幾種常用的磁性測(cè)量?jī)x器

幾種常用的磁性測(cè)量?jī)x器第一頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日磁性信號(hào)的產(chǎn)生與檢測(cè)磁性信號(hào)及其產(chǎn)生方式磁場(chǎng)的產(chǎn)生方法磁性信號(hào)的采集方法磁性信號(hào)的處理內(nèi)容信號(hào)1第二頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日磁性信號(hào)的定義磁學(xué)

所有的物質(zhì)都具有某種磁性磁性信號(hào)

僅限于物質(zhì)的磁性

有時(shí)需要人為產(chǎn)生磁性信號(hào)信號(hào)2第三頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日磁性信號(hào)的確認(rèn)帶有磁性信號(hào)的物體穿過(guò)由導(dǎo)線構(gòu)成的回路時(shí)，將有感生電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生。在閉合回路中產(chǎn)生感生電流。帶有磁性信號(hào)的物體在非均勻磁場(chǎng)中將受到力的作用。信號(hào)3第四頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日磁性信號(hào)的產(chǎn)生方法信號(hào)4含有剩磁的物體

單疇磁性顆粒（單個(gè)）

已充磁的永磁材料

經(jīng)特殊加工工藝處理的物體在磁場(chǎng)中的物體

任何處于磁場(chǎng)中的物體第五頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日磁場(chǎng)的產(chǎn)生磁場(chǎng)磁場(chǎng)強(qiáng)度分布生物磁場(chǎng)天體磁場(chǎng)地磁場(chǎng)永磁體電磁鐵亥姆霍茲線圈超導(dǎo)磁體脈沖磁場(chǎng)第六頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日磁性信號(hào)的檢測(cè)目的信號(hào)5（基本）粒子的磁矩單原子、單分子的磁矩原子團(tuán)、聚合物的磁性大塊材料：

(比)(飽和)磁矩(磁化強(qiáng)度、磁感應(yīng)強(qiáng)度)、

(內(nèi)稟)矯頑力、居里溫度、(最大)磁能積、磁化率、磁導(dǎo)率、磁疇、磁各向異性、

磁致伸縮，等等。第七頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日磁性信號(hào)的檢測(cè)內(nèi)容磁性分類具體的物質(zhì)具有何種磁性磁性的變化規(guī)律～環(huán)境溫度、壓力、氣氛～外加電、磁場(chǎng)～時(shí)間信號(hào)7第八頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日磁性信號(hào)的測(cè)量?jī)x器信號(hào)8中子散射裝置、磁力顯微鏡磁－磁作用回旋共振、自旋共振(鐵磁共振儀、亞鐵磁共振儀、反鐵磁共振儀、電子自旋共振儀、核磁共振儀、M?ssbauer譜儀)共振效應(yīng)磁－光效應(yīng)磁－力效應(yīng)沖擊法振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)VSM提拉樣品磁強(qiáng)計(jì)ESM超導(dǎo)量子(SQUID)磁強(qiáng)計(jì)電磁感應(yīng)Faraday效應(yīng)Kerr效應(yīng)、Faraday效應(yīng)磁圓（線）振二向色譜儀磁轉(zhuǎn)矩儀、磁天平交變梯度磁強(qiáng)計(jì)AGFM第九頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日電磁感應(yīng)原理FaradayLawofElectromagneticInduction第十頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日電磁感應(yīng)原理面積A磁通量電磁感應(yīng)1第十一頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日電磁感應(yīng)原理磁通量電磁感應(yīng)2必須明確的幾個(gè)問(wèn)題自由空間的穩(wěn)態(tài)磁通可以直接測(cè)量－磁通計(jì)樣品內(nèi)部的穩(wěn)態(tài)磁通無(wú)法直接測(cè)量？變化的磁通可以直接測(cè)量如何產(chǎn)生變化的磁通如何測(cè)量變化的磁通第十二頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日電磁感應(yīng)原理電磁感應(yīng)3t0t1ε(t)t沖擊法磁強(qiáng)計(jì)法電動(dòng)法感應(yīng)（測(cè)量發(fā)電機(jī)）法電子積分器、數(shù)字積分器各種自動(dòng)直流磁性測(cè)量?jī)x器第十三頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日沖擊法BallisticGalvanometer（沖擊檢流計(jì)）第十四頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日沖擊法沖擊法1最具原理性的磁性測(cè)量方法J為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，α為偏轉(zhuǎn)角，ρ為阻尼系數(shù)w為扭轉(zhuǎn)系數(shù)，B0為磁感應(yīng)強(qiáng)度，A和N為面積和匝數(shù)，i為瞬時(shí)電流H線圈B線圈樣品沖擊檢流計(jì)第十五頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日沖擊法沖擊法2應(yīng)盡量滿足的條件－靈敏度脈沖電流完畢之后，電流計(jì)線圈開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)：

電流計(jì)線圈的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量越大，越滿足此條件。檢流計(jì)處于臨界阻尼狀態(tài)；

檢流計(jì)比較慢地達(dá)到最大讀數(shù)，很快降為零。被測(cè)磁通應(yīng)盡量為瞬時(shí)變化：

非瞬時(shí)變化引入很大的誤差。線圈的自由振蕩周期要遠(yuǎn)大于磁通變化的時(shí)間

一般在10倍以上。需要測(cè)定沖擊檢流計(jì)的沖擊常數(shù)CΦ

使用互感系數(shù)M已知的互感線圈。第十六頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日沖擊法沖擊法3沖擊法的優(yōu)點(diǎn)

1、可以開(kāi)路、閉路測(cè)量；2、儀器設(shè)備簡(jiǎn)單。閉路：磁路閉合開(kāi)路：磁路不閉合NS沖擊法的缺點(diǎn)

1、積分式數(shù)據(jù)采集：零漂移；2、要求使用具有特定形狀的樣品；3、靈敏度較低。等截面積（常數(shù)）第十七頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日沖擊法的使用教學(xué)演示實(shí)驗(yàn)：電磁感應(yīng)定律工業(yè)：發(fā)電機(jī)工業(yè)：磁體的磁性能測(cè)量迴線儀：永磁材料的永磁性能檢測(cè)美國(guó)KJS公司中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院德國(guó)Magnet－Physik公司NIM－2000系列Permagraph系列HG－500第十八頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)VibratingSampleMagnetometer(VSM)第十九頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日VSM的設(shè)計(jì)理念為什么要振動(dòng)樣品？為什么要使用雙線圈？四線圈？為什么要調(diào)節(jié)鞍區(qū)？為什么要定標(biāo)磁矩？VSM的作業(yè)題目第二十頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)VSM1XYZ檢測(cè)線圈樣品磁偶極子磁偶極子的方向：？為什么要振動(dòng)樣品？第二十一頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)VSM2VSM幾個(gè)關(guān)鍵的問(wèn)題樣品必須處于均勻磁場(chǎng)中：均勻區(qū)我們只能檢測(cè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：檢測(cè)線圈怎樣得到磁偶極子：樣品、驅(qū)動(dòng)方式樣品－線圈－振幅－頻率第二十二頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)VSM3磁場(chǎng)均勻區(qū)螺線管d圓柱極頭電磁鐵圓臺(tái)極頭電磁鐵無(wú)限長(zhǎng)螺線管亥姆霍茲線圈超導(dǎo)磁體均勻區(qū)較大磁場(chǎng)強(qiáng)度可能較低均勻區(qū)較小磁場(chǎng)強(qiáng)度可能很高第二十三頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)VSM4檢測(cè)線圈－感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)Zaf(ω)設(shè)線圈面積為S，匝數(shù)為N感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)只有z方向分量第二十四頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)VSM5檢測(cè)線圈－感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)－磁矩兩個(gè)關(guān)于線圈的假設(shè)：（永遠(yuǎn)適用）檢測(cè)線圈位置固定；樣品沿固定方向（X或者Y）磁化。式中為檢測(cè)線圈位置函數(shù)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)－磁矩－驅(qū)動(dòng)方式－線圈位置的關(guān)系如下：第二十五頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)電壓有效值振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)VSM6檢測(cè)磁矩的最終表達(dá)式必須滿足的條件：（確保永遠(yuǎn)適用）檢測(cè)線圈尺寸、位置固定；樣品沿固定方向（X或者Y）磁化；樣品尺寸與線圈位置：滿足磁偶極子條件有足夠大的“鞍點(diǎn)區(qū)”第二十六頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)VSM7串聯(lián)反接－檢測(cè)線圈檢測(cè)線圈位置函數(shù)定義：空間位置函數(shù)fZ(r)中各頻率成份中與位置有關(guān)的函數(shù)，為該頻率成份的線圈幾何因子KF?；l的線圈幾何因子KF1：為什么要使用雙線圈？第二十七頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)VSM8串聯(lián)反接－檢測(cè)線圈基頻（ω）的貢獻(xiàn)：θ1θ2++++––––ZXCoil1Coil2D線圈直徑：D樣品_線圈：r（x）當(dāng)r2>5D2時(shí)，在x處，KF1為正即63°26′<θ<116o34′在－x處，KF1為負(fù)即243°26′<θ<296o34′為什么要使用雙線圈？第二十八頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)VSM9串聯(lián)反接－檢測(cè)線圈二次諧波（2ω）的貢獻(xiàn)：++++––––ZX對(duì)于滿足基頻線圈幾何因子所確定的串聯(lián)反接雙線圈，二次諧波在該線圈對(duì)中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)等于零。49°6′130°54′為什么要使用雙線圈？第二十九頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日不用線圈如何？使用磁場(chǎng)（自由空間磁通）傳感器？

完全可以！必須解決的問(wèn)題：能夠扣除磁化磁場(chǎng)等雜散磁場(chǎng)的影響必須可以即時(shí)響應(yīng)磁通的變化必須能夠?qū)Υ啪剡M(jìn)行定標(biāo)必須有滿足測(cè)量要求的靈敏度第三十頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日為什么使用四線圈？鞍區(qū)－磁場(chǎng)－靈敏度ZX為什么要使用四線圈？基于電磁鐵的VSM：高磁場(chǎng)使得極頭間距變小，導(dǎo)致鞍區(qū)縮小減小線圈之間的距離可以提高靈敏度，但鞍區(qū)縮小四線圈可以使得鞍區(qū)擴(kuò)大，但降低了靈敏度第三十一頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)VSM10“鞍點(diǎn)區(qū)”定義：對(duì)串聯(lián)反接線圈，在樣品所處磁場(chǎng)區(qū)的中心位置附近，線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)對(duì)樣品位置不敏感的區(qū)域。磁化方向振動(dòng)方向橫向方向0距離“鞍點(diǎn)區(qū)”的意義樣品的安裝位置調(diào)節(jié)為什么要調(diào)節(jié)鞍區(qū)？第三十二頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日什么時(shí)候需要調(diào)節(jié)鞍區(qū)？任何時(shí)候?。ǔ藴y(cè)量進(jìn)行之中）磁矩定標(biāo)時(shí)；開(kāi)始測(cè)量樣品前定義：對(duì)串聯(lián)反接線圈，在樣品所處磁場(chǎng)區(qū)的中心位置附近，線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)對(duì)樣品位置不敏感的區(qū)域。為什么要調(diào)節(jié)鞍區(qū)？什么時(shí)候可以不用調(diào)節(jié)鞍區(qū)：樣品處于位置不敏感區(qū)！第三十三頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)VSM11磁矩的定標(biāo)電壓有效值與磁矩的關(guān)系：標(biāo)準(zhǔn)樣品比磁化強(qiáng)度：σStandard；質(zhì)量：mStandard待測(cè)樣品比磁化強(qiáng)度：σSample；質(zhì)量：mSample為什么要定標(biāo)磁矩？第三十四頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)VSM12振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)的發(fā)展歷史前提：滿足磁偶極子的條件驅(qū)動(dòng)：頻率、振幅穩(wěn)定遠(yuǎn)離市電頻率及其諧波測(cè)量：檢測(cè)交流電壓－非積分式第三十五頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)VSM13振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)的發(fā)展歷史1956，G.W.vanOosterhout,Appl.Sci.Res.,B6,101-104(1956)1956，S.Foner,Rev.Sci.Instrum.,27,548(1956)1959，S.Foner,Rev.Sci.Instrum.,30,548-557(1959)1975，被IEC(國(guó)際電工委員會(huì))推薦為測(cè)量鐵氧體材料飽和磁化強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)方法之一1960s，鎖相放大技術(shù)(1930s)的使用1980s，自動(dòng)控制技術(shù)的廣泛使用第三十六頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)VSM14振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)的發(fā)展歷史相敏檢波器鎖相放大器X－Y記錄儀電子計(jì)算機(jī)第三十七頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)VSM15振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)的制造商（僅供參考）美國(guó)ADETechnologies,Inc.(DMS)美國(guó)LakeShoreCryotronics,(EG&G)美國(guó)LDJElectronics,Inc.美國(guó)QuantumDesignCo.(Oxford)中國(guó)科學(xué)院物理研究所吉林大學(xué)物理系南京大學(xué)物理系第三十八頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)VSM16振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)的分類：（一）具體類型樣品尺寸大小振動(dòng)方向通常與磁場(chǎng)平行通常與磁場(chǎng)垂直樣品振幅大?。ㄎ⒄駝?dòng)）感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)磁通變化d/dt磁矩mPPMS的VSM常規(guī)基于電磁鐵的VSM第三十九頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)VSM17振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)的分類：（二）具體類型磁場(chǎng)來(lái)源亥姆霍茲線圈電磁鐵超導(dǎo)磁體永磁體溫度范圍室溫/低溫/高溫振動(dòng)方式機(jī)械驅(qū)動(dòng)/電磁驅(qū)動(dòng)靜電驅(qū)動(dòng)平行磁場(chǎng)檢測(cè)線圈雙線圈/四線圈信號(hào)采集相敏檢波/鎖相放大控制方式電子計(jì)算機(jī)單片機(jī)人工存儲(chǔ)處理電子計(jì)算機(jī)記錄儀第四十頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)VSM18VSM的優(yōu)點(diǎn)

1、非積分式－同步采集，無(wú)零漂移；2、原理簡(jiǎn)單，使用方便，適用面廣；3、單點(diǎn)測(cè)量所需時(shí)間短；4、靈敏度較高。VSM的缺點(diǎn)

1、只能開(kāi)路測(cè)量－退磁修正；2、樣品大小、位置影響測(cè)量結(jié)果。第四十一頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)VSM19相關(guān)參考文獻(xiàn)G.W.vanOosterhout,Appl.Sci.Res.,B6,101-104(1956)S.Foner,Rev.Sci.Instrum.,27,548(1956)S.Foner,Rev.Sci.Instrum.,30,548-557(1959)S.Foner,Rev.Sci.Instrum.,45,1181(1974)S.Foner,Rev.Sci.Instrum.,46,1425(1975)A.ZiebaandS.Foner,Rev.Sci.Instrum.,53,1344(1982)S.Foner,J.Appl.Phys.,38,1510(1967)S.Foner,J.Appl.Phys.,79,4740(1996)第四十二頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日基于電磁鐵的VSM的問(wèn)題VSM20鏡像效應(yīng)（ImageEffect）當(dāng)磁場(chǎng)高于某一值（純鐵極頭為2.0T）時(shí)，磁化曲線突然下降。HM來(lái)源：1、極頭磁化飽和所致。2、線圈與極頭的幾何位置有關(guān)Hall磁強(qiáng)計(jì)線圈信號(hào)＝樣品信號(hào)＋電磁鐵的鏡像信號(hào)解決辦法：1、不用極頭；2、線圈遠(yuǎn)離極頭；3、修正磁矩定標(biāo)是否受影響？第四十三頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日VSM的靈敏度VSM21靈敏度：取決于最小量程一般來(lái)說(shuō)，廠家給出的靈敏度無(wú)法在實(shí)際中達(dá)到。？影響信號(hào)檢測(cè)的因素：1、儀器本身的計(jì)量性能；2、樣品架的本底信號(hào)盡量減小樣品桿的信號(hào)盡量使樣品桿質(zhì)量均勻第四十四頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日超導(dǎo)量子磁強(qiáng)計(jì)SuperconductingQuantumInterferenceDeviceMagnetometer(SQUIDMagnetometer)第四十五頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日超導(dǎo)量子磁強(qiáng)計(jì)詳見(jiàn)本系列的《超導(dǎo)量子磁強(qiáng)計(jì)》靈敏度高：優(yōu)于VSM和ESM；單點(diǎn)測(cè)量時(shí)間較長(zhǎng)：已得到改善；使用液氦：SQUID放大器；超導(dǎo)磁體中有殘余磁場(chǎng)：

MagnetReset、QuenchMagnet第四十六頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日電磁感