第九章磁參數(shù)的測量

第九章磁參數(shù)的測量2023/9/121第1頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月第九章磁參數(shù)的測量第2頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月磁性信號的測量儀器中子散射裝置、磁力顯微鏡磁－磁作用回旋共振、自旋共振(鐵磁共振儀、亞鐵磁共振儀、反鐵磁共振儀、電子自旋共振儀、核磁共振儀、M?ssbauer譜儀)共振效應(yīng)磁－光效應(yīng)磁－力效應(yīng)沖擊法振動樣品磁強計VSM提拉樣品磁強計ESM超導(dǎo)量子(SQUID)磁強計電磁感應(yīng)Faraday效應(yīng)Kerr效應(yīng)、Faraday效應(yīng)磁圓（線）振二向色譜儀磁轉(zhuǎn)矩儀、磁天平交變梯度磁強計AGFM

第3頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月第九章磁參數(shù)的測量電磁感應(yīng)法電動勢第4頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月第九章磁參數(shù)的測量線圈旋轉(zhuǎn)第5頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月第九章磁參數(shù)的測量第6頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月第九章磁參數(shù)的測量第7頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月第九章磁參數(shù)的測量第8頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月第九章磁參數(shù)的測量第9頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月應(yīng)盡量滿足的條件－靈敏度脈沖電流沖擊完畢之后，電流計線圈開始轉(zhuǎn)動：

電流計線圈的轉(zhuǎn)動慣量越大，越滿足此條件。檢流計處于臨界阻尼狀態(tài)；

檢流計比較慢地達(dá)到最大讀數(shù)，很快降為零。被測磁通應(yīng)盡量為瞬時變化：

非瞬時變化引入很大的誤差。線圈的自由振蕩周期要遠(yuǎn)大于磁通變化的時間

一般在10倍以上。需要測定沖擊檢流計的沖擊常數(shù)CΦ

使用互感系數(shù)M已知的互感線圈。第10頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月優(yōu)點1、可以開路、閉路測量；2、儀器設(shè)備簡單。閉路：磁路閉合開路：磁路不閉合NS缺點1、積分式數(shù)據(jù)采集：零漂移；2、要求使用具有特定形狀的樣品；3、靈敏度較低。等截面積（常數(shù)）沖擊檢流計法第11頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月沖擊檢流計使用教學(xué)演示實驗：電磁感應(yīng)定律工業(yè)：發(fā)電機工業(yè)：磁體的磁性能測量迴線儀：永磁材料的永磁性能檢測美國KJS公司中國計量科學(xué)研究院德國Magnet－Physik公司NIM－2000系列Permagraph系列HG－500第12頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月第九章磁參數(shù)的測量第13頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月第九章磁參數(shù)的測量第14頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月第九章磁參數(shù)的測量第15頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月霍爾高斯計

霍爾元件第16頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月霍爾傳感器用于測量磁場強度

霍爾元件測量鐵心氣隙的B值第17頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月二、磁敏傳感器

磁敏電阻：半導(dǎo)體材料的電阻率隨磁場強度的增強而變大，這種現(xiàn)象稱為磁阻效應(yīng)，利用磁阻效應(yīng)制成的元件稱為磁敏電阻。

第18頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月第九章磁參數(shù)的測量第19頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月第九章磁參數(shù)的測量第20頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月磁敏電阻的應(yīng)用磁敏電阻可用于測量地球磁場的方向及強度的變化。指南針只能指示地球磁場的方向。第21頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月地球磁場“導(dǎo)演”的極光（加拿大育空地區(qū)）第22頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月磁阻式電子羅盤第23頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月磁敏電阻IC及其應(yīng)用線性磁阻位置傳感器第24頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月磁敏電阻的應(yīng)用

根據(jù)鐵磁物體對地磁的擾動，可檢測車輛的存在，可用于包括自動開門，路況監(jiān)測，停車場檢測，車輛位置監(jiān)測，紅綠燈控制等。

第25頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月利用磁敏電阻制作小型探礦儀（磁力儀）磁敏電阻（聚四氟乙烯封裝）磁力探礦儀的使用第26頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月磁敏電阻小型探礦儀上海直川信息技術(shù)有限公司研制的磁阻探礦儀及數(shù)據(jù)統(tǒng)計曲線圖第27頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月磁阻IC用于轉(zhuǎn)速測量磁力線集中磁力線分散第28頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月磁阻IC用于筆式驗鈔器驗鈔筆順著紙幣上的磁性防偽線掃描第29頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月第九章磁參數(shù)的測量第30頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月第九章磁參數(shù)的測量第31頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月第九章磁參數(shù)的測量第32頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月第九章磁參數(shù)的測量第33頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月核磁共振的基本原理分子的磁性質(zhì)原子核

帶正電荷的粒子當(dāng)它的質(zhì)量數(shù)和原子序數(shù)有一個是奇數(shù)時，它就和電子一樣有自旋運動。11H，136C，199F和3115P有自旋現(xiàn)象126C和168O沒有自旋現(xiàn)象第九章磁參數(shù)的測量四、核磁共振法第34頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月磁矩

，具有方向性，是一個矢量自旋的核有循環(huán)的電流，會產(chǎn)生磁場，形成磁矩。這一磁矩的方向與原子核的自旋方向相同，大小與原子核的自旋角動量成正比。將原子核置于外加磁場中，若原子核磁矩與外加磁場方向不同，則原子核磁矩會繞外磁場方向旋轉(zhuǎn)，這一現(xiàn)象類似陀螺在旋轉(zhuǎn)過程中轉(zhuǎn)動軸的擺動，稱為進(jìn)動。第35頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月磁矩

，具有方向性，是一個矢量

=rhI/2

r旋磁比I自旋量子數(shù)hPlank常數(shù)

1H自旋量子數(shù)(I)1/2沒有外磁場時，其自旋磁距取向是混亂的在外磁場H0中，它的取向分為兩種(2I+1=2)一種和磁場方向相反，能量較高(E=

H0)一種和磁場方向平行，能量較低(E=

H0)第36頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月兩種取向的能量差

E可表示為:

若外界提供一個電磁波，波的頻率適當(dāng)，能量恰好等于核的兩個能量之差，h

=

E，那么此原子核就可以從低能級躍遷到高能級，產(chǎn)生核磁共振吸收。第37頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月進(jìn)動具有能量也具有一定的頻率。原子核進(jìn)動的頻率由外加磁場的強度和原子核本身的性質(zhì)決定，也就是說，對于某一特定原子，在一定強度的的外加磁場中，其原子核自旋進(jìn)動的頻率是固定不變的。原子核發(fā)生進(jìn)動的能量與磁場、原子核磁矩、以及磁矩與磁場的夾角相關(guān)，根據(jù)量子力學(xué)原理，原子核磁矩與外加磁場之間的夾角并不是連續(xù)分布的，而是由原子核的磁量子數(shù)決定的，原子核磁矩的方向只能在這些磁量子數(shù)之間跳躍，而不能平滑的變化，這樣就形成了一系列的能級。第38頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月當(dāng)原子核在外加磁場中接受其他來源的能量輸入后，就會發(fā)生能級躍遷，也就是原子核磁矩與外加磁場的夾角會發(fā)生變化。這種能級躍遷是獲取核磁共振信號的基礎(chǔ)。為了讓原子核自旋的進(jìn)動發(fā)生能級躍遷，需要為原子核提供躍遷所需要的能量，這一能量通常是通過外加射頻場來提供的。根據(jù)物理學(xué)原理當(dāng)外加射頻場的頻率與原子核自旋進(jìn)動的頻率相同的時候，射頻場的能量才能夠有效地被原子核吸收，為能級躍遷提供助力。因此某種特定的原子核，在給定的外加磁場中，只吸收某一特定頻率射頻場提供的能量，這樣就形成了一個核磁共振信號。第39頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月第九章磁參數(shù)的測量第40頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月第九章磁參數(shù)的測量第41頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月第九章磁參數(shù)的測量第42頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月第九章磁參數(shù)的測量第43頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月第九章磁參數(shù)的測量第44頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月第九章磁參數(shù)的測量第45頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月第九章磁參數(shù)的測量第46頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月第九章磁參數(shù)的測量第47頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月第九章磁參數(shù)的測量第48頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月第九章磁參數(shù)的測量第49頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月第九章磁參數(shù)的測量第50頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月第九章磁性傳感器磁致伸縮效應(yīng)及應(yīng)用

稀土原料

某些磁性材料在外磁場作用下，物理尺寸會發(fā)生變化，去掉外磁場后，又恢復(fù)到原來的尺寸，這種現(xiàn)象稱為磁致伸縮效應(yīng)。稀土超磁致伸縮材料是目前性能最好的超磁致伸縮材料之一。

第51頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月稀土超磁致伸縮材料的應(yīng)用稀土超磁致伸縮材料可將電磁能轉(zhuǎn)換成機械能或聲能（或機械位移信息或聲信息），相反也可以將機械能（或機械位移與信息）轉(zhuǎn)換成電磁能（或電磁信息），它是重要的能量與信息轉(zhuǎn)換功能材料，可用于制作大功率聲納傳感器。第52頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月聲納的應(yīng)用聲納發(fā)射、接收器聲納反潛第53頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月聲納反潛的原理

第54頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月磁致伸縮位移傳感器（參考德國圖爾克公司資料）

位移第5