实验72振动样品磁强计测量内禀磁特性

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1、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）o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。——单位质量的磁矩。设被测样品的体积为V（或质量为m）,出于样品很小，如直径1mm的小球，当被磁化后，在远处，口J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冇磁通量的变化，产生感生电压

2、。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。。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。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方向施加。由于S的尺度与-相比非常小，故S在空间的场可表为偶极场形式:"X贰餘1注意到M值有X分量，贝冋得到检测线圈L内第n匝中dS価积元的磁通为“r(7.4叨其中卩。为真空磁导率。而第n匝内的总磁通则为叽=M血訂也笄芒阀整个L的总磁通则为心工九吃嘗尹ds”

3、nn°耐n(7.4-3)其小，X.为f的X轴分量，不随吋间而变；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+a•丘曲，肾为第口匝的坐标，a为L的振幅。由此可得到检测线圈内的感应电压为d0~dtdSncoscot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=口和检测线圈的结构、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止比。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

4、样品的质量和密度后，即可计算出被测样品的磁化强度M、。。M=Po,P为材料的密度。+振EHj图7.4-2振动样品磴强计结构原理图下：信号发生器产驱动振动杆作周样品作同频同相化外场H而使样号，此信号经放大而测量磁场用的这样，当扫描屯源回线。J的大小,求得。女口：已知N振动样品磁强计主要工作原理如生的功率信号加到振动子上，使振动子期性运动，从而带动粘附在振杆下端的位振动，扫描电源供电磁铁产生可变磁品磁化，从而在检测线圈中产生感应信并检测后，馈给X-Y记录仪的Y轴。毫特斯拉计的输出则馈给记录仪X轴。变化一个周期后，记录仪将描岀J-H又必须由已知磁矩的标准样品定标后i标样的质量磁矩为质量为m

5、°,其Jo=°om0o用Ni标样取代被测样品，在完全相同的条件下加磁场使Ni饱和磁化后测得Y轴偏转为Y。，则单位偏转所对应的磁矩数应为K=aomo/Y。,再由样品的J-H回线上量得样品某磁场下的Y轴高度Y“，则被测样品在该磁场下的磁化强度冷・灯"・薯■巴・y.字・竺・如*，或被测样品的质量磁化强度*昂■,卩为样品密度,m为样品的质量。这样，我们即可根据实测的J-H回线推算出被测样品材料的M-H回线，所要注意的是，这里的H为外磁场。也就是说，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

6、特征。所谓“退磁场”，可作如卜•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”将产生与磁化场和反方向的磁场，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Hd表示为Hd=—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，或厘熬克.秒制中为募)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n=¥=/r=11,沿细线的轴线N=0,沿膜的N是定值，如球形时3(而N=0等。通常，检测线圈都经过仔细调整，成对地配置在样品两侧，并按一定的

7、绕向和联接方式组成线圈对，使外界杂散信号尽可能互相抵消，I佃被测样品所产生的信号则相互加强，从而捉高检测系统的灵敏度和信噪比。实验内容利用提供的设备，测量儿种样品材料的质量磁化强度。标准样品为Ni。数据记录与处理样品：标样Ni样品质量6.8mgl.OmgY偏移量14.8cm*505.2cm*50质量磁化强度54emll/gaH=129.0mg二护A*。=129.0mgnmYomu°思考题1.•试分析一下如何才能更准确地测出样品的磁化强度值？答:鉴于振动的样