基于电/磁转换的海洋电场检测方法
发布时间：2020-12-19 05:06
传统的直接电测量方法受1/f噪声限制,在低频处信号与噪声发生混叠,难以实现高水平低噪声测量。该文提出一种基于电/磁转换的海洋电场低噪声检测方法,将电信号转化为磁信号,通过微机械的方法将磁信号调制到高频,有效避开低频1/f噪声影响。设计一种实现电/磁转换功能的微机械结构,利用TMR电阻构成惠斯通电桥测量磁信号,实现海洋电场的高水平低噪声检测。仿真与实验结果在1 Hz处噪声分别达到1.16 nV/（Hz）1/2和1.41 nV/（Hz）1/2,优于传统电测量方案的噪声水平,验证该方法的有效性。
【文章来源】：中国测试. 2017年04期 北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
线圈生长实物图
放大倍数A①通过万用表直接测量输入电阻，测得输入电阻Ri=13Ω，与理论值基本一致；②采用电流源作为输入信号，输入电流Ii=3μA，同时测量输出电压为Uo=0.5mV，转移电阻m=Uo/Ii=167Ω。参考式（3）得到电压放大倍数A=12.8。2）输出噪声eNo对电/磁转换微机械结构的噪声性能进行测量并通过前文提到的噪声模型进行分析。为了尽量减小外界磁场的影响，在磁屏蔽室测量微机械结构的输出噪声（实验温度26℃，相对湿度45%RH）。在输入端短接的情况下，测得电/磁转换微机械结构的输出噪声密度谱，如图11所示。由图中可以看出，在1kHz处，电/磁转换微机械结构的输出噪声电压密度约为18nV/Hz姨。密度谱有些毛刺，是因为测试环境的屏蔽性能有限，不能完全屏蔽地磁场以及环境磁场噪声，环境磁场噪声会产生一定的输出噪声。调制结构的谐振频率约为1kHz，此时磁敏感单元的噪声密度为eNo=18nV/姨Hz。因此可得到电/磁转换微机械结构总的等效输入噪声为eni=eNo/A≈1.41nV/姨Hz@1Hz。而普通前置放大电路在1Hz以下的噪声电压大于5nV/Hz姨，可见电/磁转换微机械结构能够有效抑制噪声。4结束语1）本文通过理论分析，验证了电/磁转换方法的可行性，提供了一种微弱信号检测的新方法。2）通过对电/磁转换微机械结构进行实验验证，在1Hz处噪声可以达到1.41nV/Hz姨，电路噪声得到了有效抑制。3）通过对结构尺寸以及材料的选择，选用更高灵敏度的TMR，可以实现对该电/磁转换微机械结构的优化设计，为更低噪声测量提供了可靠的手段。参考文献[1]尹路，李炎斌，马金钢.海洋观测技术现状综述[J].舰船电子工程，2013（233）：4-13.[2]朴化荣.电磁测深法原理[M].北京：地质出版社，1990：1-42.[3]冯可，夏
驮肷?糯笃魃杓芠J].仪器仪表学报，2007，28（8）：316-319.[8]翟宏如.自旋电子学[M].北京：科学出版社，2013：82-86.[9]胡佳飞.基于GMR的高性能小型化磁传感器理论与技术研究[D].长沙：国防科技大学，2014.[10]JIANGS.Electromagneticwavepropagationintofreshwater[J].JournalofElectromagneticAnalysisandApplic-ations，2011，3（7)：261-266.[11]高晋占.微弱信号检测[M].北京：清华大学出版社，2004：40-60.[12]卢克溱.Ag/AgCl全固态海洋电场传感器的研究[D].西安：西安电子科技大学，2011.（编辑：李妮）图10线圈生长实物图于洋等：基于电/磁转换的海洋电场检测方法图11电/磁转换微机械结构的输出噪声密度谱101102103104频率/Hz10-1010-910-810-710-6噪声谱密度/（V·Hz-1/2）129
本文编号：2925311
【文章来源】：中国测试. 2017年04期 北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
线圈生长实物图
放大倍数A①通过万用表直接测量输入电阻，测得输入电阻Ri=13Ω，与理论值基本一致；②采用电流源作为输入信号，输入电流Ii=3μA，同时测量输出电压为Uo=0.5mV，转移电阻m=Uo/Ii=167Ω。参考式（3）得到电压放大倍数A=12.8。2）输出噪声eNo对电/磁转换微机械结构的噪声性能进行测量并通过前文提到的噪声模型进行分析。为了尽量减小外界磁场的影响，在磁屏蔽室测量微机械结构的输出噪声（实验温度26℃，相对湿度45%RH）。在输入端短接的情况下，测得电/磁转换微机械结构的输出噪声密度谱，如图11所示。由图中可以看出，在1kHz处，电/磁转换微机械结构的输出噪声电压密度约为18nV/Hz姨。密度谱有些毛刺，是因为测试环境的屏蔽性能有限，不能完全屏蔽地磁场以及环境磁场噪声，环境磁场噪声会产生一定的输出噪声。调制结构的谐振频率约为1kHz，此时磁敏感单元的噪声密度为eNo=18nV/姨Hz。因此可得到电/磁转换微机械结构总的等效输入噪声为eni=eNo/A≈1.41nV/姨Hz@1Hz。而普通前置放大电路在1Hz以下的噪声电压大于5nV/Hz姨，可见电/磁转换微机械结构能够有效抑制噪声。4结束语1）本文通过理论分析，验证了电/磁转换方法的可行性，提供了一种微弱信号检测的新方法。2）通过对电/磁转换微机械结构进行实验验证，在1Hz处噪声可以达到1.41nV/Hz姨，电路噪声得到了有效抑制。3）通过对结构尺寸以及材料的选择，选用更高灵敏度的TMR，可以实现对该电/磁转换微机械结构的优化设计，为更低噪声测量提供了可靠的手段。参考文献[1]尹路，李炎斌，马金钢.海洋观测技术现状综述[J].舰船电子工程，2013（233）：4-13.[2]朴化荣.电磁测深法原理[M].北京：地质出版社，1990：1-42.[3]冯可，夏
驮肷?糯笃魃杓芠J].仪器仪表学报，2007，28（8）：316-319.[8]翟宏如.自旋电子学[M].北京：科学出版社，2013：82-86.[9]胡佳飞.基于GMR的高性能小型化磁传感器理论与技术研究[D].长沙：国防科技大学，2014.[10]JIANGS.Electromagneticwavepropagationintofreshwater[J].JournalofElectromagneticAnalysisandApplic-ations，2011，3（7)：261-266.[11]高晋占.微弱信号检测[M].北京：清华大学出版社，2004：40-60.[12]卢克溱.Ag/AgCl全固态海洋电场传感器的研究[D].西安：西安电子科技大学，2011.（编辑：李妮）图10线圈生长实物图于洋等：基于电/磁转换的海洋电场检测方法图11电/磁转换微机械结构的输出噪声密度谱101102103104频率/Hz10-1010-910-810-710-6噪声谱密度/（V·Hz-1/2）129
本文编号：2925311
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