振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)（VSM）簡(jiǎn)介
一． 概述：
作為物質(zhì)（特別是鐵磁性材料）內(nèi)稟磁性檢測(cè)的通用設(shè)備，振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)（VSM）因其投資小,、堅(jiān)固耐用,，特別是運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用極低等顯著優(yōu)點(diǎn)而被世界各國(guó)廣泛運(yùn)用于科研、教學(xué)和生產(chǎn)檢測(cè)等眾多領(lǐng)域,，為人類的科技進(jìn)步作出了巨大貢獻(xiàn),。其工作原理大體如圖所示。

其中,，驅(qū)動(dòng)元w的功率輸出饋給振動(dòng)子v,，以使振桿p帶動(dòng)被外磁化場(chǎng)He磁化了的樣品s做小幅正弦式上下振動(dòng)，探測(cè)線圈C所“感知”到的樣品s的信號(hào)電壓輸出饋給相關(guān)接受放大系統(tǒng)（-K）,。磁場(chǎng)探測(cè)單元G的輸出VH與（-K）放大單元的輸出VJ同相位地一并饋給數(shù)據(jù)處理單元D,。從而當(dāng)He變化一個(gè)周期后，D即可繪出樣品s的J-He曲線,，此處的J定義為樣品s的總磁矩,，即J=MV=σm，其M,、V,、σ、m分別表示樣品s的磁化強(qiáng)度,，體積,，比（質(zhì)量）磁化強(qiáng)度及質(zhì)量。D所處理的是兩路電壓信號(hào),，即（-K）一路代表磁矩而G一路代表相對(duì)應(yīng)的外磁化場(chǎng)He,，因此必須特別注意zui后繪制出的J-He曲線（或M-He、σ-He）未必能正確表示所測(cè)樣品s的磁特性,，因?yàn)閂SM為開(kāi)磁路測(cè)量,，其所記錄的磁化場(chǎng)He未必就是樣品s的內(nèi)磁場(chǎng)，要想得到s的真實(shí)磁化強(qiáng)度與內(nèi)磁場(chǎng)Hi的函數(shù)關(guān)系,，必須將所測(cè)得的He轉(zhuǎn)化成Hi,，并將所測(cè)J-He曲線轉(zhuǎn)化成J-Hi曲線——此曲線才是樣品s的真實(shí)特性。要做到這點(diǎn),，就必須預(yù)知樣品s的在He方向上的退磁因子N,，利用Hi=He-NM關(guān)系逐點(diǎn)求出與（MHe）相對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)點(diǎn)（MHi），從而繪成M-Hi（或J-Hi）曲線,，并可利用B=Hi+4πM的關(guān)系式繪制出技術(shù)參量B-Hi曲線,，由此曲線求得諸如硬磁材料樣品s的剩磁Br,、矯頑力BHc、zui大磁能級(jí)（BHi）max等磁學(xué)量,。要做到以上幾點(diǎn),，關(guān)鍵是要知道s在被測(cè)方向上的N，而這在一般情況下是辦不到的,。通常在旋轉(zhuǎn)橢球體及其退化形式如球形,、薄膜形、線形等特殊形狀的樣品時(shí),，方能夠用VSM準(zhǔn)確測(cè)出內(nèi)稟磁性與內(nèi)磁化場(chǎng)的函數(shù)關(guān)系,，并可由此關(guān)系推演出有關(guān)技術(shù)參量（即Ｂ-Hi）。從此點(diǎn)也可說(shuō)VSM的*功能是測(cè)材料的飽和磁化強(qiáng)度,，不提先決條件而夸大VSM功能的宣傳內(nèi)容都是不可取的,。
VSM有一項(xiàng)衡量其水平高低的主要技術(shù)指標(biāo)：zui高靈敏度。此數(shù)值應(yīng)指在特定條件下（主要是指磁極與樣品的距離以及外磁化場(chǎng)He的大?。┰撛O(shè)備所能探測(cè)到的樣品zui小信號(hào),，即小于此數(shù)值的信號(hào)將被淹沒(méi)在背景噪音中而無(wú)法檢測(cè)出。
一般而論,，磁極間距越小,，磁極越靠近樣品，靈敏度將越高,，但隨之而來(lái)的則導(dǎo)致磁場(chǎng)鞍部區(qū)變窄,測(cè)試結(jié)果的重復(fù)性降低,不可靠性增大，這是我們不希望出現(xiàn)的現(xiàn)象..而要改變此情況,，就必須將檢測(cè)線圈間距增加（即磁極間距增大）,，但此時(shí)將導(dǎo)致zui高靈敏度的下降。因此,，被測(cè)信號(hào)的可信賴度與系統(tǒng)的zui高靈敏度是互相矛盾的,，單強(qiáng)調(diào)一方面顯然是不恰當(dāng)?shù)摹Ａ硗?，較小的磁極間距無(wú)法作變溫測(cè)量,。我廠產(chǎn)品的磁極間距為50mm，檢測(cè)線圈間距為30mm,，常溫與高,、低溫測(cè)量都是在此條件下進(jìn)行，這既保證了測(cè)試結(jié)果的可靠性,，又保證了具有足夠高的靈敏度（5-3×10-5emu）,。
下圖是我廠產(chǎn)品中檢測(cè)線圈間距與zui高靈敏度間的實(shí)測(cè)結(jié)果:

He越大則可能導(dǎo)致背景噪音增大從而zui高靈敏度下降，這實(shí)際上是磁場(chǎng)電源質(zhì)量好壞的一種體現(xiàn),。我廠產(chǎn)品的zui高靈敏度測(cè)試條件是在額定zui高磁場(chǎng)的80%內(nèi)測(cè)量,。
故而,，凡不提前提條件而僅表述VSM的zui高靈敏度，是有誤導(dǎo)使用者之嫌,。另外,，zui高靈敏度是以背景噪音的尺度來(lái)衡量的，因而,，對(duì)噪音的標(biāo)度方法不同（采用均方值,？峰-峰值？）,，即使是同一設(shè)備,，其結(jié)果也不同。我單位采用的是峰-峰值標(biāo)度方法,。

二．本廠生產(chǎn)的VSM型式規(guī)格：
1．低場(chǎng)型（LH型）
利用無(wú)鐵芯線圈對(duì)產(chǎn)生磁化場(chǎng),，zui大值為±400 Oe；無(wú)觸點(diǎn)平滑過(guò)零自動(dòng)掃描電源,，有手動(dòng),、自動(dòng)兩種工作模式，在自動(dòng)狀態(tài)下可以人為控制掃描速度,。特點(diǎn)為無(wú)電磁鐵型的剩磁效應(yīng),，操作空間大，磁場(chǎng)均勻空間廣,，特別適合特軟磁性薄膜的測(cè)量工作,。由于其探頭可隨時(shí)移出工作區(qū)，因而可適合特軟薄膜磁電阻效應(yīng)的測(cè)量,。（諸如GMR,、TMR、AMR,、鐵磁/反鐵磁交換偏置效應(yīng)等的研究工作）,。
由于其投資少，還特別適合高年級(jí)學(xué)生及研究生的實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作,。
技術(shù)參數(shù)及特點(diǎn)：Hmax=±400 Oe,，在此范圍內(nèi)可任意調(diào)節(jié)、且不用高斯計(jì)檢測(cè)磁場(chǎng),。樣品所處空間位置可由振動(dòng)頭三維調(diào)節(jié),，故極易將樣品置于*工作點(diǎn)，zui高靈敏度3~5×10-5emu（探測(cè)線圈間距30mm時(shí)）,；探測(cè)線圈間距可人為隨時(shí)調(diào)整,，以適用不同需要。由于探測(cè)線圈可方便地移離工作區(qū)而將均勻磁場(chǎng)區(qū)出空,，故在配以磁電阻測(cè)量單元時(shí),，可方便地進(jìn)行MR的檢測(cè)工作,，可作教學(xué)設(shè)備。配以兩路數(shù)據(jù)處理單元以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)曲線的觀察,、記錄和保存,；可配變溫裝置以實(shí)現(xiàn)變溫測(cè)量。

銷售記錄

2.電磁鐵型（HH型）
電磁鐵配以可調(diào)大功率自動(dòng)掃描電源以獲取所需外磁化場(chǎng),，樣品驅(qū)動(dòng)單元直接架設(shè)在電磁鐵磁軛上以實(shí)現(xiàn)造型的美觀化,，且可調(diào)節(jié)樣品的任意被測(cè)方向，以實(shí)現(xiàn)各向異性的檢測(cè)需求,。磁場(chǎng)強(qiáng)度及靈敏度檔次可由用戶自行決定,。
技術(shù)規(guī)格及特點(diǎn)：
1、磁化場(chǎng)由電磁鐵和高穩(wěn)定度,、低紋波系數(shù)的自動(dòng)平滑過(guò)零掃描電源聯(lián)合提供,，同時(shí)，電源設(shè)有手動(dòng)調(diào)節(jié)模式,，可設(shè)置在所需穩(wěn)恒磁場(chǎng)的恒流狀態(tài)下測(cè)量,；在自動(dòng)掃描模式狀態(tài)，能在設(shè)定的磁化場(chǎng)范圍內(nèi),，通過(guò)選定的掃描速度而實(shí)現(xiàn)在該磁場(chǎng)范圍內(nèi)的自動(dòng)掃描,。目前，zui高磁場(chǎng)強(qiáng)度有2×104Oe,、1.5×104Oe,、1×104Oe等可供選擇；
2,、振動(dòng)頭（即前述的V）可在三維方向調(diào)節(jié)振桿（P）的位置,，因而可將樣品（s）置于*工作點(diǎn)。
3,、磁場(chǎng)大小由多檔高斯計(jì)直接測(cè)量，其表頭直接顯示實(shí)際磁場(chǎng)大小并將相應(yīng)信號(hào)饋給數(shù)據(jù)處理單元,，以實(shí)現(xiàn)與磁矩測(cè)量單元一 一對(duì)應(yīng)的實(shí)時(shí)數(shù)字化記錄,。
4、檢測(cè)線圈由相應(yīng)機(jī)構(gòu)緊壓在兩極面上,，其檢測(cè)線圈zui大間距為30mm,，以保證該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)變溫測(cè)量。且可隨時(shí)取下檢測(cè)線圈以讓出zui大的可利用磁場(chǎng)空間作其他用處（如MR測(cè)量等）,。磁矩測(cè)量信號(hào)和與其對(duì)應(yīng)的其他信號(hào)（磁場(chǎng),、溫度等）可通過(guò)電腦化X-Y記錄儀實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理。
在上述檢測(cè)線圈間距以及磁化場(chǎng)≤104Oe的情況下,，背景噪音峰-峰值（即zui高靈敏度）優(yōu)于3~5×10-5emu,，本廠也可根據(jù)客戶需求,，提供價(jià)格較便宜的高場(chǎng)、更高靈敏度但非變溫型VSM

銷售記錄

正在調(diào)試單位：南京工業(yè)大學(xué)
正在制造單位：安徽工業(yè)大學(xué),、集美大學(xué)

三,、選配件
1、薄膜磁電阻測(cè)量系統(tǒng)：采用差值法測(cè)量MR以實(shí)現(xiàn)△R/R≤0.1％的高靈敏測(cè)量,；樣品夾具可帶動(dòng)樣品做360o轉(zhuǎn)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)不同方向上的MR觀察,，特別適合配在本場(chǎng)生產(chǎn)的LH型VSM上。
　 2,、變穩(wěn)裝置,；
①高溫－采用鉑絲作為發(fā)熱元件，水體冷卻以保證在zui高600℃的情況下?tīng)t體外表仍為室溫,，有效地保護(hù)VSM的檢測(cè)線圈不受到傷害,，且不致產(chǎn)生因檢測(cè)線圈所處溫度不同導(dǎo)致的定標(biāo)常數(shù)的變化。此系統(tǒng)采用手控調(diào)節(jié)的方法,，以保證在導(dǎo)入爐體后,，VSM整體靈敏度不出現(xiàn)下降的現(xiàn)象。以上兩點(diǎn)有效地克服了高溫測(cè)量時(shí)所出現(xiàn)的一些通病,，可作為居里溫度（可自動(dòng)記錄）和內(nèi)稟磁性隨溫度變化規(guī)律的檢測(cè),。
②低溫—采用溫度梯度法，可實(shí)現(xiàn)室溫至77oK的測(cè)量,。非溫控型,。

LH-3型

HH-型