實驗72振動樣品磁強計測量內(nèi)稟磁特性

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1、實驗7.2振動樣品磁強計測量內(nèi)稟磁特性引言1959年美國的S.Foner在前人的研究基礎上制成實用的振動樣品磁強計（簡記為VSM）o由于其具有很多優(yōu)異特性而被磁學研究者們廣泛采用，并又經(jīng)許多人的改進，使VSM成為檢測物質內(nèi)稟磁特性的標準通用設備。所謂“內(nèi)稟”磁特性，主要是指物質的磁化強度而言，即體積磁化強度M——單位體積內(nèi)的磁矩，和質量磁化強度?！獑挝毁|量的磁矩。設被測樣品的體積為V（或質量為m）,出于樣品很小，如直徑1mm的小球，當被磁化后，在遠處，口J將其視為磁偶極子：如將樣品按一定方式振動，就等同于磁偶極場在振動。于是，放置在樣品附近的檢測線圈內(nèi)就冇磁通量的變化，產(chǎn)生感生電壓

2、。將此電壓放大變成直流并加以記錄，再通過電壓磁矩的已知關系，即可求出被測樣品的M或。。實驗目的掌握VSM工作原理；利用實驗室提供的設備，具體測量實際材料的M或。值。實驗原理如圖7.4-1所示，體積為V、磁化強度為M的樣品S沿Z軸方向振動。在其附近放一個軸線和Z軸平行的多匝線圈L,在L內(nèi)的第n匝內(nèi)取面積元dSn,其與坐標原點的矢徑為方向施加。由于S的尺度與-相比非常小，故S在空間的場可表為偶極場形式:"X貳餘1注意到M值有X分量，貝冋得到檢測線圈L內(nèi)第n匝中dS価積元的磁通為“r(7.4叨其中卩。為真空磁導率。而第n匝內(nèi)的總磁通則為嘰=M血訂也笄芒閥整個L的總磁通則為心工九吃嘗尹ds”

3、nn°耐n(7.4-3)其小，X.為f的X軸分量，不隨吋間而變；rn的Z軸分量，是時間的函數(shù)。為方便計，現(xiàn)認為S不動而L以S原有的方式振動，此時可有+a?丘曲，腎為第口匝的坐標，a為L的振幅。由此可得到檢測線圈內(nèi)的感應電壓為d0~dtdSncoscot顯然，精確求解上式是困難的，但從該方程卻能得到一些有意義的定性結論，那就是：檢測線圈中的感應電壓幅值正比于被測樣品的總磁矩J=MV(或J=口和檢測線圈的結構、振動頻率和振幅有關。如果將(7.4-4)式中的K保持不變，則感應信號僅和樣品總磁矩成止比。預先標定感應信號與磁矩的關系后，就可根據(jù)測定的感應信號的大小而推知被測磁矩值，因此，在測出

4、樣品的質量和密度后，即可計算出被測樣品的磁化強度M、。。M=Po,P為材料的密度。+振EHj圖7.4-2振動樣品磴強計結構原理圖下：信號發(fā)生器產(chǎn)驅動振動桿作周樣品作同頻同相化外場H而使樣號，此信號經(jīng)放大而測量磁場用的這樣，當掃描屯源回線。J的大小,求得。女口：已知N振動樣品磁強計主要工作原理如生的功率信號加到振動子上，使振動子期性運動，從而帶動粘附在振桿下端的位振動，掃描電源供電磁鐵產(chǎn)生可變磁品磁化，從而在檢測線圈中產(chǎn)生感應信并檢測后，饋給X-Y記錄儀的Y軸。毫特斯拉計的輸出則饋給記錄儀X軸。變化一個周期后，記錄儀將描岀J-H又必須由已知磁矩的標準樣品定標后i標樣的質量磁矩為質量為m

5、°,其Jo=°om0o用Ni標樣取代被測樣品，在完全相同的條件下加磁場使Ni飽和磁化后測得Y軸偏轉為Y。，則單位偏轉所對應的磁矩數(shù)應為K=aomo/Y。,再由樣品的J-H回線上量得樣品某磁場下的Y軸高度Y“，則被測樣品在該磁場下的磁化強度冷?燈"?薯■巴?y.字?竺?如*，或被測樣品的質量磁化強度*昂■,卩為樣品密度,m為樣品的質量。這樣，我們即可根據(jù)實測的J-H回線推算出被測樣品材料的M-H回線，所要注意的是，這里的H為外磁場。也就是說，只有在可以忽略樣品的“退磁場”情況下，利用VSM測得的回線，方能代表材料的真實特征，否則，必須對磁場進行修正后所得到的回線形狀，才能表示材料的真實

6、特征。所謂“退磁場”，可作如卜?的理解：當樣品被磁化后，其M將在樣品兩端產(chǎn)生“磁荷”，此“磁荷對”將產(chǎn)生與磁化場和反方向的磁場，從而減弱了外加磁化場H的磁化作用，故稱為退磁場。可將退磁場Hd表示為Hd=—NM,稱N為“退磁因子”，取決樣品的形狀，一般來說非常復雜，甚至其為張量形式，只有旋轉橢球體，方能計算出三個方向的具體數(shù)值；磁性測量中，或厘熬克.秒制中為募)通常樣品均制成旋轉橢球體的幾種退化形：圓球形、細線形、薄膜形，此時，這些樣品的特定方向n=￥=/r=11,沿細線的軸線N=0,沿膜的N是定值，如球形時3(而N=0等。通常，檢測線圈都經(jīng)過仔細調(diào)整，成對地配置在樣品兩側，并按一定的

7、繞向和聯(lián)接方式組成線圈對，使外界雜散信號盡可能互相抵消，I佃被測樣品所產(chǎn)生的信號則相互加強，從而捉高檢測系統(tǒng)的靈敏度和信噪比。實驗內(nèi)容利用提供的設備，測量兒種樣品材料的質量磁化強度。標準樣品為Ni。數(shù)據(jù)記錄與處理樣品：標樣Ni樣品質量6.8mgl.OmgY偏移量14.8cm*505.2cm*50質量磁化強度54emll/gaH=129.0mg二護A*。=129.0mgnmYomu°思考題1.?試分析一下如何才能更準確地測出樣品的磁化強度值？答:鑒于振動的樣