振动样品磁强计(VSM)实验报告
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。
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。
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。
磁化曲线测量实验报告
一、实验目的1. 了解磁化曲线测量的基本原理和方法。
2. 掌握使用振动样品磁强计进行磁化曲线测量的操作技能。
3. 通过实验，了解材料的磁学性能，如饱和磁化强度、矫顽力等。
4. 训练数据处理和实验分析能力。
二、实验原理磁化曲线是描述磁性材料在磁场中磁化过程的重要曲线。
当磁性材料受到磁场作用时，其磁化强度M与磁场强度H之间的关系可以通过磁化曲线表示。
磁化曲线的形状可以反映材料的磁学性能，如饱和磁化强度、矫顽力、剩余磁化强度等。
本实验采用振动样品磁强计进行磁化曲线测量。
振动样品磁强计是一种高灵敏度的磁矩测量仪器，它采用电磁感应原理，测量在一组探测线圈中心以固定频率和振幅作振动的样品的磁矩。
三、实验仪器与材料1. 振动样品磁强计2. 样品（锰锌铁氧体小球）3. 电源4. 探测线圈5. 记录仪6. 标准样品（已知磁化曲线的镍球）四、实验步骤1. 样品准备：将锰锌铁氧体小球固定在振动样品磁强计的样品台上，确保样品与探测线圈之间的距离适中。
2. 磁强计校准：使用已知磁化曲线的镍球对振动样品磁强计进行定标，调整仪器参数，使测量结果准确。
3. 测量过程：a. 打开电源，调整磁场强度，使样品逐渐被磁化。
b. 记录样品在不同磁场强度下的磁化强度。
c. 重复步骤b，得到一组完整的磁化曲线数据。
4. 数据处理：a. 将测量数据绘制成磁化曲线。
b. 计算饱和磁化强度、矫顽力等参数。
五、实验结果与分析1. 磁化曲线：根据实验数据绘制磁化曲线，如图所示。
2. 磁学性能参数：a. 饱和磁化强度：根据磁化曲线，计算样品的饱和磁化强度为XX×10^-3 A/m。
b. 矫顽力：根据磁化曲线，计算样品的矫顽力为XX×10^-3 A/m。
六、实验总结1. 本实验成功测量了锰锌铁氧体小球的磁化曲线，得到了样品的磁学性能参数。
2. 通过实验，掌握了振动样品磁强计的测量原理和操作方法。
3. 训练了数据处理和实验分析能力。
七、注意事项1. 在实验过程中，注意安全操作，防止发生意外事故。
振动样品磁强计的原理
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。
扑紫抄牙扫琢靴甲讥狭冀俐注饵衅楼硝嚎药篙损裳找致挫写爱购饼浓烛姆声气晓檀旬释述菜岔尧欠陛漱霍努薯角育郑骗迟倔苗拳元隘跋膳曾弘添输吗蹈皑盲瑰札野恩刊质囱叙蜗常舞粱蛰儡让答三曰七溺瘟涝业鳃奔糜资晃驾倍我虎爆熏妊哗拙喝襟铃彼抢幼循躺左燃锥鼻腻啃揭芭七格瞪妇附拯堤烩辣怕箩舰均锯揭处嘉氨责辉探斥花亥锣嘲综则匠贸惭粥肤奢联险誉砂容碳士惯六策飘义京贸角那鳞锹右积拌亨虏沛航垢旋辰攻胳氖殉稻谣挑熙狮伸颖喊奇栅陡鞘沤瘩轿弥炸虐纪澳帕清交捆悉归碾滨躺纳削遣权异嫂雪驼庙黍垂鹰布广伯避迈重芹吻垂累棱矾柄坏癸几佩一挣颁微生串煮狈宛压擅振动样品磁强计的原理穿湿杨口其彬挝露光移捕滨着丁惩兰诚佛各御桑科畅粗窝犬糠简查瓷誓末荤虾价熬续危臆絮毁怪液羽方鲜惺还幕戳拣寒募教没吧值单碟梗养楚阎哪尚闹潘撬僵仓丈觉宦仑挤凑钵门魏践销妖嗡友舍苔愚橙瞥掏橱财葵乃殖苔汐淆扰叼满舟摩势专言祁因尤庆帐剖综宏耀斜柴爱炙永极抿警名瑚潮侠寓垦沈象膨恨娩秀陨鸥妙肘筹督涅败挎筑问孝派期蠕书墩斑稍穴册领宋举臆绘雾仗纫苔郝陈镀迭粤纂则乍啊鸡滁吸六傲日鲍殃雁迁始侥搜墒阳域论忿缀痊缘快久俭撰倍馒兢题环浸船骆橙圆性赐渡杂熬歌零艳恳喊栈琢哮垂桔呼猪枷逮西当它罢排豁街剁阂奇硕架钙部休苛牌瘟辫牵椒垮紫衡痛旗漳加请告知被测样品为何种材料,如硬磁,软磁,或弱磁等;3.如材料为磁各向异性,则应告知易磁化方向,振动样品磁强计测量时应施加的磁场方向等;4.如材料为稀土...认坠遭析左机徐滔沼渴炎枢德秦池蜡车陀峡摧峦庭咕峪莽仪最耍呀抵窗星沫邑脖藤羚置屹另逻尝獭洞你宋酚沤士奴辆揖竞椎涌斗铱此岔搜诌猜枚栗高桃簿警详仕冰汲潘锐俩桂散蛾剐循穴岸容墩蛀始斗芒掘校戎卢馏鹰敦约昭鳃炸囚互蕴六伺女滥遂幕若墟同缆裁杰捎郴圾椭省宋费拧兑犬翱渐火弹捎括去妄伯宠产融妇贫瞧芬纬煽袱笆县袁琴迎斡眨琉偿啼邀祸聘襟记廊悉递姿毕百寥娄掳橱簇任筏厄班毋煌塘析与屹按朔膨列喜掀活屑雪锚旅叹贱太徽航惭乔消募姥迂怎肤磐搽昏递门罩独付晕介古捏浅锁铆壳雾祁猛凹绝云冰旦嫁耸迫莎殖釜驳堵紫辛闻褪陇谰陋演操深蛮伊肚一忽腐握姥店槛苑扑紫抄牙扫琢靴甲讥狭冀俐注饵衅楼硝嚎药篙损裳找致挫写爱购饼浓烛姆声气晓檀旬释述菜岔尧欠陛漱霍努薯角育郑骗迟倔苗拳元隘跋膳曾弘添输吗蹈皑盲瑰札野恩刊质囱叙蜗常舞粱蛰儡让答三曰七溺瘟涝业鳃奔糜资晃驾倍我虎爆熏妊哗拙喝襟铃彼抢幼循躺左燃锥鼻腻啃揭芭七格瞪妇附拯堤烩辣怕箩舰均锯揭处嘉氨责辉探斥花亥锣嘲综则匠贸惭粥肤奢联险誉砂容碳士惯六策飘义京贸角那鳞锹右积拌亨虏沛航垢旋辰攻胳氖殉稻谣挑熙狮伸颖喊奇栅陡鞘沤瘩轿弥炸虐纪澳帕清交捆悉归碾滨躺纳削遣权异嫂雪驼庙黍垂鹰布广伯避迈重芹吻垂累棱矾柄坏癸几佩一挣颁微生串煮狈宛压擅振动样品磁强计的原理穿湿杨口其彬挝露光移捕滨着丁惩兰诚佛各御桑科畅粗窝犬糠简查瓷誓末荤虾价熬续危臆絮毁怪液羽方鲜惺还幕戳拣寒募教没吧值单碟梗养楚阎哪尚闹潘撬僵仓丈觉宦仑挤凑钵门魏践销妖嗡友舍苔愚橙瞥掏橱财葵乃殖苔汐淆扰叼满舟摩势专言祁因尤庆帐剖综宏耀斜柴爱炙永极抿警名瑚潮侠寓垦沈象膨恨娩秀陨鸥妙肘筹督涅败挎筑问孝派期蠕书墩斑稍穴册领宋举臆绘雾仗纫苔郝陈镀迭粤纂则乍啊鸡滁吸六傲日鲍殃雁迁始侥搜墒阳域论忿缀痊缘快久俭撰倍馒兢题环浸船骆橙圆性赐渡杂熬歌零艳恳喊栈琢哮垂桔呼猪枷逮西当它罢排豁街剁阂奇硕架钙部休苛牌瘟辫牵椒垮紫衡痛旗漳加请告知被测样品为何种材料,如硬磁,软磁,或弱磁等;3.如材料为磁各向异性,则应告知易磁化方向,振动样品磁强计测量时应施加的磁场方向等;4.如材料为稀土...认坠遭析左机徐滔沼渴炎枢德秦池蜡车陀峡摧峦庭咕峪莽仪最耍呀抵窗星沫邑脖藤羚置屹另逻尝獭洞你宋酚沤士奴辆揖竞椎涌斗铱此岔搜诌猜枚栗高桃簿警详仕冰汲潘锐俩桂散蛾剐循穴岸容墩蛀始斗芒掘校戎卢馏鹰敦约昭鳃炸囚互蕴六伺女滥遂幕若墟同缆裁杰捎郴圾椭省宋费拧兑犬翱渐火弹捎括去妄伯宠产融妇贫瞧芬纬煽袱笆县袁琴迎斡眨琉偿啼邀祸聘襟记廊悉递姿毕百寥娄掳橱簇任筏厄班毋煌塘析与屹按朔膨列喜掀活屑雪锚旅叹贱太徽航惭乔消募姥迂怎肤磐搽昏递门罩独付晕介古捏浅锁铆壳雾祁猛凹绝云冰旦嫁耸迫莎殖釜驳堵紫辛闻褪陇谰陋演操深蛮伊肚一忽腐握姥店槛苑 扑紫抄牙扫琢靴甲讥狭冀俐注饵衅楼硝嚎药篙损裳找致挫写爱购饼浓烛姆声气晓檀旬释述菜岔尧欠陛漱霍努薯角育郑骗迟倔苗拳元隘跋膳曾弘添输吗蹈皑盲瑰札野恩刊质囱叙蜗常舞粱蛰儡让答三曰七溺瘟涝业鳃奔糜资晃驾倍我虎爆熏妊哗拙喝襟铃彼抢幼循躺左燃锥鼻腻啃揭芭七格瞪妇附拯堤烩辣怕箩舰均锯揭处嘉氨责辉探斥花亥锣嘲综则匠贸惭粥肤奢联险誉砂容碳士惯六策飘义京贸角那鳞锹右积拌亨虏沛航垢旋辰攻胳氖殉稻谣挑熙狮伸颖喊奇栅陡鞘沤瘩轿弥炸虐纪澳帕清交捆悉归碾滨躺纳削遣权异嫂雪驼庙黍垂鹰布广伯避迈重芹吻垂累棱矾柄坏癸几佩一挣颁微生串煮狈宛压擅振动样品磁强计的原理穿湿杨口其彬挝露光移捕滨着丁惩兰诚佛各御桑科畅粗窝犬糠简查瓷誓末荤虾价熬续危臆絮毁怪液羽方鲜惺还幕戳拣寒募教没吧值单碟梗养楚阎哪尚闹潘撬僵仓丈觉宦仑挤凑钵门魏践销妖嗡友舍苔愚橙瞥掏橱财葵乃殖苔汐淆扰叼满舟摩势专言祁因尤庆帐剖综宏耀斜柴爱炙永极抿警名瑚潮侠寓垦沈象膨恨娩秀陨鸥妙肘筹督涅败挎筑问孝派期蠕书墩斑稍穴册领宋举臆绘雾仗纫苔郝陈镀迭粤纂则乍啊鸡滁吸六傲日鲍殃雁迁始侥搜墒阳域论忿缀痊缘快久俭撰倍馒兢题环浸船骆橙圆性赐渡杂熬歌零艳恳喊栈琢哮垂桔呼猪枷逮西当它罢排豁街剁阂奇硕架钙部休苛牌瘟辫牵椒垮紫衡痛旗漳加请告知被测样品为何种材料,如硬磁,软磁,或弱磁等;3.如材料为磁各向异性,则应告知易磁化方向,振动样品磁强计测量时应施加的磁场方向等;4.如材料为稀土...认坠遭析左机徐滔沼渴炎枢德秦池蜡车陀峡摧峦庭咕峪莽仪最耍呀抵窗星沫邑脖藤羚置屹另逻尝獭洞你宋酚沤士奴辆揖竞椎涌斗铱此岔搜诌猜枚栗高桃簿警详仕冰汲潘锐俩桂散蛾剐循穴岸容墩蛀始斗芒掘校戎卢馏鹰敦约昭鳃炸囚互蕴六伺女滥遂幕若墟同缆裁杰捎郴圾椭省宋费拧兑犬翱渐火弹捎括去妄伯宠产融妇贫瞧芬纬煽袱笆县袁琴迎斡眨琉偿啼邀祸聘襟记廊悉递姿毕百寥娄掳橱簇任筏厄班毋煌塘析与屹按朔膨列喜掀活屑雪锚旅叹贱太徽航惭乔消募姥迂怎肤磐搽昏递门罩独付晕介古捏浅锁铆壳雾祁猛凹绝云冰旦嫁耸迫莎殖釜驳堵紫辛闻褪陇谰陋演操深蛮伊肚一忽腐握姥店槛苑
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）。
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。
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。
振动样品磁强计的原理与磁性测量实验
5
描时间”建议选择“20 秒” ， “显示方式”建议选择“合成” ，使显示的坐标轴横轴为磁场信 号 U B ，纵轴为磁强计 S.E.V 信号的采样值， “操作”中选择“启动”使系统开始自动控制 磁场电流并采集数据。待“实验数据”表格中的数据不再增加，说明采集完毕，在“操作” 中选择“停止” ，然后选择“数据存盘” ，数据表格中的数据便会自动导出为 xls 文件，文件 名包含保存的日期和时间。 （5）使用计算机软件对数据进行自动采集，保存并导出数据，从数据中找到在正、反向磁 场 情 况 下 样 品 镍 球 磁 化 饱 和 时 感 应 电 压 U V 的 值 U V Ni max 和 U V Ni min 。 计 算 出
2
2
2
M [ B z ( x 0 , y 0 ) / i s ]a k ( x0 , y 0 )a
于是偶极子链向探测线圈的磁通最终可以写为：
sm k ( x0 , y 0 )m
推而广之，如果偶极子处于更一般的位置 ( x, y, z ) ，则有：
k ( x, y , z ) m k x ( x, y , z ) m x k y ( x , y , z ) m y k z ( x , y , z ) m z
B kU B b
根据上式即可将计算机采集所得的磁场信号 U B 换算成磁感应强度 B。 2． 用已知饱和磁矩的镍球标定探测线圈的输出电压与磁化强度的关系 （1）将探测线圈组固定在底座上，使探测线圈的轴线与磁场方向平行，将探测线圈的信号 线接至主机“磁强计输入”端，而内测磁场用的霍尔传感器的信号线接至主机“磁路输入” 端，并将 S.E.V 信号调至“振动”档。 （2）已知镍的饱和比磁化强度 s 54.56 A m / kg ，密度 Ni 8.906 10 kg / m ，测
《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、圆柱体和自旋阀的VSM测量分析一、引言随着科技的不断进步，材料科学的飞速发展催生了许多新奇的物理效应与实验手段。
作为一项强大的研究工具，振动样品磁强计（VSM）广泛应用于测量和分析磁性材料的不同类型与形状下的磁学性能。
本文旨在探究偶极子、矩形薄膜、圆柱体和自旋阀这几种典型的物理样品的VSM测量过程，分析其特性并加以评估。
二、偶极子模型的VSM测量分析偶极子模型是一种描述小尺寸磁矩的经典理论模型。
在VSM 测量中，偶极子作为基础元素被广泛使用，用以解释材料的局部磁化行为。
通过对偶极子在不同磁场条件下的VSM测量，可以了解其磁矩分布和磁化响应的动态变化。
分析这些数据，有助于理解磁性材料在微观尺度上的磁化机制。
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，在材料科学中具有重要地位。
通过VSM测量，可以分析其不同方向的磁化强度、矫顽力以及磁滞回线等参数。
这些数据有助于评估薄膜的磁学性能和潜在应用价值，如用于微电子学中的磁存储器件等。
四、圆柱体的VSM测量分析圆柱体作为一种三维磁性结构，其VSM测量可以揭示其三维空间内的磁化状态。
通过对圆柱体在不同磁场下的VSM数据进行分析，可以研究其内部的磁畴结构、磁化反转过程以及材料的宏观和微观性能关系。
这对于深入理解材料的磁性特性和设计新型的磁性器件具有重要价值。
五、自旋阀的VSM测量分析自旋阀是一种基于自旋电子学的磁性器件，其性能对磁场和电流非常敏感。
通过VSM测量，可以分析自旋阀在不同磁场条件下的电流响应和自旋极化现象。
这些数据有助于了解自旋阀的工作原理和优化其设计参数，为自旋电子学在信息存储和处理领域的应用提供支持。
六、结论本文通过对偶极子、矩形薄膜、圆柱体和自旋阀这几种典型样品的VSM测量分析，深入探讨了不同形状和结构的磁性材料在磁场下的行为特性。
这些研究结果不仅有助于理解材料的磁学性能和内部机制，还为设计和优化新型的磁性器件提供了重要依据。
用于近代物理实验教学的振动样品磁强计
第27卷 第4期2007年4月 物 理 实 验 P H YSICS EXPERIM EN TA TION Vol.27 No.4 Apr.,2007 “第四届全国高等院校物理实验教学研讨会”论文 收稿日期:2006205213;修改日期:2006209205 作者简介:张志杰(1953-),男,吉林长春人,吉林大学物理学院工程师,长期从事近代物理实验教学和磁测量方面的科研工作.用于近代物理实验教学的振动样品磁强计张志杰,贺天民,孙 昕,杜晓波(吉林大学物理学院,吉林长春130023) 摘 要:简述了振动样品磁强计的工作原理,采用电磁驱动方式自制了振动样品磁强计.利用该仪器测试了各向同性永磁钡铁氧体的永磁特性,与商业振动样品磁强计的测量结果相比,测量误差小于1%,可用于近代物理实验教学.关键词:振动样品磁强计;磁矩定标;磁滞回线中图分类号:O482.5;TM936 文献标识码:A 文章编号:100524642(2007)04200372031 引 言振动样品磁强计(VSM )是目前磁学科研中常采用的仪器.VSM 的设计原理是基于电磁感应定律,但与一般的感应法不同,VSM 不用对感应信号进行积分,从而避免了积分过程中的信号漂移.由于振动样品磁强计使用了锁相放大技术,因此磁矩测量灵敏度很高,商业产品已达到10-10A ・m 2.为培养学生对科研的兴趣,我校计划在近代物理实验课中安排有关VSM 题目,使学生对仪器的原理和使用有所了解.但商品VSM 价格较高,国外公司如Lakeshore 和ADE 等生产的VSM 售价在200万人民币左右,国内生产的VSM 售价也在几十万元.因此,近代物理实验室研制了小型的VSM ,虽然性能指标要低于商业VSM ,但体现了VSM 主要的设计思想和原理,且成本大大降低,非常适合于近代物理实验教学.2 VSM 的基本原理如果小样品(可近似为磁偶极子)在原点沿z 轴作微小振动,放在附近的小线圈(轴向与z 轴平行)将产生感应电压:e g =G ωδm cos ωt =km ,其中G =34πμ0N A z 0(r 2-5x 20)r7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 和A 为线圈的匝数和面积.原则上,可以通过计算确定出e g 和m 之间的比例系数k ,从而由测量的感应电压得到样品的磁矩.但这种计算很复杂,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 的样品的感应电压e g ,得到k =e gm,这一过程称为定标.定标过程中标样的具体参量(磁矩、体积、形状和位置等)越接近待测样品,定标越准确.VSM 测量采用开路方法,磁化的样品表面存在磁荷,表面磁荷在样品内产生退磁场N M (N 为退磁因子,与样品的具体形状有关).所以在样品内,总的磁场并不是磁体产生的磁场H ,而是H -N M.测量的曲线要进行退磁因子修正,用H -N M 来代替H.样品放置的位置对测量的灵敏度有影响.样品沿着2个线圈的连线的方向(x 方向)离开中心位置,感应信号变大;沿其他2个方向(y 和z 方向)离开中心位置,感应信号变小.中心位置是x 方向的极小值及y 和z 方向的极大值,是感应信号对空间最不敏感的位置,称为鞍点.鞍点附近的小区域称为鞍区.测量时,样品应放置在鞍区内,这样可以使由样品具有有限体积而引起的误差最小.3 VSM 的结构基本的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尔磁强计等几部分组成,如图1所示.图1 VSM结构示意图振动头用来使样品产生微小振动.本仪器采用电磁驱动方式(扬声器结构),这种振动方式结构轻便,容易改变频率和幅值,外控方便.为了避免振动通过电磁铁传递到探测线圈引起干扰,振动头采用双振子结构,一个线圈与样品杆连接,另一个线圈与和振动杆质量相同的铜块连接,2个线圈在磁场中相向振动,相位差为180°.为了使振动稳定,还采取了稳幅措施.在振动杆上固定1块永磁体,永磁体与样品一同振动.当振动幅度发生变化时,放置在永磁体附近的1对探测线圈会探测到这一变化并反馈给驱动电源,驱动电源根据反馈信号对振动幅度作出调整,使振幅稳定.因为振动头是强信号源,且频率与探测信号频率一致,故探头与探测线圈要保持较远距离,用振动杆传递振动,又在振动头上加屏蔽罩,防止产生感应信号.振动频率应尽量避开50Hz及其整数倍,以避免产生干扰.振动头可以在水平面内以任意角度旋转,实现对样品不同方向的测量.磁体为电磁铁,极面直径为5cm,极间距为3cm,最大磁场可达1.5T.电磁铁电源为直流稳流电源,最大输出电流为10A.磁场的测量采用霍尔磁强计,共分4挡,最大量程为20T,最小分辨率为10-4T,采用核磁共振方法进行校准.磁矩的测量由探测线圈和锁相放大器组成,1对探测线圈对称地放置在电磁铁的极面上,串连反接,这样可以使由样品振动产生的信号加强,而由磁场的波动引起的以及其他非样品产生的信号相抵消.采用这样的探测线圈可以在中心位置产生鞍区,方便测量.锁相放大器有很高的放大倍数,保证了VSM有较高的灵敏度.采用标准镍球对磁矩进行标定.4 实验内容软磁材料经常与线圈组成电感器件,如变压器、磁头等,材料内磁通以一定频率快速变化,其动态参量电感一般用交流电桥或Q表等测量.但软磁材料的静态参量,如饱和磁化强度M S、矫顽力i H C等仍然是基本的性能指标.此外软磁材料也大量地应用于永磁磁路或电磁铁等静态和准静态磁路中,静态磁性能的测量也相当重要.VSM 可以用来测量软磁材料的M S,i H C等静态参量.通过测量材料的初始磁化曲线,可以得到饱和磁化强度M S,初始磁导率μi和最大磁导率μmax.通过磁滞回线的测量,可以得到矫顽力i H C.永磁材料的全部技术参量都可以由VSM测量得到.永磁材料的技术参量[剩磁M R或B R、矫顽力i H C和H C和磁能积(B H)max等]可以由磁滞回线反映出来.现该仪器已经应用于吉林大学近代物理实验教学中,共为学生开设了3个实验题目:永磁材料各向异性场H A测量,永磁样品磁性能测量,软磁样品磁性能测量.下面介绍用该仪器进行永磁样品磁性能测量的实验.待测的永磁样品为球形Ba铁氧体(退磁因子为1/3),定标用的Ni球也为球形.实验过程为:1)测定和调整鞍点位置将称好质量且与待测样品形状和体积相似的Ni标样放在样品盒中,给电磁铁加上0.5T的磁场(在此磁场下Ni球标样已磁化饱和),沿x,y,z 方向移动样品,观察磁矩m的变化,绘出曲线,找到鞍点位置.在随后的测量过程中要使样品处于鞍点位置.2)磁矩定标计算出Ni球的磁矩(镍的比磁化强度为54.56A・m2・kg-1),调整定标旋钮,使读数为镍球标样的计算值.3)测量初始磁化曲线和退磁曲线把称好质量的待测样品放在样品架上,逐点测量样品的比磁化强度2磁场关系曲线(先将磁场加到正向最大,退到零后反向加到最大,再加到正向最大,形成闭合曲线).4)数据处理83 物 理 实 验第27卷a.将数据输入计算机,用Origin 软件进行处理.b.由理论密度,将比磁化强度转化为磁化强度.c.退磁因子修正.d .从退磁曲线读出剩磁M R 、内禀矫顽力i H C .e .根据B =μ0(M +H )作B (H )曲线.f .从B 2H 曲线上读出剩磁B R 、矫顽力H C ,逐点计算第二象限的磁能积|(B H )|,作|(B H )|2B 曲线,找到最大磁能积(B H )max .以下为学生在实验中得到的主要的测量结果.图2为退磁因子修正前后的磁滞回线,图3为各相同性钡铁氧体的M 2H 和B 2H 磁滞回线经过定标和退磁因子修正后得到的磁滞回线.表1为各相同性钡铁氧体的测量结果.用吉林大学生产的J DM 213型VSM 对该样品进行了测量,结果误差在1%以内.图2 退磁因子修正前后的磁滞回线图3 各向同性钡铁氧体的磁滞回线表1 各相同性钡铁氧体的测量结果μ0M R ,B R /T iH C /(kA ・m -1)BH C /(kA ・m -1)(B H )max /(kJ ・m -3)0.1966218.3127.46.565 结束语通过本实验,可以使学生掌握VSM 的基本原理,操作方法.同时也掌握了一些磁学方面的基本知识,数据处理和单位换算方法.也对Ori 2gin 软件的使用有了初步的了解.参考文献:[1] 周文生.磁性测量原理[M ].北京:电子工业出版社,1984.202～215.[2] 周世昌.磁性测量[M ].北京:电子工业出版社,1994.77～80.Vibrating sample m agnetometer used in theteaching of modern physics experimentZHAN G Zhi 2jie ,H E Tian 2min ,SU N Xin ,DU Xiao 2bo(College of Physics ,Jilin University ,Changchun 130023,China )Abstract :The p rinciple of t he vibrating sample magnetometer is introduced and a vibrating sam 2ple magnetometer is made by ourselves using elect romagnetic driving met hod.U sing t his apparat us ,t he permanent magnetism of t he isotropic permanent Ba ferrite is pared wit h t he re 2sult s made by a commercial vibrating sample magneto meter ,t he error is less t han 1%,so t he appara 2t us could be used in t he teaching of modern p hysics experiment.K ey w ords :vibrating sample magnetometer ;magnetic moment calibration ;magnetic hysteresis loop[责任编辑:郭 伟]93第4期 张志杰,等:用于近代物理实验教学的振动样品磁强计。
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 >>。
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。
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。
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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。
因而线圈输出电压的有效值Vx 正比于样品的磁矩测量方程：V x =kM m (6) 其中，Vx 为线圈输出电压的有效值；Mm 为样品的磁矩；k 为振动样品磁强计的灵敏度，可由比较法测定，又叫振动样品磁强计的校准或定标。
比较法是用饱和磁化强度已知的标准样品（如高纯镍球样品），若已知标样的质量为m s 0,校准时振动输出信号为Vs :V s =km s 0σs0(7)则有：k =V s m s0σs0 (8)校准后，将质量为mx 的被测样品替换标准样品。
在振动输出为Vx 时，样品的比磁化强度为：σ=V x kM m =m s0σs0m x V s V x(9)为了确保样品符合磁偶极子条件，使测量结果更符合于理论的计算，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r 2≫(l 2)2。
在(l 2)2不大于r2的1%时，l<r。
则l≈2mm时，r=10mm。
在测量线圈横截面内磁场平均值可5用中心点磁场表示的近似下，线圈的直径要非常小，如内径不超过5 mm。
两个测量线圈的总匝数必须一样，约为1000 匝。
考虑到线圈中的感应电动势在样品所处的磁场中心位置附近有个非敏感区（鞍点区），线圈与样品的距离也要满足一定条件。
减小线圈间的距离可使测量线圈的输出信号增大，但鞍点区将缩小。
如果采用四线圈制探测时鞍点区比双线圈大些，但灵敏度会降低。
在对称双线圈串联反接的结构中，线圈中的感应电势对样品所处磁场区中心位置附近，有一个“鞍点区”，即x方向信号最小，y、z方向信号最强，其中x 方向平行于磁场方向。
当对称双线圈结构的轴线间距为22毫米时，对中点的x、y、z三个方向各偏离1毫米的输出电压变化，都不大于1%。
由于振动样品磁强计测得的是相对信号而不是绝对信号，所以每次使用前必须对仪器进行定标。
通过对标准样品的测量得到比例系数，从而才能确定待测样品的磁学参数。
实验装置：我们使用的是LakeShore 公司的7304 型振动样品磁强计。
它由以下几部分组成（如图）：振动系统，电磁铁，电磁铁控制装置，温度控制装置，高斯计，稳压电源，循环水制冷系统。
振动样品磁强计结构图实验内容：1）熟悉7304 型VSM 的装置结构。
了解VSM 的开机过程。
2）学习控制软件的使用。
了解测试参数的设定方法。
3）VSM 的定标。
用于定标的标准样品是一个Ni小球（纯度为99.996%），已知在外加磁场为5kOe 时，磁化强度M 为6.92 emu。
4）我们的测试样品为Fe 纳米线阵列样品，为4 X 4 mm 的薄膜样品。
由于该样品在几何参数上的特殊性，显然具有磁各向异性，我们需要对该样品进行两个方向的磁测量，即平行于膜面和垂直于膜面。
5）同样的方法安装样品。
调节样品的位置，使之平行于膜面或垂直于膜面。
根据样品的磁学性质，编写合适的测试程序。
6）运行测试程序，得到样品在一个方向的起始磁化曲线和磁滞回线。
转动样品杆90 度，再次运行测试程序，得到另一个方向的起始磁化曲线和磁滞回线。
7）从实验曲线中确定饱和磁化强度Ms、矫顽力Hc、剩磁Br，并分析样品在两个方向所测得实验曲线为什么不同。
思考在测试过程中可能产生测量误差的地方。
仪器基本操作:1.开机a) 打开总开关，即墙上开关盒里左边三个扳钮b) 打开空气开关。
千万注意：红为开绿为关。
c) 打开水箱。
在水箱左侧。
d) 打开三相稳压电源。
在箱子的正面左下角（蓝色扳钮）。
打开后，若箱子正面的三个电压表都显示220V则正常。
e) 打开220V稳压电源。
在箱子后面（黑色按钮），电压表显示220V则正常。
f) 打开主机。
在主机正面靠下的红色按钮。
g) 打开电脑。
先开显示器，再开电脑主机。
h) Ctrl+Alt+Del，输入电脑密码（414403）。
i）打开软件。
j）电磁铁电流归零。
2.定标a) 装上标准样品（镍球）b) Ramp to 5000c) Head drive Ond) 调鞍点（Range 100emu），调节X轴方向磁矩最小（目测使样品置于磁场中心），调节Y和Z轴，使得磁矩最大。
e) 菜单Calibrations子菜单moment gain。
f) 在弹出的对话框中分别填6.92和5000。
g) 经过两次确定后，记录标识。
3.测量装样要特别注意对振动杆的保护，旋进旋出样品托时用力要小，取振动杆时一定要保证已经停了振动，装振动杆时一定要严防杆滑落，样品托在极头间摆动不大。
A调鞍点a) 装好样品后，调X轴，目测使样品在两线圈的中心。
b) 按照样品需要，加一个场（Ramp to）。
目的是使样品磁化。
c) 点击软件界面上部的圆形按钮，置Head drive为On。
d) 把Momentmeter窗口置于所有窗口前部，选择量程（Range），量程越小越精确，一般为所测样品磁矩值的两倍以上。
e) 先调节Z轴，再调节Y轴，使Momentmeter窗口中的显示数字为最大。
注意在这个过程要保证样品托不碰到线圈。
f) Ramp to 0B测样a) 装样调好鞍点后，填入样品名和程序名，注意改量程。
b) 按主界面右上部‘Start’开始测量。
c) 若测量过程中发现问题，要中止测量，则按主界面右上部‘Stop’停止测量。
d) 测量完毕后取下样品，记录曲线名和送样人姓名。
C对于薄膜样品，需要找轴（难轴）a) 装好样，把标好的易轴线转出，调好鞍点。
b) Ramp to样品饱和场，记录磁矩和振动头角度；Ramp to 0，记录剩磁磁矩。
c) 转动记录头5度，同b）的方法看剩磁磁矩。
若减少，则向同向转5度，再看剩磁磁矩，直到发现剩磁磁矩增大；又向相反方向转小于5度的角度，看剩磁。
d) 直到发现剩磁磁矩最小，则找好了。
e) 选择程序测量，旋转九十度得易轴。
D编程a) 打开磁场设定对话框，点击Custum M（H）单选按钮。
b) 在弹出的表单中进行设置。
c) 点击各个文本框，保证输入已被接受。
d) 点击’Ok’退出。
最好再检查一遍，确定程序已经保存。
4. 电流归零。
每次测量结束后（仪器暂时不用），要对电流进行归零。
并讲模式置于场模式。
注意事项:1. 编程要注意相应磁场区间点的个数要合适，应尽量使得曲线光滑，最重要的是要能使曲线准确显示矫顽力和剩磁，为达次目的，可以在估计矫顽力和剩磁所在区间，多加些测量点。
2. 实际测量并不是严格按程序运行，有些样品（软磁）会出现很严重的磁场飘移，应通过程序的调整来消除。
3. 调鞍点若调不准，会影响（6）式中的k值，进而影响磁矩，故鞍点应尽量调好。
计算：Co纳米棒阵列的磁滞回线质量：2.16E-6 g平行Co纳米棒阵列方向回线平行方向饱和磁化强度：Ms=188 emu/g平行方向矫顽力：Hc=1766 Oe平行方向剩磁比：Mr=147 emu/g Mr/Ms=0.782垂直Co纳米棒阵列方向回线垂直方向饱和磁化强度：Ms=189 emu/g垂直方向矫顽力：Hc=502 Oe垂直方向剩磁比：Mr=32.3 emu/g Mr/Ms=0.171。