振动样品磁强计的原理
振动样品磁强计的工作原理
振动样品磁强计（Vibrating Sample Magnetometer，简称VSM）的工作原理是利用电磁感应原理测量被测样品在磁场中的磁矩。
振动样品磁强计可分为两种类型。
第一种是被磁化的样品在包围它的线圈中或在两个串联反接的线圈之间以某一频率往复运动，将探测线圈中的感应电动势积分，得到与磁通量成正比的电压，从而测定样品的磁化强度。
第二种类型的振动样品磁强计是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偶极子。
使样品在某一方向做小振幅振动，用一组相互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这一类型的仪器，由于可采用小样品及后面将要述及的优点，目前在静态磁性的测量中得到了广泛的应用。
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。
振动样品磁强计的工作原理及用途
振动样品磁强计的工作原理及用途下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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振动磁强计测量原理
振动磁强计测量原理振动磁强计是一种常用的测量磁场强度的仪器，它利用了物体在磁场中振动的原理来测量磁场的强度。
本文将介绍振动磁强计的测量原理和工作原理。
我们来了解一下振动磁强计的结构。
振动磁强计主要由磁体、弹簧、振子和传感器等组成。
其中，磁体产生磁场，弹簧将振子固定在磁体上，传感器用于测量振子的振动情况。
振动磁强计的工作原理是基于洛伦兹力的作用。
当振子在磁场中振动时，振子上的带电粒子会受到洛伦兹力的作用，从而引起振子的振动。
传感器可以测量振子的振动情况，并将其转化为电信号输出。
具体来说，振动磁强计的工作过程如下。
首先，当磁体通电时，会在其周围产生一个磁场。
接着，将待测磁场放置在磁体附近，待测磁场的强度会影响到磁体周围的磁场分布。
在这个过程中，振子会受到洛伦兹力的作用，从而引起振动。
为了测量振子的振动情况，传感器通常使用电感式传感器。
电感式传感器是一种能够将机械振动转化为电信号的传感器。
当振子振动时，传感器会感应到振子的振动，并将其转化为电信号输出。
通过测量这个电信号的特征，我们可以间接地得到振子的振动情况，进而推算出磁场的强度。
值得注意的是，由于振子的振动是由待测磁场的强度引起的，因此振子的振动情况可以间接反映出待测磁场的强度。
通过测量振子的振动情况，并根据振动与磁场强度之间的关系，我们可以计算出待测磁场的强度。
振动磁强计的优点在于其测量范围广、精度高、响应速度快等特点。
同时，振动磁强计还可以通过改变磁体的电流来调节磁场的强度，从而实现对磁场的控制。
振动磁强计利用振子在磁场中受到洛伦兹力的作用而振动的原理，通过测量振子的振动情况来间接测量磁场的强度。
它在磁场测量中有着广泛的应用，可以用于磁场强度的测量、磁场分布的研究等方面。
通过不断的改进和创新，振动磁强计将在更多领域发挥重要作用。
07.02振动样品磁强计测量内禀磁特性教学提纲
07. 02 振动样品磁强计测量内禀磁特性振动样品磁强计测量内禀磁特性1. 实验目的(1) 掌握VSM工作原理；(2) 利用实验室提供的设备，具体测量实际材料的M或值2. 实验原理如图1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」，其与坐标原点的矢径为，磁场沿M方向施加。
由于M的尺度与相比非常小，故S在空间的场可表为偶极场形式：「V M 3(M * r n)r n叽=我+_厂J(1)注意到M值有X分量，则可得到检测线圈L内第n匝中振动面积元的强计磁性检测原理3p U MX ll Z11Vd©!! = ti()H z dS n = -4itrg其中I为真空磁导率。
而第n匝内的总磁通则为整个L的总磁通则为口r3p&MX n Z r iVn h 11⑶其中，忍为'的X轴分量，不随时间而变；占［为「”的Z轴分量，是时间的函数。
为方便计，现认为S不动而L以S原有的方式振动，此时可有=睥+朋i】mt,即为第门匝的坐标，a为L的振幅。
由此可得到检测线圈内的感应电压为呦"竽十兽砒吃j空Qg］沁tKMVvus（i）t = KJcostot2.1振动样品磁强计磁性检测原理显然，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= m），且和检测线圈的结构、振动频率和振幅有关。
如果将⑷式中的K保持不变，则感应信号仅和样品总磁矩成正比。
预先标定感应信号与磁矩的关系后，就可根据测定的感应信号的大小而推知被测磁矩值，因此，在测出样品的质量和密度后，即可计算出被测样品的磁化强度Mr d。
卩为材料的密度。
2.2振动样品磁强计工作原理信号发生器产生的功率信号加到振动子上，使振动子驱动振动杆作周期性运动从而带动粘附在振杆下端的样品作同频同相位振动，扫描电源供电磁铁产生可变磁化外场H而使样品磁化，从而在检测线圈中产生感应信号，此信号经放大并检测后，馈给X-Y记录仪的Y轴。
振动样品磁强计的研制
振动样品磁强计的设计1.概述振动样品磁强计是用来测量试样磁矩大小的专用设备。
当试样的体积V或质量m被测定之后,可计算出试样单位体积或单位质量的磁矩，即磁化强度M或比磁化强度σ。
在不同的磁场条件下测量 M或σ可得到样品的磁化曲线和磁滞回线，由此可以确定各种磁化率、饱和磁化强度、剩磁、矫顽力，也可以得到退磁曲线；在不同温度下测量以上参数，可以得到上述量的温度系数、居里温度、补偿温度和有关的磁参数信息。
如果在不同时间测量这些参数的变化，还可作磁后效和时间稳定性研究等等。
由此可见VSM可以测量大部分磁性参数，是磁性研究和磁性材料试制不可缺少的测量工具。
2.测量原理一小块被磁化了的样品可被视为一磁偶极子，通过振动头、连接杆可把垂直方向的正弦振动传递给样品。
当样品在磁场中做受迫振动时，在它附近的探测线圈中会感应出一电压信号，其大小正比于样品的磁矩、振幅和振动频率。
这一电压信号很小，采用锁相放大技术可加以准确测量。
用一已知磁矩的标样可确定出这一电压信号和磁矩的比例系数，这就是VSM定标。
一般采用纯Ni球或Ni片作为标样。
定标完成后，只需测量出待测样品感应电压便通过计算得到其磁矩值。
样品放在电磁铁的两极之间，改变磁场使样品处于不同的磁化状态，具有不同的磁矩值。
用加热炉使样品处在不同温度，便可测量出样品磁矩随磁场或温度的变化。
3.VSM总体设计VSM由如下部分组成：磁矩测量系统：锁相放大器、探测线圈磁场产生系统：电磁铁、电磁铁电源磁场测量系统：特斯拉计、霍尔探头振动源系统：驱动源、振动头、振动杆计算机系统：数据采集卡、软件高低温系统：增压连续流喷气恒温器、高温炉、高低温炉电源整机设计指标：磁矩测量灵敏度：± 1×10-3emu精度：1%（相对于标准样品）磁场测量灵敏度：0.0001T(0-1.9999T F.S.)量程：0-1.9999T，0-2.999T设备耗电量: 三相, 380V±10%, 50Hz, 最大12KWVSM的总体结构如图1所示。
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。
叙述振动样品磁强针的工作原理
叙述振动样品磁强针的工作原理振动样品磁强针是一种广泛应用于材料科学研究中的实验装置，它可以通过测量材料的振动特性来获取材料的磁强度信息。
振动样品磁强针的工作原理主要依赖于材料的磁特性与振动特性之间的相互关系。
在振动样品磁强针中，首先需要将待测材料制备成样品，并固定在一个具有弹性的载体上。
然后，通过施加外部磁场来激发材料中的磁性，使得样品具有磁性。
接下来，通过激光干涉仪或其他精密测量装置来测量样品在振动过程中的位移变化。
在进行振动实验时，通常会施加一个交变磁场，使得样品在磁场的作用下发生振动。
这种振动可以是自由振动，也可以是受到外力驱动的强迫振动。
当样品在振动过程中发生位移时，其对应的磁特性也会发生变化，例如磁化强度、磁导率等。
通过测量样品振动过程中的位移变化，可以得到样品的振动频率、振动幅度等信息。
而这些信息与样品的磁特性之间存在着一定的关系。
根据材料的不同磁特性，可以利用振动样品磁强针来测量材料的磁导率、磁化强度、磁滞回线等参数。
振动样品磁强针的工作原理是基于材料磁特性与振动特性之间的相互关系。
通过测量样品振动过程中的位移变化，可以间接地获得样品的磁特性信息。
这种间接测量方法具有一定的优势，可以避免直接接触材料对测量结果的影响。
振动样品磁强针在材料科学研究中具有广泛的应用。
例如，在磁性材料的研究中，可以通过振动样品磁强针来测量材料的磁滞回线，从而了解材料的磁化机制。
在材料的磁导率测量中，可以利用振动样品磁强针来测量材料的磁导率随频率的变化规律，从而研究材料的磁性响应。
振动样品磁强针还可以应用于磁性材料的性能评估和质量控制。
通过测量样品在不同磁场强度下的振动特性，可以评估材料的磁性能，并对材料的制备工艺进行优化。
振动样品磁强针是一种通过测量材料的振动特性来间接获取材料磁特性信息的实验装置。
其工作原理基于材料磁特性与振动特性之间的相互关系，通过测量样品振动过程中的位移变化来获得材料的磁导率、磁化强度等参数。
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。
振动样品磁强计
振动样品磁强计（Vibrating sample magnetometer，VSM）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,测量原理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，小样品在远处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。
实验仪器的组成1．电磁铁提供均匀磁场，并决定样品的磁化程度，即磁矩的大小。
需要测量的也是样品在不同外加均匀磁场的磁矩大小。
2．振动系统小样品置放于样品杆上，在驱动源的作用下可以作Z方向（垂直方向）的固定频率的小幅度振动，以此在空间形成振动磁偶极子，产生的交变磁场在检测线圈中产生感生电动势。
3．探测线圈探测i、j、k分量的磁通4．锁相放大器小样品的磁性是非常微弱的，在检测线圈中产生的交变磁场产生的感应电动势也是非常微弱，一般为10-6~10-4伏。
与外部空间的干扰信号——噪声——可以比拟甚至更小。
这么微弱的信号要能够从噪声中有效地采集出来，目前对这种小讯号的测量最好的方法是采用锁相放大器，锁相放大器是成品仪器，它能在很大噪音讯号下检测出微弱信号来特斯拉计特斯拉计的原理是采用霍尔探头来测量磁场。
H(oe)剩磁比为0.24下周自己做实验将VSM 和MOKE测量的实验结果进行对比，说出二者之间的差异。
振动样品磁强计的课件.
C T
式中，C为居里常数，T为绝对温 度。然而，更多的顺磁性物质的 与 温度的关系，遵守居里—外斯定律， 即： C
C T
T T
H
式中，T 为临界温度，称为顺磁居里温 度。
3.3、反铁磁性
另有一类物质，当温度达到某个临界值 TN以上，磁化率与温 度的关系与正常顺磁性物质的相似，服从居里—外斯定律，但是， 表现出在式中的 T 常小于零．当 T TN，磁化率不是继续增大，而 是降低，并逐渐趋于定值。所以，这类物质的磁化率在温度等于 TN TN是个临界温度，它是奈耳发现的，被 的地方存在极大值。显然， 命名为奈耳温度。上述磁性称为反铁磁性。
o
抗磁性 H 曲线
H
3.2、顺磁性
许多物质在受到外磁场作用后，感生出与磁化磁场同方向的 磁化强度，其磁化率 ，但数值很小，仅显示微弱磁性。这种 磁性称为顺磁性，具有这种磁性的物质称为顺磁性物质。室温下 为102 105数量级。多数顺磁性物质的 与温度T有密切关系， 服从居里定律，即:
振动样品磁强计的原理
报告人：熊元强
导 师：陈鹏 教授
目录
• 一、物质的磁性
• 二、磁性的来源
• 三、磁性测量原理
• 四、几种常用磁性测量仪
一、物质的磁性
1.1、磁性的简单认识
1.2、磁偶极子 磁偶极子产生的磁偶级矩为： l -m
+m
j ml
j是一个从-m到+m的矢量，单位是[Wb· m].
则有：
和
j J V
V
M
0
m
J 和M亦有关系： J M J 和 M 都是矢量，数值上两者相差 0，物理意义上，都是用
振动样品磁强计原理
振动样品磁强计原理一、引言振动样品磁强计是一种用于测量材料磁性的仪器。
它利用了振动电桥原理，通过测量磁性材料在外加磁场下的振动频率变化来计算出其磁化强度。
本文将详细介绍振动样品磁强计的原理。
二、仪器组成振动样品磁强计主要由以下几个部分组成：1. 振子：由铝制成，具有较高的共振频率和Q值，能够在外加交变磁场作用下进行自由振动。
2. 电极：由两个相对放置的金属板构成，与振子相连，用于检测振子的运动状态。
3. 电桥：由四个电阻和一个可调电容构成，用于检测电极之间的微小电压差。
4. 磁场线圈：产生外加交变磁场，使得振子在其中进行自由振动时受到一定的制约。
5. 控制系统：包括信号发生器、功率放大器等组件，控制外加交变磁场的大小和频率。
三、原理解析1. 振子运动状态分析当外加磁场作用于振子时，振子受到的力将发生变化，从而导致其运动状态发生改变。
假设振子的自然频率为f0，则其运动状态可以表示为：x(t)=Acos(2πf0t+φ)其中A为振幅，φ为初始相位。
当外加磁场作用于振子时，振子的自然频率将发生改变，即f=f0+Δf。
此时，振子的运动状态可以表示为：x(t)=Acos[2π(f0+Δf)t+φ]将其展开可得：x(t)=Acos(2πf0t+φ)+Acos(2πΔft+φ)sin(2πf0t)由此可见，在外加磁场作用下，振子的运动状态将出现一个高频分量和一个低频分量。
2. 振动电桥原理在电极之间接通电桥电路后，两个电极之间将会产生微小的电压差。
根据电桥原理可知，在四个电阻中有一个阻值发生微小变化时，整个电桥中的微小电压差也会随之发生变化。
因此，在外加磁场作用下，由于振子的自然频率发生了改变，导致其运动状态也发生了改变，从而使得电极之间的微小电压差发生了变化，这种变化将会被电桥检测到。
3. 磁化强度计算根据振动电桥原理可知，在外加磁场作用下，振子的自然频率将发生改变，从而导致电极之间的微小电压差发生变化。
通过测量这种微小电压差的变化，可以计算出振子在外加磁场下的振动频率变化量Δf。
振动样品磁强计(VSM)原理
n d n
n n n
（3-4）
3 0 Mx n z nV dS 5 4rn
（3-5）
样品在z方向做简谐振动，运动方程：
zn 0 xn (rn2 5 z n ) d (t ) [ MV dS ] cos t 7 dt 4 rn n
振动样品磁强计(VSM)原理
The Principle of Vibrating Sample Magnetometer
1、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。
质量磁化强度：
JS m
（3-9）
4、VSM实体照片
振动控制器
振动杆
电磁铁
样品
Thanks !
V M 3(M rn ) rn H ( rn ) [ 3 ] 5 4 rn rn
（3-1） （3-2） （3-3）
其中，
rn xni yn j z n k
3VMx n rn 由于M只有x方向分量，所以： H Z 4rn5
dSn面积元的磁通量：
30 Mxn znV dn 0 H Z dS dSn 5 4rn
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dSn，其与坐 标原点的矢径为rn，磁场 沿Ｘ方向施加。 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： V M 3(M rn ) rn H ( rn ) [ 3 ] （3-1） 5 4 rn rn
振动样品磁强计原理
振动样品磁强计原理振动样品磁强计是一种用于测量材料磁性的仪器，它可以通过测量材料在外加磁场下的振动情况来确定其磁性特性。
在振动样品磁强计中，磁场会对材料施加一个作用力，从而使材料产生振动。
通过测量振动的频率和幅度，可以得到材料的磁化曲线和磁化参数，进而了解材料的磁性特性。
振动样品磁强计的原理可以分为以下几个方面来解释：首先，磁场对材料的作用力是通过磁力和磁矩之间的相互作用来实现的。
当材料受到外加磁场的作用时，其中的磁矩会受到磁力的作用而产生振动。
这种振动的频率和幅度与材料的磁性特性有关，因此可以通过测量振动来确定材料的磁化参数。
其次，振动样品磁强计中的检测系统可以通过传感器来实现对振动的测量。
传感器可以将振动转化为电信号，然后通过信号处理系统来获得振动的频率和幅度。
通过这些测量数据，可以得到材料的磁化曲线和磁化参数。
另外，振动样品磁强计中的控制系统可以通过改变外加磁场的大小和方向来实现对材料磁性的调控。
通过改变外加磁场的参数，可以得到不同条件下的振动情况，从而进一步了解材料的磁性特性。
最后，振动样品磁强计还可以通过对不同材料的对比实验来研究材料的磁性特性。
通过对不同材料在相同外加磁场下的振动情况进行比较，可以得到它们的磁化曲线和磁化参数，从而比较它们的磁性特性。
总的来说，振动样品磁强计是一种通过测量材料在外加磁场下的振动情况来确定其磁性特性的仪器。
它通过磁力和磁矩之间的相互作用来实现对材料的磁性测量，通过传感器和控制系统来实现对振动的测量和调控，通过对比实验来研究材料的磁性特性。
振动样品磁强计的原理为研究材料的磁性提供了一种全新的方法，对于材料科学和磁性材料的研究具有重要的意义。
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 >>。
振动样品磁强计
振动样品磁强计测量内禀磁特性一、实验目的掌握ＶＳＭ工作原理；利用实验室提供的设备，具体测量实际材料的Ｍ或σ值二、实验原理1.背景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（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。
所谓“内禀”磁特性，主要是指物质的磁化强度而言，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。
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，即可求出被测样品的Ｍ或σ。
2. 如图7.4-1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。
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：（7.4-1）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（7.4-2）其中μ0为真空磁导率。
而第ｎ匝内的总磁通则为整个Ｌ的总磁通则为（7.4-3）其中，Ｘn为ｒn的Ｘ轴分量，不随时间而变；Ｚn为ｒn的Ｚ轴分量，是时间的函数。
为方便计，现认为Ｓ不动而Ｌ以Ｓ原有的方式振动，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（7.4-4）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），且和检测线圈的结构、振动频率和振幅有关。
如果将（7.4-4）式中的Ｋ保持不变，则感应信号仅和样品总磁矩成正比。
振动样品磁强计的原理
振动样品磁强计的原理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。
由于它易于发挥电子技术的作用及其采用灵活的设计，使之有极高的灵敏度并兼备易于安装定位，更换样品的优点。
测量磁矩灵敏度在磁场中零场到磁铁可达到的最大场范围内，可小到5x1O-9A∕m2以下。
由于其具有很多优异特性而被磁学研究者们广泛采用，又经许多人改进，使VSM成为检测物质内禀磁特性的标准通用设备。
内禀磁特性主要是指物质的磁化强度而言，即体积磁化强度一M单位体积内的磁矩，和质量磁化强度。
——单位质量的磁矩。
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M或5将小球型样品(体积位V,磁化强度为M)放在平行于X轴方向的均匀磁场H中，并使它在Z 方向做小幅度等幅振动，在其附近放一个轴缆口Z轴平行的多匝线圈1,在1内的第n匝内取面积元,其与坐标原点的矢径为，磁场延X方向施加将小球型样品(体积位V,磁化强度为M)放在平行于X轴方向的均匀磁场H中，并使它在Z方向做小幅度等幅振动，在其附近放一个轴线和Z 轴平行的多匝线圈1,在1内的第n匝内取面积元dSn,其与坐标原点的矢径为rn,磁场延X方向施加。
由于S的尺度与非常小，故S在空间的场可表示为偶极场形势：H(rn)=V∕4π[M∕m3+3(M.rn)rn∕rn5(1)由此H(rn)的Z方向分量为：Hz(rn)=3m/r5.XZ(m为样品磁矩)注意到rn值有X分量,则可得到检测线圈1内第n匝中dSn 面积元的磁通量:dΦn=μOHzdSn=3μOMXnZnV∕4πrn5.dSn(2)其中μθ为真空磁导率。
第n匝内的总磁通为Φn=∫dΦn=∫3μOMXnZnV∕4rn5.dSn(3)整个1的总磁通则为：Φ=∑nΦn=2∩∫3μOMXnZnV∕4πrn5.dSn(4)其中，Xn为rn的X轴分量，不随时间而变,Zn为rn的Z轴分量，是时间的函数现在认为S不动而1以S原有的方式振动，此时可有Zn=ZnO÷a.sinωt,ZnO为第n匝的坐标，a 为1的振幅。
振动磁强计测试原理
振动磁强计测试原理振动磁强计是一种用于测量磁场强度的仪器。
它利用磁场对感应线圈的作用力，通过测量感应线圈的振动频率来间接推测磁场强度。
振动磁强计的工作原理可以分为三个主要步骤：1. 感应线圈的悬挂和激励，2. 感应线圈的振动和磁场对感应线圈的作用力，3. 振动频率的测量和磁场强度的推测。
在第一步，振动磁强计通常使用一个弹性支撑系统将感应线圈悬挂在固定的位置上。
这个系统能够保证感应线圈能够在固定位置附近发生微小的振动。
同时，感应线圈也需要被电流激励起来，可以通过向感应线圈通电来激励它。
激励电流的大小和频率可以根据实际需要进行调整。
在第二步，当感应线圈激励并发生微小振动时，会在感应线圈和磁场之间产生一个耦合效应。
这个耦合效应是由于磁场对感应线圈产生的作用力。
根据牛顿第二定律，作用在线圈上的力会导致线圈发生加速度，并最终产生振动。
这个振动的频率取决于磁场的强度和感应线圈的特性，因此可以间接地推测磁场的强度。
在第三步，可以使用各种方法来测量感应线圈的振动频率。
一种常用的方法是使用光电测量装置，将光电传感器安装在感应线圈上，通过测量光电传感器的输出来得到感应线圈的振动频率。
另一种常用的方法是使用加速度计，通过测量感应线圈的加速度来推测振动频率。
无论使用哪种方法，都需要确保测量的准确性和稳定性。
通过测量感应线圈的振动频率，可以推测磁场的强度。
这是因为感应线圈的振动频率与磁场的强度成正比。
当磁场强度发生变化时，感应线圈的振动频率也会相应地发生变化。
通过建立磁场强度和振动频率之间的关系模型，可以根据振动频率来推测磁场的强度。
然而，需要注意的是，振动磁强计只能提供磁场强度的推测值，而不是直接测量值。
这是因为振动磁强计的测量精度和稳定性受到多种因素的影响，包括感应线圈的质量和特性、振动系统的稳定性以及测量方法的准确性等。
因此，在实际应用中，需要对振动磁强计进行校准和调试，以确保测量结果的准确性和可靠性。
总之，振动磁强计利用磁场对感应线圈的作用力，通过测量感应线圈的振动频率来间接推测磁场的强度。
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上，我们将此样品看作一个偶极子处理，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）,我们再假设在测试线圈中同时存在一个电流 is，此时这 两个环形电流可认为互相耦合。类似于互感器，它们之间具有互感系数 M，两者之间的磁通为：Φ ms = Mis 或 Φ sm = Mim ， 前者为从线圈链向磁偶极子的磁通，后者相反。
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探测线圈在磁偶极子处产生平行于 z 轴的磁感应强度 Bz(x0, y0)。 这里我们定义一个重要的特征参 数——探测线圈常数 k(x0, y0)= Bz(x0, y0)/ is。从线圈链向磁偶极子的磁通还可以写为 Φ ms = Bz (x0 , y0 )a ，则 互感系数为：
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(2.6-60)
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