CN105629315B - 主动场补偿式数字超低频电磁传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于大地电磁测深的主动场补偿式数字超低频电磁传感器，是由传感器封头、SD卡槽、采集仪器仓、垫块、感应线圈组、传感器外壳、传感器屏蔽层、磁芯棒支架等组成。本发明用高性能CPU作主控制器，实现了低频弱信号条件下的高精度数据采集，并将采集的数据实时存储到SD卡中。在数据采集的过程中CPU根据实时测量的温度及振动数据启动主动补偿系统，对采集的信号进行实时自动补偿，有效地克服了环境温度及振动对测试数据造成的影响。具有补偿能力范围宽、数字化输出等优点。

Description

主动场补偿式数字超低频电磁传感器
技术领域
本发明涉及一种用于大地电磁测深(MT)法中使用的电磁传感器，尤其是在该传感器中设置主动场补偿系统，可以实现温度及振动对电磁传感器性能影响的自动补偿，同时内部设置有高精度宽频带数据采集系统，将电磁传感器接收的模拟信号转换成数字信号。
背景技术：
随着地球科学的发展以及人类对资源的需求不断增长，进行地球深部探测来研究大陆演化奥秘，寻找更多资源，进行环境保护，是当代地球科学的主要任务。地球物理观测是进行地球深部探测的重要方法技术，其中的大地电磁测深(MT)是研究地球深部电性结构的主要地球物理方法。随着电子技术的飞速发展和数据资料处理和解释手段进一步发展，该方法已经成为深部地球物理探测不可替代的地球物理方法之一，被广泛地应用于油气勘探、矿产资源勘探等领域。
大地电磁测深法(MT)是以天然的平面电磁波作为场源，通过观测相互正交的电磁场分量来探测地下不同深度介质的导电性结构。其基本原理是依据不同频率的电磁波在导电介质中具有不同趋肤深度，在地表通过测量不同频率电磁响应序列，经过相关的处理得出被测区域不同深度下的电性结构，从而实现勘探目的。
虽然大地电磁探测已经成为深部地球物理探测的一种主要方法技术，但仍有许多技术问题需要进一步研究与解决，特别是作为该方法中关键设备的电磁传感器。由于大地电磁测深法(MT)是一种以天然交变电磁场为场源的电磁勘探法，与其它有源的电磁勘探方法相比(CSAMT法、TEM法)，这种天然的交变电磁场信号极其微弱。在采集过程中电磁传感器内部的磁芯材料、感应线圈以及放大电路容易受到外界环境温度、振动等影响，导致电磁传感器的性能发生改变，从而导致测量的电磁场幅值和相位出现较大的误差。这种由于电磁传感器性能发生改变而产生测量误差，是没有办法利用数字处理技术加以消除。
针对上述问题，本发明将在电磁传感器内部设置一个主动场补偿系统，根据实时测量的温度及振动(强度及频率)等对电磁传感器的输出进行实时修正，实现电磁传感器输出的动态补偿。同时该装置内部设置有高精度、宽频带数据采集系统，实现传感器采集信号的数字化。
发明内容：
本发明的目的就是针对上述问题，提供一种用于大地电磁测深(MT)的具有主动场补偿式数字超低频电磁传感器。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
主动场补偿式数字超低频电磁传感器，是由传感器外壳(6)两端分别固定有左端传感器封头(1)和右端传感器封头组成封闭的桶状结构，左端传感器封头1内设有SD卡槽2，靠近传感器外壳6设有限位左垫块4的支架，左垫块4左侧与左端传感器封头1内侧之间为采集模块仓3，采集模块仓3内装有采集模块，右端传感器封头内测装有右垫块，右端传感器封头外端设有凹槽，传感器外壳6内由外向里平行外壳长轴方向装有传感器屏蔽层7、感应线圈组5、磁棒9和磁芯棒支架8，左垫块和右垫块对感应线圈组5和传感器屏蔽层7限位。
采集模块是由标定线圈10经标定放大器11和16Bit D/A模块12与主处理器24连接，主感应线圈13经高精度放大器14和24Bit A/D模块15与主处理器24连接，主动磁场补偿线圈16经补偿电流电路17和补偿电源18与主处理器24连接，微震加速度传感器19经拾震放大器20和16Bit A/D模块21与主处理器24连接，.温度传感器22经温度补偿电路23与主处理器24连接，GPS授时模块25、SD卡26和IO接口27分别与主处理器24连接，IO接口27与485接口28连接，补偿电流电路17与主处理器24连接，磁棒9分别与标定线圈10、主感应线圈13和主动磁场补偿线圈16连接构成。
有益效果：现有的的大地电磁法(MT)采用的是模拟传感器，需要有专门的采集仪器才能工作。本发明将小型化、高性能信号采集装置与电磁传感器结合在一起，构建成数字式电磁传感器，这样不但可以极大地减少野外工作负担，而且也有效地避免外围电缆线感应电磁场造成的噪声。另外传感器内部设置有主动电磁场补偿系统，根据实时测量的温度及振动数据启动主动补偿系统，对采集的信号进行实时自动补偿，有效地克服了环境温度及振动对测试数据造成的影响。该电磁传感器局域测试精度高、频带范围宽、补偿范围宽及设备轻便等优点。
主动补偿系统利用振动和温度测试系统的数据，在探头内部创建一个幅值相同相位相反的主动补偿磁场，以此抵消由于温度及振动产生的干扰，实现电磁传感器的主动补偿功能。
附图说明
图1为动场补偿式数字超低频电磁传感器结构图。
图2为图1中采集模块仓3中装有的采集模块结构框图
1.传感器封头，2.SD卡槽，3.采集模块仓，4.垫块，5.感应线圈组，6.传感器外壳，7.传感器屏蔽层，8.磁芯棒支架，9.磁棒，10.标定线圈，11.标定放大器，12.16Bit D/A模块，13.主感应线圈，14.高精度放大器，15.24Bit A/D模块，16.主动磁场补偿线圈，17.补偿电流电路，18.补偿电源，19.微震加速度传感器，20.拾震放大器，21.16Bit A/D模块，22.温度传感器，23.温度补偿电路，24.CPU主处理器，25.GPS授时模块，26.SD卡，27.IO接口，28.485接口
具体实施方式：
下面结合附图和实施例对本发明进一步说详细明：
主动场补偿式数字超低频电磁传感器，是由传感器外壳(6)两端分别固定有左端传感器封头(1)和右端传感器封头组成封闭的桶状结构，左端传感器封头1内设有SD卡槽2，靠近传感器外壳6设有限位左垫块4的支架，左垫块4左侧与左端传感器封头1内侧之间为采集模块仓3，采集模块仓3内装有采集模块，右端传感器封头内测装有右垫块，右端传感器封头外端设有凹槽，传感器外壳6内由外向里平行外壳长轴方向装有传感器屏蔽层7、感应线圈组5、磁棒9和磁芯棒支架8，左垫块1和右垫块对感应线圈组5和传感器屏蔽层7限位。
采集模块是由标定线圈10经标定放大器11和16Bit D/A模块12与主处理器24连接，主感应线圈13经高精度放大器14和24Bit A/D模块15与主处理器24连接，主动磁场补偿线圈16经补偿电流电路17和补偿电源18与主处理器24连接，微震加速度传感器19经拾震放大器20和16Bit A/D模块21与主处理器24连接，.温度传感器22经温度补偿电路23与主处理器24连接，GPS授时模块25、SD卡26和IO接口27分别与主处理器24连接，IO接口27与485接口28连接，补偿电流电路17与主处理器24连接，磁棒9分别与标定线圈10、主感应线圈13和主动磁场补偿线圈16连接构成。
CPU主处理器24主要用于控制数据采集进程、数据存储及实现主动补偿过程中的控制及运算工作，CPU主处理器24与GPS授时模块25相连，为数据采集工作提供时钟同步。CPU主处理器24与SD卡26、IO接口27以及485接口28组成与外围设备的多种通讯方式，实现采集参数的导入和采集数据的导出功能。
CPU主处理器24与16Bit D/A模块12、标定放大器11、标定线圈10构筑成电磁传感器的标定系统，标定过程中的信号频率及幅值参数由SD卡26导入到CPU主处理器24。
CPU主处理器24与24Bit A/D模块15、高精度放大器14、主感线圈13构建成电磁场信号采集系统，主要负责主感应线圈中感应的信号的采集工作。
CPU主处理器24与补偿电源18、补偿电流电路17、主动磁场补偿线圈16构建成温度及振动效应的主动补偿系统。
CPU主处理器24与16Bit A/D模块21、拾震放大器20和微震加速度传感器19构建成环境振动实时测试系统。
CPU主处理器24与温度补偿电路23、温度传感器22构建成温度补偿系统。
主动场补偿式数字超低频电磁传感器标定功能的实施方式
利用SD卡26将标定频率及幅值等标定工作参数表导入到CPU主处理24中，CPU根据标定参数中标定频点数量按照其既定的频率及幅值控制16Bit A/D模块12创建用于标定的模拟信号序列，该信号经由标定放大器11的放大后进入到标定线圈10，在电磁传感器内部建立一个用于标定的交变磁场序列。
CPU主处理器24启动数据采集系统，利用主感应线圈接收标定电磁场产生的感应信号，经过高精度放大器14的放大处理及24Bit A/D模块15的模数转换，将采集的信号转换成数据信号，经CPU主处理器24的处理后实时存储到SD卡中。利用外围计算机直接读取SD卡中的数据，经过数据处理即可得到该传感器的标定结果。
主动场补偿式数字超低频电磁传感器数据采集功能的实施方式
利用SD卡26将工作参数表导入到CPU主处理24中，CPU启动GPS授时25模块，开始查询GPS的状态及时钟信息，当工作参数表中的同步时钟等于当前GPS的时钟且保证GPS状态有效的情况下，CPU开始同步启动数据采集系统、补偿系统、振动及温度检测系统。
微震加速度传感器19检测到的信号经由拾震放大器20的放大后，利用16Bit A/D模块21将其进行数字化送到CPU主处理器24进行相关处理，计算出当前振动的频率及幅值，并以此数据查表计算出由于振动干扰所产生的磁场幅值大小。
温度传感器22检测到的温度数据经过温度补偿电路23输入到CPU主处理器24中，CPU主处理器24根据测量的温度查表计算出由于温度变化所产生的磁场幅值大小。
CPU主处理器24综合振动和温度产生的寄生磁场幅值，启动补偿电源18、补偿电流电路17和主动磁场补偿线圈16，在探头内部产生与寄生磁场幅值相同但是相位相反的磁场，从而实现对温度及振动干扰的补偿。

Claims (1)

1.一种主动场补偿式数字超低频电磁传感器，是由传感器外壳(6)两端分别固定有左端传感器封头(1)和右端传感器封头组成封闭的桶状结构，左端传感器封头(1)内设有SD卡槽(2)，靠近传感器外壳(6)设有限位左垫块(4)的支架，左垫块(4)左侧与左端传感器封头(1)内侧之间为装有采集模块的采集模块仓(3)，右端传感器封头内测装有右垫块，右端传感器封头外端设有凹槽，传感器外壳(6)内由外向里平行外壳长轴方向装有传感器屏蔽层(7)、感应线圈组(5)、磁棒(9)和磁芯棒支架(8)，左垫块(4)和右垫块对感应线圈组(5)及传感器屏蔽层(7)限位；
其特征在于，采集模块是由标定线圈(10)经标定放大器(11)和16Bit D/A模块(12)与主处理器(24)连接，主感应线圈(13)经高精度放大器(14)和24BitA/D模块(15)与主处理器(24)连接，主动磁场补偿线圈(16)经补偿电流电路(17)和补偿电源(18)与主处理器(24)连接，微震加速度传感器(19)经拾震放大器(20)和16Bit A/D模块(21)与主处理器(24)连接，温度传感器(22)经温度补偿电路(23)与主处理器(24)连接，GPS授时模块(25)、SD卡(26)和IO接口(27)分别与主处理器(24)连接，IO接口(27)与485接口(28)连接，补偿电流电路(17)与主处理器(24)连接，磁棒(9)分别与标定线圈(10)、主感应线圈(13)和主动磁场补偿线圈(16)连接构成。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106680741B (zh) * 2016-10-17 2019-05-17 北京工业大学 一种铁磁材料损伤检测用高灵敏度扫描式低频电磁传感器
CA3121661C (en) * 2020-06-11 2024-04-16 Ascension Technology Corporation Electromagnetic position measurement system with sensor parasitic loop compensation
CN112739185B (zh) * 2020-12-17 2023-01-20 北京机电工程研究所 一种基于微缩线圈的主动磁屏蔽方法和装置

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7560927B2 (en) * 2003-08-28 2009-07-14 Massachusetts Institute Of Technology Slitted and stubbed microstrips for high sensitivity, near-field electromagnetic detection of small samples and fields
CN102147482A (zh) * 2010-02-05 2011-08-10 朱万华 一种用于浅层csamt方法的感应式磁传感器的发明
CN202171648U (zh) * 2011-07-29 2012-03-21 中国地震局地球物理研究所 低噪声感应式磁传感器
CN103630853B (zh) * 2013-08-20 2016-04-13 中国科学院电子学研究所 感应式磁场传感器

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