JS08-HH型 振动样品磁强计

一． 概述：

作为物质（特别是铁磁性材料）内禀磁性检测的通用设备，振动样品磁强计（VSM）因其投资小、坚固耐用，特别是运转费用低等显著优点而被各国广泛运用于科研、教学和生产检测等众多领域，为人类的科技进步作出了巨大贡献。其工作原理大体如图所示。

　　其中，驱动元w的功率输出馈给振动子v，以使振杆p带动被外磁化场He磁化了的样品s做小幅正弦式上下振动，探测线圈C所“感知”到的样品s的信号电压输出馈给相关接受放大系统（-K）。磁场探测单元G的输出VH与（-K）放大单元的输出VJ同相位地一并馈给数据处理单元D。从而当He变化一个周期后，D即可绘出样品s的J-He曲线，此处的J定义为样品s的总磁矩，即J=MV=σm，其M、V、σ、m分别表示样品s的磁化强度，体积，比（质量）磁化强度及质量。D所处理的是两路电压信号，即（-K）一路代表磁矩而G一路代表相对应的外磁化场He，因此必须特别注意后绘制出的J-He曲线（或M-He、σ-He）未必能正确表示所测样品s的磁特性，因为VSM为开磁路测量，其所记录的磁化场He未必就是样品s的内磁场，要想得到s的真实磁化强度与内磁场Hi的函数关系，必须将所测得的He转化成Hi，并将所测J-He曲线转化成J-Hi曲线——此曲线才是样品s的真实特性。要做到这点，就必须预知样品s的在He方向上的退磁因子N，利用Hi=He-NM关系逐点求出与（MHe）相对应的坐标点（MHi），从而绘成M-Hi（或J-Hi）曲线，并可利用B=Hi+4πM的关系式绘制出技术参量B-Hi曲线，由此曲线求得诸如硬磁材料样品s的剩磁Br、矫顽力BHc、zui大磁能级（BHi）max等磁学量。要做到以上几点，关键是要知道s在被测方向上的N，而这在一般情况下是办不到的。通常在旋转椭球体及其退化形式如球形、薄膜形、线形等特殊形状的样品时，方能够用VSM准确测出内禀磁性与内磁化场的函数关系，并可由此关系推演出有关技术参量（即Ｂ-Hi）。从此点也可说VSM的功能是测材料的饱和磁化强度，不提先决条件而夸大VSM功能的宣传内容都是不可取的。

VSM有一项衡量其水平高低的主要技术指标：zui高灵敏度。此数值应指在特定条件下（主要是指磁与样品的距离以及外磁化场He的大小）该设备所能探测到的样品zui小信号，即小于此数值的信号将被淹没在背景噪音中而无法检测出。

　　一般而论，磁间距越小，磁越靠近样品，灵敏度将越高，但随之而来的则导致磁场鞍部区变窄,测试结果的重复性降低,不可靠性增大，这是我们不希望出现的现象..而要改变此情况，就必须将检测线圈间距增加（即磁间距增大），但此时将导致zui高灵敏度的下降。因此，被测信号的可信赖度与系统的zui高灵敏度是互相矛盾的，单强调一方面显然是不恰当的。另外，较小的磁间距无法作变温测量。我厂产品的磁间距为50mm，检测线圈间距为30mm，常温与高、低温测量都是在此条件下进行，这既保证了测试结果的可靠性，又保证了具有足够高的灵敏度（3-6×10-5emu）。

　　He越大则可能导致背景噪音增大从而zui高灵敏度下降，这实际上是磁场电源质量好坏的一种体现。我厂产品的zui高灵敏度测试条件是在额定zui高磁场的80%内测量。

　　故而，凡不提前提条件而仅表述VSM的zui高灵敏度，是有误导使用者之嫌。另外，zui高灵敏度是以背景噪音的尺度来衡量的，因而，对噪音的标度方法不同（采用均方值？峰-峰值？），即使是同一设备，其结果也不同。我单位采用的是峰-峰值标度方法。

二．本厂生产的VSM型式规格：

1．低场型（LH型）

　　利用无铁芯线圈对产生磁化场，zui大值为±400 Oe；无触点平滑过零自动扫描电源，有手动、自动两种工作模式，在自动状态下可以人为控制扫描速度。特点为无电磁铁型的剩磁效应，操作空间大，磁场均匀空间广，特别适合特软磁性薄膜的测量工作。由于其探头可随时移出工作区，因而可适合特软薄膜磁电阻效应的测量。（诸如GMR、TMR、AMR、铁磁/反铁磁交换偏置效应等的研究工作）。

由于其投资少，还特别适合高年级学生及研究生的实验教学工作。

技术参数及特点：Hmax=±400 Oe，在此范围内可任意调节、且不用高斯计检测磁场。样品所处空间位置可由振动头三维调节，故易将样品置于工作点，zui高灵敏度3~6×10-5emu（探测线圈间距30mm时）；探测线圈间距可人为随时调整，以适用不同需要。由于探测线圈可方便地移离工作区而将均匀磁场区出空，故在配以磁电阻测量单元时，可方便地进行MR的检测工作，可作教学设备。配以两路数据处理单元以实现实时曲线的观察、记录和保存；可配变温装置以实现变温测量。

2.电磁铁型（HH型）

　　电磁铁配以可调大功率自动扫描电源以获取所需外磁化场，样品驱动单元直接架设在电磁铁磁轭上以实现造型的美观化，且可调节样品的任意被测方向，以实现各向异性的检测需求。磁场强度及灵敏度档次可由用户自行决定。

　　技术规格及特点：

　　1、磁化场由电磁铁和高稳定度、低纹波系数的自动平滑过零扫描电源联合提供，同时，电源设有手动调节模式，可设置在所需稳恒磁场的恒流状态下测量；在自动扫描模式状态，能在设定的磁化场范围内，通过选定的扫描速度而实现在该磁场范围内的自动扫描。目前，zui高磁场强度有2×104Oe、1.5×104Oe、1×104Oe等可供选择；

　　2、振动头（即前述的V）可在三维方向调节振杆（P）的位置，因而可将样品（s）置于工作点。

　　3、磁场大小由多档高斯计直接测量，其表头直接显示实际磁场大小并将相应信号馈给数据处理单元，以实现与磁矩测量单元一 一对应的实时数字化记录。

　　4、检测线圈由相应机构紧压在两面上，其检测线圈zui大间距为30mm，以保证该系统可以实现变温测量。且可随时取下检测线圈以让出zui大的可利用磁场空间作其他用处（如MR测量等）。磁矩测量信号和与其对应的其他信号（磁场、温度等）可通过电脑化X-Y记录仪实现计算机数据处理。

　　在上述检测线圈间距以及磁化场≤104Oe的情况下，背景噪音峰-峰值（即zui高灵敏度）优于3~6×10-5emu，本厂也可根据客户需求，提供价格较的高场、更高灵敏度但非变温型VSM

三、选配件

　　1、薄膜磁电阻测量系统：采用差值法测量MR以实现△R/R≤0.1％的高灵敏测量；样品夹具可带动样品做360o转动以实现不同方向上的MR观察，特别适合配在本场生产的LH型VSM上。

　　2、变温装置；

　　①高温－采用铂丝作为发热元件，水体冷却以保证在zui高600℃的情况下炉体外表仍为室温，有效地保护VSM的检测线圈不受到伤害，且不致产生因检测线圈所处温度不同导致的定标常数的变化。此系统采用手控调节的方法，以保证在导入炉体后，VSM整体灵敏度不出现下降的现象。以上两点有效地克服了高温测量时所出现的一些通病，可作为居里温度（可自动记录）和内禀磁性随温度变化规律的检测。

　　②低温—可实现室温至77oK的温控测量。