专利名称：一种防电磁干扰的传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种防电磁干扰的传感器，这种传感器随外界振动(速度或加速度) 产生相应的电压信号(主要应用于地震勘探中地震检波器中)。
背景技术：
电磁场的屏蔽可分为静电屏蔽、静磁屏蔽和电磁屏蔽三种情况，这三种情况既具 有质的区别，又具有内在的联系静电屏蔽封闭导体壳不论接地与否，内部电场不受壳外电荷与电场影响，接地封闭导体壳 外电场不受壳内电荷的影响，这种现象，叫静电屏蔽；静电屏蔽实际意义屏蔽使金属导体 壳内的仪器或工作环境不受外部电场影响，也不对外部电场产生影响。事实上，由一个封闭 导体空腔实现的静电屏蔽是非常有效的。静磁屏蔽静磁场是稳恒电流或永久磁体产生的磁场，静磁屏蔽是利用高磁导率的铁磁材料 做成屏蔽罩以屏蔽外磁场，它与静电屏蔽作用类似而又有不同，静磁屏蔽的原理可以用磁 路的概念来说明。当铁磁材料与空气作为并联磁路来分析时，绝大部份磁场集中在铁磁回 路中。因为铁磁材料的磁导率比空气的磁导率要大几千倍，所以空腔的磁阻比铁磁材料的 磁阻大得多，外磁场的磁感应线的绝大部份将沿着铁磁材料壁内通过，而进入空汽的磁通 量极少，这样，被铁磁材料屏蔽的空腔就基本上没有外磁场，从而达到静磁屏蔽的目的，材 料的磁导率愈高，筒壁愈厚，屏蔽效果就愈显著.因常用磁导率高的铁磁材料如软铁、硅 钢、坡莫合金做屏蔽层，故静磁屏蔽又叫铁磁屏蔽.前面指出，静电屏蔽的效果是非常好的，这是因为金属导体的电导率要比空气的 电导率大十几个数量级，而铁磁物质与空气的磁导率的差别只有几个数量级，通常约大几 千倍。所以静磁屏蔽总有些漏磁。为了达到更好的屏蔽效果，可采用多层屏蔽，把漏进空汽 里的残余磁通量一次次地屏蔽掉，所以效果良好的磁屏蔽一般都比较笨重，但是，如果要制 造绝对的“静磁真空”，则可以利用超导体的迈斯纳效应，即将一块超导体放在外磁场中，其 体内的磁感应强度永远为零，超导体是完全抗磁体，具有最理想的静磁屏蔽效果，但目前还 不能普遍应用。电磁屏蔽电磁场在导电介质中传播时，其场量的振幅随距离的增加而按指数规律衰减，从 能量的观点看，电磁波在导电介质中传播时有能量损耗，因此，表现为场量振幅的减小。导 体表面的场量最大，愈深入导体内部，场量愈小，这种现象也称为趋肤效应，利用趋肤效应 可以阻止高频电磁波透入良导体而作成电磁屏蔽装置。它比静电、静磁屏蔽更具有普遍意 义。电磁屏蔽是抑制干扰，增强设备的可靠性及提高产品质量的有效手段。合理地使用电 磁屏蔽，可以抑制外来高频电磁波的干扰，也可以避免作为干扰源去影响其他设备。目前在地震勘探领域广泛使用的磁感应式传感器(地震检波器)已有50多年历
3史，随着科学技术的进步，现在的动圈式检波器比早期的动圈式检波器性能已有所提高，诸 如体积、耐用性、灵敏度等，发展到目前的所谓“超级检波器”，但就结构和原理上没有根本 性变化。
发明内容
本发明的目的是提供一种在传统原理的磁感式传感器(地震检波器)的基础上， 采用新结构设计的防电磁干扰的传感器，使其具有以下特点首先是具有较强的抗电磁干 扰能力，新型防磁检波器采用的这种独特抗电磁干扰结构设计，从原理上具有防外界电磁 干扰的能力；其次是低失真，失真指标可能达到0. 025% -0. 05范围内，使其动态范围在常 规检波器的基础上提高12-18dB，比超级检波器提高6-12dB。本发明所述的防电磁干扰的传感器结构为圆柱体结构，中间的磁钢为主磁钢，主 磁钢外套一不受磁力影响的塑料线圈架，线圈架上缠绕铜质感应线圈，线圈架两端由弹簧 挤压固定，但可以随外界的振动与主磁钢作相对上下移动；主磁钢两端固定在上下两块磁 钢架上，磁钢架固定在外壳内壁上，在上下两块磁钢架外端分别固定上下两块副磁钢，上下 两块副磁钢的直径大于线圈中心主磁钢的直径，接近外壳的直径，上下两块副磁钢的极性 分别和主磁钢两端的极性相对放置，N极对N极，S极对S极，上顶盖、下底盖、两块副磁钢、 两块磁钢架、主磁钢和外壳壁刚性固定在一起，磁钢固定架、上顶盖、下底盖、和外壳壁是导 磁良好的软铁或铝合金；线圈的引线用游丝连接，引线从靠近外壁的磁钢固定架、上副磁 钢、上顶盖引出。这种结构的传感器工作原理和普通的传感器一样，当传感器随着外界上下振动 时，受上下两个弹簧一定的挤压固定的线圈要保持原来的固有静止状态而和主磁钢形成相 对上下移动，线圈切割主磁钢的磁力线而产生感应电动势，也就完成了将上下移动过程变 成了对应电压信号的过程。这种结构的传感器具有很强的防电磁辐射干扰功能，还得来分 析传感器结构的磁力线回路。一般传感器没有上下两块副磁钢，主磁钢的磁力线绝大部分通过上下磁力线架和 外壁形成回路，上下顶盖和传感器外壁起到屏蔽外界电磁辐射的作用，引起检波器失真的 原因有很多(如温度、机械加工精度、穿过线圈磁力线变化等)，其中穿过线圈的磁力线的 变化是重要原因之一，也是我们最感兴趣的因素。原因是穿过线圈的磁力线的变化是从何 而来。金属的导磁率大大高于空气的导磁率，决定了从N极出发的磁力线绝大部分经磁 靴_金属外壳_另一个磁靴-回到S极。还有一少部分散发到空中，这从传感器(检波器) 的两极还有磁力可以直接感觉到。但它不会影响线圈中间的磁力线变化，在不受外界的影 响下，线圈中间的磁力线是永久磁钢产生的应该是固定的。然而，我们可以说大自然环境中 的电磁波无处不在。线圈中间的磁力线的变化是来自传感器以外的环境干扰。从N级看， 来自大自然中的N极磁力线，受到从N极发出的磁力线的排斥而无法进入；而来自大自然中 的S极磁力线，受到从N极发出的磁力线的吸引而进入磁力线回路。从S级看正好相反，排 斥S磁力线吸收N极磁力线。由于外界磁力线的侵入从而改变了通过线圈的磁通量，这就 是外界的电磁干扰的原因和过程。处于野外环境的传感器，当出现较强的电磁干扰时，有一 部分就是从传感器进入的。穿过线圈的磁力线的变化是引起传感器失真的原因之一。从理 论上讲，传统传感器这种磁回路结构不具备抗电磁干扰的能力，而起抗电磁干扰的功能的
4是上下顶盖和外壁形成的金属屏蔽，现实中发现，当电磁干扰强度达到一定程度时，会穿透 金属屏蔽层产生干扰，例如在野外地震勘探中的“串感应”现象。图2是高精度防磁检波器三块磁钢放置示意图，它与传统检波器结构的主要区别 在于增加了两块副磁钢。现在来分析这种检波器结构的磁回路。由于两块副磁钢分别和主磁钢两端的极 性相对放置，根据同性相斥原理，强迫主磁钢的所有磁力线返回到自己另一端，形成主磁回 路，而两块副磁钢分别形成自己的副磁回路。防磁原理分析从图2的上端看，中间主磁钢S极的磁力线受到上端副磁钢S极的 排斥而无法进入副磁回路，而上端副磁钢吸收到的N极磁力线穿过副磁钢后受到主磁钢磁 力线的排斥被迫从上端副磁回路返回。下端正好相反，N极的磁力线受到下端副磁钢N极的 排斥而无法进入副磁回路，吸收到的S极磁力线穿过副磁钢后受到主磁钢磁力线的排斥被 迫从下端副磁回路返回。这样在线圈移动的范围内，垂直穿过线圈的外界干扰磁力线全被 拒绝。换句话说，在主磁钢的上下两端增加的两块副磁钢的作用，分别象两堵墙一样把外界 电磁干扰拒于主磁回路门外。上下两端增加的两块副磁钢的直径尽量大于主磁钢的直径， 有利于电磁屏蔽的效果；线圈引线从上副磁钢的边沿引出，不会改变上副磁的回路。这种结 构的传感器(检波器)具有抗电磁干扰能力，从而也提高了它的失真度。发明的效果目前国内外用于陆用地震勘探的主要地震检波器有磁感应式和MEMS数字式两大 类。磁感应式地震检波器，也被称为传统模拟检波器(以20DX-10HZ典型代表)，约占市场 份额的70%以上。利用MEMS技术制成的新一代数字地震检波器，由于制造技术、价格和后 续处理等原因，大面积推广使用还受到一定限制。在今后的十年内，传统模拟检波器仍占相 当大的比例。目前，国内检波器的失真指标要求在0.2%以下，其动态范围小于60dB，不及 仪器动态范围的一半。可见，如何提高检波器自身的动态范围，已成为提高地震勘探质量的 瓶颈，虽然对提高检波器的动态范围到底对地震勘探质量能提高多少，目前没有量的概念， 但是，检波器的动态范围越大，其地震数据就越能真实的反应地质概貌，这是物探专家们的 共识。所以说，低失真的检波器是勘探业内一直追求的检波器。应用防电磁干扰传感器结 构技术制造成的检波器，提高传统检波器防电磁干扰能力和失真度，延长传统模拟检波器 使用周期，在陆地地震勘探中有理由的用一串检波器代替目前的两串或三串成为可能。从 原理上具有防外界电磁干扰的能力；其次是低失真，失真指标可能达到0. 025% -0. 05范 围内，使其动态范围在常规检波器的基础上提高12-18dB，比超级检波器也提高6-12dB。
图1防电磁干扰的传感器结构示意图。图2防电磁干扰的传感器三块磁钢放置示意图。其中1、引线2、上副磁钢3、上顶盖4、线圈架5、线圈6、弹簧7、下底盖 8、下副磁钢9、外壳10、下磁钢架 11、主磁钢 12、上磁钢架
具体实施例方式下面根据附图对所述的防电磁干扰的传感器结构加以详细地说明。
本发明所述的防电磁干扰的传感器结构为圆柱体结构，中间的磁钢为主磁钢11， 主磁钢外套一不受磁力影响的塑料线圈架4，线圈架上缠绕铜质感应线圈5，线圈架两端由 弹簧6挤压固定，但可以随外界的振动与主磁钢作相对上下移动；主磁钢两端固定在上下 两块磁钢架12、10上，磁钢架固定在外壳9内壁上，在上下两块磁钢架外端分别固定上下两 块副磁钢2、8，上下两块副磁钢的直径大于线圈中心主磁钢的直径，接近外壳的直径，上下 两块副磁钢的极性分别和主磁钢两端的极性相对放置，N极对N极，S极对S极，上顶盖3、 下底盖7、两块副磁钢、两块磁钢架、主磁钢和外壳壁刚性固定在一起，磁钢固定架、上顶盖、 下底盖、和外壳壁是导磁良好的软铁或铝合金；线圈的引线1用游丝连接，引线从靠近外壁 的磁钢固定架、上副磁钢、上顶盖引出。
权利要求
一种防电磁干扰的传感器，其特征在于传感器为圆柱体结构，中间的磁钢为主磁钢，主磁钢外套一不受磁力影响的塑料线圈架，线圈架上缠绕铜质感应线圈，线圈架两端由弹簧挤压固定，但可以随外界的振动与主磁钢作相对上下移动；主磁钢两端固定在上下两块磁钢架上，磁钢架固定在外壳内壁上，在上下两块磁钢架外端分别固定上下两块副磁钢，上下两块副磁钢的直径大于线圈中心主磁钢的直径，接近外壳的直径，上下两块副磁钢的极性分别和主磁钢两端的极性相对放置，N极对N极，S极对S极，上顶盖、下底盖、两块副磁钢、两块磁钢架、主磁钢和外壳壁刚性固定在一起，磁钢固定架、上顶盖、下底盖、和外壳壁是导磁良好的软铁或铝合金；线圈的引线用游丝连接，引线从靠近外壁的磁钢固定架、上副磁钢、上顶盖引出。
全文摘要
本发明涉及一种防电磁干扰的传感器，为圆柱体结构，中间为主磁钢，外套线圈架，上缠绕铜质线圈，由弹簧挤压固定，可与主磁钢作相对上下移动；主磁钢两端固定在上下两块磁钢架上，在上下两块磁钢架外端分别固定上下两块副磁钢，上下两块副磁钢的极性分别和主磁钢两端的极性相对放置，N极对N极，S极对S极，上顶盖、下底盖、两块副磁钢、两块磁钢架、主磁钢和外壳壁刚性固定在一起，磁钢固定架、上顶盖、下底盖、和外壳壁是导磁良好的软铁或铝合金；线圈的引线用游丝连接，引线从靠近外壁的磁钢固定架、上副磁钢、上顶盖引出；具有防外界电磁干扰的能力；失真指标达到0.025％-0.05％，其动态范围比超级检波器提高6-12dB。
文档编号G01V1/18GK101930078SQ200910086749
公开日2010年12月29日 申请日期2009年6月26日 优先权日2009年6月26日
发明者刘婉会, 张国荣, 李艳军, 贾艳芳, 陈联青, 顾欣丽 申请人:西安英诺瓦物探装备有限公司