一種用于接收地球天然脈沖電磁場信號的監(jiān)測儀器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種用于接收地球天然脈沖電磁場信號的監(jiān)測儀器，屬于地球探測與信息技術(shù)領(lǐng)域，可應(yīng)用于地震前兆研宄與地震預(yù)測領(lǐng)域、油氣勘探研宄和滑坡電磁預(yù)警領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]地球天然脈沖電磁場(Earth’snatural pulse electromagnetic field，簡稱為ENPEMF)是指在地表能夠接收到的由天然場源所產(chǎn)生的電磁場信號。地球表面千姿百態(tài)和地球內(nèi)部各種巖石錯綜分布，各種斷層、裂隙、褶皺的存在、地球內(nèi)部壓力、溫度的差異，以及各種地下介質(zhì)的導(dǎo)電性、介電常數(shù)、導(dǎo)磁率和電化學(xué)性質(zhì)千差萬別，使得地電磁場的發(fā)生、發(fā)展及分布均十分復(fù)雜。信號的場源既可反映地表上空中的各種電磁學(xué)現(xiàn)象，更能反映來自地殼內(nèi)的“地下雷暴”。
[0003]地球天然場源的頻率分布甚廣，低于IHz的超低頻段，IHz至IKHz的極低頻段以及IKHz至10KHz的甚低頻段(VLF)均有分布。雖然地球天然電磁場的頻譜相當(dāng)廣泛，但其能量分布主要在IHz至數(shù)kHz范圍內(nèi)。ENPEMF產(chǎn)生的脈沖不僅來源于大氣中，而且更多的來源于地殼構(gòu)造-電能轉(zhuǎn)換之間的過程。地震孕震區(qū)構(gòu)造斷裂帶活動，類似巖樣產(chǎn)生剪切破裂和摩擦滑動，在斷裂縫周圍放置各類頻率的天線，采用自動快速連續(xù)觀測系統(tǒng)，能記錄下大量的從幾百赫茲?幾十千赫茲的電磁信號。所以地震前的斷層活動是地球天然電磁脈沖電磁場的場源之一。
[0004]現(xiàn)有的天然脈沖電磁場信號的監(jiān)測儀器為了保證數(shù)據(jù)精度，電路極其復(fù)雜，導(dǎo)致體積龐大、處理復(fù)雜、信號處理的容錯率差，并且供電要求高，不方便野外作業(yè)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型提供了一種用于接收地球天然脈沖電磁場信號的監(jiān)測儀器，利用傳感器采集地表天然電磁場脈沖信號，然后通過集成芯片及外圍電路將信號送到前端調(diào)理單元進行放大、濾波、線性化補償、隔離、保護、AD轉(zhuǎn)換等進行預(yù)處理，然后在控制單元的設(shè)定下進行程控放大，以滿足數(shù)據(jù)分析的要求，整個監(jiān)測儀器電路簡單、體積小、信號處理穩(wěn)定、效率高，并且僅需直流電供電，方便野外作業(yè)。
[0006]本實用新型為解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:提供了一種用于接收地球天然脈沖電磁場信號的監(jiān)測儀器，包括用于采集地球表面天然脈沖電磁場信號的傳感器、控制單元以及用于供電的電源單元，所述控制單元采用MSP430F169IPM芯片，所述傳感器的輸出端通過用于對傳感器采集的信號進行二級調(diào)理的前端調(diào)理單元連接于用于進行信號放大的程控放大單元，所述程控放大單元與控制單元雙向連接，所述控制單元與3G通信模塊和PC連接。
[0007]所述傳感器為地球天然脈沖電磁場甚低頻接收傳感器，包括線圈、磁芯以及外屏蔽套管，磁芯呈圓柱狀，其直徑為8?10mm，長度為160?180mm，磁芯采用錳鋅鐵氧體材料制成；所述的線圈用于接收地表天然脈沖電磁場并轉(zhuǎn)換成電信號，線圈沿同一方向均勻、緊密的纏繞在磁芯上，纏繞有1900?2100匝；所述的外屏蔽套管為圓筒狀的接地的銅管，夕卜屏蔽套管套在磁芯和線圈上，其內(nèi)徑為9?11mm，其長度比磁芯長度大8?12mm，線圈的兩端由外屏蔽套管上的同一端開口處伸出，磁芯與外屏蔽套管之間的縫隙處填充有固體膠，所述固體膠將磁芯和線圈固定在外屏蔽套管內(nèi)；所述的外屏蔽套管的底部沿軸向開有一條長度與磁芯長度相同的開口 ；所述的線圈為直徑0.1mm的漆包線。
[0008]所述前端調(diào)理單元采用儀表放大器INA128芯片和雙運算放大器OPA2227芯片的第一通道構(gòu)成的二級調(diào)理電路，其中第一級調(diào)理放大電路采用儀表放大器INA128芯片，其I腳通過510 Ω的電阻0P_R1與8腳連接，其6腳通過串聯(lián)的0.WF的電容OP_C9和1k Ω的電阻OP_R2接地；第二級調(diào)理電路采用雙運算放大器OPA2227芯片的第一通道，其I腳通過910 Ω的電阻OP_R3與2腳連接，其2腳通過100 Ω的電阻0P_R4接地，其3腳通過1kQ的電阻OP_R3接地；儀表放大器INA128芯片的2腳和3腳與傳感器的輸出端連接；所述程控放大單元采用雙運算放大器OPA2227芯片的第二通道、模擬開關(guān)Sn741vc2g53芯片、數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC7811芯片、電壓運算放大器OPA277，其中雙運算放大器OPA2227芯片第一通道的I腳連接數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC7811芯片的腳9 ;雙運算放大器OPA2227芯片第二通道的輸出端7腳與100 Ω電阻OP_R7的一端和1kD電阻OP_R6的一端連接，電阻OP_R7和電阻OP_R6的另一端再分別連接模擬開關(guān)sn741vc2g53芯片的6腳和7腳，作為放大倍數(shù)的可選控制端，同時雙運算放大器OPA2227芯片第二通道的輸出端7腳為程控放大單元的輸出端；數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC7811芯片的I腳、2腳和10腳分別與電壓運算放大器OPA277的2腳、3腳和6腳連接；電壓運算放大器OPA277的6腳通過100 Ω電阻OP_R5連接于雙運算放大器OPA2227芯片第二通道的6腳。
[0009]所述控制單元通過模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADS8361與程控放大單元連接，其中模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADS8361的6腳連接于MSP430F169IPM芯片的30腳；所述控制單元通過MSP430F169IPM芯片的任選的常規(guī)控制端口連接3G通信模塊。
[0010]所述控制單元通過串行收發(fā)器SP202EEN-LTR芯片與PC連接，其中，MSP430F169IPM芯片的32腳和33腳分別與SP202EEN-LTR芯片的10腳和9腳連接，再與PC連接。
[0011]本實用新型基于其技術(shù)方案所具有的有益效果在于:
[0012](I)本實用新型的傳感器可以采用地球天然脈沖電磁場甚低頻接收傳感器，可靠性高、精度高；
[0013](2)本實用新型的傳感器接收的信號經(jīng)過前端調(diào)理單元和程控放大單元，能夠進行放大、濾波、線性化補償、隔離、保護、AD轉(zhuǎn)換等預(yù)處理，然后在控制單元的設(shè)定下進行程控放大，以滿足數(shù)據(jù)分析的要求，穩(wěn)定性高、操作簡單；
[0014](3)本實用新型的控制單元采用MSP430F169IPM芯片，設(shè)有3G通信模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)通過網(wǎng)絡(luò)上傳數(shù)據(jù)；同時控制單元與PC連接，能夠?qū)⒉杉臄?shù)據(jù)傳輸至PC進行處理；
[0015](4)本實用新型的傳感器采用地球天然脈沖電磁場甚低頻接收傳感器，能將地球表面變換的天然磁場轉(zhuǎn)變?yōu)榫€性變化的電信號，并將電壓信號進行輸出；所設(shè)置的外屏蔽套管解決了人工場干擾的難題，同時又能有效的接收甚低頻頻段天然脈沖地磁信號；利用該傳感器采集甚低頻頻段天然脈沖地磁信號，再利用前端調(diào)理單元和程控放大單元對信號進行放大、濾波、線性化補償、隔離、保護、AD轉(zhuǎn)換等預(yù)處理，穩(wěn)定性高、精確度高，能夠滿足科學(xué)分析研宄的需要，對地球物理學(xué)勘探、地質(zhì)學(xué)分析和自然災(zāi)害的前兆研宄有積極的意義；
[0016](5)本實用新型的用于接收地球天然脈沖電磁場信號的監(jiān)測儀器電路簡單、體積小、信號處理穩(wěn)定、效率高，并且僅需直流電供電，適用于長期野外作業(yè)。
【附圖說明】
[0017]圖1是一種用于接收地球天然脈沖電磁場信號的監(jiān)測儀器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2是前端調(diào)理單元和程控放大單元電路連接示意圖。
[0019]圖3是控制單元電路連接示意圖。
[0020]圖4是控制單元與PC連接的電路連接示意圖。
[0021 ]圖5是模數(shù)轉(zhuǎn)換電路連接示意圖。
[0022]圖6是磁芯和線圈的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖7是地球天然脈沖電磁場甚低頻接收傳感器的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖8是外屏蔽套管的截面圖。
[0025]圖中:1-磁芯，2-線圈，3-外屏蔽套管。
【具體實施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。
[0027]參照圖1，本實用新型為解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:提供了一種用于接收地球天然脈沖電磁場信號的監(jiān)測儀器，包括用于采集地球表面天然脈沖電磁場信號的傳感器、控制單元以及用于供電的電源單元，所述傳感器的輸出端通過用于對傳感器采集的信號進行二級調(diào)理的前端調(diào)理單元連接于用于進行信號放大的程控放大單元，所述程控放大單元與控制單元雙向