實(shí)驗(yàn)72振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)測量內(nèi)稟磁特性

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1、實(shí)驗(yàn)7.2振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)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(chǔ)上制成實(shí)用的振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)（簡記為VSM）o由于其具有很多優(yōu)異特性而被磁學(xué)研究者們廣泛采用，并又經(jīng)許多人的改進(jìn)，使VSM成為檢測物質(zhì)內(nèi)稟磁特性的標(biāo)準(zhǔn)通用設(shè)備。所謂“內(nèi)稟”磁特性，主要是指物質(zhì)的磁化強(qiáng)度而言，即體積磁化強(qiáng)度M——單位體積內(nèi)的磁矩，和質(zhì)量磁化強(qiáng)度?！獑挝毁|(zhì)量的磁矩。設(shè)被測樣品的體積為V（或質(zhì)量為m）,出于樣品很小，如直徑1mm的小球，當(dāng)被磁化后，在遠(yuǎn)處，口J將其視為磁偶極子：如將樣品按一定方式振動(dòng)，就等同于磁偶極場在振動(dòng)。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(guān)系，即可求出被測樣品的M或。。實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆誚SM工作原理；利用實(shí)驗(yàn)室提供的設(shè)備，具體測量實(shí)際材料的M或。值。實(shí)驗(yàn)原理如圖7.4-1所示，體積為V、磁化強(qiáng)度為M的樣品S沿Z軸方向振動(dòng)。在其附近放一個(gè)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(biāo)原點(diǎn)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(dǎo)率。而第n匝內(nèi)的總磁通則為嘰=M血訂也笄芒閥整個(gè)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(shí)間的函數(shù)。為方便計(jì)，現(xiàn)認(rèn)為S不動(dòng)而L以S原有的方式振動(dòng)，此時(shí)可有+a?丘曲，腎為第口匝的坐標(biāo)，a為L的振幅。由此可得到檢測線圈內(nèi)的感應(yīng)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(jié)論，那就是：檢測線圈中的感應(yīng)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(jié)構(gòu)、振動(dòng)頻率和振幅有關(guān)。如果將(7.4-4)式中的K保持不變，則感應(yīng)信號(hào)僅和樣品總磁矩成止比。預(yù)先標(biāo)定感應(yīng)信號(hào)與磁矩的關(guān)系后，就可根據(jù)測定的感應(yīng)信號(hào)的大小而推知被測磁矩值，因此，在測出

4、樣品的質(zhì)量和密度后，即可計(jì)算出被測樣品的磁化強(qiáng)度M、。。M=Po,P為材料的密度。+振EHj圖7.4-2振動(dòng)樣品磴強(qiáng)計(jì)結(jié)構(gòu)原理圖下：信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)驅(qū)動(dòng)振動(dòng)桿作周樣品作同頻同相化外場H而使樣號(hào)，此信號(hào)經(jīng)放大而測量磁場用的這樣，當(dāng)掃描屯源回線。J的大小,求得。女口：已知N振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)主要工作原理如生的功率信號(hào)加到振動(dòng)子上，使振動(dòng)子期性運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)粘附在振桿下端的位振動(dòng)，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(yīng)信并檢測后，饋給X-Y記錄儀的Y軸。毫特斯拉計(jì)的輸出則饋給記錄儀X軸。變化一個(gè)周期后，記錄儀將描岀J-H又必須由已知磁矩的標(biāo)準(zhǔn)樣品定標(biāo)后i標(biāo)樣的質(zhì)量磁矩為質(zhì)量為m

5、°,其Jo=°om0o用Ni標(biāo)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(zhuǎn)為Y。，則單位偏轉(zhuǎn)所對(duì)應(yīng)的磁矩?cái)?shù)應(yīng)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(qiáng)度冷?燈"?薯■巴?y.字?竺?如*，或被測樣品的質(zhì)量磁化強(qiáng)度*昂■,卩為樣品密度,m為樣品的質(zhì)量。這樣，我們即可根據(jù)實(shí)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(shí)特征，否則，必須對(duì)磁場進(jìn)行修正后所得到的回線形狀，才能表示材料的真實(shí)

6、特征。所謂“退磁場”，可作如卜?的理解：當(dāng)樣品被磁化后，其M將在樣品兩端產(chǎn)生“磁荷”，此“磁荷對(duì)”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?？蓪⑼舜艌鯤d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(fù)雜，甚至其為張量形式，只有旋轉(zhuǎn)橢球體，方能計(jì)算出三個(gè)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(zhuǎn)橢球體的幾種退化形：圓球形、細(xì)線形、薄膜形，此時(shí)，這些樣品的特定方向n=￥=/r=11,沿細(xì)線的軸線N=0,沿膜的N是定值，如球形時(shí)3(而N=0等。通常，檢測線圈都經(jīng)過仔細(xì)調(diào)整，成對(duì)地配置在樣品兩側(cè)，并按一定的

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