器件型磁電容效應

高劍森 王帆 毛仕春

摘 要：器件型磁電容效應具有多種優勢，如信噪比高、反應強烈等，其必將廣泛應用于各種電學數據測量中，具有很好的發展前景。因此，本文分析了器件型磁電容效應及其應用，并結合實際情況，給出合理的操作建議。

關鍵詞：器件型;磁電容效應;電學數據測量

中圖分類號：O482.5文獻標識碼：A文章編號：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，器件型磁電容效應在制造磁電傳感器和測定空間磁場分布情況方面展現出廣泛的運用前景[1-2]，由此吸引了越來越多的研究人員開展器件型磁電容效應的研究工作。

1 器件型磁電容效應及其特征

1.1 器件型磁電容效應

器件型磁電容效應指的是外界磁場變化對線圈分布電容造成影響的現象。外界磁場造成的分布電容變化呈現規律性，這就決定了器件型磁電容效應可以在諸多方面得以應用，值得研究。

1.2 器件型磁電容效應的特征

器件型磁電容效應主要具有三大特點[3]。一是信噪比高，即輸入信號數量和噪聲產生數量比值較高，所以器件型磁電容效應可以應用于電學參量測量中，利用磁電容效應制成的電容型磁電傳感器可以很好地測量各種電路的電學參量數值，抗干擾效果好，其適用于電學參量測量。二是效應強烈，器件型磁電容效應能夠有效地進行信號的輸入和處理，通過改變電容數據得出高頻信號測量數據，測量高效且精確。三是器件型磁電容能夠隨磁場變化而變化。當外界磁場發生變化時，器件型磁電容會隨之發生變化，因此人們利用這一特征可以實現對磁場強度、礦藏分布、物質速度的測量。

2 器件型磁電容效應的應用策略

2.1 制造磁電傳感器

磁電傳感器有時被稱為電動式或感應式傳感器，其適用于動態測量，可以實現信號調制、自動控制、信號轉換，在人們的生活中發揮重要作用。器件型磁電容效應是磁電傳感器的基本設計原理，對磁電傳感器作用的發揮有重要意義。所以，研究人員要正確認識器件型磁電容效應對磁電傳感器的重要意義，進一步發揮器件型磁電容效應的作用。器件型磁電容效應可以用于制造電容型磁電傳感器，這是一種無源傳感器，不需要輸入任何外接電源，即可實現自動測量。當前，研究人員應該科學裝配其兩個基本元件，以精準測量電學參量。首先，要設置能夠產生恒定磁場的系統，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置線圈，以便精確測量其產生的電容分布;傳感器內置線圈與永久磁鐵存在相對運動，可以利用電力驅動原理使線圈循環轉動，以便制作磁電傳感器。

2.2 開展高頻信號測量

器件型磁電容效應可以用于高頻信號測量，但是測量可能存在不到位的情況。因此，人們要合理利用高頻信號產生的磁場對線圈電容分布的影響，借助頻率測量儀和幅度測量儀，準確測量高頻信號，促進器件型磁電容效應的廣泛應用，提高高頻信號測量效果。首先，要對高頻信號進行預處理，利用DDS合成基準高頻信號，再與測量的高頻信號進行混頻處理。之后，通過低通濾波器進行混合信號處理，將得到的低頻信號引入相應線圈組成的電容器中。低頻信號產生的磁場對電容分布影響的持續時間較長，所以人們能夠比較清楚地測得電容分布變化，推算出所測低頻信號的數值。由于推算的低頻信號只是最終測量的高頻信號與DDS產生的基準信號相減后的數值，所以測量數值與DDS產生的標準低頻信號數值需要進行相加處理，以實現降頻測量的目的。這樣充分發揮了器件型磁電容效應的優勢，在測量低頻信號數值時，產生的噪聲值幾乎可以忽略不計，對結果的測量精度沒有產生明顯影響。

2.3 實施磁場強度測量

磁場強度分布具有不均勻性，如果采用傳統測量方法，磁場強度測量精確難以保證。器件型磁電容效應可以用于磁場強度測量，根據被測磁場對線圈電容分布的影響，可以精確地測量磁場強度，特別是分布不均的磁場。當前，人們要加大技術研發力度，有效利用器件型磁電容效應進行磁場強度測量，并對磁場進行特殊處理，減少其干擾性，保證磁場強度測量準確。

2.4 開展物質速度測量

物質速度測量通常采取激光測量的方法，其資源消耗比較大，操作較為復雜。器件型磁電容效應可以用于物質速度測量，它可以記錄電容數據變化規律，推算物質運動速度，測量結果精準。其間對運動速度較快的物體切割磁感線產生的電流進行延續處理，利用外界磁場與對應電流相互作用的方法，有效延長磁場的存在時間，為物質速度測量提供時間保障，有效提高物質速度測量的準確性。

2.5 實施礦藏分布測量

礦藏開采對于我國社會經濟的發展有著重要作用。如果開采人員能夠在最短的時間內使用最少的人力和物力探測出最多的礦藏，就可以為社會經濟的發展提供保障。就礦藏開采來講，最難的一個環節是礦藏分布勘測，一旦這一環節出現問題，就會直接影響礦藏的后期開采效率。所以，在礦藏開采過程中，開采人員要運用先進的勘測技術，保證勘測質量。由于地下礦藏分布不同會導致地表磁場分布不同，所以勘測人員可以使用器件型磁電容傳感器探測地下礦藏分布。以皖南礦藏分布為例進行分析，該區域在重磁異常的基礎上疊加了幅值、形態、走向各異的子異常區，調查發現，石臺地區附近是重磁低異常區，祁山地區附近為重力高異常區，皖浙贛邊界具有重磁低異常的特點。在后期的挖掘中，研究人員發現，石臺地區富含Au、Cu、Pb等礦藏，祁山地區附近具有Au、As、Sb等礦藏，皖浙贛邊界地區具有Ag、Au、As、Sb等礦藏。由此可以看出，重磁異常的區域一般含有礦藏，所以開采人員可以使用以器件型電容效應為基礎的磁電容傳感器進行磁場測量，而后根據測量情況制定開采計劃。

3 結論

器件型磁電容效應是磁電容傳感器的主要設計原理，具有廣泛的應用價值。當前，人們要采取科學措施，有效地將器件型磁電容效應應用于電學參量、高頻信號、磁場強度、物質速度和礦藏分布等測量工作，以實現器件型磁電容效應的高效應用。

參考文獻：

[1]聶鑫.鋯鈦酸鋇鈣鐵電陶瓷的相變特性和電卡效應研究[D].北京：中國科學院大學，2018.

[2]何文強.磁電復合振子磁電容影響因素研究[D].南京：南京師范大學，2018.

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