稳态磁场交流阻抗测量系统及其电磁兼容研究

摘要

同时具有磁有序和铁电有序的多铁性材料具有广泛的研究价值以及技术应用前景。因此，此类材料的磁电耦合特性受到研究者的广泛关注。另外，交流阻抗测量能够探索材料内部的微观结构以及导电机制，对磁电耦合特性材料的研究具有重要意义。因此设计并搭建了一个基于稳态磁场的交流阻抗测量系统，用以探索材料学领域中的相关问题。本文主要研究内容如下：
　　介绍交流阻抗测量的原理以及基本公式，在此基础上给出介电常数的计算方法以及Cole-Cole圆的绘制方法。介绍测量系统的基本组成，给出各部分模块及设备的连接方式、功能型号、性能参数。
　　逐一分析了在整个测量过程中遇到的问题，针对性地提出了样品杆的设计方案。研究行驻波对测量结果的影响以及传输线参数的变化原理。讨论精密阻抗分析仪的高频补偿校准无法通过的原因以及解决方法。建立基于多导体模型的4+1传输线模型。在不同的屏蔽层假设条件下，计算了单位长度传输线的参数并针对测量系统提出预测。实际测量结果与预测吻合，验证了电路模型的正确性。最后，对模型进行了电场与磁场仿真。
　　根据测量系统可能受到的电磁干扰途径，将测量系统划分为供电电源、精密阻抗分析仪、腔外传输线、样品杆连接座、腔内传输线、样品座六个部分。将这六个部分的传导干扰以及辐射干扰问题分别进行了详细的研究。针对共模、差模干扰问题以及开路、短路下的负载电路特点，进行了干扰路径建模以及公式推导。根据测量系统的特点给出检测电磁干扰信号的方法以及测量信号的频谱分析。详细地介绍了屏蔽层的连接方法与样品电极的制作方法与关键技术。验证测量系统的电磁兼容可靠性。
　　结合硬件系统介绍了软件系统的结构，分析了精密阻抗分析仪以及PPMS工作时的软件运行特点，然后详细介绍软件系统中的存储算法、数据通讯算法、数据同步算法。以程序界面为例展示软件系统的使用方法以及运行流程。
　　文章最后给出了基于频率、磁场、温度等物理量的测量数据，根据给出公式绘制出介电常数曲线和阻抗Cole-Cole圆，论证了测量系统的搭建效果，并对实验结果进行了分析。

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1 绪 论

1.1交流阻抗测量的背景及研究进展

1.2 稳态磁场与低温环境的背景和研究进展

1.3交流阻抗测量与稳态磁场、低温环境结合的意义及研究进展

1.4电磁兼容的背景及研究进展

1.5本文选题以及章节安排

2 稳态磁场交流阻抗测量系统设计

2.1系统测量原理

2.2测量系统硬件结构

2.3系统的性能指标

2.4总结

3 系统样品杆设计

3.1测量中问题的提出

3.2样品杆设计

3.3测量系统问题理论分析

3.4 基于多导体模型的测量系统建模

3.5 测量系统多导体模型参数求解及预测方法

3.6 测量系统多导体模型的电场、磁场仿真

3.7 总结

4 测量系统电磁兼容问题研究

4.1测量系统中的电磁兼容问题

4.2测量系统传导干扰研究

4.3测量系统辐射干扰研究

4.4稳态磁场的耦合作用

4.5屏蔽接地与样品电极制作

4.6总结

5 测量系统的软件系统

5.1软件系统综述

5.2软件系统的程序结构

5.3软件系统的通讯控制算法

5.4测量系统程序界面

5.5测量系统程序运行流程

5.6总结

6 测量系统的实现及实验验证

6.1实验过程

6.2实验结果

7 结论与展望

7.1结论

7.2进一步工作的展望

致谢

参考文献

附录1 攻读博士学位期间发表的学术论文目录