《磁性測量概論》課件

磁性測量概論磁性測量是利用磁場與物質(zhì)之間的相互作用來測量物質(zhì)磁性的科學(xué)。廣泛應(yīng)用于材料科學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、地球物理學(xué)等領(lǐng)域。by測量概述磁性測量利用各種磁性儀器，對磁場、磁性材料和磁性器件的磁性參數(shù)進(jìn)行定量分析。測量結(jié)果可以用于評價(jià)磁性材料性能，設(shè)計(jì)和優(yōu)化磁性器件，并進(jìn)行相關(guān)科學(xué)研究。磁性測量技術(shù)在現(xiàn)代科技領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用，應(yīng)用于各個行業(yè)，如電子信息、能源、醫(yī)療等。磁場的基本參數(shù)磁場強(qiáng)度磁場強(qiáng)度是磁場的基本參數(shù)之一，表示磁場對磁偶極子的作用力大小，用符號H表示，單位是安培每米（A/m）磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度表示磁場對運(yùn)動電荷的作用力大小，用符號B表示，單位是特斯拉（T）磁通量磁通量是通過某一面積的磁力線數(shù)量，用符號Φ表示，單位是韋伯（Wb）磁通密度磁通密度是單位面積上的磁通量，用符號B表示，單位是特斯拉（T）磁化強(qiáng)度與磁感應(yīng)強(qiáng)度磁化強(qiáng)度磁化強(qiáng)度反映了材料本身的磁性強(qiáng)弱，表示單位體積內(nèi)的磁偶極矩。磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度是描述磁場強(qiáng)弱的物理量，是材料內(nèi)部和外部磁場的總和。關(guān)系磁化強(qiáng)度與磁感應(yīng)強(qiáng)度通過磁導(dǎo)率聯(lián)系起來，磁導(dǎo)率表示材料對磁場的易磁化程度。磁化曲線磁化曲線描述了磁性材料在磁場作用下磁化強(qiáng)度隨外加磁場的變化關(guān)系。磁化曲線是磁性材料的重要參數(shù)，可以反映材料的磁性能，例如飽和磁化強(qiáng)度、矯頑力等。磁化曲線通常由實(shí)驗(yàn)測量得到，通過對材料施加不同強(qiáng)度的磁場，并測量其磁化強(qiáng)度，即可得到磁化曲線?；販鼐€回滯回線是磁性材料磁化過程中的重要特性曲線。它描述了磁化強(qiáng)度和磁場強(qiáng)度之間的關(guān)系，并體現(xiàn)了磁性材料的磁化過程的不可逆性。回滯回線主要由磁滯現(xiàn)象引起，指的是磁性材料在磁化過程中，磁化強(qiáng)度滯后于磁場強(qiáng)度的變化。回滯回線的形狀和大小取決于磁性材料的性質(zhì)、溫度和外磁場等因素?；販鼐€的形狀和大小能反映磁性材料的磁化強(qiáng)度、矯頑力、剩磁和磁導(dǎo)率等重要參數(shù)。磁性材料的分類11.軟磁材料易于磁化和消磁，應(yīng)用于變壓器、電感器等。22.硬磁材料不易消磁，保留磁性，應(yīng)用于永磁體、磁記錄等。33.磁性薄膜材料具有獨(dú)特的磁特性和幾何形狀，應(yīng)用于傳感器、存儲器等。軟磁材料特點(diǎn)軟磁材料具有高磁導(dǎo)率、低矯頑力、易于磁化和退磁的特點(diǎn)。它們在磁場中容易被磁化，并且在磁場消失后容易被退磁。應(yīng)用軟磁材料被廣泛應(yīng)用于電機(jī)、變壓器、磁性元件等領(lǐng)域，例如：用于電力電子設(shè)備的磁芯材料、用于磁性存儲設(shè)備的磁記錄材料、用于醫(yī)療器械的磁性材料等。硬磁材料高磁能積釹鐵硼磁體具有很高的磁能積，可以提供強(qiáng)大的磁場。高居里溫度釤鈷磁體在高溫下仍能保持其磁性，非常適合高溫應(yīng)用。高抗腐蝕性鋁鎳鈷磁體具有良好的抗腐蝕性能，可以抵抗潮濕和化學(xué)物質(zhì)。磁性薄膜材料磁記錄應(yīng)用磁性薄膜材料應(yīng)用于高密度磁記錄，例如硬盤驅(qū)動器和磁帶。傳感器磁性薄膜材料用作磁傳感器，用于測量磁場或電流變化。微電子器件磁性薄膜材料應(yīng)用于磁隨機(jī)存取存儲器（MRAM）、磁阻傳感器和非易失性磁存儲器。磁性測量的基本原理磁場與物質(zhì)相互作用磁性測量主要基于磁場與物質(zhì)的相互作用，例如磁場對磁性材料產(chǎn)生的力或扭矩，以及磁性材料對磁場的響應(yīng)。磁場測量方法磁場測量方法包括磁通量測量、磁通密度測量、矢量磁感應(yīng)強(qiáng)度測量等。測量原理不同的測量方法基于不同的物理原理，例如霍爾效應(yīng)、磁電效應(yīng)、磁阻效應(yīng)等。磁性材料特性磁性測量可以用于研究和表征磁性材料的特性，例如磁化強(qiáng)度、磁導(dǎo)率、磁滯回線等。磁通量測量1法拉第定律線圈切割磁力線2磁通計(jì)測量線圈中的感應(yīng)電動勢3磁通量磁力線穿過曲面的數(shù)量法拉第電磁感應(yīng)定律是磁通量測量最基本原理。通過測量線圈中的感應(yīng)電動勢，可以計(jì)算出穿過線圈的磁通量。磁通計(jì)是一種專門測量磁通量的儀器，其原理基于法拉第電磁感應(yīng)定律。磁通密度測量1磁通量測量利用法拉第電磁感應(yīng)定律，測量穿過線圈的磁通量2面積確定確定測量區(qū)域的面積，通常使用磁傳感器3計(jì)算磁通密度根據(jù)磁通量和面積計(jì)算磁通密度磁通密度測量是磁性測量中常見的測量方法，通過測量穿過特定區(qū)域的磁通量，可以計(jì)算出該區(qū)域的磁通密度。矢量磁感應(yīng)強(qiáng)度測量1磁場探測使用磁場探測儀器，如霍爾傳感器，測量磁場強(qiáng)度。2矢量分解將測得的磁場強(qiáng)度分解為三個方向上的分量，即X、Y和Z方向。3矢量合成將三個分量合成一個矢量，表示磁場的強(qiáng)度和方向。磁化強(qiáng)度測量磁化強(qiáng)度是指單位體積材料中磁偶極矩的總和，反映了材料的磁性強(qiáng)弱。1磁化強(qiáng)度測量儀使用多種測量方法，如振動樣品磁強(qiáng)儀、超導(dǎo)量子干涉儀等。2樣品制備對樣品進(jìn)行處理，使其具有合適的形狀和尺寸。3磁場施加使用電磁鐵或永久磁鐵產(chǎn)生磁場。4信號采集測量樣品在磁場中的響應(yīng)信號。5數(shù)據(jù)分析分析信號，得到磁化強(qiáng)度值。測量方法的選擇取決于樣品的性質(zhì)和實(shí)驗(yàn)要求。磁化強(qiáng)度的測量結(jié)果可以用來研究材料的磁性性質(zhì)，例如磁化曲線、磁滯回線等。磁導(dǎo)率測量1定義與概念磁導(dǎo)率表示材料對磁場的易感程度。磁導(dǎo)率越大，材料越容易被磁化。2測量方法常用的磁導(dǎo)率測量方法包括：阻抗法、感應(yīng)法、振動樣品磁強(qiáng)儀法等。3應(yīng)用磁導(dǎo)率測量廣泛應(yīng)用于磁性材料研究、電磁器件設(shè)計(jì)等領(lǐng)域。磁滯回線測量1施加磁場在樣品上施加磁場并測量其磁化強(qiáng)度2磁場變化逐漸增加磁場，然后逐漸減小磁場，直至反向3測量數(shù)據(jù)記錄磁場強(qiáng)度和磁化強(qiáng)度之間的關(guān)系4繪制曲線以磁場強(qiáng)度為橫坐標(biāo)，磁化強(qiáng)度為縱坐標(biāo)繪制曲線磁滯回線測量通過改變磁場強(qiáng)度并記錄對應(yīng)磁化強(qiáng)度，繪制成磁滯回線，從而可以分析材料的磁性能。磁矩測量磁矩概念磁矩是衡量磁體強(qiáng)度和方向的物理量，通常用磁偶極矩來表示，其大小等于磁偶極子的磁矩大小，方向與磁偶極子的磁軸方向一致。測量方法磁矩測量通常使用振動樣品磁強(qiáng)儀（VSM）來完成，通過測量樣品在均勻磁場中振動的頻率和振幅，可以計(jì)算出樣品的磁矩。應(yīng)用領(lǐng)域磁矩測量在磁性材料研究、器件開發(fā)、磁性測試等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用，例如可以用來研究材料的磁性特性、測量磁體的磁化強(qiáng)度以及判斷磁體的類型。常用磁測量儀器11.霍爾效應(yīng)測量儀霍爾效應(yīng)測量儀利用霍爾效應(yīng)原理，測量磁場強(qiáng)度和磁通密度。22.振動樣品磁強(qiáng)儀振動樣品磁強(qiáng)儀通過測量樣品在磁場中振動的頻率變化，確定樣品的磁化強(qiáng)度和磁矩。33.磁力計(jì)磁力計(jì)主要用于測量地球磁場、空間磁場等弱磁場。44.磁共振成像儀磁共振成像儀利用核磁共振原理，可以對人體內(nèi)部進(jìn)行成像，并可以檢測磁性材料。霍爾效應(yīng)原理霍爾效應(yīng)是當(dāng)電流載流子在磁場中運(yùn)動時，會受到洛倫茲力的作用而偏轉(zhuǎn)，在導(dǎo)體兩側(cè)產(chǎn)生電勢差的現(xiàn)象。這是一個重要的物理現(xiàn)象，在磁性測量中有著廣泛的應(yīng)用?；魻栃?yīng)可以用左手定則來描述，即當(dāng)電流方向和磁場方向垂直時，左手拇指指向電流方向，食指指向磁場方向，則中指指向電勢差方向?；魻栯妷旱拇笮∨c電流、磁場強(qiáng)度和霍爾系數(shù)有關(guān)?；魻栐c測量1霍爾傳感器測量磁場2霍爾電壓電流與磁場3測量電路放大和處理4數(shù)據(jù)采集磁場強(qiáng)度霍爾傳感器是一種磁敏元件，它利用霍爾效應(yīng)原理將磁場強(qiáng)度轉(zhuǎn)換成電壓信號。將霍爾傳感器與測量電路結(jié)合，可以對磁場進(jìn)行準(zhǔn)確的測量。磁電效應(yīng)原理磁電效應(yīng)是指某些材料在磁場作用下產(chǎn)生電極化的現(xiàn)象。磁電效應(yīng)材料具有特殊的晶體結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部的磁矩和電偶極矩耦合在一起。當(dāng)材料受到外磁場作用時，磁矩會發(fā)生變化，進(jìn)而影響電偶極矩，導(dǎo)致材料產(chǎn)生電極化。磁電轉(zhuǎn)換元件與測量1磁電效應(yīng)磁電效應(yīng)是指某些材料在磁場作用下產(chǎn)生電極化現(xiàn)象，反之亦然。利用磁電效應(yīng)可以實(shí)現(xiàn)磁信號到電信號的轉(zhuǎn)換，或電信號到磁信號的轉(zhuǎn)換。2磁電轉(zhuǎn)換元件磁電轉(zhuǎn)換元件，也稱磁電傳感器，是利用磁電效應(yīng)工作的傳感器，它可以將磁場強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為電信號，或?qū)㈦娦盘栟D(zhuǎn)換為磁場。3測量原理磁電轉(zhuǎn)換元件的測量原理是基于磁電效應(yīng)。當(dāng)磁電轉(zhuǎn)換元件置于磁場中時，其內(nèi)部會產(chǎn)生電極化，從而在元件的兩端產(chǎn)生電壓，電壓的大小與磁場強(qiáng)度成正比。磁阻效應(yīng)原理磁阻效應(yīng)是指材料的電阻率在磁場作用下發(fā)生變化的現(xiàn)象。當(dāng)電流通過導(dǎo)體或半導(dǎo)體時，磁場會對運(yùn)動中的電子施加洛倫茲力，導(dǎo)致電子偏轉(zhuǎn)，從而增加電阻。磁阻效應(yīng)的強(qiáng)度與材料的性質(zhì)、磁場強(qiáng)度以及電流方向有關(guān)。磁阻元件與測量1磁阻效應(yīng)材料電阻隨磁場變化2磁阻元件利用磁阻效應(yīng)制成3測量原理磁場變化引起電阻變化4應(yīng)用場景磁場傳感器磁阻元件是一種將磁場變化轉(zhuǎn)化為電阻變化的器件，廣泛應(yīng)用于磁場傳感器。振動樣品磁強(qiáng)儀原理振動樣品磁強(qiáng)儀的工作原理振動樣品磁強(qiáng)儀利用樣品在磁場中振動產(chǎn)生的電壓信號來測量樣品的磁化強(qiáng)度。樣品振動樣品在磁場中振動，會切割磁力線，產(chǎn)生感應(yīng)電流。感應(yīng)電壓信號感應(yīng)電流通過線圈，產(chǎn)生電壓信號，該信號的幅度與樣品的磁化強(qiáng)度成正比。振動樣品磁強(qiáng)儀測量樣品振動樣品以特定頻率振動，產(chǎn)生可測量的磁矩變化，并將其轉(zhuǎn)換為電壓信號。信號檢測檢測系統(tǒng)通過感應(yīng)線圈接收振動樣品產(chǎn)生的磁信號，并將其放大。數(shù)據(jù)分析通過分析得到的電壓信號，可計(jì)算出樣品的磁化強(qiáng)度、磁化率等磁學(xué)參數(shù)。結(jié)果顯示數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)將測量結(jié)果以圖表或數(shù)值形式顯示出來，方便用戶分析和理解?？偨Y(jié)與展望磁性測量技術(shù)磁性測量技術(shù)不斷發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，為科技進(jìn)步和社會發(fā)展提供了強(qiáng)有力的支撐。