一種新型三分量井中磁力儀

張林，陸春昌

（1.重慶地質(zhì)儀器廠 400033；2.重慶工程職業(yè)技術學院 400037）

隨著我國現(xiàn)代化建設高速發(fā)展，國家對礦產(chǎn)資源的需求越來越大。近年來，國家加大了對礦產(chǎn)資源的勘查與開發(fā)，與之相配套的物探儀器也得到了飛速發(fā)展，特別是電子技術的運用，使我們的物探儀器向集成化，數(shù)字化，智能化方向發(fā)展。

三分量井中磁力儀是鉆孔物探中以單孔就可以實現(xiàn)方位測量的一種有效方法，通過測井能取得地面磁法無法探測到的信息資料，能解決更為復雜的深部地質(zhì)問題。它能解決普查勘探磁鐵礦或含磁性物的多金屬礦床，發(fā)現(xiàn)井旁盲磁性礦，預報井底盲礦，確定礦體形狀、產(chǎn)狀、規(guī)模以及指導鉆井等。在現(xiàn)有的井中磁力儀是將磁敏元器件安裝在活動框架上，當磁力儀傾斜后，在重力作用下，靠機械系統(tǒng)來保持測量系統(tǒng)的坐標系，這種磁力儀結(jié)構(gòu)復雜，加工成本高、可靠性低，而且只能進行井下定位點測。由于靠機械系統(tǒng)來測量，各支點間會存在摩擦力。摩擦力是固然存在的，沒辦法進行消除，直接影響到測量精度，導致測量精度不高，而且每次測量前需要進行校核、標定。這對工程人員來說非常麻煩，進而影響勞動生產(chǎn)率。

由重慶地質(zhì)儀器廠自主研發(fā)和設計的新一代三分量井中磁力儀，采用了全新的思路，完全舍棄了機械定位系統(tǒng)，將傳感器集成在一塊線路板上，依靠軟件來調(diào)節(jié)傳感器的自由度，進行自動誤差補償，最后通過坐標變換將測量值轉(zhuǎn)換到大地坐標系上。從而極大地提高了儀器的可靠性和精度，同時也實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的連續(xù)測量，自動保存，然后通過地面儀器可以直接進行讀數(shù)。

井中磁力儀傳感器采用正交三軸磁通門傳感器。利用在交變磁場飽和激勵下，磁芯由于被測磁場的作用而使感應輸出電壓發(fā)生“非對稱性”變化來測量弱磁場。傳感器由探頭磁芯、激勵線圖、感應線圈、激勵驅(qū)動、交流放大、檢波、反饋補償及積分輸出電路等組成，其工作原理見圖1。在高溫無磁不銹鋼長環(huán)型骨架探頭磁芯兩臂上分別繞制坡莫合金帶若干圈，并把它們串在一起形成激勵線圈，激勵方波由自激多諧振蕩器提供，電流為脈沖波。這種方法能在大大減小功耗的同時降低巴克豪生效應引起的磁噪聲，提高傳感器的分辨率。感應線圈則是繞制在長環(huán)型骨架上，把激勵線圈包在內(nèi)部。即相當在感應線圈內(nèi)部放置繞有激勵線圈的鐵芯，鐵芯在脈沖電流的激勵下不斷在正負方向上飽和。外磁場為零時，感應線圈輸出的平均電壓為零，當外磁場不為零時，感應線圈的輸出電壓經(jīng)檢波后與外磁場成正比，從而實現(xiàn)了從磁場到電信號的轉(zhuǎn)換。雖然坡莫合金矯頑力小但不可避免的存在磁滯現(xiàn)象，而且具有一定的非線性，通過對磁通門傳感器采用過飽和激勵（激勵電流大于坡莫合金矯頑力100倍）可消除磁滯現(xiàn)象對零偏的影響。采用深度負反饋補償技術及D／A數(shù)字反饋新技術可消除非線性影響，并最大限度提高傳感器的靈敏度。

圖1 傳感器工作原理如圖

在一個絕緣無磁性的立方體（圖2）上垂直加工三個孔分別安裝三個方向上的磁通門探頭。立方體的六個面必須互相垂直，同時在立方體相應的位置加工出埋線槽，所有走線都埋在埋線槽內(nèi)，以防止探頭引線因碰撞損壞而斷開，提高傳感器的可靠性，同時在立方體上加工線路方孔，可將電路板放入方孔內(nèi)用環(huán)氧粘牢并與探頭架形成整體。為了方便安裝，立方體上也需加工相應的安裝孔。把做好的正交三軸磁通門探頭安裝在特制的支架上（圖3）。傳感器標定調(diào)試時，以此支架為基準。同時安裝傳感器時同樣也以此支架為基準，這樣就可保證探管準確無誤，不用重新標定調(diào)試了。

通過精密的結(jié)構(gòu)設計和加工來保證磁通門探頭的三軸正交度的同時，還可使用軟件來進行動態(tài)校正。

探頭外管和接頭全部采用無磁銅合金，在加工外管和接頭前都需要進行無磁測量，以防止磁對傳感器的干擾。探頭能承受20MnPa水壓，能滿足各種測井的需求。

圖2 磁通門立方體

圖3 傳感器支架外型圖

本儀器由井中探頭、地面采集儀、絞車（根據(jù)具體不同測井要求，有300、1000、2000m測井絞車）等組成，通過絞車控制器調(diào)節(jié)測井的速度與深度。