高劍森 王帆 毛仕春

摘 要：器件型磁電容效應(yīng)具有多種優(yōu)勢(shì)，如信噪比高、反應(yīng)強(qiáng)烈等，其必將廣泛應(yīng)用于各種電學(xué)數(shù)據(jù)測(cè)量中，具有很好的發(fā)展前景。因此，本文分析了器件型磁電容效應(yīng)及其應(yīng)用，并結(jié)合實(shí)際情況，給出合理的操作建議。

關(guān)鍵詞：器件型;磁電容效應(yīng);電學(xué)數(shù)據(jù)測(cè)量

中圖分類(lèi)號(hào)：O482.5文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-5168（2020）23-0051-02

Abstract： The device type magnetocapacitance effect has many advantages， such as high signal-to-noise ratio and strong response， which will be widely used in various electrical data measurement and has a good development prospect. Therefore， this paper analyzed the device-type magnetocapacitance effect and its application， and combined the actual situation to give reasonable operating suggestions.

Keywords： device type;magnetocapacitance effect;electrical data measurement

近年來(lái)，器件型磁電容效應(yīng)在制造磁電傳感器和測(cè)定空間磁場(chǎng)分布情況方面展現(xiàn)出廣泛的運(yùn)用前景[1-2]，由此吸引了越來(lái)越多的研究人員開(kāi)展器件型磁電容效應(yīng)的研究工作。

1 器件型磁電容效應(yīng)及其特征

1.1 器件型磁電容效應(yīng)

器件型磁電容效應(yīng)指的是外界磁場(chǎng)變化對(duì)線圈分布電容造成影響的現(xiàn)象。外界磁場(chǎng)造成的分布電容變化呈現(xiàn)規(guī)律性，這就決定了器件型磁電容效應(yīng)可以在諸多方面得以應(yīng)用，值得研究。

1.2 器件型磁電容效應(yīng)的特征

器件型磁電容效應(yīng)主要具有三大特點(diǎn)[3]。一是信噪比高，即輸入信號(hào)數(shù)量和噪聲產(chǎn)生數(shù)量比值較高，所以器件型磁電容效應(yīng)可以應(yīng)用于電學(xué)參量測(cè)量中，利用磁電容效應(yīng)制成的電容型磁電傳感器可以很好地測(cè)量各種電路的電學(xué)參量數(shù)值，抗干擾效果好，其適用于電學(xué)參量測(cè)量。二是效應(yīng)強(qiáng)烈，器件型磁電容效應(yīng)能夠有效地進(jìn)行信號(hào)的輸入和處理，通過(guò)改變電容數(shù)據(jù)得出高頻信號(hào)測(cè)量數(shù)據(jù)，測(cè)量高效且精確。三是器件型磁電容能夠隨磁場(chǎng)變化而變化。當(dāng)外界磁場(chǎng)發(fā)生變化時(shí)，器件型磁電容會(huì)隨之發(fā)生變化，因此人們利用這一特征可以實(shí)現(xiàn)對(duì)磁場(chǎng)強(qiáng)度、礦藏分布、物質(zhì)速度的測(cè)量。

2 器件型磁電容效應(yīng)的應(yīng)用策略

2.1 制造磁電傳感器

磁電傳感器有時(shí)被稱(chēng)為電動(dòng)式或感應(yīng)式傳感器，其適用于動(dòng)態(tài)測(cè)量，可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)調(diào)制、自動(dòng)控制、信號(hào)轉(zhuǎn)換，在人們的生活中發(fā)揮重要作用。器件型磁電容效應(yīng)是磁電傳感器的基本設(shè)計(jì)原理，對(duì)磁電傳感器作用的發(fā)揮有重要意義。所以，研究人員要正確認(rèn)識(shí)器件型磁電容效應(yīng)對(duì)磁電傳感器的重要意義，進(jìn)一步發(fā)揮器件型磁電容效應(yīng)的作用。器件型磁電容效應(yīng)可以用于制造電容型磁電傳感器，這是一種無(wú)源傳感器，不需要輸入任何外接電源，即可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)量。當(dāng)前，研究人員應(yīng)該科學(xué)裝配其兩個(gè)基本元件，以精準(zhǔn)測(cè)量電學(xué)參量。首先，要設(shè)置能夠產(chǎn)生恒定磁場(chǎng)的系統(tǒng)，可以采用永久性磁鐵作為磁源，以減少電容型磁電傳感器的體積。其次，要垂直放置傳感器內(nèi)置線圈，以便精確測(cè)量其產(chǎn)生的電容分布;傳感器內(nèi)置線圈與永久磁鐵存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，可以利用電力驅(qū)動(dòng)原理使線圈循環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)，以便制作磁電傳感器。

2.2 開(kāi)展高頻信號(hào)測(cè)量

器件型磁電容效應(yīng)可以用于高頻信號(hào)測(cè)量，但是測(cè)量可能存在不到位的情況。因此，人們要合理利用高頻信號(hào)產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)線圈電容分布的影響，借助頻率測(cè)量?jī)x和幅度測(cè)量?jī)x，準(zhǔn)確測(cè)量高頻信號(hào)，促進(jìn)器件型磁電容效應(yīng)的廣泛應(yīng)用，提高高頻信號(hào)測(cè)量效果。首先，要對(duì)高頻信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，利用DDS合成基準(zhǔn)高頻信號(hào)，再與測(cè)量的高頻信號(hào)進(jìn)行混頻處理。之后，通過(guò)低通濾波器進(jìn)行混合信號(hào)處理，將得到的低頻信號(hào)引入相應(yīng)線圈組成的電容器中。低頻信號(hào)產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)電容分布影響的持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，所以人們能夠比較清楚地測(cè)得電容分布變化，推算出所測(cè)低頻信號(hào)的數(shù)值。由于推算的低頻信號(hào)只是最終測(cè)量的高頻信號(hào)與DDS產(chǎn)生的基準(zhǔn)信號(hào)相減后的數(shù)值，所以測(cè)量數(shù)值與DDS產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)低頻信號(hào)數(shù)值需要進(jìn)行相加處理，以實(shí)現(xiàn)降頻測(cè)量的目的。這樣充分發(fā)揮了器件型磁電容效應(yīng)的優(yōu)勢(shì)，在測(cè)量低頻信號(hào)數(shù)值時(shí)，產(chǎn)生的噪聲值幾乎可以忽略不計(jì)，對(duì)結(jié)果的測(cè)量精度沒(méi)有產(chǎn)生明顯影響。

2.3 實(shí)施磁場(chǎng)強(qiáng)度測(cè)量

磁場(chǎng)強(qiáng)度分布具有不均勻性，如果采用傳統(tǒng)測(cè)量方法，磁場(chǎng)強(qiáng)度測(cè)量精確難以保證。器件型磁電容效應(yīng)可以用于磁場(chǎng)強(qiáng)度測(cè)量，根據(jù)被測(cè)磁場(chǎng)對(duì)線圈電容分布的影響，可以精確地測(cè)量磁場(chǎng)強(qiáng)度，特別是分布不均的磁場(chǎng)。當(dāng)前，人們要加大技術(shù)研發(fā)力度，有效利用器件型磁電容效應(yīng)進(jìn)行磁場(chǎng)強(qiáng)度測(cè)量，并對(duì)磁場(chǎng)進(jìn)行特殊處理，減少其干擾性，保證磁場(chǎng)強(qiáng)度測(cè)量準(zhǔn)確。

2.4 開(kāi)展物質(zhì)速度測(cè)量

物質(zhì)速度測(cè)量通常采取激光測(cè)量的方法，其資源消耗比較大，操作較為復(fù)雜。器件型磁電容效應(yīng)可以用于物質(zhì)速度測(cè)量，它可以記錄電容數(shù)據(jù)變化規(guī)律，推算物質(zhì)運(yùn)動(dòng)速度，測(cè)量結(jié)果精準(zhǔn)。其間對(duì)運(yùn)動(dòng)速度較快的物體切割磁感線產(chǎn)生的電流進(jìn)行延續(xù)處理，利用外界磁場(chǎng)與對(duì)應(yīng)電流相互作用的方法，有效延長(zhǎng)磁場(chǎng)的存在時(shí)間，為物質(zhì)速度測(cè)量提供時(shí)間保障，有效提高物質(zhì)速度測(cè)量的準(zhǔn)確性。

2.5 實(shí)施礦藏分布測(cè)量

礦藏開(kāi)采對(duì)于我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有著重要作用。如果開(kāi)采人員能夠在最短的時(shí)間內(nèi)使用最少的人力和物力探測(cè)出最多的礦藏，就可以為社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展提供保障。就礦藏開(kāi)采來(lái)講，最難的一個(gè)環(huán)節(jié)是礦藏分布勘測(cè)，一旦這一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題，就會(huì)直接影響礦藏的后期開(kāi)采效率。所以，在礦藏開(kāi)采過(guò)程中，開(kāi)采人員要運(yùn)用先進(jìn)的勘測(cè)技術(shù)，保證勘測(cè)質(zhì)量。由于地下礦藏分布不同會(huì)導(dǎo)致地表磁場(chǎng)分布不同，所以勘測(cè)人員可以使用器件型磁電容傳感器探測(cè)地下礦藏分布。以皖南礦藏分布為例進(jìn)行分析，該區(qū)域在重磁異常的基礎(chǔ)上疊加了幅值、形態(tài)、走向各異的子異常區(qū)，調(diào)查發(fā)現(xiàn)，石臺(tái)地區(qū)附近是重磁低異常區(qū)，祁山地區(qū)附近為重力高異常區(qū)，皖浙贛邊界具有重磁低異常的特點(diǎn)。在后期的挖掘中，研究人員發(fā)現(xiàn)，石臺(tái)地區(qū)富含Au、Cu、Pb等礦藏，祁山地區(qū)附近具有Au、As、Sb等礦藏，皖浙贛邊界地區(qū)具有Ag、Au、As、Sb等礦藏。由此可以看出，重磁異常的區(qū)域一般含有礦藏，所以開(kāi)采人員可以使用以器件型電容效應(yīng)為基礎(chǔ)的磁電容傳感器進(jìn)行磁場(chǎng)測(cè)量，而后根據(jù)測(cè)量情況制定開(kāi)采計(jì)劃。

3 結(jié)論

器件型磁電容效應(yīng)是磁電容傳感器的主要設(shè)計(jì)原理，具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。當(dāng)前，人們要采取科學(xué)措施，有效地將器件型磁電容效應(yīng)應(yīng)用于電學(xué)參量、高頻信號(hào)、磁場(chǎng)強(qiáng)度、物質(zhì)速度和礦藏分布等測(cè)量工作，以實(shí)現(xiàn)器件型磁電容效應(yīng)的高效應(yīng)用。

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[3]高劍森.器件型磁電容效應(yīng)及其應(yīng)用[J].中國(guó)科技信息，2011（22）：94.