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振动样品磁强计

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振动样品磁强计是一种基于电磁感应原理制成的高灵敏度磁矩测量仪器,它在探测线圈中振动所产生的感应电压与样品磁矩、振幅、振动频率成正比。在保证振幅、振动频率不便的基础上用锁相放大器测量这一电压,即可算出待测样品的磁矩。

振动样品磁强计的原理

  • 如果小样品(可近似为磁偶极子)在原点沿z轴作微小振动,放在附近的小线圈(轴向与z轴平行)将产生感应电压:

    eg=Gδcosωt=km,

    其中G=π0NA为线圈的几何因74r3VSM的结构子,ω为振动频率,δ为振幅,m为样品的磁矩,N和A为线圈的匝数和面积.原则上,可以通过计算确定出eg和m之间的比例系数k,从而由测量的感应电压得到样品的磁矩.但这种计算很复杂,实际上是通过实验的方法确定比例系数k,即通过测量已知磁矩为m的样品的感应电压eg,得到k=eg,这一过程称为定标.定标过程中标样的m具体参量(磁矩,,体积形状和位置等)越接近待测样品,定标越准确.

    VSM测量采用开路方法,磁化的样品表面存在磁荷,表面磁荷在样品内产生退磁场NM(N为退磁因子,与样品的具体形状有关).所以在样品内,总的磁场并不是磁体产生的磁场H,而是H-NM.测量的曲线要进行退磁因子修正,用H-NM来代替H.

    样品放置的位置对测量的灵敏度有影响.样品沿着2个线圈的连线的方向(x方向)离开中心位置,感应信号变大;沿其他2个方向(y和z方向)离开中心位置,感应信号变小.中心位置是x方向的极小值及y和z方向的极大值,是感应信号对空间最不敏感的位置,称为鞍点.鞍点附近的小区域称为鞍区.测量时,样品应放置在鞍区内,这样可以使由样品具有有限体积而引起的误差最小.

振动样品磁强计的结构

  • 基本的振动样品由磁体及电源,振动头及驱动电源,探测线圈,锁相放大器和测量磁场用的霍尔磁强计等几部分组成,如图所示

    振动头用来使样品产生微小振动.本仪器采用电磁驱动方式(扬声器结构),这种振动方式结构轻便,容易改变频率和幅值,外控方便.为了避免振动通过电磁铁传递到探测线圈引起干扰,振动头采用双振子结构,一个线圈与样品杆连接,另一个线圈与和振动杆质量相同的铜块连接,2个线圈在磁场中相向振动,相位差为180°为了使.振动稳定,还采取了稳幅措施.在振动杆上固定1块永磁体,永磁体与样品一同振动.当振动幅度发生变化时,放置在永磁体附近的1对探测线圈会探测到这一变化并反馈给驱动电源,驱动电源根据反馈信号对振动幅度作出调整,使振幅稳定.因为振动头是强信号源,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.振动频率应尽量避开50Hz及其整数倍,以避免产生干扰.振动头可以在水平面内以任意角度旋转,实现对样品不同方向的测量.

    磁体为电磁铁,极面直径为5cm,极间距为3cm,最大磁场可达1.5T.电磁铁电源为直流稳流电源,最大输出电流为10A.磁场的测量采用霍尔磁强计,共分4挡,最大量程为20T,最小分辨率为10-4T,采用核磁共振方法进行校准.

    磁矩的测量由探测线圈和锁相放大器组成,1对探测线圈对称地放置在电磁铁的极面上,串连反接,这样可以使由样品振动产生的信号加强,而由磁场的波动引起的以及其他非样品产生的信号相抵消.采用这样的探测线圈可以在中心位置产生鞍区,方便测量.锁相放大器有很高的放大倍数,保证了VSM有较高的灵敏度.采用标准镍球对磁矩进行标定。

振动样品磁强计的用途

  • 振动样品磁强计适合测试以下材料:亚铁磁、反、顺磁材料和抗铁磁材料,各向异性材料,磁记录材料,磁-光学材料,稀土和过度元素、非晶金属、高导磁率材料、金属蛋白等形式的铁磁物质。弱磁,顺磁等样品虽然可以用振动样品磁强计测量,但灵敏度是有所下降的。此外振动样品磁强计还适用于块状、粉末、薄片、单晶和液体等多种形状和形态的材料。

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