一种宽工作温度范围的高灵敏度铯原子磁传感器

针对航空平台磁异常探测应用需求,研制了一种宽工作温度范围的高灵敏度铯原子磁传感器,解决了现有传感器存在的工作温度范围小、低温下易磁场失锁等问题。利用温度反馈机制对铯原子灯激发源进行实时补偿,提高了原子磁传感器的稳定性和工作温度范围,铯原子灯输出光功率稳定性由2.10(标准差)提升至0.62,传感器工作温度范围由-20℃~60℃提升至-50℃~70℃。基于低噪声铯原子灯和窄线宽铯原子吸收室技术,该文开展了铯原子磁传感器整机设计与参数优化,研制出高灵敏度铯原子磁传感器样机。测试结果表明,在常温及地磁背景下的实际测量灵敏度达 140 fT/√Hz@1 Hz,指标优于同类国际先进水平产品G-824A型铯原子磁传感器。

铯光泵磁力仪光电检测电路噪声特性研究

光电检测电路噪声性能是影响磁力仪灵敏度的重要因素。基于M_x型铯光泵磁力仪光电信号的特点,对磁力仪光电检测电路噪声来源进行分析,建立了基于跨阻放大电路的等效噪声模型,推导出电路信噪比及输出噪声频谱特性,并分析各噪声分量在总噪声中的比重;根据磁力仪拉莫尔信号频带范围,设计研制了具有低噪声性能的光电检测电路并应用于铯光泵磁力仪。测试结果表明,所提噪声模型理论分析和实验结果一致,基于跨阻放大的光电检测电路,其低频段噪声主要由等效电流噪声决定,随着频率升高,放大器等效电压噪声逐渐起主要作用。进一步的野外实验表明,基于光电检测电路所研制的光泵磁力仪噪声达0.6 pT/√Hz,与国外同类产品CS-VL水平相当。

一种改进的脉间频率捷变与MTD兼容算法

研究雷达性能问题,脉间频率捷变与MTD兼容的工作方式是雷达抗干扰和抑制杂波重要手段,能够同时有效的抑制有源干扰和固定杂波,提高雷达的电子对抗能力。由于脉间频率捷变使扫描间起伏目标变成了脉间起伏目标,不同频率脉冲回波得到的信噪比起伏较大,造成目标检测的困难。因此,提出一种改进算法,在抽取同频回波进行MTD的基础上,对不同频率回波进行非相参积累。非相参积累对信号具有平滑作用,仿真结果表明,新算法能够有效的改善信噪比起伏,提高目标的识别能力。

用于闪电磁场测量的感应式传感器

针对闪电电磁脉冲频谱较宽的特点,设计一种用于闪电磁场测量的宽频带感应式传感器。采用空心线圈作为接收传感器,提高传感器工作带宽;建立传感器等效噪声模型,对传感器灵敏度和噪声水平进行了理论分析和仿真,研制了低噪声检测电路,设计制作了一款低噪声、宽频带、感应式磁场传感器。采用亥姆赫兹线圈对传感器进行了标定,并在磁屏蔽室内进行了噪声水平测试,测试结果表明,传感器带宽为1~100 kHz,在10 kHz处噪声为20 fT/Hz,在100 kHz处噪声为4 fT/Hz,测试性能与理论分析一致。

基于磁通负反馈结构的高灵敏度感应式磁场传感器研制

感应式磁场传感器广泛应用于地球物理电磁勘探仪器,但也是阻碍我国地球物理电磁勘探仪器装备研发和推广应用的瓶颈技术.在我国SinoProbe计划中"地面电磁探测(SEP)系统"项目支持下,我们研制出用于大地电磁测深(the Magnetotellurics MT)方法的高灵敏度磁场传感器.研制过程中,采用磁通负反馈技术,增强传感器系统工作稳定性;采用斩波稳零放大电路技术,有效降低低频1/f噪声对传感器灵敏度的影响;采用高磁导率合金材料,增加磁场传感器的灵敏度.最终,MT磁场传感器工作频率范围为1 mHz^1kHz,噪声水平0.1Hz时为1.5pT/Hz;1Hz时为0.15pT/Hz;10Hz时为0.03pT/Hz;长度96cm,重量≤6kg.理论和测试结果表明:与同类产品比较,本文研制的感应式磁场传感器在≥10Hz时,平均噪声水平从150fT/Hz,下降至30fT/Hz,噪声水平更优,测量精度更高,能够更好地满足MT方法的需求.

一种用于TEM高灵敏度感应式磁场传感器设计

瞬变电磁法(TEM)作为地球物理非地震探勘主要电磁方法之一,广泛应用于油气、矿产等地下资源探测.本文分析TEM磁场传感器频率响应特点,采用欠阻尼匹配拓展传感器线性响应频率范围;分析磁传感器各类噪声源分布,提出不同频段上影响磁传感器性能的主要因素.最终研制一款高磁导率磁芯的TEM感应式磁场传感器,工作频段为10mHz^1kHz,等效输入噪声水平为4pT/Hz@1Hz,15fT/Hz@200Hz,传感器直径为50mm,长度800mm,重量3.2kg,相比现有TEM接收磁场传感器,体积小、重量轻、工作频段低.实验测试与生产作业表明:最新研制的高灵敏度TEM磁场传感器更加适合大深度、3D阵列电磁勘探.

基于杂散电感的瞬变电磁发射电流关断特性研究

在浅层探测瞬变电磁系统中,发射系统电路的杂散参数是导致发射电流关断早期振荡的关键因素。为解决发射关断早期振荡问题,提出了一种基于杂散电感模型的新型浅层瞬变电磁发射机电路设计方法,重点研究了其杂散电感模型的建模方法,并通过电路分析和MATLAB仿真分析了发射电流关断瞬态特性和电流关断早期振荡的产生机理。通过发射系统电路仿真和实验实测结果对比与分析表明,杂散电感模型理论分析与实验结果一致,可以准确模拟出实际发射电路关断早期振荡。研究工作对浅层瞬变电磁探测系统电路的优化设计,反演解释以及工程应用具有重要意义。

用于MT方法的超小型感应式磁场传感器

感应式磁场传感器广泛应用于地球物理电磁勘探仪器,受物理原理制约,该类磁传感器的噪声水平与其长度和体积约成正比,典型用于大地电磁测深方法(Magnetotellurics MT)的感应式磁场传感器长度约为1.0~1.4 m,重量在6~10kg.本文采用一种磁通聚集器技术,突破了传统感应式磁场传感器的设计瓶颈,能大幅度降低传感器的长度,本文设计的用于MT方法的超小型感应式磁场传感器长度<230 mm,直径<110 mm,重量<6 kg,长度约为传统MT磁场传感器的20%,工作频率范围为1 mHz^1 kHz,噪声水平0.1 Hz为5pT//Hz,1 Hz为0.5 pT/(Hz)^(1/2),10~100 Hz为0.1 pT/(Hz)^(1/2);野外实验表明:单轴可用于MT测量中垂直方向测量,可极大地提高施工效率;如将集成为三方向的矢量磁场传感器,总体积不超过23 cm×23 cm×23 cm,重量小于21 kg,可放置在标准17英寸的深海浮球内,实现海洋MT、CSEM方法测量,将有效降低整个海洋电磁仪器的体积和成本,具有广阔的应用前景.