專利名稱：一種全自動(dòng)磁電材料磁電性能測(cè)量裝置及其測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于磁電材料領(lǐng)域，涉及磁電材料磁電性能的測(cè)量技術(shù)，具體涉及到利用虛擬多通道鎖相放大原理實(shí)現(xiàn)的全計(jì)算機(jī)控制的測(cè)量磁電材料磁電性能的裝置及其測(cè)量方法。
背景技術(shù)：
磁電性能是指材料在外部磁場(chǎng)誘發(fā)的介電極化，或外電場(chǎng)誘發(fā)的磁化。通常所說(shuō)的磁電性能在沒(méi)有特別說(shuō)明的情況下，都是指磁場(chǎng)誘導(dǎo)介電極化。磁電性能在許多高性能磁電功能元器件中具有廣闊的應(yīng)用前景，具體說(shuō)來(lái)，它可應(yīng)用于磁場(chǎng)探測(cè)、磁電能量互換、信息存儲(chǔ)以及驅(qū)動(dòng)等諸多領(lǐng)域中。而材料磁電性能的測(cè)量則是磁電材料研究開(kāi)發(fā)和應(yīng)用過(guò)程中最為關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)。表征磁電性能的指標(biāo)常用的是磁電電壓系數(shù)，定義為αME＝dV/(tdH)，其中dH為直流偏置磁場(chǎng)上疊加的交流微分磁場(chǎng)，dV為樣品兩端在微分磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生的電壓，t為樣品的厚度。
通常測(cè)試條件都是在kHz或者M(jìn)Hz頻率下，在該頻率段，由亥姆赫茲線圈產(chǎn)生的微分磁場(chǎng)通常都是很微小的，也就是說(shuō)通過(guò)亥姆赫茲線圈的電流非常微弱，而且樣品兩端產(chǎn)生的電壓也是很微小的。因此，磁電材料的磁電響應(yīng)信號(hào)的測(cè)量涉及弱信號(hào)檢測(cè)，精確的磁電測(cè)量設(shè)備必須要用鎖相放大器，由于鎖相放大器價(jià)格高，從而導(dǎo)致目前國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的磁電測(cè)量設(shè)備成本昂貴。另一方面，由αME＝dV/(tdH)可以看出，磁電性能的獲得需要同時(shí)測(cè)量dV和dH，但通常的商用鎖相放大器每臺(tái)只能對(duì)一個(gè)通道的信號(hào)進(jìn)行鎖相放大處理，無(wú)法同時(shí)測(cè)量dV和dH，于是目前國(guó)內(nèi)外通常的做法是只測(cè)量dV而名義上的將dH固定[1-2]。在實(shí)際測(cè)量時(shí)，尤其是當(dāng)交流磁場(chǎng)的頻率變化時(shí)將dH完全固定是不容易達(dá)到的，因此無(wú)法對(duì)磁場(chǎng)做精確的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，從而也就無(wú)法獲得準(zhǔn)確的磁電性能。鎖相放大器的使用工作頻率范圍也是體現(xiàn)磁電測(cè)試系統(tǒng)測(cè)量能力的重要指標(biāo)，一般的鎖相放大器的工作頻率都在200kHz以下，如果測(cè)試條件超出了這個(gè)工作頻率范圍，那么使用鎖相放大器就無(wú)法滿足測(cè)試的需要，測(cè)試無(wú)法進(jìn)行。如果要拓展設(shè)備的測(cè)試頻率，則需要更為昂貴的寬頻鎖相放大器，這無(wú)疑將更進(jìn)一步提高了設(shè)備成本。此外，磁電性能隨外加直流偏置磁場(chǎng)的變化和磁電性能隨外加交流磁場(chǎng)頻率的變化必須分別加以測(cè)量[1-2]，無(wú)法獲得磁電性能同時(shí)隨外加直流偏置磁場(chǎng)和外加交流磁場(chǎng)頻率的變化。由此可見(jiàn)，目前國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的磁電測(cè)量設(shè)備成本昂貴，精度、頻率上限不夠高，而且測(cè)量過(guò)程自動(dòng)化程度也亟待提高。
M.Mahesh Kumar et al，An experimental setup for dynamic measurement ofmagnetoelectric effect，Bull.Mater.Sci.，21(3)，251-255(1998)[2]Shuxiang Dong，Jie-Fang Li，and D.Viehland，Characterization of magnetoelectriclaminate composites operated in longitudinal-transverse and transverse-transverse modes，J.Appl.Phys.，95(5)，2625-2630(2004)發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有測(cè)量?jī)x器成本高，測(cè)量精度、頻率上限和自動(dòng)化程度不高的弊端，為此將鎖相放大器虛擬化，即將鎖相放大器的功能利用計(jì)算機(jī)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，因?yàn)殒i相放大器是虛擬的，可以很方便的實(shí)現(xiàn)對(duì)多通道的信號(hào)進(jìn)行鎖相放大處理。這樣一來(lái)，不僅可以同時(shí)精確的動(dòng)態(tài)測(cè)量dV和dH，改善了磁電性能測(cè)量精度，而且相比硬件鎖相放大器工作頻率上限得到大幅度提高，同時(shí)減少磁電測(cè)量設(shè)備的制造成本，此外，本發(fā)明結(jié)合外加直流偏置磁場(chǎng)的控制和測(cè)量進(jìn)一步提高磁電測(cè)量設(shè)備的自動(dòng)化程度，從而提高磁電測(cè)量精度和效率。
一種全自動(dòng)磁電材料磁電性能測(cè)量裝置，包括電磁鐵1、亥姆赫茲線圈2、特斯拉計(jì)3、直流電源4、測(cè)試樣品5、計(jì)算機(jī)8、差分儀11、數(shù)據(jù)采集前端12、信號(hào)發(fā)生器13、功率放大器14。數(shù)據(jù)采集前端是一個(gè)可多路同步采樣的A/D卡或數(shù)字示波器，計(jì)算機(jī)8設(shè)有虛擬磁場(chǎng)閉環(huán)控制單元6、磁電耦合性能的記錄單元7、虛擬信號(hào)發(fā)生控制單元9、相關(guān)器10。
電磁鐵1用來(lái)產(chǎn)生直流偏置磁場(chǎng)；在直流磁場(chǎng)中間放入的亥姆赫茲線圈2用來(lái)產(chǎn)生交流磁場(chǎng)；外加偏置磁場(chǎng)強(qiáng)度由特斯拉計(jì)3讀出并送入計(jì)算機(jī)。直流電源4控制外加偏置磁場(chǎng)；計(jì)算機(jī)中的虛擬磁場(chǎng)閉環(huán)控制單元6，可讀入從3傳來(lái)的直流偏置磁場(chǎng)的強(qiáng)度；通過(guò)D/A卡傳遞直流偏置磁場(chǎng)的控制信號(hào)到達(dá)電源4。計(jì)算機(jī)8中的虛擬信號(hào)發(fā)生控制單元9通過(guò)信號(hào)發(fā)生器13將信號(hào)經(jīng)過(guò)功率放大器14放大后提供給亥姆赫茲線圈2作為其驅(qū)動(dòng)信號(hào)。交變磁場(chǎng)的強(qiáng)度通過(guò)串聯(lián)在亥姆赫茲線圈2中的電阻R轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)輸入數(shù)據(jù)采集前端12。磁場(chǎng)中的待測(cè)樣品5上產(chǎn)生的磁電響應(yīng)信號(hào)通過(guò)兩根同軸線連接到差分儀11；差分儀11的輸入信號(hào)線通過(guò)浮地接法提高信噪比，其輸出接到數(shù)據(jù)采集前端12上。虛擬信號(hào)發(fā)生控制單元9、相關(guān)器10、數(shù)據(jù)采集前端12是虛擬鎖相放大器的三個(gè)主要部分。相關(guān)器10是虛擬多通道鎖相放大器的核心部件，利用數(shù)據(jù)采集前端12輸入的磁電響應(yīng)信號(hào)與交流磁場(chǎng)強(qiáng)度的信號(hào)和信號(hào)發(fā)生控制單元9輸入的參比信號(hào)進(jìn)行相關(guān)計(jì)算得到磁電耦合強(qiáng)度和相位差等信息并將結(jié)果輸出到磁電耦合性能的記錄單元7。磁電耦合性能記錄單元7可以動(dòng)態(tài)紀(jì)錄來(lái)自磁場(chǎng)控制單元6輸入的直流偏置磁場(chǎng)強(qiáng)度大??；以及由相關(guān)器10傳入的磁電響應(yīng)強(qiáng)度和相位滯后的信息和其他實(shí)驗(yàn)信息，從而完成連續(xù)的全自動(dòng)化的測(cè)量。
本發(fā)明中相關(guān)器的使用前提是被測(cè)信號(hào)是具有一定周期的微弱正弦信號(hào)，其數(shù)學(xué)形式為s(t)＝Asin(ωt+φ)，而在數(shù)據(jù)采集前端的測(cè)量信號(hào)中混有噪音n(t)，即測(cè)量信號(hào)Vs(t)＝s(t)+n(t)。相關(guān)器中的參比信號(hào)是兩個(gè)振幅為1，相位相差π/2的正弦信號(hào)Vr(t)＝sin(ωt)和Vr′(t)＝sin(ωt+π/2)。求解離散信號(hào)互相關(guān)函數(shù)的聯(lián)立方程，可以得到φ=arctan{ΣkN[Vs(k)Vr′(k)/ΣkN[Vs(k)Vr(k)]},]]>A=2ΣkN[Vs(k)Vr(k)]/cosφ]]>其中N是進(jìn)入相關(guān)器的采樣信號(hào)或虛擬參比信號(hào)的離散采樣點(diǎn)總量。
本發(fā)明中使用的虛擬多路鎖相放大原理是將同步的電壓信號(hào)dV和磁場(chǎng)信號(hào)dH同時(shí)傳送進(jìn)入相關(guān)器，計(jì)算結(jié)果分別得到電壓信號(hào)的幅值A(chǔ)dE與相位φdE和磁場(chǎng)信號(hào)的幅值A(chǔ)dH與相位φdH，進(jìn)而計(jì)算出磁電耦合性能的大小和磁電耦合的幅值αME和相位差φME。
因?yàn)殡娫?產(chǎn)生的直流磁場(chǎng)不會(huì)隨時(shí)間改變，因此磁電測(cè)量之前先對(duì)磁場(chǎng)進(jìn)行標(biāo)定，生成表格。當(dāng)需要加載特定強(qiáng)度的直流偏置磁場(chǎng)時(shí)直接通過(guò)查表來(lái)設(shè)定直流磁場(chǎng)。在動(dòng)態(tài)磁電測(cè)量過(guò)程中實(shí)時(shí)跟蹤每次磁電性能測(cè)量時(shí)刻所對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)直流偏置磁場(chǎng)值，它和設(shè)定的直流偏置磁場(chǎng)值相差小于5％。
本發(fā)明使用的虛擬鎖相放大原理是對(duì)磁電響應(yīng)的交流信號(hào)進(jìn)行相敏檢波，即利用被測(cè)信號(hào)和參考信號(hào)具有相同頻率和一定的相位關(guān)系，只對(duì)被測(cè)信號(hào)中和參考信號(hào)同頻率的那部分信號(hào)分量有響應(yīng)，而被測(cè)信號(hào)中與參比信號(hào)不同頻率的那部分當(dāng)作噪音則被抑制，因此能大幅度改善磁電測(cè)量的信噪比。
本發(fā)明所采用的虛擬多通道鎖相放大原理搭建的磁電測(cè)量裝置具有以下技術(shù)效果(1)同步動(dòng)態(tài)精確的測(cè)量磁電電壓系數(shù)公式中的兩個(gè)參量dV和dH，從而提高了磁電性能的測(cè)量精度，這是其他磁電測(cè)量裝置所不具備的。
(2)由于采用了虛擬的鎖相放大技術(shù)，對(duì)鎖相放大的整個(gè)過(guò)程的控制自由度相當(dāng)大，因而增加磁電測(cè)量設(shè)備的自動(dòng)化控制水平。國(guó)內(nèi)外其他磁電測(cè)量設(shè)備中尚未有人引入虛擬鎖相放大技術(shù)。
(3)本發(fā)明中沒(méi)有使用真實(shí)的鎖相放大器，從而大大降低了磁電測(cè)量設(shè)備的成本。
(4)由于使用的是虛擬鎖相放大器，其工作頻率將大大拓展，不受硬件鎖相放大器工作頻率的限制。
(5)虛擬鎖相放大器對(duì)發(fā)生信號(hào)和產(chǎn)生信號(hào)同時(shí)進(jìn)行采集和計(jì)算，可以直接求出兩者的相位，從而對(duì)相位的研究提供可能性。
(6)本發(fā)明將虛擬多通道鎖相放大器和虛擬的直流磁場(chǎng)的閉環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)合，可以全自動(dòng)的測(cè)量出材料磁電性能隨外加直流偏置磁場(chǎng)和交變磁場(chǎng)頻率變化的三維圖像。材料磁電性能隨外加直流偏置磁場(chǎng)和外加交流磁場(chǎng)頻率變化的三維圖像到目前為止在國(guó)內(nèi)外尚未有人能測(cè)出。


圖1是本發(fā)明所述利用虛擬多通道鎖相放大原理的全自動(dòng)磁電測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明所述對(duì)Ni/PZT/Ni層狀復(fù)合材料橫向磁電耦合強(qiáng)度隨外加直流偏置磁場(chǎng)變化的測(cè)量曲線。
圖3是本發(fā)明所述對(duì)Ni/PZT/Ni層狀復(fù)合材料橫向磁電耦合強(qiáng)度和磁電響應(yīng)的相位滯后隨外加交流磁場(chǎng)頻率的變化。
圖4是圖3的局部變化。
圖5是本發(fā)明所述對(duì)Ni/PZT/Ni層狀復(fù)合材料的磁電耦合強(qiáng)度隨外加偏置磁場(chǎng)和外加交流磁場(chǎng)頻率變化的三維圖像。
圖6是本發(fā)明所述對(duì)Ni/PZT/Ni層狀復(fù)合材料磁電響應(yīng)的相位滯后隨外加偏置磁場(chǎng)和外加交流磁場(chǎng)頻率變化的三維圖像。
具體實(shí)施例方式
下面通過(guò)實(shí)施實(shí)例及附圖作進(jìn)一步說(shuō)明。
實(shí)施例1，典型的測(cè)試樣品5采用的是Ni/PZT/Ni層狀復(fù)合材料。測(cè)量Ni/PZT/Ni層狀復(fù)合材料橫向磁電耦合系數(shù)αME，31以及磁電相應(yīng)的相位滯后。
(1)按照?qǐng)D1的原理組裝儀器，其中產(chǎn)生磁場(chǎng)的感測(cè)電阻R＝10Ω。數(shù)據(jù)采集前端12是Rigol DS5062CA型示波器；信號(hào)發(fā)生器13是Agilent 33220A；直流偏置磁場(chǎng)系統(tǒng)采用WWL-LSX21型三相直流穩(wěn)壓電源和SB175型電磁鐵；特斯拉計(jì)3使用HT100；在計(jì)算機(jī)(1.6GHz，256MB，40GB，WindowsXP)安裝Labview8.0評(píng)估版作為控制程序的開(kāi)發(fā)平臺(tái)。根據(jù)上述原理在Labview下編寫(xiě)相應(yīng)的測(cè)量控制軟件。
(2)測(cè)試的樣品是在尺寸為25mm×25mm×0.8mm的PZT鐵電陶瓷上電鍍Ni的Ni/PZT/Ni層狀復(fù)合正方形片，其中Ni、PZT和Ni的厚度分別為0.4mm、0.8mm和0.4mm。磁電復(fù)合片的兩面按圖1所示放入磁場(chǎng)，引出同軸線纜，放置方向保證直流磁場(chǎng)方向、交流磁場(chǎng)方向和正方形片的邊長(zhǎng)方向平行。因?yàn)榇艌?chǎng)方向在正方形面內(nèi)且和正方形邊長(zhǎng)一致，記為1方向，又因?yàn)榇派妶?chǎng)輸出方向?yàn)榇怪逼姆较?，定義為3方向，所以磁電耦合強(qiáng)度記作αME，31。
(3)檢查所有的電源線和信號(hào)線連線無(wú)誤后開(kāi)始加電。將從信號(hào)發(fā)生器13中輸出的交流磁場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率設(shè)定為1kHz，幅值設(shè)定為1V，并保持不變。然后開(kāi)始逐漸增加直流偏置磁場(chǎng)，同時(shí)觀察磁電輸出，如圖2所示，可以看出磁電輸出出現(xiàn)峰值時(shí)對(duì)應(yīng)的直流偏置磁場(chǎng)值HD＝150Oe。
(4)固定直流偏置磁場(chǎng)HD＝150Oe和信號(hào)發(fā)生器13的輸出交流電壓的幅值1V不變，只改變信號(hào)發(fā)生器13輸出交流電壓的頻率，運(yùn)行控制程序，自動(dòng)記錄磁電響應(yīng)輸出的幅值和相位滯后值，得到圖3。它是Ni/PZT/Ni層狀復(fù)合材料橫向磁電耦合強(qiáng)度和磁電響應(yīng)的相位滯后隨外加交流磁場(chǎng)頻率變化的測(cè)量曲線?？梢钥闯鯪i/PZT/Ni層狀復(fù)合材料的橫向磁生電場(chǎng)系數(shù)αME，31最大值為41.5V/cm Oe，出現(xiàn)在85.3kHz。另外兩個(gè)共振峰分別在59.5kHz和73.5kHz，雖然在強(qiáng)度上分辨不出他們是共振峰，但是根據(jù)磁電響應(yīng)的相位滯后曲線，可以確認(rèn)他們是兩個(gè)共振峰。
(5)分析圖3磁電輸出強(qiáng)度出現(xiàn)最強(qiáng)峰值的位置，保持其它條件不變，對(duì)峰值附近的頻率進(jìn)行精細(xì)掃描，得到圖4，它是Ni/PZT/Ni層狀復(fù)合材料在共振頻率附近的橫向磁電耦合強(qiáng)度和磁電響應(yīng)的相位滯后隨外加交流磁場(chǎng)頻率變化的測(cè)量曲線。通過(guò)最強(qiáng)共振峰附近頻率的精細(xì)掃描可以得到更精確的共振頻率的大小在85.25kHz，對(duì)應(yīng)的αME，31最大值也增加為43.2V/cm Oe。
實(shí)施例2，測(cè)量Ni/PZT/Ni層狀復(fù)合材料的橫向磁生電場(chǎng)系數(shù)αME，31以及磁電響應(yīng)的相位滯后隨外加偏置磁場(chǎng)和外加交流磁場(chǎng)頻率而變化的三維圖像。
(1)為了增加磁場(chǎng)自動(dòng)控制模塊，另外在計(jì)算機(jī)的PCI插槽內(nèi)安裝AD/DA卡(AC6632和AC6682)作為直流偏置磁場(chǎng)的控制接口，對(duì)測(cè)量系統(tǒng)中硬件和軟件進(jìn)行相應(yīng)的擴(kuò)充。其余同實(shí)例1中的步驟1(2)測(cè)試的樣品同實(shí)例1中的步驟2。
(3)固定信號(hào)發(fā)生器13的輸出交流電壓的幅值為1V，保持不變，同時(shí)改變信號(hào)發(fā)生器13輸出交流電壓的頻率和直流偏置磁場(chǎng)(見(jiàn)圖1中的1)的大小，運(yùn)行控制程序，自動(dòng)記錄記錄磁電響應(yīng)輸出的幅值和相位滯后值，得到圖5和圖6。它們分別是Ni/PZT/Ni層狀復(fù)合材料的磁電耦合強(qiáng)度和響應(yīng)的相位滯后隨外加偏置磁場(chǎng)和外加交流磁場(chǎng)頻率而變化的三維圖像。從圖5可以看出，Ni/PZT/Ni層狀復(fù)合材料的橫向磁電耦合性能隨偏置磁場(chǎng)在正負(fù)兩端基本呈對(duì)稱分布，而且在某個(gè)偏置磁場(chǎng)絕對(duì)值上達(dá)到峰值，這反映Ni/PZT/Ni層狀復(fù)合材料的磁電耦合性能來(lái)源于Ni層的磁致伸縮性能。此外，交流磁場(chǎng)的頻率對(duì)磁電耦合性能的影響程度顯著強(qiáng)于直流偏置磁場(chǎng)。從圖6種可以看出，與圖3對(duì)應(yīng)的三個(gè)頻率分界面為59.5kHz，73.5kHz和85kHz，反映共振特性不隨偏置磁場(chǎng)變化而變化。在圖6上同時(shí)還有一個(gè)直流偏置磁場(chǎng)引入的分界面，體現(xiàn)磁電耦合的符號(hào)變化。
權(quán)利要求
1.一種全自動(dòng)磁電材料磁電性能測(cè)量裝置，其特征測(cè)量裝置包括電磁鐵(1)、亥姆赫茲線圈(2)、特斯拉計(jì)(3)、直流電源(4)、測(cè)試樣品(5)、計(jì)算機(jī)(8)、差分儀(11)、數(shù)據(jù)采集前端(12)、信號(hào)發(fā)生器(13)、功率放大器(14)；數(shù)據(jù)采集前端是一個(gè)可多路同步采樣的A/D卡或數(shù)字示波器，計(jì)算機(jī)(8)設(shè)有虛擬磁場(chǎng)閉環(huán)控制單元(6)、磁電耦合性能的記錄單元(7)、虛擬信號(hào)發(fā)生控制單元(9)、相關(guān)器(10)；電磁鐵(1)用來(lái)產(chǎn)生直流偏置磁場(chǎng)；在直流磁場(chǎng)中間放入的亥姆赫茲線圈(2)用來(lái)產(chǎn)生交流磁場(chǎng)；外加偏置磁場(chǎng)強(qiáng)度由特斯拉計(jì)(3)讀出并送入計(jì)算機(jī)。
2.一種全自動(dòng)磁電材料磁電性能測(cè)量方法，其特征在于用直流電源(4)控制外加偏置磁場(chǎng)；計(jì)算機(jī)中的虛擬磁場(chǎng)閉環(huán)控制單元(6)，讀入從(3)傳來(lái)的直流偏置磁場(chǎng)的強(qiáng)度，通過(guò)D/A卡傳遞直流偏置磁場(chǎng)的控制信號(hào)到達(dá)電源(4)；計(jì)算機(jī)(8)中的虛擬信號(hào)發(fā)生控制單元(9)通過(guò)信號(hào)發(fā)生器(13)將信號(hào)經(jīng)過(guò)功率放大器(14)放大后提供給亥姆赫茲線圈(2)作為其驅(qū)動(dòng)信號(hào)；交變磁場(chǎng)的強(qiáng)度通過(guò)串聯(lián)在亥姆赫茲線圈(2)中的電阻R轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)輸入數(shù)據(jù)采集前端(12)；磁場(chǎng)中的待測(cè)樣品(5)上產(chǎn)生的磁電響應(yīng)信號(hào)通過(guò)兩根同軸線連接到差分儀(11)；差分儀(11)的輸入信號(hào)線通過(guò)浮地接法提高信噪比，其輸出接到數(shù)據(jù)采集前端(12)上；相關(guān)器(10)利用數(shù)據(jù)采集前端(12)輸入的磁電響應(yīng)信號(hào)與交流磁場(chǎng)強(qiáng)度的信號(hào)和信號(hào)發(fā)生控制單元(9)輸入的參比信號(hào)進(jìn)行相關(guān)計(jì)算得到磁電耦合強(qiáng)度和相位差等信息并將結(jié)果輸出到磁電耦合性能的記錄單元(7)，磁電耦合性能記錄單元(7)能動(dòng)態(tài)紀(jì)錄來(lái)自磁場(chǎng)控制單元(6)輸入的直流偏置磁場(chǎng)強(qiáng)度大小以及由相關(guān)器(10)傳入的磁電響應(yīng)強(qiáng)度和相位滯后的信息和其他實(shí)驗(yàn)信息，從而完成連續(xù)的全自動(dòng)化的測(cè)量。
3.如權(quán)利要求2所述一種全自動(dòng)磁電材料磁電性能測(cè)量方法，其特征在于相關(guān)器的使用前提是被測(cè)信號(hào)是具有一定周期的微弱正弦信號(hào)，其數(shù)學(xué)形式為s(t)＝Asin(ωt+φ)，而在數(shù)據(jù)采集前端的測(cè)量信號(hào)中混有噪音n(t)，即測(cè)量信號(hào)Vs(t)＝s(t)+n(t)；相關(guān)器中的參比信號(hào)是兩個(gè)振幅為1，相位相差π/2的正弦信號(hào)Vr(t)＝sin(ωt)和Vr′(t)＝sin(ωt+π/2)；求解離散信號(hào)互相關(guān)函數(shù)的聯(lián)立方程，得到φ=arctan{ΣkN[Vs(k)Vr′(k)/ΣkN[Vs(k)Vr(k)]},]]>A=2ΣkN[Vs(k)Vr(k)]/cosφ,]]>其中N是進(jìn)入相關(guān)器的采樣信號(hào)或虛擬參比信號(hào)的離散采樣點(diǎn)總量。
全文摘要
本發(fā)明屬于磁電材料領(lǐng)域，具體涉及到利用虛擬多通道鎖相放大原理來(lái)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制的測(cè)量材料磁電性能的方法和裝置。本發(fā)明將鎖相放大器虛擬化，即計(jì)算機(jī)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)鎖相放大器的功能，利用虛擬的鎖相放大器可以很方便的對(duì)任意多通道的信號(hào)進(jìn)行鎖相放大處理，從而不僅可以同時(shí)精確的動(dòng)態(tài)測(cè)量dE和dH，改善了磁電性能測(cè)量精度，而且相比硬件鎖相放大器工作頻率上限得到大幅度提高，同時(shí)減少磁電測(cè)量設(shè)備的制造成本。本發(fā)明還結(jié)合外加直流偏置磁場(chǎng)的控制和測(cè)量進(jìn)一步提高磁電測(cè)量設(shè)備的自動(dòng)化程度，從而提高磁電測(cè)量精度和效率。
文檔編號(hào)G01R33/06GK101034144SQ200710098500
公開(kāi)日2007年9月12日 申請(qǐng)日期2007年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月19日
發(fā)明者陸俊, 潘德安, 喬利杰 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)