振动样品磁强计及物质磁性测量实验
【实验目的】
1．了解振动样品磁强计测量材料磁化曲线的原理；
2．用已知磁化曲线的镍球对振动样品磁强计进行定标；
3．用振动样品磁强计测量锰锌铁氧体小球的磁化曲线，计算饱和磁化强度。
【实验原理】
磁性是自然科学史上最古老的科学现象之一。据传说，磁性首先是被一个牧羊人发现的，他注意到他的木棍的铁端，被一块石头所吸引。这种石块在小亚细亚（Asia Minor）、马其顿的Magnesia地区以及爱奥利亚的Magnesia城被发现过。人们相信“磁性（Magnetism）”一词就是来源于这些地名1。我国是世界上最早发现物质磁性现象和应用磁性材料的国家，早在战国时期就有关于天然磁性材料（如磁铁矿）的记载，11世纪就发明了制造人工永磁材料的方法，沈括在《梦溪笔谈》中记载了指南针的制作和使用。1099～1102年有指南针用于航海的记述，同时还发现了地磁偏角的现象2。在现代，磁性材料已进入人们生活的各个方面，如计算机的硬盘、汽车传感器、玩具等。对磁性的测量是认识、设计和利用磁性材料必不可少的环节。
如果将一个球状磁体置于磁场中，则此样品外一定距离的探测线圈感应到的磁通可被视作外磁化场及由该样品产生的附加磁场之和。多数情况下测量者更关心的是这个附加磁场量值。在磁性测量领域，区分这种扰动与环境磁场的方法有很多种。例如，可以让被测样品以一定方式振动，探测线圈感应到的样品磁通信号因此不断快速的交变，保持环境磁场等其他量不作任何变化，即可实现这一目的。这是一种用交流信号完成对磁性材料直流磁特性测量的方法。因为在测试过程中，恒定的环境磁场可以直接扣除，而有用信号则可以通过控制线圈位置，振动频率、振幅等得以优化。
振动样品磁强计（以下简称VSM）正是基于上述理论。VSM是一种高灵敏度的磁矩测量仪器。它采用电磁感应原理，测量在一组探测线圈中心以固定频率和振幅作微振动的样品的磁矩。对于足够小的样品，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、振动频率不变的基础上。用锁相放大器测量这一电压，即可计算出待测样品的磁矩。VSM可以实现很高灵敏度的测量，商业产品的磁矩灵敏度往往优于
1铁磁性物理，葛世慧译，近角聪信著，兰州大学出版社，2002
2百度百科
10-92Am , 精确地调整样品与线圈的耦合程度可以使这一灵敏度提高至10-122
Am 。另一方面，用VSM 进行磁矩测量的范围上限能够达到0.12Am 或更高。
假设一个小样品具有磁矩m 并可被等同为一个点，并将此样品放在一个半径为R 的测试线圈平面上，若将此样品看作一个偶极子处理，即一个小环形电流，其电流强度为m i ，面积为s ，因此m si m =。以探测线圈为原点，设偶极子所在位置为),(00y x ，再假设在测试线圈中同时存在一个电流s i ，此时这两个环形电流可认为互相耦合。类似于互感器，它们之间具有互感系数M ，两者之间的磁通为：s ms Mi =Φ或m sm Mi =Φ，前者为从线圈链向磁偶极子的磁通，后者相反。
探测线圈在磁偶极子处产生平行于z 轴的磁感应强度),(00y x B z 。这里定义一个重要的特征参数——探测线圈常数s z i y x B y x k /),(),(0000=。从线圈链向磁偶极子的磁通还可以写为a y x B z ms ),(00=Φ，则互感系数为： a y x k a i y x B M s z ),(]/),([0000==
于是偶极子链向探测线圈的磁通最终可以写为：
m y x k sm ),(00=Φ
推而广之，如果偶极子处于更一般的位置),,(z y x ，则有：
z z y y x x m z y x k m z y x k m z y x k m z y x k ),,(),,(),,(),,(++==Φ
其中s i z y x B z y x k /),,(),,(=，如果这个偶极子以
dt
dr 的速度移动，那么探测线圈中产生的即时感应电压则为： dt
dr m B grad i dt d t u s )()/1()(??=Φ= 举一个简单的例子，图1a 所示的一对串联线圈能够产生x 轴向的磁场)(x B x ，两线圈完全相同，半径为a ，间距为d （若d a =即是所谓的亥姆霍兹线圈）。将一个磁矩为m 可等同为磁偶极子的样品放入线圈中心，并以速度dt
dx 移动，则有 dt
dx x mg dt dx x mk dx d t x u x x )())((),(==
其中s x x i x B x k /)()(=，而
dx
x dk x g x x )()(= )(x g x 称为灵敏函数。图1b ，)(/)(o g x g x x 表示相对灵敏函数。
图1 a.半径为a ，间距为d 的一对完全相同的串联线圈
b.距离分别是a ，a 3，a 848.1时相对灵敏函数与偏离位移曲线
c.a 4±偏离范围内的灵敏函数曲线
图1b 中为两线圈半径为a ，距离分别是a ，a 3，a 848.1时，相对于磁偶极子偏离中心所移动距离而得到的相对灵敏函数关系曲线。 从图中可以看出，当a d 3=时，灵敏函数在中心位置处变化最平缓，即具有最好的均匀性。从图中我们还可以看出这三种设计的中心点处x x g x ??/)(都为0，这是由线圈的对称结构所决定。在线圈的设计和其位置的选择过程中，往往需要这样的鞍点（即图1b 中中心处平坦的顶点），这是因为在鞍点附近，线圈能够最大限度地对样品所处的位置不敏感。对于一个在中心点以小振幅振动的样品来说，可以放心地认为)0()(x x g x g =，下式更能说明这一点，若一个样品在中心处作简谐振动，t X t x ωsin )(0=，则线圈中的感应电压即为：
m t x X C t X x mg dt dx x mg t u x x ?=?=?=),,,(cos )()()(00ωωω
如果处于鞍区，即)0()(x x g x g =，则)(t u 仅与样品的磁矩，振动频率和振幅有关，而排除了灵敏函数的影响，这为测量提供了极大的便利条件。比例系数C通常利用定标法测定，因此只要测量出感应电压，即可得到样品的磁矩。
我们所用振动样品磁强计采用的是四线圈结构，又称为Mallinson 结构，是VSM 设备中最为常见的线圈设计。两组串联反接的线圈可以增大感应信号，使外界噪音减小到最小程度，还能减小样品在非测量方向上的微小震动所产生的干扰信号。
【实验装置】
图2 振动样品磁强计实验装置图
实验装置主要由四部分组成：
1） 电磁铁及控制电源；
2） 探测线圈组和锁相放大器：探测样品信号，并由锁相放大器放大后输入电脑记录处理；
3） 振动源、振动杆及样品盒：使样品产生振动；
4） 计算机及数据处理系统。
【实验内容】
1． 磁场中心磁感应强度B 与磁场信号B U 关系定标
将两磁极调整至一适当的间隙，调节“磁场信号”的倍率、增益及电平至一适当值，使电压信号B U 始终在0.20—3.00V 的范围内。将特斯拉计信号线接至主机“外侧磁场输入”端，磁铁电源调至“手动”档，特斯拉计调至“外测”档并调零，而后将特斯拉计探头置于磁场中心，手动调节磁铁电源对磁场信号与磁感应强度关系进行测量，并作出磁场中心磁感
应强度B 与磁场信号B U 的关系曲线。
把用最小二乘法拟合所得的斜率k 及截距b 代入公式 B B kU b =+
根据上式即可将计算机采集所得的磁场信号B U 换算成磁感应强度B 。
2． 用已知饱和磁矩的镍球标定探测线圈的输出电压与磁化强度的关系
（1）将探测线圈组固定在底座上，使探测线圈的轴线与磁场方向平行，将探测线圈的信号线接至主机“磁强计输入”端，而内测磁场用的霍尔传感器的信号线接至主机“磁路输入”端，并将S.E.V 信号调至“振动”档。
（2）已知镍的饱和比磁化强度kg m A s /56.542?=σ，密度3
3/10906.8m kg Ni ?=ρ，测量定标用镍球的直径，计算样品镍球的饱和磁化强度 m M s Ni s σ=-
将镍球固定在振动杆顶端的样品盒内，放入探测线圈组中间的通孔内，使样品盒位于探测线圈组鞍区内，振动杆另一端与振动源相连接。
（3）启动振动源，调节“振动频率”至15-20Hz 左右，调整“前置放大”及S.E.V 信号的倍率N 及增益，使信号增益至一适当量值且S.E.V 信号为1V 左右，并且在磁铁电源电流从0调至最大的过程中，S.E.V 信号始终保持在0.2-2V 之间，而后将磁铁电源电流也调至一适当值，拨到“自动”档。
（4）打开计算机软件执行程序，“功能选择”中选择“振动”，“周期选择”选择双周，“扫
描时间”建议选择“20秒”，“显示方式”建议选择“合成”，使显示的坐标轴横轴为磁场信号B U ，纵轴为磁强计S.E.V 信号的采样值，“操作”中选择“启动”使系统开始自动控制磁场电流并采集数据。待“实验数据”表格中的数据不再增加，说明采集完毕，在“操作”中选择“停止”，然后选择“数据存盘”，数据表格中的数据便会自动导出为xls 文件，文件名包含保存的日期和时间。
（5）使用计算机软件对数据进行自动采集，保存并导出数据，从数据中找到在正、反向磁场情况下样品镍球磁化饱和时感应电压V U 的值max --Ni V U 和min --Ni V U 。计算出max min V Ni V Ni V Ni U U U -----?=-，那么待测样品的磁化强度就可表示为
02()s Ni V V V Ni M M U U U ---=-?
其中0-V U 为无磁场时V U 的值，n 为待测样品的V U 放大倍率。
3． 锰锌铁氧体多晶小球磁化曲线的测量及其饱和磁化强度的计算
将样品盒内样品跟换为锰锌铁氧体多晶小球，适当选择待测样品的S.E.V 信号倍率n ，再使用计算机软件对数据进行自动采集，保存并导出数据，求出其饱和磁化强度
【思考题】
1、 样品形状和大小对测试结果有何影响？
2、 有那些方法可以控制材料磁矩的方向？
《阻尼振动与受迫振动》实验报告一、实验目的1．观测阻尼振动，学习测量振动系统基本参数的方法；2．研究受迫振动的幅频特性和相频特性，观察共振现象；3．观测不同阻尼对受迫振动的影响。 二、实验原理1．有粘滞阻尼的阻尼振动弹簧和摆轮组成一振动系统，设摆轮转动惯量为J ，粘滞阻尼的阻尼力矩大小定义为角速度d θ/dt 与阻尼力矩系数γ的乘积，弹簧劲度系数为k ，弹簧的反抗力矩为-k θ。忽略弹簧的等效转动惯量，可得转角θ的运动方程为 220d d J k dt dt θθγθ++=记ω0为无阻尼时自由振动的固有角频率，其值为ω0=，定义阻尼系数k/J β=γ/（2J ），则上式可以化为： 2220d d k dt dt θθβθ++=小阻尼即时，阻尼振动运动方程的解为2200βω-< （*）( )) exp()cos i i t t θθβφ=-+由上式可知，阻尼振动角频率为 ，阻尼振动周期为d ω=2d d T π=2．周期外力矩作用下受迫振动的解 在周期外力矩Mcos ωt 激励下的运动方程和方程的通解分别为22cos d d J k M t dt dt θθγθω++=()( ))()exp cos cos i i m t t t θθβφθωφ=-++-这可以看作是状态（*）式的阻尼振动和频率同激励源频率的简谐振动的叠加。一般t >>τ后，就有稳态解 ()()cos m t t θθωφ=-稳态解的振幅和相位差分别为路须同时切断习题电源，备制造厂家出具高中资料需要进行外部电源高中资料
m θ=2202arctan βωφωω=-其中，φ的取值范围为（0，π），反映摆轮振动总是滞后于激励源支座的振动。3．电机运动时的受迫振动运动方程和解弹簧支座的偏转角的一阶近似式可以写成 ()cos m t t ααω=式中αm 是摇杆摆幅。由于弹簧的支座在运动，运动支座是激励源。弹簧总转角为。于是在固定坐标系中摆轮转角θ的运动方程为()cos m t t θαθαω-=-()22cos 0m d d J k t dt dt θθγθαω++-=也可以写成 22cos m d d J k k t dt dt θθγθαω++= 于是得到m θ=由θm 的极大值条件可知，当外激励角频率时， 0m θω ??=ω=系统发生共振，θm 有极大值。α 引入参数，称为阻尼比。(0ζβ ωγ==于是，我们得到 m θ=()()0202arctan 1ζωωφωω=-三、实验任务和步骤 1．调整仪器使波耳共振仪处于工作状态。 2．测量最小阻尼时的阻尼比ζ和固有角频率ω0。进行隔开处理；同一线槽内人员，需要在事前掌握图纸电机一变压器组在发生内部
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。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，
实验项目典型部件设计实验时间2014.10.19 实验地点J060317 指导教师魏良庆实验课时 2 课程名称机械制造装 备设计 实验成绩 实验目的： 组成：主轴、轴承、传动件、密封件及定位元件等。 功用：夹持着工件或刀具直接参加表面成形运动中的主运动， 主轴的主要结构参数：前、后轴颈直径D1和D2，内孔直径d、主轴前端悬伸量a和主要支承间的跨距L 实验环境： 1）旋转精度：装配后，主轴在低速空载条件下，安装刀具或工件的主轴部位的径向和端面圆跳动。 2）刚度：承受外载荷时抵抗变形的能力。 3）抗振性：指其抵抗受迫振动和自激振动而保持平稳运转的能力。 4）精度保持性：主轴部件的精度保持性是指长期保持其原始精度的能力。 实验注意事项： 1）齿轮传动：结构简单、紧凑，能传递较大的扭矩，能适应变转速、变载荷工作，应用最广。 2）带传动：靠摩擦力传动、结构简单、成本低，特别适用于中心距较大的两轴间传动。传动平稳，噪声小，适宜高速传动。缺点是有滑动，不能用在速比要求准确的场合。 实验步骤： 1、支承件的功能：保证机床各零部件之间的相互位置和相对运动精度，使它们具有足够的静刚度、抗振性、热稳定性和耐用度。 2、支承件的截面形状选择原则在最小质量的条件下，具有最大静刚度。 1）无论是方形、圆形或矩形，空心截面的刚度都比实心的大，且同样的断面形状和相同大小的面积，外形尺寸大而壁薄的截面，比外形尺寸小而壁厚的截面的抗弯刚度和抗扭刚度都高； 2）圆（环）形截面的抗扭刚度比方形好，而抗弯刚度比方形低； 3）封闭截面的刚度远远大于开口截面的刚度，特别是抗扭刚度。 3、肋板提高支承件的整体刚度；肋条提高支承件的局部刚度。 4、导轨的功用和分类 （1）导轨的功用是承载和导向。 （2）分类：①按结构形式可以分为开式导轨和闭式导轨。开式导轨结构简单，不能承受较大的颠覆力矩。闭式导轨可以承受较大的颠覆力矩。②按接触面的摩擦性质分为滑动导轨和滚动导轨。滑动导轨又分为：普通滑动导轨、静压导轨和卸荷导轨 5、导轨应满足的要求：1）导向精度高；2）承载能力大，刚度好、摩擦阻力小；3）精度保持性好；4）结构简单，工艺性好；5）低速运动平稳。 6、直线运动导轨的截面形状：矩形、三角形、燕尾形和圆柱形 7、导轨的组合形式：（1）双三角形导轨（2）双矩形导轨（3）矩形和三角形（4）矩形和燕尾形导轨 8、滑动导轨的特点：结构简单、制造方便、抗振性好用于普通机床 滚动导轨的特点：精度保持性好、耐磨性好、低速运动平稳性好、不易产生爬行用于数控机床
振动样品磁强计（VSM）实验 一、实验目的 掌握用振动样品磁强计测量材料的磁性质的原理与方法。 二、实验原理 本实验采用Lake Shore振动样品磁强计(Vibrating sample magnetometer 7407)，磁场线圈由扫描电源激磁，产生Hmax＝±21000Оe的磁化场，其扫描速度和幅度均可自由调节。检测线圈采用全封闭型四线圈无净差式，具有较强的抑制噪音能力和大的有效输出信号，保证了整机的高分辨性能。 振动样品磁强计是一种常用的磁性测量装置。利用它可以直接测量磁性材料的磁化强度随温度变化曲线、磁化曲线和磁滞回线，能给出磁性的相关参数诸如矫顽力H c，饱和磁化强度M s，和剩磁M r等。还可以得到磁性多层膜有关层间耦合的信息。图1是VSM的结构简图。它由直流线绕磁铁，振动系统和检测系 其测量原理如下: 装在振动杆上的样品位于磁极中央感应线圈中心连线处，位于外加均匀磁场中的小样品在外磁场中被均匀磁化，小样品可等效为一个磁偶极子。其磁化方向平行于原磁场方向，并将在周围空间产生磁场。在驱动线圈的作用下，小样品围绕其平衡位置作频率为ω的简谐振动而形成一个振动偶极子。振动的偶极子产生的交变磁场导致了穿过探测线圈中产生交变的磁通量，从而产生感生电动势ε，其大小正比于样品的总磁矩μ：
ε = K μ 其中K 为与线圈结构， 振动频率， 振幅和相对位置有关的比例系数。当它们固定后， K 为常数，可用标准样品标定。因此由感生电动势的大小可得出样品的总磁矩，再除以样品的体积即可得到磁化强度。因此，记录下磁场和总磁矩的关系后，即可得到被测样品的磁化曲线和磁滞回线。 在感应线圈的范围内，小样品垂直磁场方向振动。根据法拉第电磁感应定律，通过线圈的总磁通为： t BM AH ωsin +=Φ 此处A 和B 是感应线圈相关的几何因子，M 是样品的磁化强度，ω是振动频率，H 是电磁铁产生的直流磁场。线圈中产生的感应电动势为： ()t KM dt d t E ωcos =Φ= 式中K 为常数，一般用已知磁化强度的标准样品（如Ni ）定出。 但是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H d 表示为H d =－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，如细线形时，沿细线的轴线Ｎ＝0，薄膜形时，沿膜面Ｎ＝0，而球形时 。 三、实验仪器的组成 除了上面提到的VSM 系统所需要的电磁铁、振动系统、检测系统之外，实际的振动样品磁强计通常还包括锁相放大器、特斯拉计，分别用于小信号的检测以及磁场的检测，同时还包括计算机系统。 1．电磁铁
阻尼振动与受迫振动 一、 实验目的 1. 观测阻尼振动，学习测量振动系统基本参数的方法； 2. 研究受迫振动的幅频特性和相频特性，观察共振现象； 3. 观测不同阻尼对受迫振动的影响。 二、 实验原理 1. 有粘滞阻尼的阻尼振动 在弹簧和摆轮组成的振动系统中，摆轮转动惯量为J ，γ为阻尼力矩系数，ω0=√ k /J 为无阻尼时自由振动的固有角频率，定义阻尼系数β=γ/(2J )，则振动方程为 2220d d k dt dt θθ β θ++= 在小阻尼时，方程的解为 ()) exp()cos i i t t θθβφ=-+ 在取对数时，振幅的对数和β有有线性关系，通过实验测出多组振 幅和周期，即可通过拟合直线得出阻尼系数进而得出其他振动参数。 2. 周期外力矩作用下受迫振动 在周期外力矩Mcos ωt 激励下的运动方程和方程的通解分别为 22cos d d J k M t dt dt θθγθω++=
()( )) ()exp cos cos i i m t t t θθβφθωφ=-++- 其中包含稳定项和衰减项，当t >>τ后，就有稳态解 ()()cos m t t θθωφ=- 稳态解的振幅和相位差分别为 m θ= 22 02arctan βω φωω=- 上式中反映当ω与固有频率相等时相位差达到90度。 3. 电机运动时的受迫振动运动方程和解 弹簧支座的偏转角的一阶近似式可以写成 ()cos m t t ααω= 式中αm 是摇杆摆幅。由于弹簧的支座在运动，运动支座是激励源。弹簧总转角为()cos m t t θαθαω-=-。于是在固定坐标系中摆轮转角θ的运动方程为 22cos m d d J k k t dt dt θθγθαω++= 于是得到 2 m θ= 由θm 的极大值条件0m θω? ?=可知，当外激励角频率ω=时，系统发生共振， θm 有极大值α 引入参数(0ζβωγ ==，称为阻尼比，于是有
实验三十三全息照相 【预习题】 1．普通照相和全息照相的区别在哪里？ 答：普通照相底片上记录的图象只反映了物体上各点发光的强弱变化，也就是只记录了物光的振幅和频率信息，而丢失了物光相位信息，所以在照相纸上显示的只是物体的二维平面像，丧失了物体的三维特征。 全息照相与普通照相完全不同，它不用透镜或其他成像装置，而是利用光的干涉，把光波的振幅和位相信息全部记录了下来。并且在一定条件下，得到的全息图还能将所记录的全部信息完全再现出来，因而再现的像是一个逼真的三维立体像。 2．全息照相的两个过程是什么？怎样才能把物光的全部信息同时记录下来呢？ 答：全息照相的两个过程是拍摄与再现。全息照相不用透镜或其他成像装置，而是利用光的干涉，把物光的振幅和位相信息全部记录了下来。 3．如何获得全息图的再现像？ 答：将全息图放在拍摄时的底片夹上，将扩束后的激光以参考光相同的角度照射全息图，透过全息图朝原来拍摄时放置物体的方向看去，就能看到与原物形象完全一样的立体虚像。 4．为什么物光和参考光的光程要大致相等即光程差要尽量的小? 答：保证物光波和参考光波有良好的相干性。 【思考题】 1．拍摄一张高质量的全息图应注意哪些问题? 答：为保证全息照片的质量，各光学元件应保持清洁。若光学元件表面被污染或有灰尘，应按实验室规定方法处理，切忌用手、手帕或纸片等擦拭。 2．绘出拍摄全息图的基本光路，说明拍摄时的技术要求。 答：①拍摄全息图的基本光路如下： ②拍摄时的技术要求，主要有： （1）全息实验台的防震性能要好。 （2）要有好的相干光源。同时要求物光波和参考光波的光程尽量相等，光程差尽量小，以保证物光波和参考光波有良好的相干性。 （3）物光和参考光的光强比要合适，一般选择1：2到1：5之间为宜。两者间的夹角在30到90度之间。 3．全息图的主要特点是什么？
固体物理学实验报告 振动样品磁强计 一．实验目的 1、掌握振动样品磁强计的基本原理、结构，了解其使用方法； 2、掌握磁性样品的起始磁化曲线和磁滞回线的测量，了解由此分析材料磁性参数的方法。 二．VSM工作原理 2.1 VSM设备种类介绍 振动样品磁强计主要由电磁铁系统、样品强迫震动系统和信号检测系统组成。根据驱动样品振动的方式不同，振动样品磁强计可分为机械式驱动式(静电驱动式(图1a)、(图1b)和电磁驱动式(图1c)和等多种。 图1 (a)静电驱动式；(b)机械驱动式；(c)电磁驱动式 2.2 VSM工作原理 振动样品磁强计的工作原理的物理本质是电磁感应，通过小尺寸样品在均匀磁场中振动，利用邻近线圈中的感生电动势进行磁化强度测量的非积分式感应法系统，是磁性测量技术中的主要设备之一。 测量线圈中的感应信号，来源于被磁化的振动样品在周围产生的周期性变化磁场。若把小样品近似看作磁偶极子，则测量线圈中感应电动势是具有基波和各级谐波成份的频谱信号。通过理论推导可知，在由基波线圈几何因子所确定的位置和线圈长度范围内，二次谐波在串联反接的线圈对中的感应电动势等于零。又
由于样品振幅很小（约0.1 mm ）,其它高次谐波的作用可忽略不计。因此，振动 样品磁强计中只需要考虑基波成份。这样，可得振动样品磁强计的测量方程为： x m V kM = 其中，Vx 为线圈输出电压的有效值；M m 为样品的磁矩；k 为振动样品磁强 计的灵敏度，可由比较法测定，又叫振动样品磁强计的校准或定标。比较法是用 饱和磁化强度 σs0已知的标准样品进行比较测定k 。若标准样品的质量为mS0 ， 装入磁强计中的振动输出信号为00s s s V km =σ，则00s s V k=s m σ。校准后，将质量为 mX 的被测样品替换标准样品。在振动输出为V x 时，样品的比磁化强度为： 00s x x x s V =V km m V s x m =σσ 在测量线圈横截面内磁场平均值可用中心点磁场表示的近似下，线圈的直径 要非常小，如内径不超过 5 mm 。两个测量线圈的总匝数必须一样，约为1000 匝。考虑到线圈中的感应电动势在样品所处的磁场中心位置附近有个非敏感区 （鞍点区），线圈与样品的距离也要满足一定条件。减小线圈间的距离可使测量 线圈的输出信号增大，但鞍点区将缩小。如果采用四线圈制探测时鞍点区比双线 圈大些，但灵敏度会降低。 振动样品磁强计的测量方法有两种：绝对法和差值法。绝对法是根据测量方 程由电压V x 直接测量样品的比磁化强度或磁矩的方法。这种方法容易受系统的 机械稳定性、振源频率稳定性、反馈电路的稳定性和放大器的线性度的影响。差 值法在磁强计振动杆中部装一个磁矩已知的基准样品，并在样品两侧对称安装 一对串联反接的基准线圈，用以产生基准信号与测量信号进行差值比较，就可消 除共有的干扰信号。这种方法可以避免频率和振幅波动引入测量误差。由于振动 样品磁强计测得的是相对信号而不是绝对信号，所以每次使用前必须对仪器进行 定标。通过对标准样品的测量得到比例系数，从而才能确定待测样品的磁学参数。 2.3 VSM 应用范围 适用于各种磁性材料：磁性粉末、超导材料、磁性薄膜、各向异性材料、磁 记录材料、块状、单晶和液体等材料的测量。可完成磁滞回线、起始磁化曲线、 退磁曲线及温度特性曲线、IRM 和DCD 曲线的测量，具有测量简单、快速和界面
实验三、磁性材料的VSM 测量 一、实验目的 1．了解VSM 仪器的测量原理。 2．了解VSM 的操作要领和注意事项。 3．了解样品磁性测量的方法。 二、实验设备 天平、VSM 等。 三、原理说明 VSM 系统的主体部件是由直流线绕磁铁、振动器和感应线圈组成。装在振动杆上的样品位于磁极中央感应线圈中心连线处，在感应线圈的范围内垂直磁场方向振动。图1是VSM 的结构简图，图2是VSM 的实物图。振动样品磁强计的原理就是将一个小尺度的被磁化了的样品视为磁偶极子并使其在原点附近作等幅振动，利用电子放大系统，将处于上述偶极场中的检测线圈中的感生电压进行放大检测，再根据已知的放大后的电压和磁矩关系求出被测磁矩。 图2 VSM 实物图 设磁化场沿x 轴向，而样品S 沿z 向作等幅振动。在磁铁极头端面处对称放置匝数为N 、截面为S 的检测线圈，其对称轴垂直于z 轴。则可得到穿过第n 匝内dsn 面积元的磁通为： 5n n n n n z r 4Z MX 3ds )r (H d π= =φ 而n n φ∑=φ，由此可得出检测线圈内的总感生电压为： n 7n n 2 n n n 0ds r )z 5r (X ∑t ωcos ωa π4M 3dt φd )t (ε∫== 其中a 0为样品的振幅，ω为振动频率。从方程可以得到，检测线圈中的感生电势正比于样品总磁矩M 及其振动频率ω和振幅a 0，同时和线圈的匝数、大小形状及线圈和样品间的距离有
关。因此，将线圈的几何因素及与样品的间距固定，样品的振幅和频率也固定，则感生电压仅和样品的总磁矩成正比。经过定标以后，就可根据感生电压的大小推知样品的总磁矩：将该磁矩除以样品体积或质量，就可得出该样品的单位质量或单位体积的磁矩。如果将高斯计的输出信号和感生电压分别输入到X-Y记录仪的两个输入端，就可以得到样品的磁滞回线。 四、实验步骤 1.开机预热30分钟 ①打开电源，打开电脑，启动VSM软件。 ②观察了解仪器的结构。 ③学习仪器的原理和测量方法。 2.仪器校准 ①取下样品，磁矩调零。 ②磁场对中，使得正向加磁场的剩磁约80 Oe，反向磁场的剩磁约-80 Oe。 ③用已知质量、磁矩的纯镍球定标。 3.样品测量 ①增加磁场，将待测样品反复磁化多次。 ②将样品固定到样品杆，粗测磁矩。 ③确定所用磁场大小、磁矩量程。 ④测量样品的磁滞回线。 4.根据测量结果，绘出样品的磁滞回线，由此确定样品饱和磁化强度、矫顽力等参数。 五、思考题 1．VSM如何实现磁矩测量的？ 2. 正是测试前磁矩是如何定标的？ 3．为何要进行磁场零点调节？如果不调零，对测量结果有何影响？
3振动检测仪表原理、结构和应用 3.1振动检测仪表原理、结构 3.1.1振动检测概述 振动传感器是将机械振动量转换为成比例的模拟电气量的机电转换装置。传感器至少有机械量的接收和机电量的转换二个单元构成。机械接收单元感受机械振动，但只接收位移、速度、加速度中的一个量；机电转换单元将接收到的机械量转换成模拟电气量，如电荷、电动势、电阻、电感、电容等；另外，还配有检测放大电路或放大器，将模拟电气量转换、放大为后续分析仪器所需要的电压信号，振动监测中的所有振动信息均来自于此电压信号。 （1）振动传感器种类 振动传感器的种类很多，且有不同的分类方法。按工作原理的不同，可分为电涡流式、磁电式（电动式）、压电式；按参考坐标的不同，可分为相对式与绝对式（惯性式）；按是否与被测物体接触，可分为接触式与非接触式；按测量的振动参数的不同，可分为位移、速度、加速度传感器；以及由电涡流式传感器和惯性式传感器组合而成的复合式传感器，等等。 在现场实际振动检测中，常用的传感器有磁电式速度传感器（其中又以绝对式应用较多）、压电式加速度传感器和电涡流式位移传感器。其中，加速度传感器应用最广，而大型旋转机械转子振动的测量几乎都是涡流式传感器。 振动传感器设计时采用的机电变换原理不同，在输出电量时也就会有所区别。振动传感器接收机械量变化信息，转化为电动势变化、电荷变化、电阻变化等电参量变化。振动传感器的测量线路会接收这些电信号，并放大和转换为分析、显示仪表所能接受的电压信号。振动传感器在工作原理和工作过程上的这些差别，如振动传感器的不同机械接收原理、不同测量机械量、不同机电变换原理，为振动传感器的种类划分提供了基本依据，是目前振动传感器最主要的三种分类方式。 ①振动传感器的机械接收原理有两种，分别是相对式机械接收原理和惯性式机械接收原理，振动传感器按此分类也就是相对式振动传感器和惯性式振动传感器。 相对式机械接收原理：由于机械运动是物质运动的最简单的形式，因此人们最先想到的是用机械方法测量振动，从而制造出了机械式测振仪（如盖格尔测振仪等）。传感器的机械接收原理就是建立在此基础上的。相对式测振仪的工作接收原理是在测量时，把仪器固定在不动的支架上，使触杆与被测物体的振动方向一致，并借弹簧的弹性力与被测物体表面相接触，当物体振动时，触杆就跟随它一起运动，并推动记录笔杆在移动的纸带上描绘出振动物体的位移随时间的变化曲线，根据这个记录曲线可以计算出位移的大小及频率等参数。相对式机械接收
振动传感器种类、原理及发展趋势 【摘要】振动传感器是一种能感受机械运动振动的参量(振动速度、频率，加速度等)并转换成可用输出信号的传感器。 在高度发展的现代工业中，现代测试技术向数字化、信息化方向发展已成必然发展趋势，而测试系统的最前端是传感器，它是整个测试系统的灵魂，被世界各国列为尖端技术，特别是近几年快速发展的IC技术和计算机技术，为传感器的发展提供了良好与可靠的科学技术基础。使传感器的发展日新月益，且数字化、多功能与智能化是现代传感器发展的重要特征。 【关键词】种类；原理；发展趋势 【Abstract】:Vibration transducer is atransducer that can feel the vibration of a mechanical movement parameters (frequency of the vibration velocity, acceleration, etc.) and converted into usable output signal of the sensor. At the height of the development of modern industry, modern testing technology to digitization, information management has become an inevitable trend of development, and testing system for the front end is the sensor, it is the soul of an entire test system, is listed as a leading-edge technology around the world, particularly in recent years, the rapid development of IC technology and computer technology, the development of a sensor provides a good and reliable scientific and technology base. Place the sensor development, Crescent IK, and multipurpose digital, is a modern and intelligent sensor development, an important feature. 【Keywords】:type , principle , inevitable trend of development 振动传感器的分类
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，
振动传感器 振动传感器分为压电式，磁电式，微型振动传感器。 常用振动传感器有以下几种： 1.压电片谐振式：使用压电片接收振动信号，压电片的谐振频率较高，为了降低谐振频率，使用加大压电片振动体的质量来实现，并使用弹簧球代替附加物，降低两谐振频率，增强了振动效果。其优点是灵敏度较高，结构简单。但是需要信号放大后送到TTL电路或者单片机电路中，不过使用一个三极管单级放大即可 2.机械振动式：传统的振动检测方式，受到振动以后，弹簧球在较长的时间内进行减幅振动，这种振动便于被检测电路检测到。振动输出开关信号，输出阻抗与配合输出的电阻阻值所决定，根据检测电路的输入阻抗，可以做成高阻抗输出方式。 3.微型振动传感器：将机械式振动传感器微型化，将振动体碳化并进行密封处理，其工作性能更可靠。输出开关信号直接与TTL电路和或者单片机输入电路相连接，电路结构简单。输出阻抗高，静态工作电流小。 振动传感器按其功能可有以下几种分类方法： 按机械接收原理分：相对式、惯性式；按机电变换原理分：电动式、压电式、电涡流式、电感式、电容式、电阻式、光电式； 按所测机械量分：位移传感器、速度传感器、加速度传感器、力传感器、应变传感器、扭振传感器、扭矩传感器。 以上分类法中的传感器是相容的。
1、相对式电动传感器 电动式传感器基于电磁感应原理，即当运动的导体在固定的磁场里切割磁力线时，导体两端就感生出电动势，因此利用这一原理而生产的传感器称为电动式传感器。相对式电动传感器从机械接收原理来说，是一个位移传感器，由于在机电变换原理中应用的是电磁感应电律，其产生的电动势同被测振动速度成正比，所以它实际上是一个速度传感器。 2、电涡流式传感器 电涡流传感器是一种相对式非接触式传感器，它是通过传感器端部与被测物体之间的距离变化来测量物体的振动位移或幅值的。电涡流传感器具有频率范围宽(0～10 kHZ)，线性工作范围大、灵敏度高以及非接触式测量等优点，主要应用于静位移的测量、振动位移的测量、旋转机械中监测转轴的振动测量。 3、电感式传感器 依据传感器的相对式机械接收原理，电感式传感器能把被测的机械振动参数的变化转换成为电参量信号的变化。因此，电感传感器有二种形式，一是可变间隙，二是可变导磁面积。 4、电容式传感器 电容式传感器一般分为两种类型。即可变间隙式和可变公共面积式。可变间隙式可以测量直线振动的位移。可变面积式可以测量扭转振动的角位移。 5、惯性式电动传感器
华中科技大学音叉的受迫振动与共振 【实验目的】 1.研究音叉振动系统在驱动力作用下振幅与驱动力频率的关系，测量并绘制它们的关系曲线，求出共振频率和振动系统振动的锐度。 2.通过对音叉双臂振动与对称双臂质量关系的测量，研究音叉共振频率与附在音叉双臂一定位置上相同物块质量的关系。 3.通过测量共振频率的方法，测量附在音叉上的一对物块的未知质量。 4.在音叉增加阻尼力情况下，测量音叉共振频率及锐度，并与阻尼力小情况进行对比。【实验仪器】 FD-VR-A型受迫振动与共振实验仪（包括主机和音叉振动装置）、加载质量块（成对）、阻尼片、电子天平（共用）、示波器（选做用） 【实验装置及实验原理】 一．实验装置及工作简述 FD-VR-A型受迫振动与共振实验仪主要由电磁激振驱动线圈、音叉、电磁线圈传感器、支座、低频信号发生器、交流数字电压表（0～1.999V）等部件组成（图1所示） 1.低频信号输出接口 2.输出幅度调节钮 3.频率调节钮 4.频率微调钮 5.电压输入接口 6.电源开关 7.信号发生器频率显示窗 8.数字电压表显示窗 9.电压输出接口10.示波器接口Y11.示波器接口X12.低频信号输入接口13.电磁激振驱动线圈14.电磁探测线圈传感器15.质量块16.音叉17.底座18.支架19. 固定螺丝 图1 FD-VR-A型受迫振动与共振实验仪装置图 在音叉的两双臂外侧两端对称地放置两个激振线圈，其中一端激振线圈在由低频信号发生器供给的正弦交变电流作用下产生交变磁场激振音叉，使之产生正弦振动。当线圈中的电流最大时，吸力最大；电流为零时磁场消失，吸力为零，音叉被释放，因此音叉产生的振动频率与激振线圈中的电流有关。频率越高，磁场交变越快，音叉振动的频率越大；反之则小。另一端线圈因为变化的磁场产生感应电流，输出到交流数字电压表中。因为I=dB/dt，而dB/dt取决于音叉振动中的速度v，速度越快，磁场变化越快，产生电流越大，电压表显示的数值越大，即电压值和速度振幅成正比，因此可用电压表的示数代替速度振幅。由此可知，将探测线圈产生的电信号输入交流数字电压表，可研究音叉受迫振动系统在周期外力作用下振幅与驱动力频率的关系及其锐度，以及在增加音叉阻尼力的情况下，振幅与驱动力频率的关系及其锐度。
阻尼振动与受迫振动实验报告 一、实验目的 （一）观察扭摆的阻尼振动，测定阻尼因数。 （二）研究在简谐外力矩作用下扭摆的受迫振动，描绘扭摆在不同阻尼的情况下的共振曲线（即幅频特性曲线）。 （三）描绘外加强迫力矩与受迫振动之间的位相随频率变化的特性曲线（即相频特性曲线）。 （四）观测不同阻尼对受迫振动的影响。 二、实验仪器 扭摆（波尔摆）一套，秒表，数据采集器，转动传感器。 三、实验任务 1、调整仪器使波耳共振仪处于工作状态。 2、测量最小阻尼时的阻尼比ζ和固有角频率ω0。 3、测量其他2种或3种阻尼状态的振幅，并求ζ、τ、Q和它们的不确定度。 4、测定受迫振动的幅频特性和相频特性曲线。 四、实验步骤 1、打开电源开关，关断电机和闪光灯开关，阻尼开关置于“0”档，光电门H、I可以手动微调，避免和摆轮或者相位差盘接触。手动调整电机偏心轮使有机玻璃转盘F上的0位标志线指示0度，亦即通过连杆E和摇杆M使摆轮处于平衡位置。然后拨动摆轮使偏离平衡位置150至200度，松开手后，检查摆轮的自由摆动情况。正常情况下，震动衰减应该很慢。 2、开关置于“摆轮”，拨动摆轮使偏离平衡位置150至200度后摆动，由大到小依次读取显示窗中的振幅值θj；周期选择置于“10”位置，按复位钮启动周期测量，停止时读取数据10 T。 d 并立即再次启动周期测量，记录每次过程中的10 T的值。 d （1）逐差法计算阻尼比ζ； （2）用阻尼比和振动周期T d计算固有角频率ω0。 3、依照上法测量阻尼（2、3、4）三种阻尼状态的振幅。求出ζ、τ、Q和它们的不确定度。 4、开启电机开关，置于“强迫力”，周期选择置于“1”，调节强迫激励周期旋钮以改变电机运动角频率ω，选择2个或3个不同阻尼比（和步骤3中一致），测定幅频和相频特性曲线，注意阻尼比较小（“0”和“1”档）时，共振点附近不要测量，以免振幅过大损伤弹簧；每次调节电机状态后，摆轮要经过多次摆动后振幅和周期才能稳定，这时再记录数据。要求每
振动样品磁强计(VSM)原理 The Principle of Vibrating Sample Magnetometer
1、振动样品磁强计介绍 振动样品磁强计一种是灵敏度高、应用最广的磁性测量仪器。 基本原理：振动样品磁强计采用尺寸较小的样品。由于体积很小，样品在被磁场磁化后，在远处可以近似的看做一个磁偶极子。如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，产生正比于磁化强度的感应电动势。
2、振动样品磁强计结构原理图
3、VSM 检测原理 如图所示，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dS n ，其与坐标原点的矢径为r n ，磁场 沿Ｘ方向施加。 由于Ｓ的尺度与r n 相比非常小，故Ｓ在空间的场可表为偶极场形式： ]r )r M (3M [4)r (5 3n n n n n r r V H ??--= （3-1）
由于M 只有x 方向分量，所以：5 43n n n Z r r VMx H π?=（3-3） k z j y i x r n n n n ++=（3-2）dS n 面积元的磁通量： 线圈L 的总磁通量： n n n n Z n dS r V z Mx dS H d 50043πμμφ==（3-4） ∑?∑?∑===n n n n n n n n dS r V z Mx d 5 043πμφφφ（3-5） 其中， ]r )r M (3M [4)r (5 3n n n n n r r V H ??--=π（3-1）
涡流传感器输出与振动位移成正比。传感器与被测物体不接触，可以测量转动部件的振动，并可进一步用于测量旋转机械振动分析中的两个关键参数：转速和相位。振动测量的频率范围较宽，能同时作静态和动态测量，适用于绝大多数旋转机械。传感器输出结果与被测物体材料有关，材料本身会影响传感器线性范围和灵敏度，必须重新标定。为了获得可靠的数据，对传感器的安装要求较严。 速度传感器输出与振动速度成正比，信号可以直接提供给分析系统。传感器安装简单，临时测量可以采用手扶方式或通过磁座与被测物体固定，长期监测可以通过螺钉与被测物体固定。速度传感器体积、质量偏大，低频特性较差，测量10Hz以下振动时，幅值和相位有误差，需要补偿。测量发电机和励磁机振动时，速度传感器可能会受到电磁干扰的影响。此时，速度传感器的输出信号会变得很不稳定，忽大忽小，没有规律。 加速度传感器输出与振动加速度成正比。体积小、质量轻是加速度传感器的突出特点，特别适用于细小和质量较轻部件的振动测试。加速度传感器结构紧凑，不易损坏。涡流、速度和加速度传感器在旋转机械振动测试中都得到了广泛应用。通常是用涡流传感器测量转轴振动，用速度或加速度传感器测量轴承座振动。另外，由位移、速度和加速度之间的关系可知，为了突出反映故障信号中高频分量或脉冲量的变化，可以选用加速度传感器，而为了突出反映故障信号中低频分且的变化，可以选用涡流传感器。 艾驰商城是国内最专业的MRO工业品网购平台，正品现货、优势价格、迅捷配送，是一站式采购的工业品商城！具有10年工业用品电子商务领域研究，以强大的信息通道建设的优势，以及依托线下贸易交易市场在工业用品行业上游供应链的整合能力，为广大的用户提供了传感器、图尔克传感器、变频器、断路器、继电器、PLC、工控机、仪器仪表、气缸、五金工具、伺服电机、劳保用品等一系列自动化的工控产品。 如需进一步了解图尔克、奥托尼克斯、科瑞、山武、倍加福、邦纳、亚德客、施克等各类传感器的选型，报价，采购，参数，图片，批发信息，请关注艾驰商城https://www.doczj.com/doc/c53255012.html,/
振动样品磁强计(VSM)实验报告 实验目的： 1、掌握振动样品磁强计的基本原理、结构，了解其使用方法 2、掌握磁性样品的起始磁化曲线和磁滞回线的测量，了解由此分析材料磁性参数的方法 仪器工作原理： 如果将一个开路磁体置于磁场中，则此样品外一定距离的探测线圈感应到的磁通可被视作外磁化场及由该样品带来的扰动之和。多数情况下测量者更关心的是这个扰动量。例如，可以让被测样品以一定方式振动，探测线圈感应到的样品磁通信号因此不断快速的交变，保持环境磁场等其他量不做任何变化，即可实现这一目的，这是一种用交流信号完成对磁性材料直流磁特性测量的方法。 振动样品磁强计（Vibrating Sample Magnetometer）是基于电磁感应原理制成的仪器。VSM是一种高灵敏度的磁矩测量仪器，测量在一组探测线圈中心以固定频率和振幅作微振动的样品的磁矩。采用尺寸较小的样品，它在磁场中被磁化后可近似看作一个磁矩为m的磁偶极子，使样品在某一方向做小幅振动，用一组互相串联反接的探测线圈在样品周围感应这磁偶极子场的变化，可以得到探测线圈的感应电动势直接正比于样品的磁化强度。用锁相放大器测量这一电压，即可计算出待测样品的磁矩。 由于测量线圈中的感应信号来源于被磁化的振动样品在周围产生的周期性变化磁场，那么位于坐标原点O的磁偶极子在空间任意一点P产生的磁场可表示为： H r=?1 4π(M m r3 ?3 M m?r r5 r) (1) 式中r=xi +yj+zk，其中i、j、k分别为x，y，z的单位矢量。若在距偶极子处的P点放置一匝面积为S的小测量线圈，则通过线圈的磁通量为： ?=B?dS=μ0H(r)?dS S S (2) 若偶极子沿着z轴做αe jωt简谐振动时，（a是振幅，ω为振动角频率），有r=xi+yj+(z+αe jωt)k (3) 则偶极子磁场在N匝线圈中激起的感应电动势为：
振动量的常用测量方法三种： 1． 机械式测量方法：主要用杠杆放大原理或惯性原理加上杠杆放大原理。 2． 电测法：将振动参量（位移、速度、加速度）转换成电信号，经电子系统放大后进行测 量记录的方法。 3． 光测法：把振动参量转换成光信号，经光学系统放大后，加以测量和记录。 直接为震动试验提供振动源的设备是激振设备，包括：振动台和激振器两类；有机械式、电动式、电动液压式、压电式。 1． 机械式振动台的工作原理： （1） 离心式：利用偏心块绕定轴转动，产生离心力。质量为m,偏心距r 的质量块，以角 速度ω绕O 转动，产生离心力 t mr t F F t mr t F F y x ωωωωωωsin sin cos cos 22==== 为了产生单一方向激振力，将其设计成双轴式结构，即把两偏心块对称地安装在两轴上，并使偏心块作反向同角速度的旋转。水平分力相互抵消，只剩下按正弦规律变化的垂直激振力。 通常偏心质量块由活动扇形块与固定扇形块构成。若改变活动扇形块的角度α，则可以改变激振力值，也就是台面的振幅值。当ο 180=α时，离心力为最大，此时激振力为： t mr F ωωsin 22= 振动台的运动方程： F ky y M -=+&& 台面的振幅： ) (22022 ωωω-=M mr A M k =0ω为振台的固有频率；m 每组偏心块的质量；r 偏心距；M 运动部分的总质量 当0ωω>>，台面的振幅不随激振频率改变，同偏心质量、偏心距成正比M mr A 2= 。
（2．）凸轮式振动台： 台面振幅由偏心距r 决定：t r y ωsin =，频率由直流电机的转速决定。为了调节振幅，常用同轴的双凸轮装置。通过调节内外两凸轮的相对位置调节凸轮的偏心距，即调节了振幅。 机械式振动台的特点： 简单、可靠，承载力较大。由于旋转机构的惯性大，所以工作的频率不高，低于50~60Hz 。另外，机件之间存在加工间隙，工作时会引起碰撞，影响台面波形。用于中小型模型试验，也用于对产品作环境实验。 2． 电磁式振动台： 电磁式振动台是把交变的电量变为交变的机械量的装置。利用带电导线在磁场里受到安培力的作用，使得导线产生运动的原理制成的。 4 10102.0-?=BLI F B ——磁场强度 L ——导线有效长度 I ——导线内电流强度 改变磁力线圈中电流的频率及强度，就能改变振动台振动的频率及幅值。 3． 电气液压式振动台 工作过程：电信号转化为大功率液压信号，液压油进入激振器，激振器带动台面按照输入电信号的规律振动。 4． 大型模拟地震振动台 地震荷载是因地面运动而引起的一种惯性力，仅用激振器所产生的集中力来模拟地震力是不确切的。大型模拟地震振动台可以模拟地震运动，具有大振幅、大出力、多方向震动及频率低的特点。