一种非接触地电传感器的制作方法

本实用新型属于电法勘探中的地电场传感器技术领域，具体涉及一种非接触地电传感器。

背景技术：

作为地球物理勘探方法分支之一的电法，常常需要进行地电场观测，根据地电场测量结果进而分析得到地下介质的电阻率等电性参数。作为电场观测的关键部件——电场传感器，用于将地电场信号转换为电压信号。广泛用于地电场观测的地电传感器有PbCl₂电极、CuSO₄电极、铜棒、铅板、碳棒等。以上地电传感器的共同特征是施工时需要进行地表开挖，将传感器埋入土壤中，并需要浇灌一定的盐水以帮助保持电位平衡。然而在一些接地困难的作业场合，如矿区坑道、硬岩表面、戈壁滩、沙漠地带、冻土区，以上地电传感器难以发挥作用。因此，在以上工区进行地电观测必须使用一种能够适用于接地困难工况下的地电传感器。

非接触电极已经应用于医疗仪器领域的心电图测量设备，传统的心电图测量电极需要借助电导液与皮肤接触，而非接触电极借助电容耦合原理，无需电导液，使得患者在不脱去衣物的条件下直接进行心电图测量，大大提高了检测效率。

本实用新型是在用于心电图非接触电极的原理基础上，改造其结构并实施至地球物理电法勘探领域，用于接地困难条件下的地电场观测。申请人在十二五863计划课题的支持下，为完成矿区坑道条件下的地电场观测，进行了非接触地电传感器的开发工作，目前国内尚未见非接触地电传感器的应用报道。

技术实现要素：

为了克服现有的地电传感器在一些接地困难的作业场合难以发挥作用的不足, 本实用新型提供一种非接触地电传感器，野外作业时，将传感器平放于地面，将锂电池组通过接插件接入传感器后开始工作，将耦合的电荷转换为电压信号，经放大、带通滤波器后通过电缆输出至外部数据采集器，在不需要开挖的条件下进行地电场观测，实现高效率地电场数据采集。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种非接触地电传感器，包括机壳，所述的机壳内部除底面外其它五面集成屏蔽层，机壳内部设置有一个放大电路，放大电路分别电连接电容极板和电池盒；所述的放大电路包括带通滤波器、电荷放大电路和电源转换电路，带通滤波器分别电连接电荷放大电路和电源转换电路，带通滤波器的数据通过电缆输出至外部数据采集器。设置屏蔽层可以使得该装置达到IP67级防水，提高抗干扰能力，电容极板用于耦合地电场信号，电荷放大电路完成电容极板耦合电荷至电压信号的转换，带通滤波器有效抑制低频直流漂移以及高频噪声，电源转换电路实现电池盒电压至电荷放大电路所需电源低噪声转换。

优选的，所述的带通滤波器带宽为0.1Hz~100kHz。

优选的，所述的电容极板采用PCB敷铜制作。

优选的，所述的电池盒内部设置为锂电池组，方便现场更换锂电池。

本实用新型的优点是：本实用新型实现了在不对地层进行开挖的条件下进行地电场非接触测量，体积小，功耗低，操作简单、方便，实现了高效率地电场数据采集。

附图说明

图1为本实用新型零部件简图；

图2为本实用新型放大电路原理框图。

图中符号说明：1、电容极板；2、放大电路；21、电荷放大电路；22、带通滤波器；23、电源转换电路；3、屏蔽层；4、机壳；5、数据采集器；6、电池盒。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型作进一步的说明：

作为满足接地困难条件下的地电场观测技术要求的非接触地电传感器，获取幅值在N×100nV～N×100mV范围、频带在0.1Hz~100kHz范围内的地电场信号，并且考虑到野外设备的可靠性、易用性、功耗、噪声、现场作业效率、成本等因素，设计了一种用于接地困难条件下的地电传感装置，即非接触地电传感器。

如图1和图2所示，包括呈长方体的机壳4，所述的机壳4内部设置有一个放大电路2，放大电路2分别电连接电容极板1和电池盒6，电容极板1用于耦合地电场信号，电容极板1采用PCB敷铜制作，外部为阻焊层；电池盒6内部为锂电池组，锂电池组为两节18650锂电池，单节锂电池容量2500mAh，两节锂电池串联，输出±3.0~4.2V，放大电路功耗约2mA，可连续工作1000hr。所述的放大电路2包括带通滤波器22、电荷放大电路21和电源转换电路23，带通滤波器22分别电连接电荷放大电路21和电源转换电路23，带通滤波器22的数据通过电缆输出至外部数据采集器5。带通滤波器22带宽为0.1Hz~100kHz，有效抑制低频直流漂移以及高频噪声；电荷放大电路21完成电容极板1耦合电荷至电压信号的转换，增益为6dB；电源转换电路23实现电池盒6电压至放大电路2所需±3V电源低噪声转换。

再如图1所示，所述的机壳4为PVC外壳，为各部件提供固定载体，在机壳4内部，除机壳4底面外其他五面均安装屏蔽层3，屏蔽层3采用铁氧体贴膜，厚0.2mm。

本实用新型达到了如下技术指标：

频率范围：0.1Hz~100kHz；

体积：传感器20*16*3cm（长*宽*高），电池组3*4*5cm；

重量：小于500g；

噪声：优于100nV/rt(Hz)@1Hz

功耗：±2mA@±3V供电；

最大不失真输出电压：±2.5V。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之中。