一、系统设计框架
1. 核心原理
高频交变磁场可用于抵消重力。通过亥姆霍兹线圈产生均匀高频磁场，观测局部区域重力异常现象。
2. 关键参数要求
• 低电压：12-24V直流输入（安全且易获取）
• 高频率：100kHz-1MHz（需匹配线圈谐振频率）
• 低成本：总预算1000元（可复用家用元件）
• 可验证性：通过霍尔传感器+高精度天平测量磁场与重量变化
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二、硬件实现方案
1. 亥姆霍兹线圈设计（参考）
• 结构参数：
• 线圈半径R=15cm，间距d=R=15cm（满足均匀磁场条件）
• 单线圈匝数N=100匝（Φ1.5mm漆包线，成本约300元）
2. 高频逆变电路（参考）
• 全桥拓扑：
• 采用IRFP260N MOSFET（耐压100V）
• 驱动芯片EG2104（支持0-100%占空比调节）
• 谐振匹配：
• 线圈电感L≈200μH（实测）
• 谐振电容C=1/(4π²f²L)，若f=1MHz，则C≈0.1nF
3. 控制与测量模块
• STM32主控：调节PWM频率与占空比（F103开发板，60元）
• 磁场测量：A1324霍尔传感器（量程±200mT，精度1%）
• 重力验证：0.01g精度电子天平（改装屏蔽罩防电磁干扰）
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三、实施步骤与验证
1. 线圈制作
• 将漆包线绕制在3D打印骨架上（半径误差＜1mm）
• 串联两线圈，确保轴线严格平行
2. 电路调试
• 用示波器观察LC谐振波形（调整电容使电流相位滞后电压90°）
• 加入RC缓冲电路（R=10Ω, C=10nF）抑制MOSFET尖峰电压
3. 实验方法
• 基准测试：空载时记录天平读数（屏蔽环境电磁干扰）
• 激活磁场：输入24V/10A直流，逐步升高频率至谐振点
• 数据采集：同步记录磁场强度（霍尔传感器）与重量变化（天平）
• 对照组：关闭磁场后重复测量，排除热漂移等干扰
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四、安全措施
• 线圈外围加装铝制屏蔽层（厚度≥1mm）抑制辐射
• 电源输入端串联10A自恢复保险丝
• 操作时保持安全距离（≥50cm）避免涡流灼伤
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五、瓶颈问题
• 家庭级设备难以达到特斯拉级磁场（抵消地球重力需约10^8 T·m²/kg量级）
• 高频涡流会导致线圈发热。