實驗_72_振動樣品磁強計測量內稟磁特性

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1、實驗7.2振動樣品磁強計測量內稟磁特性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）。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成為檢測物質內稟磁特性的標準通用設備。所謂“內稟”磁特性，主耍是指物質的磁化強度而言，即體積磁化強度M——單位體積內的磁矩，和質量磁化強度?！獑挝毁|量的磁矩。設被測樣詁的體積為V（或質量為m）,由于樣品很小，如直徑1mm的小球，當被磁化后，在遠處，可將其視為磁偶極了：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就冇

2、磁通量的變化，產(chǎn)生感生屯壓。將此電壓放人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。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內的第n匝內取面積元dSn,其與坐標原點的矢徑為r磁場沿X方向施加。出于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：?石尹-a（7.4-1）注意到M值有X分量，則可得到檢測線圈L內第n匝屮dSn面積元的磁通為(7.4-2)d<^n=^Hzd

3、sn=dSn其中Uo為真空磁導率。而第n匝內的總磁通則為整個L的總磁通則為0也”也琳第尹ds”nnWn(7.4-3)(7.4-4)其中，Xn為J的X軸分量，不隨時間而變；Zn為J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原冇的方式振動，此時可冇爲■翳9五"，盅為第n匝的坐標，a為L的振幅。由此可得到檢測線圈內的感應電壓為=KMTcoscot=KJcoscot顯然，精確求解上式是困難的，但從該方程卻能得到一些冇意義的定性結論,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=om）,.!=［和檢測線圈的結構、振動頻率和振

4、幅有關。如果將（7.4-4）式屮的K保持不變，則感應信號僅和樣品總磁矩成正比。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，在測出樣品的質量和密度后，即可計算岀被測樣品的磁化強度M、ooM=po,P為材料的密度。

5、振動子卜信號發(fā)生器扳動桿、圖7.4-2振動樣品磁強計結構原理圖振動樣品磁強計主要工作原理如下：信號發(fā)生器產(chǎn)生的功率信號加到振動了上，使振動了驅動振動桿作周期性運動，從而帶動粘附在振桿卜端的樣品作同頻同相位振動，掃描電源供電磁鐵產(chǎn)生可變磁化外場H而使樣品磁化，從而在檢測線圈屮產(chǎn)生感應信號，此信號經(jīng)放大并檢測

6、后，饋給X-Y記錄儀的Y軸。而測量磁場用的毫特斯拉計的輸岀則饋給記錄儀X軸。這樣，當掃描電源變化一個周期后，記錄儀將描出J-H冋線。J的大小，又必須由己知磁矩的標準樣品定標后求得。如：己知Ni標樣的質量磁矩為。o,質量為m（）,其J0=o0m0o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++H圖7.4-3“退磁場”的產(chǎn)牛的磁矩數(shù)應為K=aomo/Yo,再由樣品的J-H回線上量得樣品某磁場下的Y軸高度Y”，則被測樣品在該就■警上?石磁場下的磁化強度綣**，或被測樣品的質量磁化強度*嶺■,p為樣晶密

7、度，m為樣品的質量。這樣，我們即可根拯實測的J-H冋線推算岀被測樣品材料的M-HM線，所要注意的是，這里的H為外磁場。也就是說，只冇在可以忽略樣品的“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，必須対磁場進行修正后所得到的冋線形狀，才能表示材料的真實特征。所謂“退磁場”，可作如下的理解：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)生與磁化場相反方向的磁場，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

8、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，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，此吋，這些樣品的特定方向的N是定值,如球形嚴g冷卜厘廉克、秒M中為沿細線的軸線N=0,沿膜而N=0等。通常，檢測線圈都經(jīng)過仔細調整，成對地配置在樣品兩側，并按一定的繞向和聯(lián)接方式組成線圈對，使外界雜散信號盡可能互相抵消，而被測樣品所產(chǎn)生的信號則相互加強，從而提高檢測系統(tǒng)的靈敏度和信噪比。實驗內容利用提供的設備，測量幾種樣品材料的質量磁化強度。標準樣品為Ni。數(shù)據(jù)記錄與處理待測樣品待測樣品樣品:標樣Ni樣品質量6.8mgl.OmgY偏移量1

9、4.8cm*505.2cm*50質量磁化強度54emll/gQh=164mll/g250-20