关于振动样品磁强计第1页，共26页，星期日，2025年，2月5日1959年美国的S.Foner在前人的研究基础上制成实用的振动样品磁强计（VibratingSampleMagnetometer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采用，并又经许多人的改进，使VSM成为检测物质内禀磁特性的标准通用设备。一、引言第2页，共26页，星期日，2025年，2月5日如果将一个开路磁体置于磁场中，则此样品外一定距离的探测线圈感应到的磁通可被视作外磁化场及由该样品带来的扰动之和。多数情况下测量者更关心的是这个扰动量。在磁测领域，区分这种扰动与环境磁场的方法有很多种。例如，可以让被测样品以一定方式振动，探测线圈感应到的样品磁通信号因此不断快速的交变，保持环境磁场等其他量不做任何变化，即可实现这一目的。第3页，共26页，星期日，2025年，2月5日所谓“内禀”磁特性，主要是按物质的磁化强度而言的，即体积磁化强度Ｍ(单位体积内的磁矩)，和质量磁化强度σ(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动。第4页，共26页，星期日，2025年，2月5日于是，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。将此电压放大变成直流并加以记录，再通过电压磁矩的已知关系，通过计算机内置计算程序，即可即时求出被测样品的Ｍ或σ，并显示在电脑屏幕上，自动打点，画出图象。第5页，共26页，星期日，2025年，2月5日振动磁强计的发展历史1956,G.W.vanOosterhout,Appl.Sci.Res.,B6,101-104(1956).1956,S.Foner,Rev.Sci.Instrum.,27,548(1956).1959,S.Foner,Rev.Sci.Instrum.,30,548-557(1959)1975,被IEC(国际电工委员会)推荐为测量铁氧体材料饱和磁化强度的标准方法之一.1960s,锁相放大技术(1930s)的使用.1980s,自动控制技术广泛使用……第6页，共26页，星期日，2025年，2月5日如图所示，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dSn，其与坐标原点的矢径为rn，磁场沿Ｘ方向施加。振动样品磁强计检测原理图二、振动磁强计的理论基础第7页，共26页，星期日，2025年，2月5日振动样品磁强计检测原理图由于Ｓ的尺度与rn相比非常小，故Ｓ在空间的场可表为偶极场形式：第8页，共26页，星期日，2025年，2月5日注意到，Ｍ值有Ｘ分量，则可得到检测线圈Ｌ内第ｎ匝中dSn面积元的磁通为：振动样品磁强计检测原理图其中为μ0真空磁导率。第9页，共26页，星期日，2025年，2月5日而第ｎ匝内的总磁通则为：振动样品磁强计检测原理图第10页，共26页，星期日，2025年，2月5日振动样品磁强计检测原理图整个L内的总磁通则为：第11页，共26页，星期日，2025年，2月5日其中，Xn为rn的X分量，不随时间而变；Zn为rn的Z轴分量，是时间的函数。为方便计，现在认为S不动而L以S原有方式振动，此时可有：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：第12页，共26页，星期日，2025年，2月5日显然，精确求解上式是困难的，但从该方程却能得到一些有意义的定性结论，那就是：检测线圈中的感应电压幅值正比于被测样品的总磁矩J=MV或J=σm。以下是中国科学计量科学研究院的计算方法，请看下一页。第13页，共26页，星期日，2025年，2月5日假设一个小样品具有磁矩m并可被等同为一个点，并将该样品放在一个半径为R的检测线圈平面内，即可按照前面所说的一个偶极子处理，即一个小环形电流，其电流强度为im，面积为A。因此m=Aim。以探测线圈为原点，设偶极子所在位置为（x0，y0）。第14页，共26页，星期日，2025年，2月5日再假设在检测线圈中同时存在一个电流is,此时，这两个环形电流可以互相耦合。类似于互感器，他们之间具有互感系数M，两者之间的磁通为Φms=Mis或者Φsm=Mim，前者为从线圈链向磁偶极子的磁通，后者相反。