基于電/磁轉(zhuǎn)換的海洋電場檢測方法
發(fā)布時(shí)間：2020-12-19 05:06
傳統(tǒng)的直接電測量方法受1/f噪聲限制,在低頻處信號與噪聲發(fā)生混疊,難以實(shí)現(xiàn)高水平低噪聲測量。該文提出一種基于電/磁轉(zhuǎn)換的海洋電場低噪聲檢測方法,將電信號轉(zhuǎn)化為磁信號,通過微機(jī)械的方法將磁信號調(diào)制到高頻,有效避開低頻1/f噪聲影響。設(shè)計(jì)一種實(shí)現(xiàn)電/磁轉(zhuǎn)換功能的微機(jī)械結(jié)構(gòu),利用TMR電阻構(gòu)成惠斯通電橋測量磁信號,實(shí)現(xiàn)海洋電場的高水平低噪聲檢測。仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果在1 Hz處噪聲分別達(dá)到1.16 nV/（Hz）1/2和1.41 nV/（Hz）1/2,優(yōu)于傳統(tǒng)電測量方案的噪聲水平,驗(yàn)證該方法的有效性。
【文章來源】：中國測試. 2017年04期 北大核心
【文章頁數(shù)】：5 頁
【部分圖文】：
線圈生長實(shí)物圖
放大倍數(shù)A①通過萬用表直接測量輸入電阻，測得輸入電阻Ri=13Ω，與理論值基本一致；②采用電流源作為輸入信號，輸入電流Ii=3μA，同時(shí)測量輸出電壓為Uo=0.5mV，轉(zhuǎn)移電阻m=Uo/Ii=167Ω。參考式（3）得到電壓放大倍數(shù)A=12.8。2）輸出噪聲eNo對電/磁轉(zhuǎn)換微機(jī)械結(jié)構(gòu)的噪聲性能進(jìn)行測量并通過前文提到的噪聲模型進(jìn)行分析。為了盡量減小外界磁場的影響，在磁屏蔽室測量微機(jī)械結(jié)構(gòu)的輸出噪聲（實(shí)驗(yàn)溫度26℃，相對濕度45%RH）。在輸入端短接的情況下，測得電/磁轉(zhuǎn)換微機(jī)械結(jié)構(gòu)的輸出噪聲密度譜，如圖11所示。由圖中可以看出，在1kHz處，電/磁轉(zhuǎn)換微機(jī)械結(jié)構(gòu)的輸出噪聲電壓密度約為18nV/Hz姨。密度譜有些毛刺，是因?yàn)闇y試環(huán)境的屏蔽性能有限，不能完全屏蔽地磁場以及環(huán)境磁場噪聲，環(huán)境磁場噪聲會產(chǎn)生一定的輸出噪聲。調(diào)制結(jié)構(gòu)的諧振頻率約為1kHz，此時(shí)磁敏感單元的噪聲密度為eNo=18nV/姨Hz。因此可得到電/磁轉(zhuǎn)換微機(jī)械結(jié)構(gòu)總的等效輸入噪聲為eni=eNo/A≈1.41nV/姨Hz@1Hz。而普通前置放大電路在1Hz以下的噪聲電壓大于5nV/Hz姨，可見電/磁轉(zhuǎn)換微機(jī)械結(jié)構(gòu)能夠有效抑制噪聲。4結(jié)束語1）本文通過理論分析，驗(yàn)證了電/磁轉(zhuǎn)換方法的可行性，提供了一種微弱信號檢測的新方法。2）通過對電/磁轉(zhuǎn)換微機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，在1Hz處噪聲可以達(dá)到1.41nV/Hz姨，電路噪聲得到了有效抑制。3）通過對結(jié)構(gòu)尺寸以及材料的選擇，選用更高靈敏度的TMR，可以實(shí)現(xiàn)對該電/磁轉(zhuǎn)換微機(jī)械結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，為更低噪聲測量提供了可靠的手段。參考文獻(xiàn)[1]尹路，李炎斌，馬金鋼.海洋觀測技術(shù)現(xiàn)狀綜述[J].艦船電子工程，2013（233）：4-13.[2]樸化榮.電磁測深法原理[M].北京：地質(zhì)出版社，1990：1-42.[3]馮可，夏
馱肷?糯篤魃杓芠J].儀器儀表學(xué)報(bào)，2007，28（8）：316-319.[8]翟宏如.自旋電子學(xué)[M].北京：科學(xué)出版社，2013：82-86.[9]胡佳飛.基于GMR的高性能小型化磁傳感器理論與技術(shù)研究[D].長沙：國防科技大學(xué)，2014.[10]JIANGS.Electromagneticwavepropagationintofreshwater[J].JournalofElectromagneticAnalysisandApplic-ations，2011，3（7)：261-266.[11]高晉占.微弱信號檢測[M].北京：清華大學(xué)出版社，2004：40-60.[12]盧克溱.Ag/AgCl全固態(tài)海洋電場傳感器的研究[D].西安：西安電子科技大學(xué)，2011.（編輯：李妮）圖10線圈生長實(shí)物圖于洋等：基于電/磁轉(zhuǎn)換的海洋電場檢測方法圖11電/磁轉(zhuǎn)換微機(jī)械結(jié)構(gòu)的輸出噪聲密度譜101102103104頻率/Hz10-1010-910-810-710-6噪聲譜密度/（V·Hz-1/2）129
本文編號：2925311
【文章來源】：中國測試. 2017年04期 北大核心
【文章頁數(shù)】：5 頁
【部分圖文】：
線圈生長實(shí)物圖
放大倍數(shù)A①通過萬用表直接測量輸入電阻，測得輸入電阻Ri=13Ω，與理論值基本一致；②采用電流源作為輸入信號，輸入電流Ii=3μA，同時(shí)測量輸出電壓為Uo=0.5mV，轉(zhuǎn)移電阻m=Uo/Ii=167Ω。參考式（3）得到電壓放大倍數(shù)A=12.8。2）輸出噪聲eNo對電/磁轉(zhuǎn)換微機(jī)械結(jié)構(gòu)的噪聲性能進(jìn)行測量并通過前文提到的噪聲模型進(jìn)行分析。為了盡量減小外界磁場的影響，在磁屏蔽室測量微機(jī)械結(jié)構(gòu)的輸出噪聲（實(shí)驗(yàn)溫度26℃，相對濕度45%RH）。在輸入端短接的情況下，測得電/磁轉(zhuǎn)換微機(jī)械結(jié)構(gòu)的輸出噪聲密度譜，如圖11所示。由圖中可以看出，在1kHz處，電/磁轉(zhuǎn)換微機(jī)械結(jié)構(gòu)的輸出噪聲電壓密度約為18nV/Hz姨。密度譜有些毛刺，是因?yàn)闇y試環(huán)境的屏蔽性能有限，不能完全屏蔽地磁場以及環(huán)境磁場噪聲，環(huán)境磁場噪聲會產(chǎn)生一定的輸出噪聲。調(diào)制結(jié)構(gòu)的諧振頻率約為1kHz，此時(shí)磁敏感單元的噪聲密度為eNo=18nV/姨Hz。因此可得到電/磁轉(zhuǎn)換微機(jī)械結(jié)構(gòu)總的等效輸入噪聲為eni=eNo/A≈1.41nV/姨Hz@1Hz。而普通前置放大電路在1Hz以下的噪聲電壓大于5nV/Hz姨，可見電/磁轉(zhuǎn)換微機(jī)械結(jié)構(gòu)能夠有效抑制噪聲。4結(jié)束語1）本文通過理論分析，驗(yàn)證了電/磁轉(zhuǎn)換方法的可行性，提供了一種微弱信號檢測的新方法。2）通過對電/磁轉(zhuǎn)換微機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，在1Hz處噪聲可以達(dá)到1.41nV/Hz姨，電路噪聲得到了有效抑制。3）通過對結(jié)構(gòu)尺寸以及材料的選擇，選用更高靈敏度的TMR，可以實(shí)現(xiàn)對該電/磁轉(zhuǎn)換微機(jī)械結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，為更低噪聲測量提供了可靠的手段。參考文獻(xiàn)[1]尹路，李炎斌，馬金鋼.海洋觀測技術(shù)現(xiàn)狀綜述[J].艦船電子工程，2013（233）：4-13.[2]樸化榮.電磁測深法原理[M].北京：地質(zhì)出版社，1990：1-42.[3]馮可，夏
馱肷?糯篤魃杓芠J].儀器儀表學(xué)報(bào)，2007，28（8）：316-319.[8]翟宏如.自旋電子學(xué)[M].北京：科學(xué)出版社，2013：82-86.[9]胡佳飛.基于GMR的高性能小型化磁傳感器理論與技術(shù)研究[D].長沙：國防科技大學(xué)，2014.[10]JIANGS.Electromagneticwavepropagationintofreshwater[J].JournalofElectromagneticAnalysisandApplic-ations，2011，3（7)：261-266.[11]高晉占.微弱信號檢測[M].北京：清華大學(xué)出版社，2004：40-60.[12]盧克溱.Ag/AgCl全固態(tài)海洋電場傳感器的研究[D].西安：西安電子科技大學(xué)，2011.（編輯：李妮）圖10線圈生長實(shí)物圖于洋等：基于電/磁轉(zhuǎn)換的海洋電場檢測方法圖11電/磁轉(zhuǎn)換微機(jī)械結(jié)構(gòu)的輸出噪聲密度譜101102103104頻率/Hz10-1010-910-810-710-6噪聲譜密度/（V·Hz-1/2）129
本文編號：2925311
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