实验三 磁性材料的VSM测量
磁性测量实验指导书
磁性材料的磁性测量一、实验目的1. 了解固体磁性的来源。
2. 学习使用振动样品磁强计（VSM）测量材料的磁性。
二、实验原理概述1. 目的意义磁性是物质普遍存在的性质，任何物质在磁场作用下都有一定的磁化强度。
磁性材料在电力、通讯、电子仪器、汽车、计算机和信息存储等领域有着十分广泛的应用。
本实验通过对磁性材料磁性能的测量，加深对磁性材料基本特性的理解。
2. 固体的磁性按磁性进行分类，大体可分为下述五种（1）顺磁性。
这类物质具有相互独立的磁矩，在没有外场作用下相互杂乱取向，故不显示宏观磁性。
而在外场作用下，原来相互独立杂乱分布的磁矩将在一定程度上沿磁场方向取向，使这类物质表现出相应的宏观磁性。
磁场越强则宏观磁性越强，而当外磁场去除后，其宏观磁性消失。
（2）抗磁（逆磁）性。
此类物质无固有磁矩，在外磁场作用下产生感应磁性。
磁场消失则宏观磁性随之消失。
（3）反铁磁性。
此类物质内具有两种大小相等而反向取向的磁矩，故合成磁矩为零，使物质无宏观磁性。
（4）亚铁磁性。
此类物质内存在两种大小不相等但反向耦合在一起的磁矩，故不能相互完全抵消，使该类物质表现出强磁特性。
（5）铁磁性。
此类物质内的磁矩均可互相平行耦合在一起，因而表现出强磁特性。
3．磁特性的检测方法振动样品磁强计可以测出在不同的环境下材料多种磁特性。
由于其具有很多优异特性而被磁学研究者们广泛采用，使VSM成为检测物质内禀磁特性的标准通用设备。
设被测样品的体积为V，由于样品很小，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。
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。
将此电压放大并记录，再通过电压-磁矩的已知关系，即可求出被测样品的磁化强度。
三、实验设备及材料1. 仪器：振动样品磁强计Lake Shore 7404型VSM2. 材料：磁性样品四、实验内容及步骤1. 实验步骤（一）校准系统1．磁矩偏移量校准（Moment Offset）①将空杆装在振动头上；②从“calibration”菜单中点击“Moment Offset”；③按照对话框提示进行Moment Offset的校准。
振动样品磁强计
振动样品磁强计振动样品磁强计振动样品磁强计(Vibrating Sample 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 s，剩余磁化强度，矫顽力H c，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。
一、实验目的1、了解磁性材料的分类和基本磁学参数。
2、了解振动样品磁强计的工作原理和仪器组成结构。
3、测量两种材料样品的磁滞回线，计算相关的磁学参数。
二、VSM的仪器结构与工作原理1、VSM的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200Hz和1mm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。
磁性材料性能测试实验报告(完整版)
实验报告一．实验名称：磁性材料性能测试实验二．实验原理简述如果一个小样品（可近似为一个磁偶极子）在原点沿Z 轴作微小振动，放在附近的一个小线圈（轴向与Z 轴平行）将产生感应电压：()km ft fCmA ==ππν2sin 2g ，其中，C 为耦合常数，取决于线圈的结构，m 为样品的磁矩，A 为振幅，f 为振动频率。
原则上，可以通过计算确定出v g 和m 之间的关系k ，从而由测量的电压得到样品的磁矩。
但这种计算很复杂，几乎是不可能进行的。
实际上是通过实验的方法确定比例系数k ，即通过测量已知磁矩为m 的样品的电压v g ，得到m v g=k ，这一过程称为定标。
定标过程中标样的具体参数（磁矩、体积、形状和位置等）越接近待测样品的情况，定标越准确。
VSM 测量采用开路方法，样品放置的位置对测量的灵敏度有影响。
假设线圈和样品按图1放置，沿x 方向离开中心位置，感应信号变大；沿y 和z 方向离开中心位置，感应信号变小。
中心位置是x 方向的极小值和y 、z 方向的极大值，是对位置最不敏感的区域，称为鞍点。
测量时，样品应放置在鞍点，这样可以使样品具有有限体积而引起的误差最小。
基本的VSM 由磁体及电源、振动头及驱动电源、探测线圈、锁相放大器和测量磁场用的霍耳磁强计等几部分组成，在此基础上还可以增加高温和低温系统，实现变温测量。
振动头用来使样品产生微小振动，振动频率应尽量避开50Hz 及其整数倍，以避免产生干扰。
为了使振动稳定，还要采取稳幅措施。
驱动方式有机械驱动、电磁驱动和静电驱动几种。
磁体有超导磁体、电磁铁和亥姆赫兹线圈等几种。
前两种能产生很强的磁场，用来测量高矫顽力的永磁材料。
亥姆赫兹线圈产生的磁场很小，但磁场的灵敏度很高，适于测量软磁材料。
磁矩m的测量由探测线圈和锁相放大器组成，锁相放大器有很高的放大倍数，保证了VSM有较高的灵敏度。
磁场的测量采用霍耳磁强计。
将m和H信号送给计算机，由计算机进行数据的处理，并对测量过程进行自动化控制。
振动样品磁强计(VSM)实验
振动样品磁强计（VSM）实验一、实验目的掌握用振动样品磁强计测量材料的磁性质的原理与方法。
二、实验原理本实验采用Lake Shore振动样品磁强计(Vibrating sample magnetometer 7407)，磁场线圈由扫描电源激磁，产生Hmax＝±21000Оe的磁化场，其扫描速度和幅度均可自由调节。
检测线圈采用全封闭型四线圈无净差式，具有较强的抑制噪音能力和大的有效输出信号，保证了整机的高分辨性能。
振动样品磁强计是一种常用的磁性测量装置。
利用它可以直接测量磁性材料的磁化强度随温度变化曲线、磁化曲线和磁滞回线，能给出磁性的相关参数诸如矫顽力H c，饱和磁化强度M s，和剩磁M r等。
还可以得到磁性多层膜有关层间耦合的信息。
图1是VSM的结构简图。
它由直流线绕磁铁，振动系统和检测系其测量原理如下:装在振动杆上的样品位于磁极中央感应线圈中心连线处，位于外加均匀磁场中的小样品在外磁场中被均匀磁化，小样品可等效为一个磁偶极子。
其磁化方向平行于原磁场方向，并将在周围空间产生磁场。
在驱动线圈的作用下，小样品围绕其平衡位置作频率为ω的简谐振动而形成一个振动偶极子。
振动的偶极子产生的交变磁场导致了穿过探测线圈中产生交变的磁通量，从而产生感生电动势ε，其大小正比于样品的总磁矩μ：ε = K μ其中K 为与线圈结构， 振动频率， 振幅和相对位置有关的比例系数。
当它们固定后， K 为常数，可用标准样品标定。
因此由感生电动势的大小可得出样品的总磁矩，再除以样品的体积即可得到磁化强度。
因此，记录下磁场和总磁矩的关系后，即可得到被测样品的磁化曲线和磁滞回线。
在感应线圈的范围内，小样品垂直磁场方向振动。
根据法拉第电磁感应定律，通过线圈的总磁通为：t BM AH ωsin +=Φ此处A 和B 是感应线圈相关的几何因子，M 是样品的磁化强度，ω是振动频率，H 是电磁铁产生的直流磁场。
线圈中产生的感应电动势为：()t KM dt d t E ωcos =Φ= 式中K 为常数，一般用已知磁化强度的标准样品（如Ni ）定出。
VSM测试的应用
VSM测试的应用振动样品磁强计最初是由弗尼尔（S.Foner）提出的。
他对磁强计的结构，各种探测线圈及其对灵敏度的影响都作了详细的论述。
经过约半个世纪的发展，如今VSM已是磁性实验室中应用范围很宽的测试设备，自从锁相放大技术开始在VSM上得到应用以来，使其灵敏度得到了极大范围的提升，适用范围也不断得到拓展，除永磁材料以外，VSM 适合于测试以下材料：亚铁磁、反磁性材料、顺磁材料和抗铁磁材料；各向异性材料；磁记录材料；磁-光学材料；稀土和过渡元素、非晶金属、高导磁率材料、金属蛋白等形式的铁磁物质。
弱磁、顺磁等样品虽然可以用VSM测量，其灵敏度相比于大多数永磁体或磁记录介质而言是有所下降的。
此外，VSM还适用于块状、粉末、薄片、单晶和液体等多种形状和形态的材料，能够在不同的环境下得到被测材料的多种磁特性，。
可以直接从测试中得到的内容包括：B-H曲线、M-H曲线、初始化磁化曲线，磁滞回线上的各参数，并能够测量材料的各向磁特性（mx, my, mz），由于VSM探测线圈的信号未经过积分就直接送到分析系统，不存在积分器漂移的情况，因此如果配备有有低温罐或高温炉，可原位测量磁性材料从液氮温区至室温或室温至500℃温区的磁性能随温度的变化曲线，可以以温度为变量测量由过渡温度和居里点决定的磁化函数。
技术指标：1、测量磁矩范围(磁极间距30mm时)：1*10-3emu—300emu(灵敏度：5×10-5emu)2、相对精度(量程30emu时)：优于±1%3、重复性(量程30emu时)：优于±1%4、稳定性(量程30emu时)：连续4小时工作优于1%5、温度范围：室温到500摄氏度以及室温到液氮温区6、磁场强度：0—±3.8T之间。
(参考资料)振动样品磁强计(VSM)原理
振动样品磁强计(VSM)原理The Principle of Vibrating Sample Magnetometer1、振动样品磁强计介绍振动样品磁强计一种是灵敏度高、应用最广的磁性测量仪器。
基本原理：振动样品磁强计采用尺寸较小的样品。
由于体积很小，样品在被磁场磁化后，在远处可以近似的看做一个磁偶极子。
如样品按一定方式振动，就等同于磁偶极场在振动。
于是，放置在样品附近的检测线圈内就有磁通量的变化，产生正比于磁化强度的感应电动势。
2、振动样品磁强计结构原理图3、VSM 检测原理如图所示，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dS n ，其与坐标原点的矢径为r n ，磁场沿Ｘ方向施加。
由于Ｓ的尺度与r n 相比非常小，故Ｓ在空间的场可表为偶极场形式：]r )r M (3M [4)r (53nnn n n r r V H ⋅⋅--= （3-1）由于M 只有x 方向分量，所以：543nnn Z r r VMx H π⋅=（3-3）kz j y i x r n n n n ++=（3-2）dS n 面积元的磁通量：线圈L 的总磁通量：nnn n Z n dS r Vz Mx dS H d 50043πμμφ==（3-4）∑⎰∑⎰∑===nn n n n n n n dS r Vz Mx d 5043πμφφφ（3-5）其中，]r )r M (3M [4)r (53nnn n n r r V H ⋅⋅--=π（3-1）样品在z 方向做简谐振动，运动方程：tz z n ωδsin 0+=（3-6）可得，感应电动势：t dS r z r x MV dt d t nn nn n ωδωπμφεcos ])5(43[)(7220∑⎰--=-=tKJ t KMV ωωcos cos ==（3-7）∑⎰--=nn nnn dS r z r x K 7220)5(43δωπμ其中，为常数。
《2024年基于双线圈振动样品磁强计的NiFe薄膜磁滞回线畸变分析》范文
《基于双线圈振动样品磁强计的NiFe薄膜磁滞回线畸变分析》篇一一、引言磁性材料在现代科技和工业领域中具有广泛的应用，如电子设备、传感器、存储介质等。
NiFe薄膜作为一种典型的磁性材料，其磁性能的研究对于提升相关设备的性能具有重要意义。
双线圈振动样品磁强计（VSM）作为一种常用的磁性测量设备，能够精确地测量磁性材料的磁滞回线。
本文将基于双线圈振动样品磁强计，对NiFe薄膜的磁滞回线畸变进行分析，以揭示其磁性能的特性和影响因素。
二、实验原理及方法双线圈振动样品磁强计（VSM）是一种基于法拉第电磁感应定律和洛伦兹力原理的磁性测量设备。
其原理是通过测量样品在磁场中的振动响应，从而得到样品的磁滞回线。
本实验中，我们将NiFe薄膜作为样品，利用VSM测量其磁滞回线，并对其畸变现象进行分析。
实验方法主要包括样品的制备、VSM测量以及数据处理等步骤。
首先，制备NiFe薄膜样品，确保其厚度、均匀性和结晶性等参数符合要求。
然后，将样品置于VSM中，设置合适的磁场范围和扫描速度，进行磁滞回线的测量。
最后，对测量得到的数据进行处理和分析，提取出磁滞回线的畸变特征。
三、NiFe薄膜磁滞回线的畸变分析通过对NiFe薄膜的磁滞回线进行分析，我们发现其存在明显的畸变现象。
畸变主要表现为磁滞回线的形状发生改变，如偏离标准矩形、出现倾斜或弯曲等。
这些畸变现象可能与样品的微观结构、晶体缺陷、应力分布等因素有关。
为了进一步分析NiFe薄膜磁滞回线畸变的原因，我们进行了以下实验和讨论：1. 微观结构分析：通过透射电子显微镜（TEM）观察NiFe 薄膜的微观结构，发现薄膜中存在晶粒大小不均、晶界模糊等现象，这些微观结构的不均匀性可能导致磁滞回线出现畸变。
2. 晶体缺陷分析：利用X射线衍射（XRD）技术分析NiFe 薄膜的晶体缺陷，发现薄膜中存在一定数量的缺陷，如位错、空位等。
这些缺陷可能影响样品的磁畴结构和磁化过程，从而导致磁滞回线出现畸变。
磁性材料磁性测量开放实验指导书
磁性材料磁性测量开放实验指导书振动样品磁强计是以感应法为基础并配用近代电子技术发展起来的一种新型检测物质磁性的测试仪器，已广泛用于材料磁性，包括磁化曲线、磁滞回线、Ms 、Mr 、Hcb 、Hcj 、(BH)max 等参数、M-T 曲线等的检测。
由于其适应性强、灵敏度高、准确可靠、使用方便以及测量自动化等优点，已在科研、国防和生产实践中得到广泛应用。
一、实验目的1．学习振动样品磁强计的使用方法，熟悉仪器的构造。
2．学习用振动样品磁强计测量材料的磁性。
二、实验原理及应用2.1 VSM 的结构及工作原理振动样品磁强计是将样品放置在稳定的磁场中并使样品相对于探测线圈作小幅度周期振动，则可得到与被测样品磁矩成正比的信号，再将这信号用适当的电子技术放大、检波转换成易于测量的电压信号，即可构成振动样品磁强计。
图1图2上面所示为两种类型的VSM原理结构示意图，两者区别仅在于：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。
当振荡器的功率输出馈给振动头驱动线圈时，该振动头即可使固定在其驱动线圈上的振动杆以ω的频率驱动作等幅振动，从而带动处于磁化场H中的被测样品作同样的振动；这样，被磁化了的样品在空间所产生的偶极场将相对于不动的检测线圈作同样振动，从而导致检测线圈内产生频率为ω的感应电压；而振荡器的电压输出则反馈给锁相放大器作为参考信号；将上述频率为ω的感应电压馈送到处于正常工作状态的锁相放大器后（所谓正常工作，即锁相放大器的被测信号与其参考信号同频率、同相位），经放大及相位检测而输出一个正比于被测样品总磁矩的直流电压V J out,，与此相对应的有一个正比于磁化场H的直流电压V H out（即取样电阻上的电压或高斯计的输出电压），将此两相互对应的电压图示化，即可得到被测样品的磁滞回线（或磁化曲线）。
振动样品磁强计(VSM)实验报告
振动样品磁强计(VSM)实验报告实验目的：1、掌握振动样品磁强计的基本原理、结构，了解其使用方法2、掌握磁性样品的起始磁化曲线和磁滞回线的测量，了解由此分析材料磁性参数的方法仪器工作原理：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。
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，这是一种用交流信号完成对磁性材料直流磁特性测量的方法。
振动样品磁强计（Vibrating Sample Magnetometer）是基于电磁感应原理制成的仪器。
VSM是一种高灵敏度的磁矩测量仪器，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。
采用尺寸较小的样品，它在磁场中被磁化后可近似看作一个磁矩为m的磁偶极子，使样品在某一方向做小幅振动，用一组互相串联反接的探测线圈在样品周围感应这磁偶极子场的变化，可以得到探测线圈的感应电动势直接正比于样品的磁化强度。
用锁相放大器测量这一电压，即可计算出待测样品的磁矩。
由于测量线圈中的感应信号来源于被磁化的振动样品在周围产生的周期性变化磁场，那么位于坐标原点O的磁偶极子在空间任意一点P产生的磁场可表示为：H⃗⃗⃗ (r⃗ )=−14π(M m⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗r3−3(M⃗⃗⃗ m∙r⃗ )r5r⃗ )(1)式中r=xi+yj+zk⃗，其中i、j、k⃗分别为x，y，z的单位矢量。
若在距偶极子处的P点放置一匝面积为S的小测量线圈，则通过线圈的磁通量为：ϕ=∫B⃗⃗ ∙dS⃗=μ0∫H(r⃗ )∙dS⃗SS(2)若偶极子沿着z轴做αe jωt简谐振动时，（a是振幅，ω为振动角频率），有r⃗ =xi +yj +(z +αe jωt )k ⃗ (3)则偶极子磁场在N 匝线圈中激起的感应电动势为：e (t )=−ð∅ðt =−μ0∑∫ðH(r ⃗ ,t)ðt ∙dS ⃗ S N i (4)因样品沿着x 方向磁化，且线圈截面较小时，可用线圈中间的性质代表每匝线圈的平均性质，若线圈尺寸和位置固定不变，上式中积分式的数值是常数，故： e (t )=E m cos ωt(5)振幅Em 与样品磁矩成正比。
VSM实验报告
实验报告振动样品磁强计（VSM ）实验目的1、掌握振动样品磁强计的基本原理、结构，了解其使用方法2、掌握磁性样品的起始磁化曲线和磁滞回线的测量，了解由此分析材料磁性参 数的方法实验原理1.简介振动样品磁强计（Vibrating Sample Magnetometer VSM ）是基于电磁感应原理制成的仪器。
采用尺寸较小的样品，它在磁场中被磁化后可近似看作一个磁矩为m 的磁偶极子，使样品在某一方向做小幅振动，用一组互相串联反接的探测线圈在样品周围感应这磁偶极子场的变化，可以得到探测线圈的感应电动势直接正比于样品的磁化强度。
2.基本原理由于测量线圈中的感应信号来源于被磁化的振动样品在周围产生的周期性变化磁场，那么位于坐标原点O 的磁偶极子在空间任意一点P 产生的磁场可表示为：式中矢量→→→→++=k z j y i x r ，其中→i 、→j 、→k 分别为x 、y 、z 的单位矢量。
若在距偶极子 处的P 点放置一匝面积为S 的小测量线圈，则通过线圈的磁通量为：若偶极子沿着z 轴做简谐振动t j ae ω时，（a 是振幅，ω为振动角频率），有：则偶极子磁场在N 匝线圈中激起的感应电动势为：))(3(41)(53→→→→→→⋅--=r r r M r M r H m mπ→→→→⋅=⋅=⎰⎰S d r H S d B S S )(0μφ→→→→+++=k ae z j y i x r t j )(ω∑⎰=→→⋅∂∂-=∂∂-=N i S S d t t r H t t e 10),()(μφ因样品沿着x 方向磁化，且线圈截面较小时，可用线圈中间的性质代表每匝线圈的平均性质，若线圈尺寸和位置固定不变，上式中积分式的数值是常数，故：振幅E m 与样品磁矩成正比。
因而线圈输出电压的有效值V x 正比于样品的磁矩测量方程：m x kM V = （6）其中k 为振动样品磁强计的灵敏度，可用比较法测定，该过程称为振动样品磁强计的校准或定标。
VSM测量磁滞回线
VSM测量磁滞回线磁控溅射镀膜实验真空甩带实验真空获得与测量低温获得实验材料的电阻温度特性材料的磁阻效应材料的单向静拉伸材料硬度测定材料冲击性能测定X射线衍射技术与单相定性分析多相物质的定性分析点阵参数的精确测定原子力显微镜薄膜样品表面形貌分析扫描电镜的基本原理与衬度观察利用扫描电镜测量合金样品的组分热电偶的定标材料微观形貌观察（导电块材）材料微观形貌观察（不导电粉体）材料比表面积测定材料电阻温度系数测定粉体材料粒度综合测定材料粉碎技术金相显微镜使用（渗碳组织级别评定）金相试样的制备及观察（试样制备与渗层厚度测定）铁磁材料居里温度测定拉伸实验硬度的测试实验观察断口形貌实验球磨粉体的烧结粉末的粒度测试粉体的溶胶凝胶制备溶胶凝胶合成粉体材料及性能测定磁性薄膜材料制备磁性薄膜形貌表征磁性薄膜磁性表征磁性纳米阵列材料制备磁性纳米阵列材料表征液相法粉体材料的制备碳钢中Cr，V含量的测定合金钢材料中Cr，V的测定钢铁材料中C元素的测定钢铁材料中S元素的测定紫外分光光度计的原理与应用原子吸收分光光度计的原理与应用钢铁材料中合金元素的测定铜合金、铝合金中元素的测定电镀化学镀光电子器件与工艺光敏管的光谱特性光电对管的作用压电陶瓷的压电效应电致变色现象与电致变色玻璃的制备热电材料——热电发电与热电制冷圆柱形电池的分解扣式电池的装配锂离子电池性能的测定超级电容器的制备及性能测试磷酸铁锂正极材料的合成金相样品制备技术铁碳合金平衡组织观察钢的脱碳层深度的测定材料硬度的测定高速钢显微组织观察钢材断口组织检验球磨法制备粉体低温陶瓷的制备金相制样实验退火和正火实验淬火和回火实验表面和渗碳实验热处理电阻炉的设计热处理盐浴炉的设计多元素分析仪的工作原理与分析技术金属材料硬度测定光谱仪的原理及应用。
低温强场下材料的磁性测试与结构表征虚拟仿真实验
低温强场下材料的磁性测试与结构表征虚拟仿真实验模块1：磁性能测试（PPMS）（一）实验原理振动样品磁强计（VSM）是综合物性测量系统（PPMS）的主要功能之一，是一种磁性测量常用的仪器，在科研和生产中有着广泛的应用。
它是利用小尺寸样品在磁场中做微小振动，使临近线圈感应出电动势而进行磁性参数测量的系统。
该仪器的磁矩测量灵敏度高，最高可达到10-6emu，对测量薄膜样品等弱磁信号更具优势。
如果一个小样品（可近似为一个磁偶极子）在原点沿Z轴作微小振动，放在附近的一个小线圈（轴向与Z轴平行）将产生感应电压：VSM测量采用开路方法，样品放置的位置对测量的灵敏度有影响。
假设线圈和样品按图1放置，沿x方向离开中心位置，感应信号变大；沿y和z方向离开中心位置，感应信号变小。
中心位置是x方向的极小值和y、z方向的极大值，是对位置最不敏感的区域，称为鞍点。
测量时，样品应放置在鞍点，这样可以使样品具有有限体积而引起的误差最小。
图1 线圈放置位置图2 鞍区示意图图3 VSM结构示意图基本的VSM由磁体及电源、振动头及驱动电源、探测线圈、锁相放大器和测量磁场用的霍耳磁强计等几部分组成，在此基础上还可以增加高温和低温系统，实现变温测量。
振动头用来使样品产生微小振动，振动频率应尽量避开50Hz及其整数倍，以避免产生干扰。
为了使振动稳定，还要采取稳幅措施。
驱动方式有机械驱动、电磁驱动和静电驱动几种。
磁体有超导磁体、电磁铁和亥姆赫兹线圈等几种。
前两种能产生很强的磁场，用来测量高矫顽力的永磁材料。
亥姆赫兹线圈产生的磁场很小，但磁场的灵敏度很高，适于测量软磁材料。
磁矩m的测量由探测线圈和锁相放大器组成，锁相放大器有很高的放大倍数，保证了VSM 有较高的灵敏度。
磁场的测量采用霍耳磁强计。
将m和H信号送给计算机，由计算机进行数据的处理，并对测量过程进行自动化控制。
（二）实验仪器PPMS的基本系统按功能可以分为以下几个部分：温度控制、磁场控制、直流电学测量和PPMS控制软件系统。
VSM原理与使用
f | |
Superconducting volume fraction
Consider the transformation between different systems of units:
SI 4
M 4 H
i
1 4 1 4 V H H abc N
VSM测量原理
点磁偶极矩：一个微小环形电流可以看做一个磁矩为M的偶极子。 互异性原理（倒易定理）：磁矩M在检测线圈中所产生的磁通量F,等价于此检测线圈通以 电流I时所产生的磁通量。
B M IF
若一磁偶极子在检测线圈内运动，则感应电动势可表达为：
dF B(r ) M (r ) dr u (t ) [ ] dt I dt
若一磁偶极子在检测线圈内轴线上沿Z方向运动，则感应电 动势可表达为：
u z (t ) M [
B ( z ) dz dz ] Mg z ( z ) I dt dt
其中gz(z)为样品的几何（形状）影响因子。
可以看出在线圈中心处曲线导数为0，在这一区域近似地gz(z)= gz(0)，即探测结果与样品 位置无关，这样的区域称为“鞍区”。
2，样品尺寸小，但是不在鞍区：
样品沿轴向偏离
样品沿线圈面内偏离
我们在实际测量中的数据（H = 20 Oe）：
stick 样品+stick
通过磁化率计算超导百分比
DC-Magnetic susceptibility
磁化率的定义:
M m H
磁化率，磁化强度，磁场强度，磁感应强度的关系:
The measured susceptibility χ can be consist of two parts: χg and χm.
VSM实验报告
实验报告振动样品磁强计（VSM ）实验目的1、掌握振动样品磁强计的基本原理、结构，了解其使用方法2、掌握磁性样品的起始磁化曲线和磁滞回线的测量，了解由此分析材料磁性参 数的方法实验原理1.简介振动样品磁强计（Vibrating Sample Magnetometer VSM ）是基于电磁感应原理制成的仪器。
采用尺寸较小的样品，它在磁场中被磁化后可近似看作一个磁矩为m 的磁偶极子，使样品在某一方向做小幅振动，用一组互相串联反接的探测线圈在样品周围感应这磁偶极子场的变化，可以得到探测线圈的感应电动势直接正比于样品的磁化强度。
2.基本原理由于测量线圈中的感应信号来源于被磁化的振动样品在周围产生的周期性变化磁场，那么位于坐标原点O 的磁偶极子在空间任意一点P 产生的磁场可表示为：式中矢量→→→→++=k z j y i x r ，其中→i 、→j 、→k 分别为x 、y 、z 的单位矢量。
若在距偶极子 处的P 点放置一匝面积为S 的小测量线圈，则通过线圈的磁通量为：若偶极子沿着z 轴做简谐振动t j ae ω时，（a 是振幅，ω为振动角频率），有：则偶极子磁场在N 匝线圈中激起的感应电动势为：))(3(41)(53→→→→→→⋅--=r r r M r M r H m mπ→→→→⋅=⋅=⎰⎰S d r H S d B S S )(0μφ→→→→+++=k ae z j y i x r t j )(ω∑⎰=→→⋅∂∂-=∂∂-=N i S S d t t r H t t e 10),()(μφ因样品沿着x 方向磁化，且线圈截面较小时，可用线圈中间的性质代表每匝线圈的平均性质，若线圈尺寸和位置固定不变，上式中积分式的数值是常数，故：振幅E m 与样品磁矩成正比。
因而线圈输出电压的有效值V x 正比于样品的磁矩测量方程：m x kM V = （6）其中k 为振动样品磁强计的灵敏度，可用比较法测定，该过程称为振动样品磁强计的校准或定标。
VSM实验报告
固体物理实验报告：振动样品磁强计 一、VSM 原理1.简介振动样品磁强计（Vibrating Sample Magnetometer ）是基于电磁感应原理制成的仪器。
采用尺寸较小的样品，它在磁场中被磁化后可近似看作一个磁矩为m 的磁偶极子，使样品在某一方向做小幅振动，用一组互相串联反接的探测线圈在样品周围感应这磁偶极子场的变化，可以得到探测线圈的感应电动势直接正比于样品的磁化强度。
2.基本原理由于测量线圈中的感应信号来源于被磁化的振动样品在周围产生的周期性变化磁场，那么位于坐标原点O 的磁偶极子在空间任意一点P 产生的磁场可表示为：式中矢量→→→→++=k z j y i x r ，其中→i 、→j 、→k 分别为x 、y 、z 的单位矢量。
若在距偶极子 处的P 点放置一匝面积为S 的小测量线圈，则通过线圈的磁通量为：若偶极子沿着z 轴做简谐振动t j ae ω时，（a 是振幅，ω为振动角频率），有：则偶极子磁场在N 匝线圈中激起的感应电动势为：因样品沿着x 方向磁化，且线圈截面较小时，可用线圈中间的性质代表每匝线圈的平均性质，若线圈尺寸和位置固定不变，上式中积分式的数值是常数，故：振幅E m 与样品磁矩成正比。
因而线圈输出电压的有效值V x 正比于样品的磁矩测量方程：))(3(41)(53→→→→→→⋅--=r r r M r M r H m mπ→→→→⋅=⋅=⎰⎰Sd r H S d B S S )(0μφ→→→→+++=kaez j y i x r tj )(ω∑⎰=→→⋅∂∂-=∂∂-=Ni S Sd t t r H t te 10),()(μφtE t e m ωcos )(=其中k 为振动样品磁强计的灵敏度，可用比较法测定，该过程称为振动样品磁强计的校准或定标。
比较法是用饱和磁化强度0s σ已知的标准样品（如高纯镍球样品），若已知表样的质量为m s0,校准时振动输出信号为Vs :则有：为使直径约为2毫米的样品符合偶极子条件，样品到线圈的中心间距r 与样品磁化方向的长度l 之间应满足22)2(l r >>。
实验讲义-用VSM测量磁性测量磁性能(吉林大学)
实验讲义用振动样品磁强计测量 铁氧体永磁磁性能吉林大学物理实验中心第一节 预备知识一 物质磁性磁性是在自然界所有物质中广泛存在的一种物理性质。
任何物质放在磁场H 中，都会或多或少地被磁化。
通常用磁极化强度J 或磁化强度M （J 、M 为单位体积内的磁矩，M J 0µ=）表示磁化状态，即磁化的方向和磁化程度的大小。
H M χ=，χ为磁化率。
磁感应强度H J B 0µ+=或)(0H M B +=µ。
依据χ的正负和大小，物质磁性体可以分为抗磁性，顺磁性，铁磁性，反铁磁性，亚铁磁性和磁性玻璃等。
1.抗磁性抗磁性物质没有固有的原子磁矩，磁矩是被磁场感应出来的，所以磁矩方向与磁场方向相反，即磁化率χ是负的。
抗磁性物质磁化率χ的数值很小，约为10-6。
在一般实验室条件下，χ与H 和温度T 无关。
在超导体内，0)(0=+=M H B µ，因此1−=χ。
这个现象称为Meissner 效应。
2．顺磁性顺磁性物质中原子或离子具有固有磁矩，磁矩间相互作用很弱，没有外磁场时，磁矩在热扰动作用下混乱排列，宏观磁化强度为零。
在磁场中，磁矩受到力矩的作用向磁场方向转动，在磁场方向显现出宏观的磁化强度，所以顺磁性磁化率为正。
然而由于磁矩在外磁场中的位能远比热能小，磁化很弱，χ大小约为5610~10−−。
在一般实验室的磁场中，χ与H 无关，但与温度满足Curie 定律T C =χ 或Curie-Weiss 定律C T C θχ−=，C 和C θ分别为Curie 常数和顺磁Curie 温度。
3. 铁磁性铁磁性物质具有固有磁矩，并且磁矩之间存在较强的相互作用，虽然不存在外磁场，所有的磁矩也都沿着同一方向排列，形成自发磁化。
为了降低退磁场能，铁磁体内部分成多个磁畴。
在磁畴内，所有磁矩平行排列，自发磁化到饱和值s J 。
不同磁畴的磁化方向不同，没有磁化的样品总体磁化强度为零。
磁畴之间存在畴壁，在畴壁内沿着厚度方向磁矩从一个磁畴的磁化方向逐步过渡到近邻磁畴的磁化方向。
VSM原理与应用介绍
Ⅲ实验仪器结构与工作原理
注意：这里的H为外磁场。也就是说，只有在可以 忽略样品的“退磁场”情况下，利用VSM测得的 回线，方能代表材料的特征，否则，必须对磁 场进行修正后所得到的回线形状，才能表示材 料的真实特征。所谓“退磁场”，即当样品被 磁化后，其M将在样品两端产生“磁荷”，此 “磁荷对”将产生于磁化场方向相反的磁场， 从而减弱了外加磁化场H的磁化作用，故称为退 磁场。可将退磁场表示为,称为“退磁因子”， 取决于样品的形状，一般来说非常复杂，甚至 其为张量形式，只有旋转椭球体，方能计算出 三个方向的具体数值。
Ⅲ实验仪器结构与工作原理
由式（5）可以看出，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。在（5）式 中，将X用-X代入，信号将改变符号，这说明同样线圈在 样品两边对称位置其输出信号相等，相位相反。因此在 实用中制成成对的线圈彼此串联反接，对称地放置在样 品两边，这样不仅可以保证在每对线圈中由样品偶极子 振动产生的信号彼此相加，而且它对位置尚有相互“补 偿”的作用，使信号对位置的便宜变得不敏感了。探测 线圈这样串联反接的结果还可使来自磁化场的波动和来 自其它空间的干扰信号互相抵消，因而改善了抗干扰的 能力。
H(Gs) 285 310 350 380 400 430
Y (mv) 0
0.05 0.10 0.15 0.17 0.21
H(Gs) 470 500 600 700 1000 1200 Y (mv) 0.25 0.27 0.31 0.34 0.37 0.40
材料磁学性能实验报告
材料磁学性能实验报告学号：姓名：班级：一、叙述实验原理和实验方法实验目的：1．了解振动样品磁强计（VSM ）测量材料磁性能的测试方法。
2．测定材料的磁化曲线和磁滞曲线，了解饱和磁化强度、剩磁、矫顽力等磁参量。
实验原理：振动样品磁强计（VSM ）是一种磁性测量常用的仪器，在科研和生产中有着广泛的应用。
它是利用小尺寸样品在磁场中做微小振动，使临近线圈感应出电动势而进行磁性参数测量的系统。
与一般的感应法不同，VSM 不用对感应信号进行积分，从而避免了信号漂移。
另一个优点是磁矩测量灵敏度高，最高达到10-7emu ，对测量薄膜等弱磁信号更具优势。
如果一个小样品（可近似为一个磁偶极子）在原点沿Z 轴作微小振动，放在附近的一个小线圈（轴向与Z 轴平行）将产生感应电压：km t m G e g ==ωωδcos其中G 为线圈的几何因子，ω为振动频率，δ为振幅， m 为样品的磁矩，N 、A 为线圈的匝数和面积。
原则上，可以通过计算确定出g e 和m 之间的关系k ，从而由测量的电压得到样品的磁矩。
但这种计算很复杂，几乎是不可能进行的。
实际上是通过实验的方法确定比例系数k ，即通过测量已知磁矩为m 的样品的电压g e ，得到k =e g m ，这一过程称为定标。
定标过程中标样的具体参数（磁矩、体积、形状和位置等）越接近待测样品的情况，定标越准确。
永磁材料的全部技术参数都可以由VSM 测量得到。
永磁材料的技术参数（饱和磁化强度、剩磁、矫顽力和磁能积等）可以由磁化曲线和磁滞回线反映出来，如图1，温度特性可以由不同温度下的磁滞回线给出。
720200)5(43r x r z NA G -=μπ图4 永磁材料的磁化曲线和磁滞回线图二、描述实验过程1. 准备样品。
样品重量约30mg 左右，形状尽量呈圆形。
2. 将样品用胶水粘到样品杆上，并晾干一天或吹风机烘干使其固定良好。
3.将样品竖直固定于仪器固定杆上，将接头连接稳固，放入磁场中，开始测试。
《2024年偶极子、矩形薄膜、圆柱体和自旋阀VSM测量分析》范文
《偶极子、矩形薄膜、圆柱体和自旋阀VSM测量分析》篇一偶极子、矩形薄膜、圆柱体与自旋阀的VSM测量分析一、引言在物理学和材料科学中，磁性测量技术是研究材料磁学性质的重要手段。
本文将通过分析偶极子、矩形薄膜、圆柱体以及自旋阀的VSM（振动样品磁强计）测量结果，深入探讨这些物体的磁学特性及其在应用中的潜在价值。
二、偶极子VSM测量分析偶极子作为磁性系统中的基本单元，其磁学性质的研究具有重要意义。
在VSM测量中，偶极子的磁场分布可以通过测量其振动过程中产生的感应电压来分析。
通过对偶极子在不同磁场强度下的VSM测量数据进行分析，可以得出偶极子之间的相互作用及其对整体磁化强度的影响。
此外，我们还探讨了偶极子在电磁场中的行为和变化规律，为磁性材料的设计和应用提供理论依据。
三、矩形薄膜的VSM测量分析矩形薄膜作为一种典型的二维磁性结构，其磁学性质的研究对于理解薄膜材料的磁化过程具有重要意义。
通过VSM测量，我们可以得到矩形薄膜在不同磁场方向下的磁滞回线，从而分析其磁化强度、矫顽力等关键参数。
此外，我们还通过测量矩形薄膜在不同温度下的VSM数据，研究其温度对磁学性质的影响，为实际应用中优化材料性能提供参考。
四、圆柱体的VSM测量分析圆柱体作为一种三维磁性结构，其磁学性质的研究有助于理解三维磁性材料的磁化过程和磁场分布。
通过VSM测量，我们可以得到圆柱体在不同磁场方向下的磁化曲线和磁滞回线。
通过对这些数据的分析，我们可以了解圆柱体的磁化强度、矫顽力等关键参数，并探讨其在实际应用中的潜在价值。
例如，在电磁器件的设计和制造中，圆柱体的磁学性质可能对器件的性能产生重要影响。
五、自旋阀的VSM测量分析自旋阀是一种具有自旋电子输运特性的器件，其磁学性质的研究对于电子学和自旋电子学领域具有重要意义。
通过VSM测量，我们可以分析自旋阀在不同磁场强度和方向下的电流变化，从而研究其自旋电子输运的机制和规律。
此外，我们还可以通过改变自旋阀的材料和结构，研究其对自旋电子输运的影响，为设计和制造新型自旋电子器件提供理论依据。
实验三 磁性材料的VSM测量
实验三、磁性材料的VSM 测量一、实验目的1．了解VSM 仪器的测量原理。
2．了解VSM 的操作要领和注意事项。
3．了解样品磁性测量的方法。
二、实验设备天平、VSM 等。
三、原理说明VSM 系统的主体部件是由直流线绕磁铁、振动器和感应线圈组成。
装在振动杆上的样品位于磁极中央感应线圈中心连线处，在感应线圈的范围内垂直磁场方向振动。
图1是VSM 的结构简图，图2是VSM 的实物图。
振动样品磁强计的原理就是将一个小尺度的被磁化了的样品视为磁偶极子并使其在原点附近作等幅振动，利用电子放大系统，将处于上述偶极场中的检测线圈中的感生电压进行放大检测，再根据已知的放大后的电压和磁矩关系求出被测磁矩。
图1 VSM 结构简图 图2 VSM 实物图设磁化场沿x 轴向，而样品S 沿z 向作等幅振动。
在磁铁极头端面处对称放置匝数为N 、截面为S 的检测线圈，其对称轴垂直于z 轴。
则可得到穿过第n 匝内dsn 面积元的磁通为： 5n n n n n z r 4Z MX 3ds )r (H d π==φ 而n n φ∑=φ，由此可得出检测线圈内的总感生电压为：n 7nn 2nn n 0ds r )z 5r (X ∑t ωcos ωa π4M 3dt φd )t (ε∫== 其中a 0为样品的振幅，ω为振动频率。
从方程可以得到，检测线圈中的感生电势正比于样品总磁矩M 及其振动频率ω和振幅a 0，同时和线圈的匝数、大小形状及线圈和样品间的距离有振动头电子放大系统dsH S z x y 电磁铁检测线圈样品关。
因此，将线圈的几何因素及与样品的间距固定，样品的振幅和频率也固定，则感生电压仅和样品的总磁矩成正比。
经过定标以后，就可根据感生电压的大小推知样品的总磁矩：将该磁矩除以样品体积或质量，就可得出该样品的单位质量或单位体积的磁矩。
如果将高斯计的输出信号和感生电压分别输入到X-Y记录仪的两个输入端，就可以得到样品的磁滞回线。
四、实验步骤1.开机预热30分钟①打开电源，打开电脑，启动VSM软件。
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实验三、磁性材料的VSM 测量
一、实验目的
1．了解VSM 仪器的测量原理。
2．了解VSM 的操作要领和注意事项。
3．了解样品磁性测量的方法。
二、实验设备
天平、VSM 等。
三、原理说明
VSM 系统的主体部件是由直流线绕磁铁、振动器和感应线圈组成。
装在振动杆上的样品位于磁极中央感应线圈中心连线处，在感应线圈的范围内垂直磁场方向振动。
图1是VSM 的结构简图，图2是VSM 的实物图。
振动样品磁强计的原理就是将一个小尺度的被磁化了的样品视为磁偶极子并使其在原点附近作等幅振动，利用电子放大系统，将处于上述偶极场中的检测线圈中的感生电压进行放大检测，再根据已知的放大后的电压和磁矩关系求出被测磁矩。
图1 VSM 结构简图 图2 VSM 实物图
设磁化场沿x 轴向，而样品S 沿z 向作等幅振动。
在磁铁极头端面处对称放置匝数为N 、截面为S 的检测线圈，其对称轴垂直于z 轴。
则可得到穿过第n 匝内dsn 面积元的磁通为： 5n n n n n z r 4Z MX 3ds )r (H d π=
=φ 而n n φ∑=φ，由此可得出检测线圈内的总感生电压为：
n 7n
n 2
n
n n 0ds r )z 5r (X ∑t ωcos ωa π4M 3dt φd )t (ε∫== 其中a 0为样品的振幅，ω为振动频率。
从方程可以得到，检测线圈中的感生电势正比于样品总磁矩M 及其振动频率ω和振幅a 0，同时和线圈的匝数、大小形状及线圈和样品间的距离有振动头电子放大系统
ds
H S z x y 电磁铁检测线圈样品
关。
因此，将线圈的几何因素及与样品的间距固定，样品的振幅和频率也固定，则感生电压仅和样品的总磁矩成正比。
经过定标以后，就可根据感生电压的大小推知样品的总磁矩：将该磁矩除以样品体积或质量，就可得出该样品的单位质量或单位体积的磁矩。
如果将高斯计的输出信号和感生电压分别输入到X-Y记录仪的两个输入端，就可以得到样品的磁滞回线。
四、实验步骤
1.开机预热30分钟
①打开电源，打开电脑，启动VSM软件。
②观察了解仪器的结构。
③学习仪器的原理和测量方法。
2.仪器校准
①取下样品，磁矩调零。
②磁场对中，使得正向加磁场的剩磁约80 Oe，反向磁场的剩磁约-80 Oe。
③用已知质量、磁矩的纯镍球定标。
3.样品测量
①增加磁场，将待测样品反复磁化多次。
②将样品固定到样品杆，粗测磁矩。
③确定所用磁场大小、磁矩量程。
④测量样品的磁滞回线。
4.根据测量结果，绘出样品的磁滞回线，由此确定样品饱和磁化强度、矫顽力等参数。
五、思考题
1．VSM如何实现磁矩测量的？
2. 正是测试前磁矩是如何定标的？
3．为何要进行磁场零点调节？如果不调零，对测量结果有何影响？。