器件型磁电容效应

高剑森 王帆 毛仕春

摘 要：器件型磁电容效应具有多种优势，如信噪比高、反应强烈等，其必将广泛应用于各种电学数据测量中，具有很好的发展前景。因此，本文分析了器件型磁电容效应及其应用，并结合实际情况，给出合理的操作建议。

关键词：器件型;磁电容效应;电学数据测量

中图分类号：O482.5文献标识码：A文章编号：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

近年来，器件型磁电容效应在制造磁电传感器和测定空间磁场分布情况方面展现出广泛的运用前景[1-2]，由此吸引了越来越多的研究人员开展器件型磁电容效应的研究工作。

1 器件型磁电容效应及其特征

1.1 器件型磁电容效应

器件型磁电容效应指的是外界磁场变化对线圈分布电容造成影响的现象。外界磁场造成的分布电容变化呈现规律性，这就决定了器件型磁电容效应可以在诸多方面得以应用，值得研究。

1.2 器件型磁电容效应的特征

器件型磁電容效应主要具有三大特点[3]。一是信噪比高，即输入信号数量和噪声产生数量比值较高，所以器件型磁电容效应可以应用于电学参量测量中，利用磁电容效应制成的电容型磁电传感器可以很好地测量各种电路的电学参量数值，抗干扰效果好，其适用于电学参量测量。二是效应强烈，器件型磁电容效应能够有效地进行信号的输入和处理，通过改变电容数据得出高频信号测量数据，测量高效且精确。三是器件型磁电容能够随磁场变化而变化。当外界磁场发生变化时，器件型磁电容会随之发生变化，因此人们利用这一特征可以实现对磁场强度、矿藏分布、物质速度的测量。

2 器件型磁电容效应的应用策略

2.1 制造磁电传感器

磁电传感器有时被称为电动式或感应式传感器，其适用于动态测量，可以实现信号调制、自动控制、信号转换，在人们的生活中发挥重要作用。器件型磁电容效应是磁电传感器的基本设计原理，对磁电传感器作用的发挥有重要意义。所以，研究人员要正确认识器件型磁电容效应对磁电传感器的重要意义，进一步发挥器件型磁电容效应的作用。器件型磁电容效应可以用于制造电容型磁电传感器，这是一种无源传感器，不需要输入任何外接电源，即可实现自动测量。当前，研究人员应该科学装配其两个基本元件，以精准测量电学参量。首先，要设置能够产生恒定磁场的系统，可以采用永久性磁铁作为磁源，以减少电容型磁电传感器的体积。其次，要垂直放置传感器内置线圈，以便精确测量其产生的电容分布;传感器内置线圈与永久磁铁存在相对运动，可以利用电力驱动原理使线圈循环转动，以便制作磁电传感器。

2.2 开展高频信号测量

器件型磁电容效应可以用于高频信号测量，但是测量可能存在不到位的情况。因此，人们要合理利用高频信号产生的磁场对线圈电容分布的影响，借助频率测量仪和幅度测量仪，准确测量高频信号，促进器件型磁电容效应的广泛应用，提高高频信号测量效果。首先，要对高频信号进行预处理，利用DDS合成基准高频信号，再与测量的高频信号进行混频处理。之后，通过低通滤波器进行混合信号处理，将得到的低频信号引入相应线圈组成的电容器中。低频信号产生的磁场对电容分布影响的持续时间较长，所以人们能够比较清楚地测得电容分布变化，推算出所测低频信号的数值。由于推算的低频信号只是最终测量的高频信号与DDS产生的基准信号相减后的数值，所以测量数值与DDS产生的标准低频信号数值需要进行相加处理，以实现降频测量的目的。这样充分发挥了器件型磁电容效应的优势，在测量低频信号数值时，产生的噪声值几乎可以忽略不计，对结果的测量精度没有产生明显影响。

2.3 实施磁场强度测量

磁场强度分布具有不均匀性，如果采用传统测量方法，磁场强度测量精确难以保证。器件型磁电容效应可以用于磁场强度测量，根据被测磁场对线圈电容分布的影响，可以精确地测量磁场强度，特别是分布不均的磁场。当前，人们要加大技术研发力度，有效利用器件型磁电容效应进行磁场强度测量，并对磁场进行特殊处理，减少其干扰性，保证磁场强度测量准确。

2.4 开展物质速度测量

物质速度测量通常采取激光测量的方法，其资源消耗比较大，操作较为复杂。器件型磁电容效应可以用于物质速度测量，它可以记录电容数据变化规律，推算物质运动速度，测量结果精准。其间对运动速度较快的物体切割磁感线产生的电流进行延续处理，利用外界磁场与对应电流相互作用的方法，有效延长磁场的存在时间，为物质速度测量提供时间保障，有效提高物质速度测量的准确性。

2.5 实施矿藏分布测量

矿藏开采对于我国社会经济的发展有着重要作用。如果开采人员能够在最短的时间内使用最少的人力和物力探测出最多的矿藏，就可以为社会经济的发展提供保障。就矿藏开采来讲，最难的一个环节是矿藏分布勘测，一旦这一环节出现问题，就会直接影响矿藏的后期开采效率。所以，在矿藏开采过程中，开采人员要运用先进的勘测技术，保证勘测质量。由于地下矿藏分布不同会导致地表磁场分布不同，所以勘测人员可以使用器件型磁电容传感器探测地下矿藏分布。以皖南矿藏分布为例进行分析，该区域在重磁异常的基础上叠加了幅值、形态、走向各异的子异常区，调查发现，石台地区附近是重磁低异常区，祁山地区附近为重力高异常区，皖浙赣边界具有重磁低异常的特点。在后期的挖掘中，研究人员发现，石台地区富含Au、Cu、Pb等矿藏，祁山地区附近具有Au、As、Sb等矿藏，皖浙赣边界地区具有Ag、Au、As、Sb等矿藏。由此可以看出，重磁异常的区域一般含有矿藏，所以开采人员可以使用以器件型电容效应为基础的磁电容传感器进行磁场测量，而后根据测量情况制定开采计划。

3 结论

器件型磁电容效应是磁电容传感器的主要设计原理，具有广泛的应用价值。当前，人们要采取科学措施，有效地将器件型磁电容效应应用于电学参量、高频信号、磁场强度、物质速度和矿藏分布等测量工作，以实现器件型磁电容效应的高效应用。

参考文献：

[1]聂鑫.锆钛酸钡钙铁电陶瓷的相变特性和电卡效应研究[D].北京：中国科学院大学，2018.

[2]何文强.磁电复合振子磁电容影响因素研究[D].南京：南京师范大学，2018.

[3]高剑森.器件型磁电容效应及其应用[J].中国科技信息，2011（22）：94.