一种新型三分量井中磁力仪

2014-12-11张林陆春昌

地质装备 2014年5期

张林，陆春昌

（1.重庆地质仪器厂 400033；2.重庆工程职业技术学院 400037）

随着我国现代化建设高速发展，国家对矿产资源的需求越来越大。近年来，国家加大了对矿产资源的勘查与开发，与之相配套的物探仪器也得到了飞速发展，特别是电子技术的运用，使我们的物探仪器向集成化，数字化，智能化方向发展。

三分量井中磁力仪是钻孔物探中以单孔就可以实现方位测量的一种有效方法，通过测井能取得地面磁法无法探测到的信息资料，能解决更为复杂的深部地质问题。它能解决普查勘探磁铁矿或含磁性物的多金属矿床，发现井旁盲磁性矿，预报井底盲矿，确定矿体形状、产状、规模以及指导钻井等。在现有的井中磁力仪是将磁敏元器件安装在活动框架上，当磁力仪倾斜后，在重力作用下，靠机械系统来保持测量系统的坐标系，这种磁力仪结构复杂，加工成本高、可靠性低，而且只能进行井下定位点测。由于靠机械系统来测量，各支点间会存在摩擦力。摩擦力是固然存在的，没办法进行消除，直接影响到测量精度，导致测量精度不高，而且每次测量前需要进行校核、标定。这对工程人员来说非常麻烦，进而影响劳动生产率。

由重庆地质仪器厂自主研发和设计的新一代三分量井中磁力仪，采用了全新的思路，完全舍弃了机械定位系统，将传感器集成在一块线路板上，依靠软件来调节传感器的自由度，进行自动误差补偿，最后通过坐标变换将测量值转换到大地坐标系上。从而极大地提高了仪器的可靠性和精度，同时也实现了数据的连续测量，自动保存，然后通过地面仪器可以直接进行读数。

井中磁力仪传感器采用正交三轴磁通门传感器。利用在交变磁场饱和激励下，磁芯由于被测磁场的作用而使感应输出电压发生“非对称性”变化来测量弱磁场。传感器由探头磁芯、激励线图、感应线圈、激励驱动、交流放大、检波、反馈补偿及积分输出电路等组成，其工作原理见图1。在高温无磁不锈钢长环型骨架探头磁芯两臂上分别绕制坡莫合金带若干圈，并把它们串在一起形成激励线圈，激励方波由自激多谐振荡器提供，电流为脉冲波。这种方法能在大大减小功耗的同时降低巴克豪生效应引起的磁噪声，提高传感器的分辨率。感应线圈则是绕制在长环型骨架上，把激励线圈包在内部。即相当在感应线圈内部放置绕有激励线圈的铁芯，铁芯在脉冲电流的激励下不断在正负方向上饱和。外磁场为零时，感应线圈输出的平均电压为零，当外磁场不为零时，感应线圈的输出电压经检波后与外磁场成正比，从而实现了从磁场到电信号的转换。虽然坡莫合金矫顽力小但不可避免的存在磁滞现象，而且具有一定的非线性，通过对磁通门传感器采用过饱和激励（激励电流大于坡莫合金矫顽力100倍）可消除磁滞现象对零偏的影响。采用深度负反馈补偿技术及D／A数字反馈新技术可消除非线性影响，并最大限度提高传感器的灵敏度。

图1 传感器工作原理如图

在一个绝缘无磁性的立方体（图2）上垂直加工三个孔分别安装三个方向上的磁通门探头。立方体的六个面必须互相垂直，同时在立方体相应的位置加工出埋线槽，所有走线都埋在埋线槽内，以防止探头引线因碰撞损坏而断开，提高传感器的可靠性，同时在立方体上加工线路方孔，可将电路板放入方孔内用环氧粘牢并与探头架形成整体。为了方便安装，立方体上也需加工相应的安装孔。把做好的正交三轴磁通门探头安装在特制的支架上（图3）。传感器标定调试时，以此支架为基准。同时安装传感器时同样也以此支架为基准，这样就可保证探管准确无误，不用重新标定调试了。

通过精密的结构设计和加工来保证磁通门探头的三轴正交度的同时，还可使用软件来进行动态校正。

探头外管和接头全部采用无磁铜合金，在加工外管和接头前都需要进行无磁测量，以防止磁对传感器的干扰。探头能承受20MnPa水压，能满足各种测井的需求。