微振动样品磁强计测量铁氧体的磁性及其处理方法61333学习教案.pptx

《微振动样品磁强计测量铁氧体的磁性及其处理方法61333学习教案.pptx》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61333学习教案.pptx（38页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、会计学1微振动样品微振动样品(yngpn)磁强计测量铁氧体的磁强计测量铁氧体的磁性及其处理方法磁性及其处理方法61333第一页，共38页。引言引言(ynyn)n n1959 美国 S.Foner制成实用的振动样品磁强计（VSM）n n近三十年以来以感应法为基础的抛移法有很大发展，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的磁强计：振动样品磁强计，振动线圈磁强计，旋转样品磁强计等 n n振动样品磁强计的研究(ynji)受到广泛重视 第2页/共38页第二页，共38页。第3页/共38页第三页，共38页。从其样品振动幅度大小和对感应信号从其样品振动幅度大小和对感应信号从其样品振动幅度大小

2、和对感应信号从其样品振动幅度大小和对感应信号(xnho)(xnho)的处理的处理的处理的处理方式又可分为两种方式又可分为两种方式又可分为两种方式又可分为两种:n n一种使样品在均匀磁场(cchng)中做小幅度等幅振动（微振动），振动方向一般垂直于磁场(cchng)，感应信号一般不需要进行积分处理直接与被测样品磁矩成正比，它多用于一般电磁铁产生的磁场(cchng)下进行物质磁测量 n n 应用最广，发展最快 n n另一种使样品在磁场中做大幅度等幅振动，振动方向与磁场方向平行(pngxng)，感应信号需经积分之后才与被测样品磁矩成正比它多用于产生强磁场的超导螺线管中进行物质磁性测量 第4页/共38

3、页第四页，共38页。振动样品磁强计可以测出在不同的环境下材料(cilio)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。第5页/共38页第五页，共38页。内禀磁特性内禀磁特性(txng)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：

4、如将样品按一定方式振动，就等同于磁偶极场在振动。于是，放置在样品附近的检测线圈内就有磁通量的变化，产生(chnshng)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。第6页/共38页第六页，共38页。实验实验(shyn)原理原理n n原理图见图1所示 n n将小球型样品（体积位V，磁化强度为M）放在平行于X轴方向的均匀磁场(cchng)H中，并使它在Z方向做小幅度等幅振动，在其附近放一个轴线和Z轴平行的多匝线圈L，在L内的第n匝内取面积元，其与坐标原点的矢径为，磁场(cchng)延X方向施加 第7页/共38页第七页，共38页。实验实验(shyn)原理原理 将

5、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轴方向的均匀轴方向的均匀(jnyn)(jnyn)磁场磁场HH中，并使中，并使它在它在Z Z方向做小幅度等幅方向做小幅度等幅振动，在其附近放一个振动，在其附近放一个轴线和轴线和Z Z轴平行的多匝线轴平行的多匝线圈圈L L，在，在L L内的第内的第n n匝内取匝内取面积元面积元 ，其与坐标原，其与坐标原点的矢径为点的矢径为 ，磁场延，磁场延X X方向施加。方向施加。第8页/共38页第八页，共38页。实验实验(shyn)原理原理n n由由于于S S的的尺尺度度与与 相相比比非非常常小小，故故S S在

6、在空空间间(kngjin)(kngjin)的场可表示为偶极场形势：的场可表示为偶极场形势：n n n n n n (1)(1)n n由此由此 的的Z Z方向分量为：方向分量为：n n n n (m (m为样品磁矩为样品磁矩)第9页/共38页第九页，共38页。实验实验(shyn)原理原理n n注意注意(zh y)(zh y)到到 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内内第第n n匝中匝中 面积元的磁通量：面积元的磁通量：n n n n (2)(2)n n n n 其中其中 为真空磁导率。为真空磁导率。n n第第n n匝内的总磁通为：匝内的总磁通为：n n (3)(3)

7、第10页/共38页第十页，共38页。实验实验(shyn)原理原理n n整个(zhngg)L的总磁通则为：n n n n (4)n n其中，为 的X轴分量，不随时间而变；n n 为 的Z轴分量，是时间的函数。第11页/共38页第十一页，共38页。实验实验(shyn)原理原理n n现在(xinzi)认为S不动而L以S原有的方式振动，此时可有 ，为第n匝的坐标，a为L的振幅。n n由此可得到检测线圈内的感应电压为：n n n n (5)n n 第12页/共38页第十二页，共38页。实验实验(shyn)原理原理有意义的结论有意义的结论(jiln)：检测线圈中的感应电压幅值正检测线圈中的感应电压幅值正比

8、于被测样品的总磁矩比于被测样品的总磁矩 （或（或 ），且和检），且和检测线圈的结构，振动频率和测线圈的结构，振动频率和振幅有关。振幅有关。如果将如果将K保持不变，则感应信保持不变，则感应信号仅和样品总磁矩成正比号仅和样品总磁矩成正比。预先标定感应信号与磁矩的对预先标定感应信号与磁矩的对应关系后，就可以根据测定应关系后，就可以根据测定的感应信号的大小而推知被的感应信号的大小而推知被测磁矩值。测磁矩值。因此，在测出样品的质量和密因此，在测出样品的质量和密度后，即可计算出被测样品度后，即可计算出被测样品的磁化强度的磁化强度 ,。，为材料的密度。为材料的密度。第13页/共38页第十三页，共38页。实验

9、仪器实验仪器(yq)结构与工作原理结构与工作原理 n n仪器结构n n 振动(zhndng)系统n n *探测线圈n n仪器工作原理n n n n 第14页/共38页第十四页，共38页。实验仪器结构实验仪器结构(jigu)与工作原理与工作原理第15页/共38页第十五页，共38页。实验仪器实验仪器(yq)结构与结构与工作原理工作原理 *振动振动(zhndng)(zhndng)系统系统 为为 使使 样样 品品 能能 在在 磁磁 场场 中中 做做 等等 幅幅 强强 迫迫 振振 动动(zhndng)(zhndng)，需需 要要 有有 振振 动动(zhndng)(zhndng)系系统统推推动动。系系统统

10、应应保保证证频频率率与与振振幅幅稳稳定定。显显然然适适当当的的提提高高频频率率和和增增大大振振幅幅对对获获取取信信号号有有利利，但但为为防防止止在在样样品品中中出出现现涡涡流流效效应应和和样样品品过过分分位位移移，频频率率和和幅幅值值多多数数设设计计在在200HZ200HZ和和1mm1mm以以下下。低低频频小小幅幅振振动动(zhndng)(zhndng)一一般般采采用用两两种种方方式式产产生生：一一种种是是用用马马达达带带动动机机械械结结构构传传动动；另另一一种种是是采采用用扬扬声声器器结结构构用用电电信信号号推推动动。前前者者带带动动负负载载能能力力强强并并且且容容易易保保证证振振幅幅和和频

11、频率率稳稳定定，后后者者结结构构轻轻便便，改改变变频频率率和和幅幅值值容容易易，外外控控方方便便，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。第16页/共38页第十六页，共38页。实验仪器实验仪器(yq)结构与结构与工作原理工作原理n n 因为仪器应仅探测由样品磁性产生的单一固定的频率信号，与这频率不同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，又在振动头上加屏蔽罩，防止产生感应信号。为了(wi le)确保测

12、量精度避免振动杆的横向振动，在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撑，既消除了横振动又不影响振动效果。第17页/共38页第十七页，共38页。实验仪器实验仪器(yq)结构与结构与工作原理工作原理 探测系统 在测量过程中，希望探测线圈能有较大的信噪比，在测量过程中，希望探测线圈能有较大的信噪比，同时要求同时要求(yoqi)(yoqi)样品在重复测量中取放位置的偏差在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。前者能够提供测量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度和重复性的重必要的灵敏度，后者则是保证测量精度和重复性

13、的重要条件。因此探测线圈形状和尺寸的选择是震动样品要条件。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。磁强计的重要关键之一。第18页/共38页第十八页，共38页。实验仪器实验仪器(yq)结构与结构与工作原理工作原理 由式（由式（5 5）可以看出，信号的电动势为线圈到样品间距）可以看出，信号的电动势为线圈到样品间距离离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，增强样品与线圈的耦合，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，样品所在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，对样品取放位置的重复位置的偏差

14、对信号影响就会越大，对样品取放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（样品两边是这种情况得到改善。在（5 5）式中，将）式中，将X X用用-X-X代代入，信号将改变符号，这说明同样线圈在样品两边对称位入，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置其输出信号相等(xingdng)(xingdng)，相位相反。因此在实用中，相位相反。因此在实用中制成成对的线圈彼此串联反接，对称地放置在样品两边，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

15、品偶极子振动产生的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信号彼此相加，而且它对位置尚有相互“补偿补偿”的作用，的作用，使信号对位置的便宜变得不敏感了。探测线圈这样串联反使信号对位置的便宜变得不敏感了。探测线圈这样串联反接的结果还可使来自磁化场的波动和来自其它空间的干扰接的结果还可使来自磁化场的波动和来自其它空间的干扰信号互相抵消，因而改善了抗干扰的能力。信号互相抵消，因而改善了抗干扰的能力。第19页/共38页第十九页，共38页。实验仪器结构实验仪器结构(jigu)与工作原理与工作原理n n仪器工作(gngzu)原理n n 信号发生器产生的功率信号加

16、到振动子上，使振动子驱动振动杆做周期性运动，从而带动黏附在振杆下端的样品作同频同相位振动，扫描电源供电磁铁产生可变磁化外场H而使样品磁化，从而在检测线圈中产生感应信号，此信号经放大并检测后，馈给X-Y记录仪的Y轴。而测量磁场用的毫特斯拉计的输出则馈给X轴。这样，当扫描电源变化一个周期后，记录仪将描出J-H回线。第20页/共38页第二十页，共38页。实验实验(shyn)仪器结构仪器结构与工作原理与工作原理 J的大小，又必须由已知磁矩的标准样品定标后求得。如：已知Ni标样的质量磁矩为 ，质量为 ，其 。用Ni标样取代被测样品，在完全相同的条件下加磁场使Ni饱和磁化后测得 轴偏转为 ，则单位偏转所对

17、应的磁矩数应为 ，再由样品的J-H回线上量得样品某磁场下的 轴高度 ，则 被测样品在该磁场下的磁化强度 ，或被测样品的质量磁化强度 ，为 样品密度，为样品质量。这样，我们(w men)既可根据实测的J-H回线推算出被测样品材料的M-H回线。第21页/共38页第二十一页，共38页。实验实验(shyn)仪器结构仪器结构与工作原理与工作原理注意：这里的H为外磁场。也就是说，只有在可以忽略样品的“退磁场”情况下，利用VSM测得的回线，方能代表材料的特征，否则，必须对磁场进行修正后所得到的回线形状，才能表示材料的真实特征。所谓(suwi)“退磁场”，即当样品被磁化后，其M将在样品两端产生“磁荷”，此“磁

18、荷对”将产生于磁化场方向相反的磁场，从而减弱了外加磁化场H的磁化作用，故称为退磁场。可将退磁场表示为,称为“退磁因子”，取决于样品的形状，一般来说非常复杂，甚至其为张量形式，只有旋转椭球体，方能计算出三个方向的具体数值。第22页/共38页第二十二页，共38页。实验仪器结构实验仪器结构(jigu)与工作原理与工作原理 磁性测量中，通常样品均制成旋转椭磁性测量中，通常样品均制成旋转椭磁性测量中，通常样品均制成旋转椭磁性测量中，通常样品均制成旋转椭球体的几种退化型：圆球形，细线形，球体的几种退化型：圆球形，细线形，球体的几种退化型：圆球形，细线形，球体的几种退化型：圆球形，细线形，薄模形，此时，这些

19、薄模形，此时，这些薄模形，此时，这些薄模形，此时，这些(zhxi)(zhxi)(zhxi)(zhxi)样品的特样品的特样品的特样品的特定方向的定方向的定方向的定方向的N N N N是定值，如球形时是定值，如球形时是定值，如球形时是定值，如球形时1/31/31/31/3，沿细，沿细，沿细，沿细线的轴线线的轴线线的轴线线的轴线N=0N=0N=0N=0，沿膜面，沿膜面，沿膜面，沿膜面N=0N=0N=0N=0等。等。等。等。球形：球形：球形：球形：N=1/3 N=1/3 N=1/3 N=1/3沿细线的轴线沿细线的轴线沿细线的轴线沿细线的轴线:N=0:N=0:N=0:N=0沿膜面沿膜面沿膜面沿膜面:N=

20、0:N=0:N=0:N=0 第23页/共38页第二十三页，共38页。测量测量(cling)数据数据 H(Gs)H(Gs)120012009009006006003003000 0-50-50Y Y(mv)(mv)0.400.400.360.360.340.340.290.290.240.240.210.21H(Gs)H(Gs)-120-120-150-150-200-200-220-220-250-250-288-288Y Y(mv)(mv)0.190.190.160.160.120.120.100.100.060.060 0H(Gs)H(Gs)-320-320-350-350-380-380

21、-400-400-430-430-480-480Y Y(mv)(mv)-0.05-0.05-0.10-0.10-0.14-0.14-0.17-0.17-0.20-0.20-0.25-0.25第24页/共38页第二十四页，共38页。H(Gs)H(Gs)-530-530-600-600-700-700-900-900-1200-1200-900-900Y Y(mv)(mv)-0.27-0.27-0.30-0.30-0.32-0.32-0.35-0.35-0.38-0.38-0.35-0.35H(Gs)H(Gs)-600-600-300-3000 0200200250250270270Y Y(mv)

22、(mv)-0.31-0.31-0.26-0.26-0.20-0.20-0.11-0.11-0.05-0.05-0.02-0.02H(Gs)H(Gs)285285310310350350380380400400430430Y Y(mv)(mv)0 00.050.050.100.100.150.150.170.170.210.21H(Gs)H(Gs)4704705005006006007007001000100012001200Y Y(mv)(mv)0.250.250.270.270.310.310.340.340.370.370.400.40第25页/共38页第二十五页，共38页。Ni：=54.

23、56 emu/g =67.2mg =100mg =1/3 数据处理与分析数据处理与分析(fnx)第26页/共38页第二十六页，共38页。数据处理与分析数据处理与分析(fnx)=emu =通过(tnggu)Origin生成磁滞回线，如图3第27页/共38页第二十七页，共38页。数据处理与分析数据处理与分析(fnx)第28页/共38页第二十八页，共38页。数据处理与分析数据处理与分析(fnx)消除退磁场消除退磁场(cchng)(cchng)：从而得到修正后的从而得到修正后的-H-H回线，见图四。回线，见图四。第29页/共38页第二十九页，共38页。数据处理与分析数据处理与分析(fnx)第30页/共

24、38页第三十页，共38页。数据处理与分析数据处理与分析(fnx)第31页/共38页第三十一页，共38页。数据处理与分析数据处理与分析(fnx)第32页/共38页第三十二页，共38页。振动振动(zhndng)样品磁强计的样品磁强计的发展发展 随随着着计计算算机机技技术术的的高高速速发发展展(fzhn)(fzhn)，国国外外先先后后出出现现了了各各种种类类型型由由微微机机控控制制的的振振动动样样品品磁磁强强计计。它它对对测测量量实实现现多多功功能能,自自动动化化，智智能能化化方方面面有有很很大大改改观观。振振动动样样品品磁磁强强计计应应用用微微机机控控制制后后已已使使仪仪器器面面貌貌焕焕然然一一新

25、新，它它的的硬硬件件和和软软件件正正在在不不断断的的完完善善中中，不不断断地地采采用用先先进进技技术术，提提出出新新的的设设计计方方案案，必必然然会会使使设设备备有有更更大大的的改改观。观。第33页/共38页第三十三页，共38页。第34页/共38页第三十四页，共38页。VII VSM的应用的应用(yngyng)振动样品磁强计自问世以来至今已有四十余年的历史，它已经成为有广泛用途的测试设备，用以在铁磁，亚铁磁，反铁磁，顺磁和抗磁材料的研究(ynji)中测量磁特性，它包括对稀土永磁材料，铁氧体材料，非晶和准晶材料，超导材料，合金，化合物及生物蛋白质的磁性研究(ynji)等等，为材料科学的研究(yn

26、ji)做出了杰出的贡献。第35页/共38页第三十五页，共38页。VII VSM的应用的应用(yngyng)n n以下是近期VSM研究与应用的新动向：n n A.加拿大VSM医疗技术公司与LawrenceBerkeley国家实验室达成协议，双方将合作研究脑磁图仪（MEG）和磁共振仪（MRI的融合成像设备)研究小组开发出了一种具有创新水平(shupng)的低场MRI技术。n n B.装载在探测一号卫星上，由欧空局提供的科学探测仪器磁强计成功打开，用来探测地球磁场的三维分布以及时空变化规律。第36页/共38页第三十六页，共38页。感谢贺老师(losh)的指导和同学们的支持与帮助！第37页/共38页第三十七页，共38页。感谢您的观看感谢您的观看(gunkn)！第38页/共38页第三十八页，共38页。