一种用于极低频地磁场扰动监测的感应式磁场传感器的制作方法

1.本发明属于电子行业磁场传感器技术领域，特别涉及该领域中的一种用于极低频地磁场扰动监测的感应式磁场传感器。


背景技术：

2.感应式磁力仪是地磁监测网分系统的重要设备，用于监测地磁脉动，为空间物理和地球物理研究提供基础数据，是我国子午工程和重要区域的地震台站的重要装备之一。用于极低频地磁场扰动监测的感应式磁场传感器是感应式磁力仪的核心部件，感应式磁场传感器的技术指标是衡量系统灵敏度、频带范围的核心指标。
3.《地震电磁前兆研究进展》等论文中认为地震电磁前兆已经成为地震短临预测的有效手段，并指出在提取地震电磁前兆时应采取消除与地震无关的各种干扰的方法和措施。
4.发明专利《感应式磁场传感器》（cn 103630853b）公开了一种用于接收地球深部磁场信号的磁场传感器。该传感器采用斩波放大技术，克服了1/f噪声对传感器的影响，解决了现有磁场传感器在极低频频段噪声过大的问题，设计的磁场传感器工作频率范围拓展到0.001hz—1k hz。但是只对感应式磁场传感器在低频地磁场监测中在极低频频段的宽频带设计技术进行了研究，未提出排除与低频地磁场监测无关的干扰因素的方法和措施。
5.中国地震局地震预测所论文《超低频段地震电磁场观测技术研究》提出了一种超低频段地震电磁场观测应用的感应式磁场传感器设计方法，研制出0.1hz—40hz感应式磁场传感器，在一定程度上克服了与地震无关的工频干扰因素，但传感器的频带范围比较窄，幅频响应特性不平坦。


技术实现要素：

6.本发明所要解决的技术问题就是提供一种用于极低频地磁场扰动监测的0.001hz—30hz感应式磁场传感器，既满足了宽频带的探测范围，又有效克服了与地震无关的工频干扰、电气设备噪声等其他高频干扰因素。
7.本发明采用如下技术方案：一种用于极低频地磁场扰动监测的感应式磁场传感器，其改进之处在于：包括磁芯组件，绕制在磁芯组件上的两组感应线圈和一组反馈线圈，两组感应线圈的输出和中间抽头连接到斩波放大电路，斩波放大电路的输出接入放大电路，放大电路的输出接入解调电路，解调电路的输出接入滤波电路，滤波电路的输出分两路，一路经反馈驱动电路接入反馈线圈，另一路接入50hz陷波电路，50hz陷波电路的输出接入30hz低通滤波电路，30hz低通滤波电路的输出接入驱动电路。
8.进一步的，磁芯组件包括高磁导率材料和玻璃钢管外壳，高磁导率材料放置在玻璃钢管外壳内，并胶注固定。
9.进一步的，高磁导率材料为铁氧体、纳米晶或坡莫合金。
10.进一步的，感应线圈为漆包线线圈，漆包线线圈绕制在骨架上，骨架被分成若干段，各段间由挡板隔开，形成若干个小线饼，小线饼个数为8—16，单个小线饼匝数为200—800，线径0.15mm—0.42mm。
11.进一步的，反馈线圈采用螺线管线圈，螺线管线圈绕制在外壳的刻线槽上，线圈匝数为30—100，线径0.45mm—0.9mm。
12.进一步的，放大电路分两级，第一级采用结型场效应管分立器件，第二级采用低噪声运算放大器。
13.进一步的，反馈驱动电路为运算放大器。
14.进一步的，50hz陷波电路和30hz低通滤波电路选用低功耗运算放大器，30hz低通滤波电路为6阶30hz低通滤波电路。
15.本发明的有益效果是：本发明所公开用于极低频地磁场扰动监测的感应式磁场传感器，克服了0.1hz—40hz感应式磁传感器的频带范围比较窄，幅频响应特性不平坦的问题，解决了现有磁场传感器在极低频频段噪声过大的问题，实现磁传感器工作频率范围拓展到0.001 hz的同时，通过采用50hz陷波电路和30hz低通滤波电路组合设计的方式，避免了单一电路的不足，有效克服了与地震无关的工频干扰、电气设备噪声等其他高频干扰因素。
附图说明
16.图1是本发明实施例1所公开感应式磁场传感器的结构组成框图；图2是本发明实施例1所公开感应式磁场传感器的原理框图。
17.附图标记：1—磁芯组件，2—感应线圈，3—屏蔽层，4—反馈线圈，5—前置放大电路，6—陷波滤波电路。
具体实施方式
18.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
19.实施例1，本实施例公开了一种用于极低频地磁场扰动监测的感应式磁场传感器，整体基于磁通负反馈原理，采用斩波放大技术与陷波滤波技术相结合的设计方法。前置电路分为两部分，采用前置放大电路和前置陷波滤波电路组合的设计方式。而现有磁传感器前置电路只有放大电路部分，没用前置陷波和滤波电路。不能在满足宽频带探测范围的同时，有效克服与地震无关的干扰因素。
20.如图1所示，感应式磁场传感器主要由磁芯组件1、感应线圈2、屏蔽层3、反馈线圈4、前置放大电路5和陷波滤波电路6组成。
21.如图2所示，感应式磁场传感器包括磁芯组件，绕制在磁芯组件上的两组感应线圈wm1、wm2和一组反馈线圈wf，两组感应线圈的输出和中间抽头连接到斩波放大电路，斩波放大电路的输出接入放大电路，放大电路的输出接入解调电路，解调电路的输出接入滤波电路，滤波电路的输出分两路，一路经反馈驱动电路接入反馈线圈，形成磁通负反馈，另一路接入50hz陷波电路，50hz陷波电路的输出接入30hz低通滤波电路，50hz陷波电路和30hz低
通滤波电路共同作用，使得50hz处的衰减达-80db；30hz低通滤波电路的输出接入驱动电路，驱动电路输出信号即为磁传感器输出，驱动电路选用低噪声、驱动能力强的运算放大器。
22.在本实施例中，磁芯组件包括高磁导率材料和玻璃钢管外壳，高磁导率材料放置在玻璃钢管外壳内，并胶注固定。高磁导率材料为铁氧体、纳米晶或坡莫合金。
23.感应线圈为漆包线线圈，漆包线线圈绕制在骨架上，骨架被分成若干段，各段间由挡板隔开，形成若干个小线饼，小线饼个数为8—16，单个小线饼匝数为200—800，线径0.15mm—0.42mm。
24.反馈线圈采用螺线管线圈，螺线管线圈绕制在外壳的刻线槽上，线圈匝数为30—100，线径0.45mm—0.9mm。
25.放大电路分两级，第一级采用结型场效应管分立器件，第二级采用低噪声运算放大器。反馈驱动电路选用低噪声、驱动能力强的运算放大器。50hz陷波电路和30hz低通滤波电路选用低功耗运算放大器，30hz低通滤波电路为6阶30hz低通滤波电路。


技术特征：
1.一种用于极低频地磁场扰动监测的感应式磁场传感器，其特征在于：包括磁芯组件，绕制在磁芯组件上的两组感应线圈和一组反馈线圈，两组感应线圈的输出和中间抽头连接到斩波放大电路，斩波放大电路的输出接入放大电路，放大电路的输出接入解调电路，解调电路的输出接入滤波电路，滤波电路的输出分两路，一路经反馈驱动电路接入反馈线圈，另一路接入50hz陷波电路，50hz陷波电路的输出接入30hz低通滤波电路，30hz低通滤波电路的输出接入驱动电路。2.根据权利要求1所述用于极低频地磁场扰动监测的感应式磁场传感器，其特征在于：磁芯组件包括高磁导率材料和玻璃钢管外壳，高磁导率材料放置在玻璃钢管外壳内，并胶注固定。3.根据权利要求2所述用于极低频地磁场扰动监测的感应式磁场传感器，其特征在于：高磁导率材料为铁氧体、纳米晶或坡莫合金。4.根据权利要求1所述用于极低频地磁场扰动监测的感应式磁场传感器，其特征在于：感应线圈为漆包线线圈，漆包线线圈绕制在骨架上，骨架被分成若干段，各段间由挡板隔开，形成若干个小线饼，小线饼个数为8—16，单个小线饼匝数为200—800，线径0.15mm—0.42mm。5.根据权利要求1所述用于极低频地磁场扰动监测的感应式磁场传感器，其特征在于：反馈线圈采用螺线管线圈，螺线管线圈绕制在外壳的刻线槽上，线圈匝数为30—100，线径0.45mm—0.9mm。6.根据权利要求1所述用于极低频地磁场扰动监测的感应式磁场传感器，其特征在于：放大电路分两级，第一级采用结型场效应管分立器件，第二级采用低噪声运算放大器。7.根据权利要求1所述用于极低频地磁场扰动监测的感应式磁场传感器，其特征在于：反馈驱动电路为运算放大器。8.根据权利要求1所述用于极低频地磁场扰动监测的感应式磁场传感器，其特征在于：50hz陷波电路和30hz低通滤波电路选用低功耗运算放大器，30hz低通滤波电路为6阶30hz低通滤波电路。

技术总结
本发明公开了一种用于极低频地磁场扰动监测的感应式磁场传感器，包括磁芯组件，绕制在磁芯组件上的两组感应线圈和一组反馈线圈，两组感应线圈的输出和中间抽头连接到斩波放大电路，斩波放大电路的输出接入放大电路，放大电路的输出接入解调电路，解调电路的输出接入滤波电路，滤波电路的输出分两路，一路经反馈驱动电路接入反馈线圈，另一路接入50Hz陷波电路，50Hz陷波电路的输出接入30Hz低通滤波电路，30Hz低通滤波电路的输出接入驱动电路。本发明所公开用于极低频地磁场扰动监测的感应式磁场传感器，克服了0.1Hz—40Hz感应式磁传感器的频带范围比较窄，幅频响应特性不平坦的问题，解决了现有磁场传感器在极低频频段噪声过大的问题。过大的问题。过大的问题。


技术研发人员：刘剑 杨爱锋 杨艳军 孙刚 陈小建
受保护的技术使用者：中国电波传播研究所（中国电子科技集团公司第二十二研究所）
技术研发日：2022.02.17
技术公布日：2022/6/28