(参考资料)振动样品磁强计(VSM)原理

振动样品磁强计VSM4ffiΓ、Γv概述:振动样品磁强计可测量磁性材料的基本磁性能（如磁化曲线，磁滞回线，退磁曲线，升温曲线、升/降温曲线、降温曲线、温度随时间的变化等），得到相应的各种磁学参数（如饱和磁化强度，剩余磁化强度，矫顽力，磁能积，居里温度,磁导率（包括初始磁导率）等），可测量粉末、颗粒、片状、块状等磁性材料。

可原位测量磁性材料从液氮温区至室温或室温至500℃温区的磁性能随温度的变化曲线。

技术指标：1、测量磁矩范围（磁极间距30mm时）：1*10-3emu—30OemU（灵敏度：5×10-5emu）2、相对精度（量程30emu时）：优于土设3、重复性（量程30emu时）：优于±1%4、稳定性（量程30emu时）：连续4小时工作优于1%5、温度范围：室温到500摄氏度以及室温到液氮温区6、磁场强度：0—±3.8T之间电磁铁直流稳流电源：派双极性恒流输出①电源输出电流可在正负额定上等高电流之间连续变化②电流可以平滑过零点，非开关换向③输出电流、电压四象限工作（适合感性负载）@电流变化速率可设置范围为0.0007-0.3F.S.∕s（F.S.为额定输出极大电流）冬电流稳定度高，纹波低①电流稳定度：优于±25ppm∕h（标准型）；优于±5ppm∕h（高稳型）②电流准确度：土（0.0现设定值+ImA）③电流分辨率：20bit,例15A电源，电流分辨率为0.03mA④源效应：≤2.0×10-5F.S.（在供电电压变化10%时，输出电流变化量）⑤负载效应：≤2.0×10-5F.S.（在负载变化10%时，输出电流变化量）⑥电流纹波（RMS）：小于ImA派两种输出模式①电流模式：直接设定磁铁或者线圈中的电流②磁场模式：直接设定磁铁或者线圈中的磁场大小注意：磁场模式需配合特定的高精度高斯计和探头派两种操作方式①本地控制采用高清触摸屏显示和操作②远程可通过RS232接口由计算机控制，RS485、1AN可选派多种保护功能①输入电源掉电保护（输入电源掉电时，内部保护吸收感性负载反灌能量）②过流保护（自动降流，不可控过流则关断电源输出并报警）③过热保护（模块过热，关断电源输出并报警）④水流保护（检测冷却水，一旦水流太小或断水，关断电源输出并报警。

振动样品磁强计振动样品磁强计振动样品磁强计(Vibrating Sample Magnetometer,VSM)是测量材料磁性的重要手段之一，广泛应用于各种铁磁、亚铁磁、反铁磁、顺磁和抗磁材料的磁特性研究中，它包括对稀土永磁材料、铁氧体材料、非晶和准晶材料、超导材料、合金、化合物及生物蛋白质的磁性研究等等。

它可测量磁性材料的基本磁性能，如磁化曲线，磁滞回线，退磁曲线，热磁曲线等，得到相应的各种磁学参数，如饱和磁化强度M s，剩余磁化强度，矫顽力H c，最大磁能积，居里温度，磁导率（包括初始磁导率）等，对粉末、颗粒、薄膜、液体、块状等磁性材料样品均可测量。

一、实验目的1、了解磁性材料的分类和基本磁学参数。

2、了解振动样品磁强计的工作原理和仪器组成结构。

3、测量两种材料样品的磁滞回线，计算相关的磁学参数。

二、VSM的仪器结构与工作原理1、VSM的仪器结构振动样品磁强计主要由电磁铁系统、样品强迫振动系统和信号检测系统组成。

图1、图2所示的为两种类型的VSM原理结构示意图，两者的区别仅在于：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。

振动系统：为使样品能在磁场中做等幅强迫振动，需要有振动系统推动。

系统应保证频率与振幅稳定。

显然适当的提高频率和增大振幅对获取信号有利，但为防止在样品中出现涡流效应和样品过分位移，频率和幅值多数设计在200Hz和1mm以下。

低频小幅振动一般采用两种方式产生：一种是用马达带动机械结构传动；另一种是采用扬声器结构用电信号推动。

前者带动负载能力强并且容易保证振幅和频率稳定，后者结构轻便，改变频率和幅值容易，外控方便，受控后也可以保证振幅和频率稳定。

因为仪器应仅探测由样品磁性产生的单一固定的频率信号，与这频率不同的信号可由选频放大器和锁相放大器消除。

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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振动样品磁强计的设计1.概述振动样品磁强计是用来测量试样磁矩大小的专用设备。

当试样的体积V或质量m被测定之后,可计算出试样单位体积或单位质量的磁矩，即磁化强度M或比磁化强度σ。

在不同的磁场条件下测量 M或σ可得到样品的磁化曲线和磁滞回线，由此可以确定各种磁化率、饱和磁化强度、剩磁、矫顽力，也可以得到退磁曲线；在不同温度下测量以上参数，可以得到上述量的温度系数、居里温度、补偿温度和有关的磁参数信息。

如果在不同时间测量这些参数的变化，还可作磁后效和时间稳定性研究等等。

由此可见VSM可以测量大部分磁性参数，是磁性研究和磁性材料试制不可缺少的测量工具。

2.测量原理一小块被磁化了的样品可被视为一磁偶极子，通过振动头、连接杆可把垂直方向的正弦振动传递给样品。

当样品在磁场中做受迫振动时，在它附近的探测线圈中会感应出一电压信号，其大小正比于样品的磁矩、振幅和振动频率。

这一电压信号很小，采用锁相放大技术可加以准确测量。

用一已知磁矩的标样可确定出这一电压信号和磁矩的比例系数，这就是VSM定标。

一般采用纯Ni球或Ni片作为标样。

定标完成后，只需测量出待测样品感应电压便通过计算得到其磁矩值。

样品放在电磁铁的两极之间，改变磁场使样品处于不同的磁化状态，具有不同的磁矩值。

用加热炉使样品处在不同温度，便可测量出样品磁矩随磁场或温度的变化。

3.VSM总体设计VSM由如下部分组成：磁矩测量系统：锁相放大器、探测线圈磁场产生系统：电磁铁、电磁铁电源磁场测量系统：特斯拉计、霍尔探头振动源系统：驱动源、振动头、振动杆计算机系统：数据采集卡、软件高低温系统：增压连续流喷气恒温器、高温炉、高低温炉电源整机设计指标：磁矩测量灵敏度：± 1×10-3emu精度：1%（相对于标准样品）磁场测量灵敏度：0.0001T(0-1.9999T F.S.)量程：0-1.9999T，0-2.999T设备耗电量: 三相, 380V±10%, 50Hz, 最大12KWVSM的总体结构如图1所示。

振动样品磁强计(VSM)原理The Principle of Vibrating Sample Magnetometer1、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 (53nnn n n r r V H ⋅⋅--= （3-1）由于M 只有x 方向分量，所以：543nnn Z r r VMx H π⋅=（3-3）kz 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：nnn n Z n dS r Vz Mx dS H d 50043πμμφ==（3-4）∑⎰∑⎰∑===nn n n n n n n dS r Vz Mx d 5043πμφφφ（3-5）其中，]r )r M (3M [4)r (53nnn n n r r V H ⋅⋅--=π（3-1）样品在z 方向做简谐振动，运动方程：tz z n ωδsin 0+=（3-6）可得，感应电动势：t dS r z r x MV dt d t nn nn n ωδωπμφεcos ])5(43[)(7220∑⎰--=-=tKJ t KMV ωωcos cos ==（3-7）∑⎰--=nn nnn dS r z r x K 7220)5(43δωπμ其中，为常数。

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1 VSM 结构简图 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 7nn 2nn 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振动头电子放大系统dsH S z x y 电磁铁检测线圈样品关。

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。

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。

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：H⃗⃗⃗ (r⃗ )=−14π(M m⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗r3−3(M⃗⃗⃗ m∙r⃗ )r5r⃗ )(1)式中r=xi+yj+zk⃗，其中i、j、k⃗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：ϕ=∫B⃗⃗ ∙dS⃗=μ0∫H(r⃗ )∙dS⃗SS(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r⃗ =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：e (t )=−ð∅ðt =−μ0∑∫ðH(r ⃗ ,t)ðt ∙dS ⃗ S N i (4)因样品沿着x 方向磁化，且线圈截面较小时，可用线圈中间的性质代表每匝线圈的平均性质，若线圈尺寸和位置固定不变，上式中积分式的数值是常数，故： e (t )=E m cos ωt(5)振幅Em 与样品磁矩成正比。