固体物理：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 m

π→

→→→⋅=⋅=∫∫S

d r H S d B S

S

)(0µ

φ→

→

→→

+++=k

ae

z j y i x r t

j )(

ω∑∫=→

→

⋅∂∂−=∂∂−

=N

i S S d t t r H t t e 1

0),()(µ

φt

E 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，

化方向的长度l 之间应满足22)2(l r >>。在2)2(l 不大于2r 的1%时，5

r l <。

则mm l 2≈时，mm r 10=。在线圈面积内磁场平均值可用中心点磁场表示的条件下，线圈直径必须很小，如内径不超过5毫米，两线圈总匝数约为1000匝，而且两者必须相同。

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%。

0s s s km V σ=00s s s

m V k σ=

≥

=xcs kM V m x (6)

程序主界面

Moment meter界面

图像

注：文件有多种保存方式，其中可以直接保存图像。

程序选择对话框

程序编辑对话框

数据调整对话框

图像XY 轴设定

电磁铁界面

电磁铁电流方向

三、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。

●双击电脑桌面上的图标。

●程序打开途中由于温度控制器的问题会出错，应把所有程序窗口全关掉，

再开一次。

j）电磁铁电流归零。点击软件界面上部的圆形按钮，置Control mode为Current，再点击旁边的Ramp to圆形按钮，在弹出的对话框中填0，加场发现主机和程序显示相同即可，不同重新归零。

k）把电磁铁后部旋钮向上旋，电磁铁前面板mains connected指示灯亮（绿色）。

l) 预热一个小时。

m) 给电磁铁电源和电磁铁加上水冷。开关为水箱正面的黑色按钮。

n) 打开电磁铁电源（共三个开关）。

●把电磁铁前面板左面的stand by扳杆拨上去，面板上一竖列绿色指示灯的

前四个亮。

●按下output start绿色按钮，数字电流和电压显示亮。

2.定标

a)装上标准样品（镍球）

b)Ramp to 5000

c)Head drive On

d)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。（-240以上认为可以）

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。