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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磁性材料磁性测量开放实验指导书振动样品磁强计是以感应法为基础并配用近代电子技术发展起来的一种新型检测物质磁性的测试仪器，已广泛用于材料磁性，包括磁化曲线、磁滞回线、Ms 、Mr 、Hcb 、Hcj 、(BH)max 等参数、M-T 曲线等的检测。

由于其适应性强、灵敏度高、准确可靠、使用方便以及测量自动化等优点，已在科研、国防和生产实践中得到广泛应用。

一、实验目的1．学习振动样品磁强计的使用方法，熟悉仪器的构造。

2．学习用振动样品磁强计测量材料的磁性。

二、实验原理及应用2.1 VSM 的结构及工作原理振动样品磁强计是将样品放置在稳定的磁场中并使样品相对于探测线圈作小幅度周期振动，则可得到与被测样品磁矩成正比的信号，再将这信号用适当的电子技术放大、检波转换成易于测量的电压信号，即可构成振动样品磁强计。

图1图2上面所示为两种类型的VSM原理结构示意图，两者区别仅在于：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。

当振荡器的功率输出馈给振动头驱动线圈时，该振动头即可使固定在其驱动线圈上的振动杆以ω的频率驱动作等幅振动，从而带动处于磁化场H中的被测样品作同样的振动；这样，被磁化了的样品在空间所产生的偶极场将相对于不动的检测线圈作同样振动，从而导致检测线圈内产生频率为ω的感应电压；而振荡器的电压输出则反馈给锁相放大器作为参考信号；将上述频率为ω的感应电压馈送到处于正常工作状态的锁相放大器后（所谓正常工作，即锁相放大器的被测信号与其参考信号同频率、同相位），经放大及相位检测而输出一个正比于被测样品总磁矩的直流电压V J out,，与此相对应的有一个正比于磁化场H的直流电压V H out（即取样电阻上的电压或高斯计的输出电压），将此两相互对应的电压图示化，即可得到被测样品的磁滞回线（或磁化曲线）。

叙述振动样品磁强针的工作原理振动样品磁强针是一种广泛应用于材料科学研究中的实验装置，它可以通过测量材料的振动特性来获取材料的磁强度信息。

振动样品磁强针的工作原理主要依赖于材料的磁特性与振动特性之间的相互关系。

在振动样品磁强针中，首先需要将待测材料制备成样品，并固定在一个具有弹性的载体上。

然后，通过施加外部磁场来激发材料中的磁性，使得样品具有磁性。

接下来，通过激光干涉仪或其他精密测量装置来测量样品在振动过程中的位移变化。

在进行振动实验时，通常会施加一个交变磁场，使得样品在磁场的作用下发生振动。

这种振动可以是自由振动，也可以是受到外力驱动的强迫振动。

当样品在振动过程中发生位移时，其对应的磁特性也会发生变化，例如磁化强度、磁导率等。

通过测量样品振动过程中的位移变化，可以得到样品的振动频率、振动幅度等信息。

而这些信息与样品的磁特性之间存在着一定的关系。

根据材料的不同磁特性，可以利用振动样品磁强针来测量材料的磁导率、磁化强度、磁滞回线等参数。

振动样品磁强针的工作原理是基于材料磁特性与振动特性之间的相互关系。

通过测量样品振动过程中的位移变化，可以间接地获得样品的磁特性信息。

这种间接测量方法具有一定的优势，可以避免直接接触材料对测量结果的影响。

振动样品磁强针在材料科学研究中具有广泛的应用。

例如，在磁性材料的研究中，可以通过振动样品磁强针来测量材料的磁滞回线，从而了解材料的磁化机制。

在材料的磁导率测量中，可以利用振动样品磁强针来测量材料的磁导率随频率的变化规律，从而研究材料的磁性响应。

振动样品磁强针还可以应用于磁性材料的性能评估和质量控制。

通过测量样品在不同磁场强度下的振动特性，可以评估材料的磁性能，并对材料的制备工艺进行优化。

振动样品磁强针是一种通过测量材料的振动特性来间接获取材料磁特性信息的实验装置。

其工作原理基于材料磁特性与振动特性之间的相互关系，通过测量样品振动过程中的位移变化来获得材料的磁导率、磁化强度等参数。

测量铁磁材料在直流磁场下的静态磁特性一、实验目的1.了解振动样品磁强计的结构、原理、功能和使用方法；2.用振动样品磁强计测量铁磁材料在直流磁场下的静态磁特性。

二、实验原理1.磁学基本知识铁磁材料：（1）铁磁性物质只要在很小的磁场作用下就能被磁化到饱和，不但磁化率>0，而且数值大到10－106数量级，其磁化强度M与磁场强度H之间的关系是非线性的复杂函数关系。

这种类型的磁性称为铁磁性。

（2）铁磁性物质只有在居里温度以下才具有铁磁性；在居里温度以上，由于受到晶体热运动的干扰，原子磁矩的定向排列被破坏，使得铁磁性消失，这时物质转变为顺磁性。

（3）特点A、磁性很强，通常所说的磁性材料主要是指这类物质。

B、磁滞现象。

磁性物质都具有保留其磁性的倾向，磁感应强度B/磁化强度的变化总是滞后于磁场强度H的变化的，这种现象称为磁滞现象。

在磁场中，铁磁体的磁感应强度与磁场强度的关系可用曲线来表示，当磁化磁场作周期的变化时，铁磁体中的磁感应强度与磁场强度的关系是一条闭合线，这条闭合线叫做磁滞回线。

按磁滞回线的不同，磁性物质又可分为硬磁材料、软磁材料和矩磁材料三种软磁材料的磁滞回线狭长、矫顽力、剩磁和磁滞损耗均较小，对外磁场变化响应快，由于软磁材料磁滞损耗小，适合用在交变磁场中，如变压器铁芯、继电器、电动机转子、定子都是用软磁性材料制成。

如软铁、硅钢、锰锌铁氧体和镍锌铁氧体等。

硬磁材料的磁滞回线较宽，矫顽力大，剩磁强，难磁化也难退磁，可用来制造永磁体，如钴钢、铝镍钴合金、钕铁硼和钡铁氧体等。

C、自发磁化：铁磁性物质内的原子磁矩，通过相邻晶格结点原子的电子壳层的作用，克服热运动的无序效应，原子磁矩是按区域自发平行排列、有序取向，按不同的小区域分布，这种现象称为自发磁化。

未配对的3d电子壳层：Fe、Ni、Co、MnD 、磁畴自发磁化的小区域，称为磁畴。

各个磁畴之间的交界面称为磁畴壁。

E 、剩磁F 、磁饱和性G 、高导磁性2. 振动样品磁强计振动样品磁强计（VSM ）(Vibrating Sample Magnetometer)是一种磁性测量常用的仪器，在科研和生产中有着广泛的应用。

振动样品磁强计（VSM ）及其铁氧体的磁特性一、实验目的1. 掌握VSM 的工作原理和应用操作2. 理解VSM 的基本结构和关键技术3. 里欧阿姐铁氧体材料的磁特性二、实验原理（1）概念振动样品磁强计（Vibrating sample magnetometer,VSM ）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Hc,饱和磁化强度Ms 和剩磁Mr 等。

还可以得到磁性多层膜有关层间耦合的信息。

（2）测量原理振动头电子放大系统ds HSzxy电磁铁检测线圈样品图1 振动样品磁强计结构简图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 dtd 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。

三、实验仪器的组成除了上面提到的组建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。