振动样品磁强计测量内禀磁特性
实验讲义-用振动样品磁强计测量磁性测量磁性能

实验讲义用振动样品磁强计测量铁氧体永磁磁性能吉林大学物理实验中心第一节 预备知识一 物质磁性磁性是在自然界所有物质中广泛存在的一种物理性质。
任何物质放在磁场H 中,都会或多或少地被磁化。
通常用磁极化强度J 或磁化强度M (J 、M 为单位体积内的磁矩,M J 0μ=)表示磁化状态,即磁化的方向和磁化程度的大小。
H M χ=,χ为磁化率。
磁感应强度H J B 0μ+=或)(0H M B +=μ。
依据χ的正负和大小,物质磁性体可以分为抗磁性,顺磁性,铁磁性,反铁磁性,亚铁磁性和磁性玻璃等。
1.抗磁性抗磁性物质没有固有的原子磁矩,磁矩是被磁场感应出来的,所以磁矩方向与磁场方向相反,即磁化率χ是负的。
抗磁性物质磁化率χ的数值很小,约为10-6。
在一般实验室条件下,χ与H 和温度T 无关。
在超导体内,0)(0=+=M H B μ,因此1-=χ。
这个现象称为Meissner 效应。
2.顺磁性顺磁性物质中原子或离子具有固有磁矩,磁矩间相互作用很弱,没有外磁场时,磁矩在热扰动作用下混乱排列,宏观磁化强度为零。
在磁场中,磁矩受到力矩的作用向磁场方向转动,在磁场方向显现出宏观的磁化强度,所以顺磁性磁化率为正。
然而由于磁矩在外磁场中的位能远比热能小,磁化很弱,χ大小约为5610~10--。
在一般实验室的磁场中,χ与H无关,但与温度满足Curie 定律T C =χ 或Curie-Weiss 定律CT Cθχ-=,C 和C θ分别为Curie 常数和顺磁Curie 温度。
3. 铁磁性铁磁性物质具有固有磁矩,并且磁矩之间存在较强的相互作用,虽然不存在外磁场,所有的磁矩也都沿着同一方向排列,形成自发磁化。
为了降低退磁场能,铁磁体内部分成多个磁畴。
在磁畴内,所有磁矩平行排列,自发磁化到饱和值s J 。
不同磁畴的磁化方向不同,没有磁化的样品总体磁化强度为零。
磁畴之间存在畴壁,在畴壁内沿着厚度方向磁矩从一个磁畴的磁化方向逐步过渡到近邻磁畴的磁化方向。
振动样品磁强计

振动样品磁强计振动样品磁强计是一种利用磁场与样品振动的相互作用进行磁性测量的仪器。
它广泛应用于磁性材料的研究和应用领域,例如磁体材料、磁存储材料、磁感应层等。
本文将介绍振动样品磁强计的原理、工作原理和常见应用。
振动样品磁强计的原理是基于麦克斯韦方程组和霍尔效应。
当样品置于磁场中时,样品内部的电子会受到磁场力的作用而发生位移,从而使样品发生振动。
这种振动可以通过传感器检测到,并转化为电信号进行测量。
振动样品磁强计利用这一原理,通过测量样品振动的频率和振幅来确定磁场的强度。
振动样品磁强计的工作原理是将样品置于一个霍尔元件上,并施加一个交变磁场。
霍尔元件是一种基于霍尔效应的传感器,可以测量电子流中的电荷和电场强度之间的关系。
当样品振动时,霍尔元件会检测到电荷的变化并生成一个输出信号。
通过对输出信号的处理和分析,可以得到样品振动的频率和振幅,进而计算出磁场的强度。
振动样品磁强计具有很多优点。
首先,它能够测量非接触式的磁场强度,避免了传统测量方法中的电磁干扰问题。
其次,它对样品的要求较低,不受样品形状和尺寸的限制。
此外,振动样品磁强计还具有高精度和高灵敏度的特点,可以测量微弱的磁场信号。
另外,它的测量范围和频率范围较广,可以适应不同应用的需求。
振动样品磁强计在科学研究和工业应用中有着广泛的应用。
在科学研究方面,它常被用于研究磁性材料的特性和性能。
例如,通过测量磁场对样品的影响,可以研究材料的磁导率、饱和磁化强度、磁滞回线等。
此外,振动样品磁强计还可以用于材料的品质控制和质量检测。
例如,在磁存储领域,它可以用于检测磁盘表面的磁化情况和磁头的位置,以确保磁存储设备的可靠性和稳定性。
在工业应用方面,振动样品磁强计可以用于磁性材料的生产过程监控和质量控制。
例如,在磁体制造中,它可以用于测量磁体的磁场强度和均匀性,以优化生产工艺和提高产品质量。
此外,振动样品磁强计还可以用于磁感应层的测量和检测。
例如,在电动汽车电池制造中,它可以用于测量电池磁感应层的磁场强度和分布,以确保电池的性能和安全性。
振动样品磁强计测量内禀磁特性

实验7.2振动样品磁强计测量内禀磁特性引言1959年美国的S.Foner在前人的研究基础上制成实用的振动样品磁强计(简记为VSM)。
由于其具有很多优异特性而被磁学研究者们广泛采用,并又经许多人的改进,使VSM成为检测物质内禀磁特性的标准通用设备。
所谓“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σ——单位质量的磁矩。
设被测样品的体积为V(或质量为m),由于样品很小,如直径1mm的小球,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。
将此电压放大变成直流并加以记录,再通过电压磁矩的已知关系,即可求出被测样品的M或σ。
实验目的掌握VSM工作原理;利用实验室提供的设备,具体测量实际材料的M或σ值。
实验原理如图7.4-1所示,体积为V、磁化强度为M的样品S沿Z轴方向振动。
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dSn,其与坐标原点的矢径为rn,磁场沿X方向施加。
由于S的尺度与rn相比非常小,故S在空间的场可表为偶极场形式:(7.4-1)注意到M值有X分量,则可得到检测线圈L内第n匝中dSn面积元的磁通为(7.4-2)其中μ0为真空磁导率。
而第n匝内的总磁通则为整个L的总磁通则为(7.4-3)其中,Xn为rn的X轴分量,不随时间而变;Zn为rn的Z轴分量,是时间的函数。
为方便计,现认为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。
由此可得到检测线圈内的感应电压为(7.4-4)显然,精确求解上式是困难的,但从该方程却能得到一些有意义的定性结论,那就是:检测线圈中的感应电压幅值正比于被测样品的总磁矩J=MV(或J=σm),且和检测线圈的结构、振动频率和振幅有关。
如果将(7.4-4)式中的K保持不变,则感应信号仅和样品总磁矩成正比。
振动样品磁强计

除永磁材料以外,VSM适合于测试以下材料: 亚铁磁、反磁性材料、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 和过渡元素、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VSM测量,其灵敏度相比于大多数永磁体或 磁记录介质而言是有所下降的。
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振动磁强计的发展历史
• 1956,G.W.van Oosterhout,Appl.Sci.Res.,B6,101104(1956). • 1956,S.Foner,Rev.Sci.Instrum.,27,548(1956). • 1959,S.Foner,Rev.Sci.Instrum.,30,548-557(1959) • 1975,被IEC(国际电工委员会)推荐为测量铁氧体材料 饱和磁化强度的标准方法之一. • 1960s,锁相放大技术(1930s)的使用. • 1980s,自动控制技术广泛使用 • ……
为避免电磁铁烧坏,所以在开机时一定要注 意,先开循环水,然后再相应打开各部件。 在测量过程中,外部环境的温度可能会直接 影响到样品的磁特性,所以,在样品安装处,接 了真空泵并即时运转,避免样品和外部空气有直 接接触。 室内环境温度一般要保持恒定,我们一般采 用空调进行设定,在测量中,保持室内干净整洁, 无工作之外噪音,测试人员开机后,应即时撤出。
由于S的尺度与 rn 相比非常小,故S在空间 的场可表为偶极场形式:
V H (rn ) = 4π
M 3(M ⋅ rn ) 3 + 5 rn rn
Z
dS n
L
rn
S
X
振动样品磁强计的工作原理及用途

振动样品磁强计的工作原理及用途下载提示:该文档是本店铺精心编制而成的,希望大家下载后,能够帮助大家解决实际问题。
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07.02振动样品磁强计测量内禀磁特性教学提纲

07. 02 振动样品磁强计测量内禀磁特性振动样品磁强计测量内禀磁特性1. 实验目的(1) 掌握VSM工作原理;(2) 利用实验室提供的设备,具体测量实际材料的M或值2. 实验原理如图1所示,体积为V、磁化强度为M 的样品S沿Z轴方向振动。
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,磁场沿M方向施加。
由于M的尺度与相比非常小,故S在空间的场可表为偶极场形式:「V M 3(M * r n)r n叽=我+_厂J(1)注意到M值有X分量,则可得到检测线圈L内第n匝中振动面积元的强计磁性检测原理3p U MX ll Z11Vd©!! = ti()H z dS n = -4itrg其中I为真空磁导率。
而第n匝内的总磁通则为整个L的总磁通则为口r3p&MX n Z r iVn h 11⑶其中,忍为'的X轴分量,不随时间而变;占[为「”的Z轴分量,是时间的函数。
为方便计,现认为S不动而L以S原有的方式振动,此时可有=睥+朋i】mt,即为第门匝的坐标,a为L的振幅。
由此可得到检测线圈内的感应电压为呦"竽十兽砒吃j空Qg]沁tKMVvus(i)t = KJcostot2.1振动样品磁强计磁性检测原理显然,精确求解上式是困难的,但从该方程却能得到一些有意义的定性结论,那就是:检测线圈中的感应电压幅值正比于被测样品的总磁矩J=MV (或J= m),且和检测线圈的结构、振动频率和振幅有关。
如果将⑷式中的K保持不变,则感应信号仅和样品总磁矩成正比。
预先标定感应信号与磁矩的关系后,就可根据测定的感应信号的大小而推知被测磁矩值,因此,在测出样品的质量和密度后,即可计算出被测样品的磁化强度Mr d。
卩为材料的密度。
2.2振动样品磁强计工作原理信号发生器产生的功率信号加到振动子上,使振动子驱动振动杆作周期性运动从而带动粘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。
振动样品磁强计实验讲义要点

振动样品磁强计王立锦编北京科技大学材料学院实验测试中心2007年6月振动样品磁强计振动样品磁强计(Vibrating Sample Magnetometer,VSM)是测量材料磁性的重要手段之一,广泛应用于各种铁磁、亚铁磁、反铁磁、顺磁和抗磁材料的磁特性研究中,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等等。
它可测量磁性材料的基本磁性能,如磁化曲线,磁滞回线,退磁曲线,热磁曲线等,得到相应的各种磁学参数,如饱和磁化强度M s,剩余磁化强度,矫顽力H c,最大磁能积,居里温度,磁导率(包括初始磁导率)等,对粉末、颗粒、薄膜、液体、块状等磁性材料样品均可测量。
一、实验目的1、了解磁性材料的分类和基本磁学参数。
2、了解振动样品磁强计的工作原理和仪器组成结构。
3、测量两种材料样品的磁滞回线,计算相关的磁学参数。
二、VSM的仪器结构与工作原理1、VSM的仪器结构振动样品磁强计主要由电磁铁系统、样品强迫振动系统和信号检测系统组成。
图1、图2所示的为两种类型的VSM原理结构示意图,两者的区别仅在于:①前者为空芯线圈(磁场线圈)在扫描电源的激励下产生磁场H,后者则是由电磁铁和扫描电源产生磁场H。
因此,前者为弱场而后者为强场。
②前者的磁场H正比于激磁电流I,故其H的度量将由取样电阻R上的电压标注,而后者由于H和I的非线性关系,H必须用高斯计直接测量。
振动系统: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,频率和幅值多数设计在200Hz和1mm以下。
低频小幅振动一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,受控后也可以保证振幅和频率稳定。
振动样品磁强计测量内禀磁特性

振动样品磁强计测量内禀磁特性一、引言1959年美国的S.Foner在前人的研究基础上制成实用的振动样品磁强计(简记为VSM)。
由于其具有很多优异特性而被磁学研究者们广泛采用,并又经许多人的改进,使VSM成为检测物质内禀磁特性的标准通用设备。
所谓“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σ——单位质量的磁矩。
设被测样品的体积为V(或质量为m),由于样品很小,如直径1mm的小球,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。
将此电压放大变成直流并加以记录,再通过电压磁矩的已知关系,即可求出被测样品的M或σ。
二、实验目的掌握VSM工作原理;利用实验室提供的设备,具体测量实际材料的M或σ值。
三、实验原理如图7.4-1所示,体积为V、磁化强度为M的样品S沿Z轴方向振动。
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dSn,其与坐标原点的矢径为rn,磁场沿X方向施加。
由于S的尺度与rn相比非常小,故S在空间的场可表为偶极场形式:(7.4-1)注意到M值有X分量,则可得到检测线圈L内第n匝中dSn 面积元的磁通为n n n n n z n dS r V Z MX dS H d 50043πμμφ== (7.4-2)其中μ0为真空磁导率。
而第n匝内的总磁通则为⎰⎰==n n n n n n dS r V Z MX d 5043πμφφ 整个L的总磁通则为n n n n n n n dS r V Z MX ∑∑⎰==5043πμφφ(7.4-3)其中,Xn 为rn 的X轴分量,不随时间而变;Zn 为rn 的Z轴分量,是时间的函数。
为方便计,现认为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。
由此可得到检测线圈内的感应电压为t dS r Z r X MV dt d t n n n n n n ωπμφεαωcos )5(43)(7220⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=-=∑⎰t KJ t KMT ωωcos cos == (7.4-4) 显然,精确求解上式是困难的,但从该方程却能得到一些有意义的定性结论,那就是:检测线圈中的感应电压幅值正比于被测样品的总磁矩J=MV(或J=σm),且和检测线圈的结构、振动频率和振幅有关。
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振动样品磁强计测量内禀磁特性
一、引言
1959年美国的S.Foner在前人的研究基础上制成实用的振动样品磁强计(简记为VSM)。
由于其具有很多优异特性而被磁学研究者们广泛采用,并又经许多人的改进,使VSM成为检测物质内禀磁特性的标准通用设备。
所谓“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σ——单位质量的磁矩。
设被测样品的体积为V(或质量为m),由于样品很小,如直径1mm的小球,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。
将此电压放大变成直流并加以记录,再通过电压磁矩的已知关系,即可求出被测样品的M或σ。
二、实验目的
掌握VSM工作原理;利用实验室提供的设备,具体测量实际材料的M或σ值。
三、实验原理
如图7.4-1所示,体积为V、磁
化强度为M的样品S沿Z轴方向振
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dSn,其与坐标原点的
矢径为rn,磁场沿X方向施加。
由
于S的尺度与rn相比非常小,故S
在空间的场可表为偶极场形式:
(7.4-1)
注意到M值有X分量,则可得到检测线圈L内第n匝中dS
n 面积元的磁通为
n n n n n z n dS r V Z MX dS H d 50043πμμφ== (7.4-2)
其中μ0为真空磁导率。
而第n匝内的总磁通则为
⎰⎰==n n n n n n dS r V Z MX d 5043πμφφ
整个L的总磁通则为
n n n n n n n dS r V Z MX ∑∑⎰==5043πμφφ (7.4-3)
其中,Xn 为rn 的X轴分量,不随时间而变;Zn 为rn 的Z轴分量,是时间的函数。
为方便计,现认为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。
由此可得到检测线圈内的感应电压为
t dS r Z r X MV dt d t n n n n n n ωπμφεαωcos )5(43)(7220⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=-=∑⎰
t KJ t KMT ωωcos cos == (7.4-4)
显然,精确求解上式是困难的,但从该方程却能得到一些有意义的定性结论,那就是:检测线圈中的感应电压幅值正比于被测样品的总磁矩J=MV(或J=σm),且和检测线圈的结构、振动频率和振幅有关。
如果将(7.4-4)式中的K保持不变,则感应信号仅和样品总磁矩成正比。
预先标定感应信号与磁矩的关系后,就可根据测定的感应信号的大小而推知被测磁矩值,因此,在测出样品的质量和密度后,即可计算出被测样品的磁化强度M、 σ。
M=ρσ,ρ为材料的密度。
振动样品磁强计主要工作原理如下:信号发生器产生的功率信号加到振动子上,使振动子驱动振动杆作周期性运动,
从而带动粘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记录仪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。
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σ0,质量为m0,其J0=σ0m0。
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Y轴偏转为Y0,则单位偏转所对应的磁矩数应为K=σ0m0/Y0,再由样品的J-H回线上量得样品某磁场下的Y轴高度YH,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,ρ为样品密度,m为样品的质量。
这样,我们即可根据实测的J-H回线推算出被测样品材料的M-H回线,所要注意的是,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,
方能代表材料的真实特征,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“退磁场”,
可作如下的理解:当样品被磁化后,其M将在样品两端产生“磁荷”,此“磁荷对”将产生与磁化场相反方向的磁场,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Hd表示为Hd=-NM,称N为“退磁因子”,取决样品的形状,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;磁性测量中,通常样品均制成旋转椭球体的几种退化形:圆球形、细线形、薄膜形,此时,这些样品的特定方向的N是定值,如球形时,沿细线的轴线N=0,沿膜面N=0等。
通常,检测线圈都经过仔细调整,成对地配置在样品两侧,并按一定的绕向和联接方式组成线圈对,使外界杂散信号尽可能互相抵消,而被测样品所产生的信号则相互加强,从而提高检测系统的灵敏度和信噪比。
四、实验内容
利用提供的设备,测量几种样品材料的质量磁化强度。
标准样品为Ni。
五、数据记录与处理
Ni 的质量 0m =11g Ni 的质量磁化强度0 =54 emll/g -500-400
-300
-200
-1000
100
200
300
400
500
-400-300-200-1000100200300400系列1
Ni的Y轴偏转0Y=10.52cm
待测样品m=1g 样品的Y轴偏转H Y=2.67cm
代入公式得样品的质量磁化强度183.63emll/g
六、思考题
1..试分析一下如何才能更准确地测出样品的磁化强度值?答:鉴于振动的样品尺寸要很小,检测线圈的尺度与它跟样品的距离相比应该非常小,这样样品在空间的场才可以表为偶极场的形式。
七、参考资料
S.Foner,Revie of Scientific Instruments,V ol.30,No.7,1959,P.548.。