《微振动样品磁强计测量铁氧体的磁性及其处理方法》由会员分享，可在线阅读，更多相关《微振动样品磁强计测量铁氧体的磁性及其处理方法（38页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、微振动样品磁强计测量铁氧体微振动样品磁强计测量铁氧体 的磁性及其处理方法的磁性及其处理方法 目录目录I. I.引言引言II.II.实验原理实验原理III.III.实验仪器结构与工作原理实验仪器结构与工作原理IV.IV.测量数据测量数据 V.V.数据处理与分析数据处理与分析VI.VI.震动样品磁强计的发展震动样品磁强计的发展VII.VII.VSMVSM的应用的应用引言引言n n1959 1959 美国美国 S. FonerS. Foner制成实用的振动样品制成实用的振动样品 磁强计（磁强计（VSMVSM）n n近三十年以来以感应法为基础的抛移法近三十年以来以感应法为基础的抛移法 有很大发展，使样
2、品和测量线圈做周期有很大发展，使样品和测量线圈做周期 性的相对运动获取信号出现了各种类型性的相对运动获取信号出现了各种类型 的磁强计：的磁强计：振动样品磁强计振动样品磁强计，振动线圈，振动线圈 磁强计，旋转样品磁强计等磁强计，旋转样品磁强计等 n n振动样品磁强计的研究受到广泛重视振动样品磁强计的研究受到广泛重视 从其样品振动幅度大小和对感应信号的处从其样品振动幅度大小和对感应信号的处 理方式又可分为两种理方式又可分为两种 : :n n一种使样品在均匀磁一种使样品在均匀磁 场中做小幅度等幅振场中做小幅度等幅振 动（微振动），振动动（微振动），振动 方向一般垂直于磁场方向一般垂直于磁场 ，感应信
3、号一般不需，感应信号一般不需 要进行积分处理直接要进行积分处理直接 与被测样品磁矩成正与被测样品磁矩成正 比，它多用于一般电比，它多用于一般电 磁铁产生的磁场下进磁铁产生的磁场下进 行物质磁测量行物质磁测量 应用最广，发展最快应用最广，发展最快n n另一种使样品在磁场另一种使样品在磁场 中做大幅度等幅振动中做大幅度等幅振动 ，振动方向与磁场方，振动方向与磁场方 向平行，感应信号需向平行，感应信号需 经积分之后才与被测经积分之后才与被测 样品磁矩成正比它多样品磁矩成正比它多 用于产生强磁场的超用于产生强磁场的超 导螺线管中进行物质导螺线管中进行物质 磁性测量磁性测量 振动样品磁强计可以测 出在不
4、同的环境下材料多 种磁特性。由于它易于发 挥电子技术的作用及其采 用灵活的设计，使之有极 高的灵敏度并兼备易于安 装定位，更换样品的优点 。测量磁矩灵敏度在磁场 中零场到磁铁可达到的最 大场范围内，可小到 以下。 由 于其具有很多优异特性而 被磁学研究者们广泛采用 ，又经许多人改进，使 VSM成为检测物质内禀磁 特性的标准通用设备。 内禀磁特性内禀磁特性 主要是指物质的磁化强度而言，即体积磁化强度 M 单位体积内的磁矩，和质量磁化强度单位 质量的磁矩。设被测样品的体积为V，由于样品很小，当被磁 化后，在远处可将其视为磁偶极子：如将样品按一定 方式振动，就等同于磁偶极场在振动。于是，放置在 样品
5、附近的检测线圈内就有磁通量的变化，产生感生 电压。将此电压放大并记录，再通过电压-磁矩的已知 关系，即可求出被测样品的M或。实验原理实验原理n n原理图见原理图见图图1 1所示所示 n n将小球型样品（体积位将小球型样品（体积位V V，磁化强度为，磁化强度为M M） 放在平行于放在平行于X X轴方向的均匀磁场轴方向的均匀磁场H H中，并使中，并使 它在它在Z Z方向做小幅度等幅振动，在其附近放方向做小幅度等幅振动，在其附近放 一个轴线和一个轴线和Z Z轴平行的多匝线圈轴平行的多匝线圈L L，在，在L L内的内的 第第n n匝内取面积元，其与坐标原点的矢径为匝内取面积元，其与坐标原点的矢径为 ，
6、磁场延，磁场延X X方向施加方向施加 实验原理实验原理将小球型样品（体积位将小球型样品（体积位 V V，磁化强度为，磁化强度为MM）放在）放在 平行于平行于X X轴方向的均匀磁轴方向的均匀磁 场场H H中，并使它在中，并使它在Z Z方向方向 做小幅度等幅振动，在做小幅度等幅振动，在 其附近放一个轴线和其附近放一个轴线和Z Z轴轴 平行的多匝线圈平行的多匝线圈L L，在，在L L 内的第内的第n n匝内取面积元匝内取面积元 ，其与坐标原点的矢径，其与坐标原点的矢径 为为 ，磁场延，磁场延X X方向施方向施 加。加。 实验原理实验原理n n由于由于S S的尺度与的尺度与 相比非常小，故相比非常小，
7、故S S在空间的场在空间的场 可表示为偶极场形势：可表示为偶极场形势：(1) (1) 由此由此 的的Z Z方向分量为：方向分量为： (m(m为样品磁矩为样品磁矩) )实验原理实验原理n n注意到注意到 值有值有X X分量，则可得到检测线圈分量，则可得到检测线圈L L内第内第n n匝匝 中中 面积元的磁通量：面积元的磁通量： (2)(2)其中其中 为真空磁导率。为真空磁导率。第第n n匝内的总磁通为：匝内的总磁通为： (3) (3) 实验原理实验原理n n整个整个L L的总磁通则为：的总磁通则为： (4)(4)其中，其中， 为为 的的X X轴分量，不随时间而变；轴分量，不随时间而变；为为 的的Z
8、 Z轴分量，是时间的函数轴分量，是时间的函数 。实验原理实验原理n n现在认为现在认为S S不动而不动而L L以以S S原有的方式振动，原有的方式振动， 此时可有此时可有 ， 为第为第 n n匝的坐标，匝的坐标，a a为为L L的振幅。的振幅。n n由此可得到检测线圈内的感应电压为：由此可得到检测线圈内的感应电压为： (5)(5)实验原理实验原理有意义的结论：有意义的结论：n n检测线圈中的感应电压幅值正比于被测样品的总磁矩检测线圈中的感应电压幅值正比于被测样品的总磁矩（或（或 ），且和检测线圈的结），且和检测线圈的结 构，振动频率和振幅有关。构，振动频率和振幅有关。 n n如果将如果将K K
9、保持不变，则感应信号仅和样品总磁矩成正保持不变，则感应信号仅和样品总磁矩成正 比比 。n n预先标定感应信号与磁矩的对应关系后，就可以根据预先标定感应信号与磁矩的对应关系后，就可以根据 测定的感应信号的大小而推知被测磁矩值。测定的感应信号的大小而推知被测磁矩值。n n因此，在因此，在测测测测出出样样样样品的品的质质质质量和密度后，即可量和密度后，即可计计计计 算出被算出被测样测样测样测样 品的磁化品的磁化强强度度 , , 。 ，为为为为材料的密度。材料的密度。实验仪器结构与工作原理实验仪器结构与工作原理 n n仪器结构仪器结构 振动系统振动系统* * 探测线圈探测线圈n n仪器工作原理仪器工作
10、原理实验仪器结构与工作原理实验仪器结构与工作原理实验仪器结构与工作原理实验仪器结构与工作原理 * *振动系统振动系统 为使样品能在磁场中做等幅强迫振动，需要有振为使样品能在磁场中做等幅强迫振动，需要有振 动系统推动。系统应保证频率与振幅稳定。显然适动系统推动。系统应保证频率与振幅稳定。显然适 当的提高频率和增大振幅对获取信号有利，但为防当的提高频率和增大振幅对获取信号有利，但为防 止在样品中出现涡流效应和样品过分位移，频率和止在样品中出现涡流效应和样品过分位移，频率和 幅值多数设计在幅值多数设计在200HZ200HZ和和1mm1mm以下。低频小幅振动一以下。低频小幅振动一 般采用两种方式产生：
11、一种是用马达带动机械结构般采用两种方式产生：一种是用马达带动机械结构 传动；另一种是采用扬声器结构用电信号推动。前传动；另一种是采用扬声器结构用电信号推动。前 者带动负载能力强并且容易保证振幅和频率稳定，者带动负载能力强并且容易保证振幅和频率稳定， 后者结构轻便，改变频率和幅值容易，外控方便，后者结构轻便，改变频率和幅值容易，外控方便， 受控后也可以保证振幅和频率稳定。受控后也可以保证振幅和频率稳定。实验仪器结构与工作原理实验仪器结构与工作原理n n因为仪器应仅探测由样品磁性产生的单一固因为仪器应仅探测由样品磁性产生的单一固 定的频率信号，与这频率不同的信号可由选频放定的频率信号，与这频率不同
12、的信号可由选频放 大器和锁相放大器消除。一切因素产生的相同频大器和锁相放大器消除。一切因素产生的相同频 率的伪信号必须设法消除，这是提高仪器的灵敏率的伪信号必须设法消除，这是提高仪器的灵敏 度重要关键。因为振动头是一个强信号源，且频度重要关键。因为振动头是一个强信号源，且频 率与探测信号频率一致，故探头与探测线圈要保率与探测信号频率一致，故探头与探测线圈要保 持较远距离用振动杆传递振动，又在振动头上加持较远距离用振动杆传递振动，又在振动头上加 屏蔽罩，防止产生感应信号。为了确保测量精度屏蔽罩，防止产生感应信号。为了确保测量精度 避免振动杆的横向振动，在振动管外面加黄铜保避免振动杆的横向振动，在
13、振动管外面加黄铜保 护管，其间位于中部和下部用聚四氟乙烯垫圈支护管，其间位于中部和下部用聚四氟乙烯垫圈支 撑，既消除了横振动又不影响振动效果。撑，既消除了横振动又不影响振动效果。 实验仪器结构与工作原理实验仪器结构与工作原理 探探测测系系统统在测量过程中，希望探测线圈能有较大的在测量过程中，希望探测线圈能有较大的 信噪比，同时要求样品在重复测量中取放位置的信噪比，同时要求样品在重复测量中取放位置的 偏差在一定空间内不影响输出信号大小。前者能偏差在一定空间内不影响输出信号大小。前者能 够提供测量必要的灵敏度，后者则是保证测量精够提供测量必要的灵敏度，后者则是保证测量精 度和重复性的重要条件。因此
14、探测线圈形状和尺度和重复性的重要条件。因此探测线圈形状和尺 寸的选择是震动样品磁强计的重要关键之一。寸的选择是震动样品磁强计的重要关键之一。实验仪器结构与工作原理实验仪器结构与工作原理由式（由式（5 5）可以看出，信号的电动势为线圈到样品间）可以看出，信号的电动势为线圈到样品间 距离距离r r的灵敏圈数。因此减小距离的灵敏圈数。因此减小距离r r，增强样品与线圈的，增强样品与线圈的 耦合，将会使灵敏度大为提高。但是随着距离的减小，耦合，将会使灵敏度大为提高。但是随着距离的减小， 样品所在位置的偏差对信号影响就会越大，对样品取放样品所在位置的偏差对信号影响就会越大，对样品取放 位置的重复性要求就
15、会更加苛刻。可以使用成对的线圈位置的重复性要求就会更加苛刻。可以使用成对的线圈 对称的放置在样品两边是这种情况得到改善。在（对称的放置在样品两边是这种情况得到改善。在（5 5）式）式 中，将中，将X X用用-X-X代入，信号将改变符号，这说明同样线圈在代入，信号将改变符号，这说明同样线圈在 样品两边对称位置其输出信号相等，相位相反。因此在样品两边对称位置其输出信号相等，相位相反。因此在 实用中制成成对的线圈彼此串联反接，对称地放置在样实用中制成成对的线圈彼此串联反接，对称地放置在样 品两边，这样不仅可以保证在每对线圈中由样品偶极子品两边，这样不仅可以保证在每对线圈中由样品偶极子 振动产生的信号彼此相加，而且它对位置尚有相互振动产生的信号彼此相加，而且它对位置尚有相互“补
