振动样品磁强计一e测试

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振动样品磁强计

2021-12-21 15:53:44 0 1319

概述

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。

振动样品磁强计(VibratingSample 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，剩余磁化强度，矫顽力H，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。

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200 Hz和1 mm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。一切因素产生的相同频率的伪信号必须设法消除，这是提高仪器的灵敏度重要关键。因为振动头是一个强信号源，且频率与探测信号频率一致，故探头与探测线圈要保持较远距离用振动杆传递振动，又在振动头上加屏蔽罩，防止产生感应信号。为了确保测量精度避免振动杆的横向振动，在振动管外面加黄铜保护管，其间位于中部和下部用聚四氟乙烯垫圈支撑，既消除了横振动又不影响振动效果。

探测系统:在测量过程中，希望探测线圈能有较大的信噪比，同时要求样品在重复测量中取放位置的偏差在一定空间内不影响输出信号大小。前者能够提供测量必要的灵敏度，后者则是保证测量精度和重复性的重要条件。因此探测线圈形状和尺寸的选择是震动样品磁强计的重要关键之一。信号的电动势为线圈到样品间距离r的灵敏圈数。因此减小距离r，增强样品与线圈的耦合，将会使灵敏度大为提高。但是随着距离的减小，样品所在位置的偏差对信号影响就会越大，对样品取放位置的重复性要求就会更加苛刻。可以使用成对的线圈对称的放置在样品两边是这种情况得到改善。

特点

VSM的优点

1、非积分式一同步采集，无零漂移;

2、原理简单，使用方便，适用面广;

3、单点测量所需时间短;

4、灵敏度较高。

VSM的缺点

1、只能开路测量一退磁修正;

2、样品大小、位置影响测量结果。

主要用途

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。

样品的制备

块材:对强磁性材料，用适当方式从大块材料量取出约数毫克的小块(但忌用铁质工具获取，以免样品受到强磁性污染)，其大小以能放入样品夹持器内为准。

粉料:对强磁性材料如铁氧体的各烧结过程前的粉料，用精密天平称出约数毫克(磁矩小的可适当多称出一些)。用软纸紧密包裹成小球状(如:用1/4张擦镜纸折叠后放入天平中称出其质量，再用勺取

粉料小心置于上述纸的折角处-该种纸因有较大较多孔，故需折成双层，读出总的质量数，则样品的单一质量即为前后称量之差)。

注意:包裹时，务必是粉料尽量集中在一小区间

薄膜材料:由于薄膜均附着在衬底如玻璃，硅片等上面，故对铁磁性薄膜必须用玻璃刀裁下(2x5) mm大小的样品，用干净纸包一下以资保护(为计算其磁矩，必须预知其厚度，面积之测量应采用投影放大的办法以减少误差，从厚度和面积即可求得样品的体积)

液体材料、将铁磁性液样注入柱形孔内并密封。注意:密封后，液体不能在其所在空间活动。液样注入前后的质量差，即为被测材料的质量。

非强磁性材料:必须用较大体积(质量)的样品及强磁场，以获得较大的电信号。

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