振動樣品磁強計 高靈敏度磁強記 高靈敏度便問測量儀

  型號：JS08-HH型

一． 概述：

作為物質（特別是鐵磁性材料）內稟磁性檢測的通用設備，振動樣品磁強計（VSM）因其投資小、堅固耐用，特別是運轉費用極低等顯著優點而被世界各國廣泛運用于科研、教學和生產檢測等眾多領域，為人類的科技進步作出了巨大貢獻。其工作原理大體如圖所示。

振動樣品磁強計 高靈敏度磁強記 高靈敏度便問測量儀 

　　其中，驅動元w的功率輸出饋給振動子v，以使振桿p帶動被外磁化場He磁化了的樣品s做小幅正弦式上下振動，探測線圈C所“感知”到的樣品s的信號電壓輸出饋給相關接受放大系統（-K）。磁場探測單元G的輸出VH與（-K）放大單元的輸出VJ同相位地一并饋給數據處理單元D。從而當He變化一個周期后，D即可繪出樣品s的J-He曲線，此處的J定義為樣品s的總磁矩，即J=MV=σm，其M、V、σ、m分別表示樣品s的磁化強度，體積，比（質量）磁化強度及質量。D所處理的是兩路電壓信號，即（-K）一路代表磁矩而G一路代表相對應的外磁化場He，因此必須特別注意Z后繪制出的J-He曲線（或M-He、σ-He）未必能正確表示所測樣品s的磁特性，因為VSM為開磁路測量，其所記錄的磁化場He未必就是樣品s的內磁場，要想得到s的真實磁化強度與內磁場Hi的函數關系，必須將所測得的He轉化成Hi，并將所測J-He曲線轉化成J-Hi曲線——此曲線才是樣品s的真實特性。要做到這點，就必須預知樣品s的在He方向上的退磁因子N，利用Hi=He-NM關系逐點求出與（MHe）相對應的坐標點（MHi），從而繪成M-Hi（或J-Hi）曲線，并可利用B=Hi+4πM的關系式繪制出技術參量B-Hi曲線，由此曲線求得諸如硬磁材料樣品s的剩磁Br、矯頑力BHc、Z大磁能級（BHi）max等磁學量。要做到以上幾點，關鍵是要知道s在被測方向上的N，而這在一般情況下是辦不到的。通常在旋轉橢球體及其退化形式如球形、薄膜形、線形等特殊形狀的樣品時，方能夠用VSM準確測出內稟磁性與內磁化場的函數關系，并可由此關系推演出有關技術參量（即Ｂ-Hi）。從此點也可說VSM的*功能是測材料的飽和磁化強度，不提先決條件而夸大VSM功能的宣傳內容都是不可取的。

VSM有一項衡量其水平高低的主要技術指標：Z高靈敏度。此數值應指在特定條件下（主要是指磁極與樣品的距離以及外磁化場He的大小）該設備所能探測到的樣品Z小信號，即小于此數值的信號將被淹沒在背景噪音中而無法檢測出。

　　一般而論，磁極間距越小，磁極越靠近樣品，靈敏度將越高，但隨之而來的則導致磁場鞍部區變窄,測試結果的重復性降低,不可靠性增大，這是我們不希望出現的現象..而要改變此情況，就必須將檢測線圈間距增加（即磁極間距增大），但此時將導致Z高靈敏度的下降。因此，被測信號的可信賴度與系統的Z高靈敏度是互相矛盾的，單強調一方面顯然是不恰當的。另外，較小的磁極間距無法作變溫測量。我廠產品的磁極間距為50mm，檢測線圈間距為30mm，常溫與高、低溫測量都是在此條件下進行，這既保證了測試結果的可靠性，又保證了具有足夠高的靈敏度（3-6×10-5emu）。

　　He越大則可能導致背景噪音增大從而Z高靈敏度下降，這實際上是磁場電源質量好壞的一種體現。我廠產品的Z高靈敏度測試條件是在額定Z高磁場的80%內測量。

　　故而，凡不提前提條件而僅表述VSM的Z高靈敏度，是有誤導使用者之嫌。另外，Z高靈敏度是以背景噪音的尺度來衡量的，因而，對噪音的標度方法不同（采用均方值？峰-峰值？），即使是同一設備，其結果也不同。我單位采用的是峰-峰值標度方法。

二．本廠生產的VSM型式規格：

1．低場型（LH型）

　　利用無鐵芯線圈對產生磁化場，Z大值為±400 Oe；無觸點平滑過零自動掃描電源，有手動、自動兩種工作模式，在自動狀態下可以人為控制掃描速度。特點為無電磁鐵型的剩磁效應，操作空間大，磁場均勻空間廣，特別適合特軟磁性薄膜的測量工作。由于其探頭可隨時移出工作區，因而可適合特軟薄膜磁電阻效應的測量。（諸如GMR、TMR、AMR、鐵磁/反鐵磁交換偏置效應等的研究工作）。

由于其投資少，還特別適合高年級學生及研究生的實驗教學工作。

技術參數及特點：Hmax=±400 Oe，在此范圍內可任意調節、且不用高斯計檢測磁場。樣品所處空間位置可由振動頭三維調節，故極易將樣品置于Z佳工作點，Z高靈敏度3~6×10-5emu（探測線圈間距30mm時）；探測線圈間距可人為隨時調整，以適用不同需要。由于探測線圈可方便地移離工作區而將均勻磁場區出空，故在配以磁電阻測量單元時，可方便地進行MR的檢測工作，可作教學設備。配以兩路數據處理單元以實現實時曲線的觀察、記錄和保存；可配變溫裝置以實現變溫測量。

2.電磁鐵型（HH型）

　　電磁鐵配以可調大功率自動掃描電源以獲取所需外磁化場，樣品驅動單元直接架設在電磁鐵磁軛上以實現造型的美觀化，且可調節樣品的任意被測方向，以實現各向異性的檢測需求。磁場強度及靈敏度檔次可由用戶自行決定。

　　技術規格及特點：

　　1、磁化場由電磁鐵和高穩定度、低紋波系數的自動平滑過零掃描電源聯合提供，同時，電源設有手動調節模式，可設置在所需穩恒磁場的恒流狀態下測量；在自動掃描模式狀態，能在設定的磁化場范圍內，通過選定的掃描速度而實現在該磁場范圍內的自動掃描。目前，Z高磁場強度有2×104Oe、1.5×104Oe、1×104Oe等可供選擇；

　　2、振動頭（即前述的V）可在三維方向調節振桿（P）的位置，因而可將樣品（s）置于Z佳工作點。

　　3、磁場大小由多檔高斯計直接測量，其表頭直接顯示實際磁場大小并將相應信號饋給數據處理單元，以實現與磁矩測量單元一一對應的實時數字化記錄。

　　4、檢測線圈由相應機構緊壓在兩極面上，其檢測線圈Z大間距為30mm，以保證該系統可以實現變溫測量。且可隨時取下檢測線圈以讓出Z大的可利用磁場空間作其他用處（如MR測量等）。磁矩測量信號和與其對應的其他信號（磁場、溫度等）可通過電腦化X-Y記錄儀實現計算機數據處理。

　　在上述檢測線圈間距以及磁化場≤104Oe的情況下，背景噪音峰-峰值（即Z高靈敏度）優于3~6×10-5emu，本廠也可根據客戶需求，提供價格較便宜的高場、更高靈敏度但非變溫型VSM

三、選配件

　　1、薄膜磁電阻測量系統：采用差值法測量MR以實現△R/R≤0.1％的高靈敏測量；樣品夾具可帶動樣品做360o轉動以實現不同方向上的MR觀察，特別適合配在本場生產的LH型VSM上。

　　2、變溫裝置；

　　①高溫－采用鉑絲作為發熱元件，水體冷卻以保證在Z高600℃的情況下爐體外表仍為室溫，有效地保護VSM的檢測線圈不受到傷害，且不致產生因檢測線圈所處溫度不同導致的定標常數的變化。此系統采用手控調節的方法，以保證在導入爐體后，VSM整體靈敏度不出現下降的現象。以上兩點有效地克服了高溫測量時所出現的一些通病，可作為居里溫度（可自動記錄）和內稟磁性隨溫度變化規律的檢測。

　　②低溫—可實現室溫至77oK的溫控測量。

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