[发明专利]一种用于微弱交变磁场量值传递的低噪声感应式磁强计

说明书

本发明涉及一种用于微弱交变磁场量值传递的低噪声感应式磁强计，属于磁场计量技术领域。对提取电路进行优化设计，使感应式磁强计探头的本底噪声达到50fT/Hz^1/2@10Hz，使感应式磁强计整机测量不确定度达到1pT(k＝2)，解决了当前计量级感应式磁强计的弱磁信号检测能力不足问题。该新型感应式磁强计不但可以提升原有计量级感应式强计探头的灵敏度、降低本底噪声，显著改善感应式磁强计主机的信噪比，而且还具有温度稳定性能好、探头频率响应范围宽等特点，更有利于实现磁信号波形保真、时域分析和谱域分析。

技术领域

本发明涉及一种用于微弱交变磁场量值传递的低噪声感应式磁强计，属于磁场计量技术领域，微弱是指交变磁场量值在1nT以下，低噪声是指感应式磁强计探头的本底噪声不大于50fT/Hz^1/2@10Hz。

背景技术

在资源勘探、深部构造探测、地震预报、军事目标探测、心脑磁测量、主动磁屏蔽、行星磁场起源演化研究等诸多领域，广泛使用交流特斯拉计、交变磁传感器等仪器进行微弱交变磁场的测量，为了确保交变磁场表征单位统一、量值准确可靠，需要使用交变弱磁场标准装置或校准装置定期开展实验室检定/校准或现场检定/校准等量值传递工作。

交变弱磁标准装置一般采用标准测量线圈磁强计和感应式磁强计作为主标准器或主要配套设备用于比对和检零。标准测量线圈磁强计为空心线圈结构，对磁通量无放大功能，在低频微弱磁场下的感应电压信号非常微弱甚至被淹没在噪声之中，测量不确定度较大，一般只用于1nT以上的量值传递工作。感应式磁强计由探头(即感应线圈棒或感应式磁传感器)和主机构成，感应式磁传感器采用填充长条状软磁磁芯的感应线圈结构，对磁通量具有显著的放大作用，通常为几十倍量级，信噪比显著提高，主要用于1nT以下交变磁场量值传递。近年来，随着相关应用研究快速发展，交变弱磁计量技术需要提前向极弱量方向发展，因而对用于比对和检零的计量级感应磁强计而言，必须提高其微弱磁信号检测能力，拓展其测量下限。

但是，现有的计量级感应式磁强计的弱磁信号检测能力不管是从探头还是主机都不满足未来发展需求，主要在于探头的本底噪声为500fT/Hz^1/2@10Hz仍然较大，而主机基于数据采集量化和FFT原理将感应出的交变磁场模拟电压信号转换为数值，理论上FFT本身不会改变信噪比，实际上由于FFT存在频谱混叠和泄露、栅栏效应等问题，实际上降低了弱磁信号检测能力，而数据采集电路不管是理论上还是实际中均会使信噪比适当恶化，不能满足未来交变磁场计量向极弱量发展的需求。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出一种用于微弱交变磁场量值传递的低噪声感应式磁强计，该感应式磁强计探头的本底噪声相对于现有技术，降低至少一个数量级达到50fT/Hz^1/2@10Hz，使感应式磁强计整机测量不确定度达到1pT(k＝2)。

本发明的技术解决方案是：

一种用于微弱交变磁场量值传递的低噪声感应式磁强计，该低噪声感应式磁强计包括探头、主机和屏蔽电缆，探头通过屏蔽电缆与主机进行连接；

所述的探头包括磁芯、线圈骨架、感应绕组、反馈补偿绕组、电磁屏蔽薄膜、前置放大器、无磁壳体和无磁连接器；

所述的线圈骨架套在磁芯外面；

所述的感应绕组绕制在线圈骨架外表面，感应绕组上包覆一层电屏蔽薄膜，该电屏蔽薄膜上再绕制反馈补偿绕组，反馈补偿绕组上再包覆一层电屏蔽薄膜，感应绕组的一端连接信号地，感应绕组的另外一端连接前置放大电路输入端，反馈补偿绕组的一端连接信号地，反馈补偿绕组的另外一端连接前置放大电路输出端，前置放大器输出端连接无磁连接器，所述的磁芯、线圈骨架、感应绕组、反馈补偿绕组和前置放大器均安装在无磁壳体内，无磁连接器安装在无磁壳体外；

所述主机包括双相锁定放大器模块、参考信号模块、算法实现模块和数据处理与控制模块；