可调谐射频磁探针的研究.doc

可调谐射频磁探针的研究    磁探针的结构简单,在测量变化磁场的相关实验中得到广泛应用。但在实际的磁探针测量中总是存在着由容性耦合而产生的共模干扰信号,并且在高空间分辨率的磁场测量中,磁感应耦合信号随探针线圈有效面积的减小而降低,这就需要提高磁探针的输出电压。论文提出了一种利用可调谐变压器来提高磁探针输出电压的方法。可调谐射频变压器采用在原线圈并联可变电容、副线圈串联可变电容的结构,同时采用平面、分立式法拉第屏蔽抑制变压器原、副线圈间寄生的容性耦合。测量结果表明:在采用对称中心抽头变压器及法拉第屏蔽的情况下,磁探针的容性耦合大幅度降低。当调节并联或串联电容时,磁探针输出电压均出现共振现象,并且调节并联电容时(不加串联电容)得到的共振输出电压高于调节串联电容时(不加并联电容)的对应值。在典型条件下,共振输出电压比传统磁探针的输出电压(无可变电容)提高了约一个量级。磁探针的共振输出电压随同轴线长度的增加先减小后增大呈现非单调性,在中间长度时取得最小值。此外还研究了原、副线圈的电感,原、副线圈间的互感等参量对共振输出电压的影响。采用互感理论和传输线理论建立了调谐磁探针的电路模型,并推导了其解析共振条件。分析可知:输出电压取得最大值时,电路并不是处于简单的并联共振状态,而是由包括传输线阻抗的系统阻抗决定,并分析了影响共振条件的各参量。计算了各参量对输出电压的影响,相应的计算结果与测量结果符合较好。计算结果还表明:调节并联可变电容时,变压器原线圈的电压与磁探针输出电压同时达到最大值,而调节串联可变电容时,变压器原线圈的电压先于磁探针输出电压达到最大值。在不加可变电容的情况下,只调节同轴线的长度时,磁探针的输出电压同样存在着共振现象,并出现周期性的变化。加可变电容的情况下,磁探针的共振输出电压随同轴线长度的增加先减小后增大,在中间长度时取得最小值,但相应的调谐电容随长度的增加而减小,并存在周期性的变化规律。调谐并联可变电容得到的共振输出电压随原、副线圈间互感的增加先增大后减小,在中间互感时取得最大值,调谐串联电容得到的共振输出电压随互感的增加而增大。还计算了原、副线圈的电感等参量对共振输出电压及相应调谐电容的影响。