[实用新型]一种正交基模磁通门传感器

说明书

技术领域

本实用新型属于地球物理、空间探测等领域的弱磁信号检测技术领域，具体涉及一种正交基模磁通门传感器。

背景技术

矢量弱磁传感器主要包括巨磁阻(GMR)、巨磁阻抗(GMI)、隧道磁阻(TMR)、磁通门、感应式线圈、超导量子干涉(SQUIDs)、无自旋交换弛豫(SERF)等类型，其中磁通门技术以其低噪声、高灵敏度、小体积、高技术就绪度的综合性能，成为国内外研发热点，并在大地电磁、磁异探测、地磁导航、无损检测、电磁跟踪等领域得到广泛应用。

磁通门多采用平行激磁二次谐波法，以英国Bartington公司Mag系列产品为代表，其噪声指标为6pT/sqrt(Hz)@1Hz，频响带宽DC～3kHz，线性度误差±0.0015％，正交度误差±0.1°；通过调测筛选，少量传感器噪声可低至4pT/sqrt(Hz)@1Hz、带宽达10kHz。随着非晶丝等磁性材料技术的发展，为进一步降低传感器输出噪声，2002年，日本九州大学I.Sasada等人设计了正交基模体制的磁通门传感器原型，利用偏置激磁有效抑制了磁芯的主要噪声源—巴克豪森噪声；2014年，加拿大Phoenix Geophysics公司R.Bazinet等人基于西班牙ICMM公司的钴基非晶丝材料设计了低噪声正交基模磁通门传感器，在25mm磁芯结构上将噪声降低至1.5pT/sqrt(Hz)@1Hz。

国内从事磁通门传感器研发的单位主要有吉林大学、中科院地质与地球物理研究所、中科院电子学研究所、西北工业大学、原北京地质仪器厂、西安华舜、武汉麦格森斯、北京翠海等，多为平行激磁二次谐波法磁通门。国内同行在正交基模磁通门技术方面关注还较少，西北工业大学(郭博等.2014)开展了微型正交激励磁通门传感器的研究工作，主要以微型化、低功耗为目标，制备出一种微型化正交激励磁通门，典型噪声约为28.4nT/rt(Hz)@1Hz，功耗约为78mW。中国地震局地球物理研究所(王晓美等.2015)获得了基于非晶丝多芯式正交磁通门传感器实用新型专利。

国内外研究现状表明，传统二次谐波法磁通门的噪声水平已接近极限，正交基模磁通门传感器在低噪声、小体积等方面的性能提升已得到验证。

传统应用领域主要关注磁通门传感器的噪声、量程、线性度等关键参数，以及体积、功耗等技术指标，而近年来宽频带的传感器响应需求日趋强烈(例如澳大利亚EMIT公司的DigiAtlantis井中三分量TEM系统与加拿大Crone公司的PEM地面/井中TEM系统均配置宽频带低噪声磁通门传感器开展磁场观测，对于良导金属矿目标探测时，磁通门传感器测量B场比感应线圈测量dB/dt的效果更好)，因此磁通门的频率响应参数需要引起更多的关注。

综上，低噪声、宽频带、小体积的磁通门传感器市场需求强烈，有必要开展相关技术研究，优化传感器的噪声、带宽、体积等关键参数。

发明内容

为了克服现有平行场二次谐波法磁通门传感器在噪声、体积参数方面的不足,本实用新型提供一种正交基模磁通门传感器，所述磁通门传感器以钴基非晶丝作为磁芯，采用带有偏置的激励电流源，大幅抑制了磁芯的巴氏噪声，具有低噪声、宽频带、小体积的优势。

为实现上述目标，本实用新型采用以下技术方案：

一种正交基模磁通门传感器，所述传感器包括钴基非晶丝、激励电流源、感应线圈、时钟源、前置放大器、带通滤波器、相敏检波器、低通滤波器和反馈通道。其中，钴基非晶丝、激励电流源和时钟源构成传感器的激励电路；感应线圈、前置放大器、带通滤波器、相敏检波器、低通滤波器、反馈通道和时钟源构成传感器的测量电路。钴基非晶丝的一端接地，另一端与激励电流源相连接；激励电流源的一端与钴基非晶丝相连接，另一端与时钟源相连接；感应线圈缠绕于钴基非晶丝的外管壁，同时与前置放大器相连接；前置放大器的输入端与感应线圈相连接，输出端与带通滤波器相连接；带通滤波器的输入端与前置放大器相连接，输出端与相敏检波器相连接；相敏检波器的输入端分别与带通滤波器和时钟源相连接，输出端与积分器相连接；积分器的输入端与相敏检波器相连接，输出端分别与低通滤波器和反馈通道相连接；低通滤波器的输入端与积分器相连接，输出端输出感知信号；反馈通道的输入端与积分器相连接，输出端与感应线圈相连接；时钟源同时与激励电流源和相敏检波器相连接。

所述钴基非晶丝为非晶态磁性材料，相比坡莫合金具有低矫顽力、高方形比、高电阻率、低退磁系数的特征，同时具有较好的均匀性、各向异性。