磁感应—磁通门一体式宽频低噪声传感技术研究

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1、分类号:TM937.1单位代码:10183研究生学号:2015551016密级:公开磁感吉林大学应-磁通博士学位论文门一体式宽频低噪声传感技术研时洪宇究时洪宇吉林大学2018年6月—————————————————————磁感应-磁通门一体式宽频低噪声传感技术研究—————————————————————ResearchontheSensingTechnologyoftheBroadbandandLowNoiseIntegratedInduction-FluxgateMagnetometer————————————作者姓名：时洪宇专业名称：测试计量技术及仪器研究方向：电磁探测传

2、感技术指导教师：林君教授王言章教授学位类别：工学博士培养单位：仪器科学与电气工程学院论文答辩日期：2018年5月31日授予学位日期：年月日答辩委员会组成：姓名职称工作单位主席金胜教授中国地质大学（北京）委员张国玉教授长春理工大学林婷婷教授吉林大学陈祖斌教授吉林大学王言章教授吉林大学未经本论文作者的书面授权，依法收存和保管本论文书面版本、电子版本的任何单位和个人，均不得对本论文的全部或部分内容进行任何形式的复制、修改、发行、出租、改编等有碍作者著作权的商业性使用（但纯学术性使用不在此限）。否则，应承担侵权的法律责任。吉林大学博士学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交学位论文，是本

3、人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》投稿声明研究生院：本人同意《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》出版章程的内容，愿意将本人的学位论文委托研究生院向中国学术期刊（光盘版）电子杂志社的《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》投稿，希望《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》给予出版，并同意在《中国博硕士学位论文评价数据

4、库》和CNKI系列数据库中使用，同意按章程规定享受相关权益。论文级别：□硕士■博士学科专业：测试计量技术及仪器论文题目：磁感应-磁通门一体式宽频低噪声传感技术研究作者签名：指导教师签名：年月日作者联系地址（邮编）：吉林省长春市西民主大街938号地质宫516室作者联系电话：15043083271摘要摘要随着经济的高速发展，我国对能源资源的需求总量逐年攀升，浅层资源储藏量不断降低，深部探测已成为解决资源供需矛盾的不二选择。频率域电磁法是进行深部探测的重要技术手段，其探测深度与频率成反比，因此为了增强深部探测能力，必须研发宽频频率域电磁法勘探系统，尤其需要攻克宽频低噪声磁传感技术。本

5、文从宽频低噪声磁感应传感技术研究出发，结合时间差（ResidenceTimesDifference,RTD）磁通门弱磁传感技术，基于二者传感原理的相似性及磁测优势的互补性，首次提出了磁感应-磁通门一体式磁力仪设计，实现了宽频(DC-10kHz)低噪声的弱磁检测目的。第一，建立了感应式磁力仪参数模型，研制了低噪声前置放大电路。建立了磁芯磁导率、线圈电阻、电感、电容和体积重量等传感器参数的数学模型，针对感应式磁力仪的高源阻抗特点，基于结型场效应管（JunctionFieldEffectTransistor，JFET）设计了高输入阻抗、低噪声前置放大电路，分析了放大电路各噪声源的贡献

6、比重，进而建立总噪声模型，并通过实验验证了所建噪声模型的准确性。第二，提出了感应式磁力仪的频带拓展及性能参数优化方法。传感器采用闭环磁通负反馈的结构，抑制了感应线圈谐振特性的影响，拓展了传感器的高频可用频带。基于斩波调制放大技术设计低噪声前置放大电路，抑制了电路低频1/f噪声的影响，降低了感应式磁力仪的低频噪声水平，拓展了低频可用频带。提出了空心磁芯结构，在不损失磁芯性能的前提下，降低了传感器的重量。针对实际应用中对传感器噪声水平、体积及重量等指标的要求，建立了传感器性能优化求解模型，基于罚函数算法求解最佳的参数配置，并分析各优化参数与优化目标之间的关系。第三，采用有限元分析方

7、法（FiniteElementMethod，FEM）优化设计磁感应-磁通门一体式磁力仪的结构及参数。首次提出了“哑铃”状一体式复合结构，感应式磁力仪的空心磁芯将磁通汇聚到RTD磁通门的检测位置，提高了被测磁场的强度，从而提高了RTD磁通门的灵敏度。进一步分析了不同的磁芯材料、长度、外径、间距等参数与RTD磁通门磁力仪灵敏度之间的关系，最终得到最佳的磁感应-磁通门一体式磁力仪参数配置。i吉林大学博士学位论文第四，本文所研制的磁感应-磁通门一体式宽频低噪声磁力仪性能指标如下：传感器的带宽为DC-