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1、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阳磁强计（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釆用，并乂经许多人的改进，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，主耍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b——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
2、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。将此电压放大并加以记录,在通过电压■磁短的已知关系，即可求出被测样品的M或b。实验目的学握VSM工作原理，利用实验家捉供的设备，具体测量实际材料的M或b值。实验原理图7.4-1振动样品磁强计磁性检测原理如图所示，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”，其与坐标原点的矢径为乙，磁场沿X方向施加。由于S的尺度与匚相比非常小，故S在空间的场可表为偶极场形式:注意到M值
3、有X分量，则可得到检测线圈L内笫n匝中dSn而积元的磁通为英中“0为真空磁导率。而第n匝内的总磁通则为①”整个L的总磁通则为忌匸尔pf3/z0^XZV“①鸽①厂勿隹厂牴刃冲，X”为/;的X轴分量，不随时间而变；Z”为乙的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，此时可有乙,=Zf+asin(血),Z》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/d①3//()p£t)=MVacoy^-dSl}cos69/I丿dt[4ttVJ斥=KMVcoscot=KJcos
4、cot显然，精确求解上式是闲难的，但从该方程却能得到一些有意义的定性结论，那就是:检测线圈屮的感应电压幅值正比于被测样品的总磁矩J=MV(或J=am，且和检测线圈的结构、振动的频率和振幅冇关。如果将上式中的K保持不变，则感应信号仅和样品总磁矩成止比，预先标定感应信号打磁矩的关系后，就可以根据测定的感应信号的大小而推知被测磁矩值。因此，在测岀样品的质量和密度后，即可以计算出被测样晶的磁化强度M、＜7。M=p(j,p为材料的密度。实验仪器振动子信号发生器图7.4-2振动样品磁强计结构原理图：振动样晶磁强计主要工
5、作原理如下「信号发生器产疋丽新誇加到振动子上，使振动子驱动振动杆下端的样品做同频同相位振动，扫描电源供电磁铁产生可变磁化外场H而使样品磁化，从而在检测线圈屮产牛感应型号，此信号经放人并检测之后，馈给X・Y记录仪的Y轴。而测量磁场用的豪特斯拉计的输出则馈给记录仪Y轴。这样，当扫描电源变化一个周期后，记录仪将扫描出J-H回线。J的大小，乂必须由已知磁矩的标准样品定标后求得。如：己知Ni标样的质量磁矩为Q,质量为加°,其Jo=o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
6、单位偏转所对应的磁矩数应为K=q)“)/y),再由样品的J・H回线上量得样品某磁场下的Y轴高度％,则被测样品在该Yh叫"%磁场的磁化强度Mh=KYh/V=勾巴・£.与,或被测样品的质量磁化强度°为样站密度，m为样甜的质量。这样，我们即可根据实测的J-H冋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”的情况F,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
7、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。可将退磁场弘表示为Hd=-NM,称N为“退磁因子”，取决样品的形状，一般來说非常复杂，其至其为张量形式，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，通常样站均制成旋转椭球体的儿种退化形：圆球形、细线形、薄膜形，此吋，这些样品的特定方向的N是定值，如球形时：Nx.=Nv=N,=-f沿细线的轴线N=0,沿膜面A『23N二0等。+++H图7.4-3“退磁场”的产
8、生通常，检测线圈都经过仔细调整，成对地呢置在样品两侧，并按一定的绕向和连接方式组成线圈对，使外界杂散信号尽可能互相抵消，而被测样品所产生的信号则相互加强，从而提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。数据记录及处理1、测量标准样品M的J-HIlli线。Ni标样质量磁化强度：＜r0=54emu/g,质量m0=6.Smg。13.98从测量图中nJ以读出=cm
