一种用于极低频电磁扰动观测的设备的制作方法

本发明属于电子行业的电磁场测量，特别涉及该领域中的一种用于极低频电磁场扰动观测的设备。

背景技术：

1、电磁扰动作为一种地震短临前兆，近年来受到国内外地震科学家的广泛重视，俄罗斯、日本、美国等国家相继开展了地震电磁扰动观测研究。我国目前已经在华北、华东、西北和西南建立了地震电磁扰动观测台网，观测频段已经由初期的宽频带改成超低频频段和极低频频段。

2、极低频电磁扰动观测对象为0.001hz—20 hz频率范围内地表的电场强度和磁场强度，获得选定地点该频率范围内地表电场、磁场强度随时间的变化。极低频电磁扰动观测被认为是大地震前很有希望的短期预报方法，我国在一些强震、中强震前取得了震前电磁扰动变化的资料。此外，极低频电磁场扰动观测在我国子午工程一期和子午工程二期中用于监测地磁脉动变化，为空间地球物理研究提供基础数据。

3、电磁扰动观测的对象，在频带范围内电磁场信号没有固有的特征。电磁扰动观测的目的也不是为了获得电磁场的某个有规律的变化。因此，从日常的观测结果中很难判别观测系统是否正常，如地震仪的记录，在没有记录到地震时，只能看到一些背景噪声而无法确定其工作是否正常。另一方面，随着城镇建设和电力网络的不断扩大，使一些原本处于偏远郊区的观测台站受到日益增强的人文电磁干扰。因此，在电磁扰动观测中方便的判别观测系统是否正常，并有效消除与地震无关的各种干扰尤为重要。

4、《地震电磁前兆研究进展》等论文中认为地震电磁前兆已经成为地震短临预测的有效手段，并指出在提取地震电磁前兆数据时应消除与地震无关的各种干扰。

5、中国地震局地震预测所论文《超低频段地震电磁场观测技术研究》开展了一种新的超低频地震电磁场观测方法和观测技术研究。该研究以高采样率数据采集技术为依托，利用宽频带、高精度、高灵敏度的电磁传感器，实现对地球表面的 0.1hz至40hz 之内的天然电场和磁场及其随时间变化序列进行同步测量，在一定程度上克服了与地震无关的工频干扰因素。不足之处是设备的频带范围比较窄，低频只达到0.1hz，磁传感器的幅频响应特性也不平坦。

6、发明专利《一种地震预测装置及方法》（cn109031400a）公开了一种地震预测装置及方法，通过该装置以及方法可以使得磁传感器对0.01hz及以下频段的地磁扰动有所响应。所述方法包括磁通负反馈方法、电压信号斩波放大法、地磁脉动传递函数法。磁通负反馈方法、电压信号斩波放大法是磁传感器采集地磁脉动的工作方法；地磁脉动传递函数法是由磁传感器测出的三个地磁脉动分量的变化幅度，求解出纯实数传递函数，在测量较短时间数据的情况下得出地震发生的可能性的一种数据处理方法。该专利的技术缺点是只对磁场传感器在极低频电磁扰动观测的宽频带设计技术进行了研究，未提出排除与极低频电磁扰动观测监测无关的干扰因素的方法和措施。

7、实用新型专利《一种支持可变通道的电磁扰动接收机》（cn 209486189 u）公开了一种支持可变通道的电磁扰动接收机，使得能够通过灵活配置水平及垂直通道采集电磁扰动信号，从而完成对电磁扰动信号的水平及垂直分量同步采集。该专利的技术缺点是只对可变通道的电磁扰动接收机设计技术进行了研究，未提出排除与极低频电磁扰动观测监测无关的干扰因素的方法和措施，也未提出方便判别观测系统是否正常的方法和措施。

8、实用新型专利《一种地震电磁扰动观测仪主机》（cn205749925u）公开了一种地震电磁扰动观测仪主机，该观测仪主机具有授时和定位的功能，使得观测数据严格对应真实的观测地理位置和时间，保证采集到数据的时间精度，同时通过信号调理电路对电极和磁传感器的采集信号进行处理，增强了电磁数据的有效性和可靠性。该专利的技术缺点是虽然通过信号调理电路对电极和磁传感器的采集信号进行处理，增强了电磁数据的有效性和可靠性，但是未提出从数据采集源头排除与极低频电磁扰动观测无关的干扰因素的方法和措施。

9、目前国内最具代表性的电磁扰动观测仪器的观测对象是地表的电场强度和磁场强度（或磁感应强度）的水平分量，能对选定地点0.1hz—10 hz频率范围内地电场、地磁场的能量随时间的变化以及发生的电磁事件进行连续观测。该观测系统由主机、感应式磁场传感器和测量电极构成。主机部分由控制单元和数据采集单元构成。系统产出的观测数据为地电场和地磁场的背景值时间序列，电磁事件的时间序列，以及电磁事件的主要参数。该设备的主要缺点，一是频率范围不够宽，二是克服与地磁脉动无关的工频干扰、电气设备噪声等干扰因素能力不够强，三是不具备自检自标定能力。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题就是提供一种用于极低频电磁场扰动观测的设备。

2、本发明采用如下技术方案：

3、一种用于极低频电磁扰动观测的设备，其改进之处在于：包括电磁接收机和与电磁接收机电连接的磁场传感器和电极；磁场传感器包括绕制在磁芯组件上的两组感应线圈，两组感应线圈的输出和中间抽头分别与斩波放大电路电连接，斩波放大电路的输出端与放大电路电连接，放大电路的输出端与解调电路电连接，解调电路的输出端与滤波电路电连接，滤波电路的输出端分两路，一路通过反馈驱动电路与反馈线圈电连接，另一路与50hz陷波电路电连接，50hz陷波电路的输出端与6阶30hz低通滤波电路电连接，6阶30hz低通滤波电路的输出端接入驱动电路，驱动电路的输出信号即为磁场传感器的输出。

4、进一步的，磁场传感器的感应线圈为漆包线线圈，漆包线线圈绕制在感应线圈骨架上，骨架被分成若干段，由挡板隔开，形成若干个小线饼；磁场传感器的磁芯组件由高磁导率材料和玻璃钢外壳组成，高磁导率材料放置在玻璃钢外壳中并胶注固定。

5、进一步的，高磁导率材料为铁氧体、纳米晶或坡莫合金。

6、进一步的，磁场传感器的放大电路分两级，第一级采用结型场效应管分立器件设计，第二级采用低噪声运算放大器；反馈驱动电路选用运算放大器，反馈线圈采用螺线管线圈，绕制在外壳的刻线槽上；陷波电路和低通滤波电路选用低功耗运算放大器，驱动电路选用运算放大器。

7、进一步的，磁场传感器有三个，分别为南北向、东西向和垂直向，电极有三个，分别为南北向、东西向和垂直向。

8、进一步的，电磁接收机包括数据采集控制电路、嵌入式计算机、gps及时钟模块、自检自标定模块和为电磁接收机供电的电源电路，数据采集控制电路与数据缓存电路和若干路测量通道电连接，各路测量通道分别与磁场传感器和电极电连接，数据采集控制电路通过通讯接口与嵌入式计算机通信，嵌入式计算机包括网口和存储单元。

9、进一步的，电源电路的输入为直流12v、直流24v或交流220v，输出为+5v、+3.3v、±12v。

10、本发明的有益效果是：

11、本发明所公开用于极低频电磁扰动观测的设备，工作频带在0.001hz—20hz，既满足了宽频带的观测范围，又有效克服了与地磁脉动无关的工频干扰、电气设备噪声等其他高频干扰因素，实现全频段的高质量数据采集。同时还具备了自检自标定功能、远程数据采集和远程控制功能，能够方便判别观测系统是否正常，保证日常观测能够获得有效的观测数据。

12、本发明所公开用于极低频电磁扰动观测的设备，整体采用感应式磁场传感器50hz时衰减80db和电磁接收机30hz时衰减100db的组合抗干扰设计方法，有效克服了与地磁脉动无关的工频干扰、电气设备噪声等其他高频干扰因素。采用具有30hz低通滤波和50hz陷波功能的工作频带为0.001hz—20hz感应式磁场传感器，实现宽频段、高质量的磁场数据采集。电磁接收机在集成了数据采集、处理、存储、管理功能的基础上，通过采用自检自标定技术实现了方便判别观测系统是否正常的功能，保证日常观测数据的有效性。软件通过web浏览器访问和控制电磁接收机，可通过局域网或因特网进行远程操作，具备远程数据采集能力和远程控制功能。

13、与《一种地震预测装置及方法》（cn109031400a）相比，本发明在满足0.001hz—20hz宽频带采集的同时，采用感应式磁场传感器50hz时衰减80db和电磁接收机30hz时衰减100db的组合抗干扰设计方法，有效克服了与地磁脉动无关的工频干扰、电气设备噪声等其他高频干扰因素。与《一种支持可变通道的电磁扰动接收机》（cn 209486189 u）相比，本发明在实现多通道数据采集的基础上，通过采用自检自标定技术实现了方便判别观测系统是否正常的功能，保证日常观测数据的有效性。与《一种地震电磁扰动观测仪主机》（cn205749925u）相比，本发明在具有授时和定位功能的同时，软件通过web浏览器访问和控制电磁接收机，可通过局域网或因特网进行远程操作，具备远程数据采集能力和远程控制功能。与《一种地震电磁扰动观测仪主机》（cn205749925u）相比，本发明在通过电磁接收机电路对电极和磁场传感器采集信号进行处理的同时，增加了软件滤波，使电磁接收机30hz时衰减100db，并结合具有30hz低通滤波和50hz陷波功能的感应式磁场传感器，有效的从数据采集源头排除与极低频电磁扰动观测监测无关的干扰因素。