[发明专利]一种正交基模磁通门传感器

说明书

本发明公开了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。所述激励电流源为含有偏置的交流电流源，即同时含有DC成分及AC成分，其中DC幅值大于AC峰值，使得激励电流源处于单极性状态，带有偏置的电流源相比传统的双极性电流源大幅抑制磁芯的巴氏噪声。相比于现有技术，本发明所述正交基模磁通门传感器具有体积小、噪声低、非线性误差低、频带宽和量程大等优点。

技术领域

本发明属于地球物理、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,本发明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，本发明采用以下技术方案：