收器，其包括选自以下各项的群组的磁补偿器：根据权利要求3到7所述的磁补偿器及其组合，其中所述磁补偿器安装于具有电力供应器的可运输外壳中。

12.根据权利要求11所述的经补偿EM接收器，其中电磁勘探系统中的发射器的电流波形由电流/电压转换器测量以产生输出模拟信号，所述模拟信号由ADC数字化以用于输入到所述磁补偿器的所述控制器。

13.一种用于响应于第一磁场的改变来补偿磁传感器的输出的方法，所述方法包括以下步骤：

A)测量磁场分量以形成第一模拟信号；

B)通过使用加法器将所述第一模拟信号与第三模拟信号求和而形成第二模拟信号；

C)用ADC将所述第二模拟信号转换成第一数字信号，

D)经由数字链路将所述第一数字信号输入到控制器；

E)用所述控制器计算输出数字信号，经由数字链路发送所述输出数字补偿信号；及

F)由DAC将所述输出数字补偿信号转换成所述第三模拟信号，将所述第三模拟信号输出到所述加法器。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述数字信号的发射通过直接电连接、光学连接、红外连接、无线连接或其组合而发生。

15.根据权利要求13所述的方法，其中在步骤E中，计算机使用所述第一数字信号及辅助传感器输入来形成磁场的数字预测模型。

16.根据权利要求15所述的方法，其中所述控制器导入所述第一数字信号，所述磁场的所述数字预测模型，且输出所述数字补偿信号。

17.根据权利要求15所述的方法，其中在步骤E之后，存储媒体保持所述第一数字信号、所述数字补偿信号及所述辅助传感器数据。

18.一种用于响应于第一磁场的改变来补偿磁传感器的输出的方法，所述方法包括以下步骤：

A)形成第一模拟信号，所述第一模拟信号是通过感测第一磁场与反馈线圈的补偿磁场的叠加的分量而形成；

B)将所述第一模拟信号转换成第一数字信号；

C)经由数字链路将所述第一数字信号输入于控制器中；

D)用所述控制器计算输出数字信号，经由数字链路发送所述输出数字补偿信号；

E)由DAC将所述输出数字补偿信号转换成第二模拟信号，输出第二模拟信号；

F)由电压/电流转换器将所述第二模拟信号转换成补偿电流；及

G)将所述补偿电流发送到所述反馈线圈中，以便形成与所述第一磁场相反的所述补偿磁场，其中所述第一磁场是在步骤A中测量的。

19.根据权利要求18所述的方法，其中数字信号的发射经由选自以下各项的群组的方法而发生：直接电连接、光学连接、红外连接、无线连接及

其组合。

20.根据权利要求18所述的方法，其中在步骤D中，计算机将所述第一数字信号及任何辅助传感器输入数据转换成磁场的数字预测模型。

21.根据权利要求20所述的方法，其中所述控制器导入所述第一数字信号、所述磁场的所述数字预测模型，且输出所述输出数字补偿信号。

22.根据权利要求20所述的方法，其中在步骤D之后将所述第一数字信号存储于存储媒体中，所述存储媒体保持所述第一数字信号、所述输出数字补偿信号及所述辅助传感器输入数据。