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  振動樣品磁強計(VSM)

 

振動樣品磁強計(VSM

 

1. 簡介:

VSM適用于各種磁性材料:磁性粉末、超導材料、磁性薄膜、各向異性材料、磁記錄材料、塊狀、單晶和液體等材料的測量。可完成磁滯回線、起始磁化曲線、退磁曲線及溫度特性曲線、IRMDCD曲線的測量,具有測量簡單、快速和界面友好等特點。

可以測試材料包括:

 

    反磁性材料、順磁材料、鐵氧磁材料、鐵鎂磁材料和抗鐵磁材料,各向異性材料

    粒子和連續介質磁記錄材料、層GMRCMR、偏交換作用和自旋電子材料

    -光學材料

    塊體磁性材料、粉末、薄膜、單晶、磁性液體

 

2. 產品特點:

背景噪音/靈敏度:5×10-7emu

電磁鐵極頭間距可調,最大磁場可達到31kOe

水冷電磁鐵,可提供很好的磁場穩定性,最大磁場長期穩定

雙極電源平滑過零

數據快速采集模式-測試一個樣品的速度只有幾分鐘

軟件運行于Windows® XP系統下,計算機自動采集收集數據,系統軟件功能包括操作和控制電磁鐵電源、VSM控制單元、高斯計時實反饋處理、磁矩測量數據采集分析、圖象顯示、數據表格顯示。

 

3. 技術原理:

振動樣品磁強計可以測出在不同的環境下材料多種磁特性。由于它易于發揮電子技術的作用及其采用靈活的設計,使之有極高的靈敏度并兼備易于安裝定位,更換樣品的優點。測量磁矩靈敏度在磁場中零場到磁鐵可達到的最大場范圍內,可小到5x10-9A/m2以下。 由于其具有很多優異特性而被磁學研究者們廣泛采用,又經許多人改進,使VSM成為檢測物質內稟磁特性的標準通用設備。

 

  內稟磁特性主要是指物質的磁化強度而言,即體積磁化強度——M 單位體積內的磁矩,和質量磁化強度σ——單位質量的磁矩。

 

  設被測樣品的體積為V,由于樣品很小,當被磁化后,在遠處可將其視為磁偶極子:如將樣品按一定方式振動,就等同于磁偶極場在振動。于是,放置在樣品附近的檢測線圈內就有磁通量的變化,產生感生電壓。將此電壓放大并記錄,再通過電壓-磁矩的已知關系,即可求出被測樣品的Mσ

 

  將小球型樣品(體積位V,磁化強度為M)放在平行于X軸方向的均勻磁場H中,并使它在Z方向做小幅度等幅振動,在其附近放一個軸線和Z軸平行的多匝線圈L,在L內的第n匝內取面積元,其與坐標原點的矢徑為,磁場延X方向施加將小球型樣品(體積位V,磁化強度為M)放在平行于X軸方向的均勻磁場H中,并使它在Z方向做小幅度等幅振動,在其附近放一個軸線和Z軸平行的多匝線圈L,在L內的第n匝內取面積元dSn,其與坐標原點的矢徑為 rn,磁場延X方向施加。由于S的尺度與非常小,故S在空間的場可表示為偶極場形勢:

 

  H(rn)=V/4π[M/rn3+3(M.rn)rn/rn5(1)由此H(rn)Z方向分量為: Hz(rn)=3m/r5.XZ (m為樣品磁矩)注意到rn值有X分量,則可得到檢測線圈L內第n匝中dSn面積元的磁通量:

 

  dΦn=µ0HzdSn=3µ0MXnZnV/4πrn5.dSn

 

  (2)其中µ0為真空磁導率。第n匝內的總磁通為:Φn=∫dΦn=∫3µ0MXnZnV/4rn5.dSn

 

  (3)整個L的總磁通則為: Φ=∑nΦn=∑n∫3µ0MXnZnV/4πrn5.dSn

 

  (4)其中,Xnrn X軸分量,不隨時間而變, Zn rn Z軸分量,是時間的函數 現在認為S不動而LS原有的方式振動,此時可有Zn=Zn0+a.sinωt, Zn0 為第n匝的坐標,aL的振幅。由此可得到檢測線圈內的感應電壓為:

 

  (t)=-dΦ/dt=[-3µ0/4πMVaω∑n∫Xn(rn2-5Zn2)/rn7. dSn]COSωt=KMV COSωt=KJ COSωt

 

  (5)檢測線圈中的感應電壓幅值正比于被測樣品的總磁矩J=MV(或J=σm),且和檢測線圈的結構,振動頻率和振幅有關 如果將K保持不變,則感應信號僅和樣品總磁矩成正比 。預先標定感應信號與磁矩的對應關系后,就可以根據測定的感應信號的大小而推知被測磁矩值。因此,在測出樣品的質量和密度后,即可計算出被測樣品的磁化強度M ,σM=ρσρ為材料的密度。

 

  由式(5)可以看出,信號的電動勢為線圈到樣品間距離r的靈敏圈數。因此減小距離r,增強樣品與線圈的耦合,將會使靈敏度大為提高。但是隨著距離的減小,樣品所在位置的偏差對信號影響就會越大,對樣品取放位置的重復性要求就會更加苛刻可以使用成對的線圈對稱的放置在樣品兩邊是這種情況得到改善。在(5)式中,將X-X代入,信號將改變符號這說明同樣線圈在樣品兩邊對稱位置其輸出信號相等,相位相反。因此在實用中制成成對的線圈彼此串聯反接,對稱地放置在樣品兩邊,這樣不僅可以保證在每對線圈中由樣品偶極子振動產生的信號彼此相加,而且它對位置尚有相互"補償"的作用使信號對位置的便宜變得不敏感了。探測線圈這樣串聯反接的結果還可使來自磁化場的波動和來自其它空間的干擾信號互相抵消,因而改善了抗干擾的能力。

 

  信號發生器產生的功率信號加到振動子上,使振動子驅動振動桿做周期性運動,從而帶動黏附在振桿下端的樣品作同頻同相位振動,掃描電源供電磁鐵產生可變磁化外場H而使樣品磁化,從而在檢測線圈中產生感應信號,此信號經放大并檢測后,饋給X-Y記錄儀的Y軸。而測量磁場用的毫特斯拉計的輸出則饋給X軸。這樣,當掃描電源變化一個周期后,記錄儀將描出J-H回線。

 

  J的大小,又必須由已知磁矩的標準樣品定標后求得。如:已知Ni標樣的質量磁矩為σ0,質量為m0,其J0=σ0m0。用Ni標樣取代被測樣品,在完全相同的條件下加磁場使Ni飽和磁化后測得Y軸偏轉為 Y0,則單位偏轉所對應的磁矩數應為K=σ0m0/Y0,再由樣品的J-H回線上量得樣品某磁場下的Y軸高度YH,則被測樣品在該磁場下的磁化強度MH=KYH/V=σ0m0/ Y0*ρ/m*YH, 或被測樣品的質量磁化強度σH=K*YH/m= YH/ Y0*m0/m*σ0ρ為樣品密度,σ0 為樣品質量。這樣,我們既可根據實測的J-H回線推算出被測樣品材料的M-H回線。

 

  注意:這里的H為外磁場。也就是說,只有在可以忽略樣品的"退磁場"情況下,利用VSM測得的回線,方能代表材料的特征,否則,必須對磁場進行修正后所得到的回線形狀,才能表示材料的真實特征。所謂"退磁場",即當樣品被磁化后,其M將在樣品兩端產生"磁荷",此"磁荷對"將產生于磁化場方向相反的磁場,從而減弱了外加磁化場H的磁化作用,故稱為退磁場。可將退磁場表示為,稱為"退磁因子",取決于樣品的形狀,一般來說非常復雜,甚至其為張量形式,只有旋轉橢球體,方能計算出三個方向的具體數值。

 

4. 應用領域及案例:

磁性薄膜研究

鐵磁樣品磁性的研究

微波磁性器件的生產

磁性薄膜的研究

 

 

 

 

 

 

5. 規格參數:

 

 

16位分辨率的電磁體的規格

Model

EM-73

EM-130

EM-175

抱桿直徑(mm

73

130

175

縫隙直徑(mm

38

60

76

氣隙類型

旋轉可調

最大功率(kW

.4

3.5

5.4

場強(T

> [email protected]

> [email protected]

> [email protected]

冷卻系統

空氣

水冷

水冷

重量(kg

45

400

850

 


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