交流磁化率测量是基于物质在交变磁场下的磁响应特性来获取其磁信息的一种技术。当对样品施加一个交变磁场时,样品会被磁化,产生感应磁场。根据电磁感应定律和磁学基本理论,样品的磁化强度与交变磁场的强度、频率以及样品自身的磁学性质相关。
在交变磁场作用下,样品内部磁畴会发生转动、壁移等运动,以顺应外磁场的变化。这种磁畴的运动会导致样品产生额外的磁通量变化,进而在环绕样品的检测线圈中诱导出感应电动势。通过准确测量该感应电动势的大小、相位等参数,并结合已知的交变磁场参数,运用相关的磁学公式和模型计算,就能够确定样品的交流磁化率。交流磁化率通常是一个复数,其实部反映了样品在交变磁场下的储能能力,虚部则与能量损耗相对应,描述了样品的动态磁特性。
交流磁化率测量步骤:
1.准备工作:
-检查仪器:确保装置各部件正常,如线圈无断裂、绝缘良好,信号发生器、锁相放大器等仪器能正常工作且校准准确。
-样品准备:将待测样品加工成合适形状和尺寸,使其能均匀处于磁场中,并保证表面平整、清洁,无杂质和缺陷,对于小块样品可使用低温真空导热脂等固定在样品托上。
-安装样品:把准备好的样品放置在测量装置的特定位置,如线圈组中的拾取线圈中心或霍尔传感器的感应区域等,确保安装牢固且位置准确。
2.设置参数:
-温度控制:根据实验要求,设定温控仪的温度值,使样品处于预定的测试温度环境。若需研究温度对交流磁化率的影响,可设置多个不同的温度点进行测量。
-激励源设置:调节交流电流源或信号发生器的参数,设定合适的交流电频率和大小。一般来说,可根据样品的特性和测量需求选择不同的频率范围,如测量超导材料时可能选择较低的频率,而对于一些磁性材料的高频特性研究则会选择较高的频率。
-测量仪器设置:设置锁相放大器的参数,如时间常数、量程、信号模式等,以确保能准确测量和放大微弱的信号。同时,要保证锁相放大器的参考信号输入端接收到的信号与被测信号相关,便于准确提取和测量交流磁化率信号。
3.测量过程:
-施加磁场:开启交流电流源或信号发生器,使激励线圈产生交变磁场,该磁场会作用于样品,使样品内部磁矩发生变化。
-采集信号:通过拾取线圈或霍尔传感器等部件,感应样品磁矩变化产生的信号,并将该信号传输至前置放大器进行放大处理,再由锁相放大器进行准确测量和分析,得到与样品交流磁化率相关的电压、电流等信号数据。
-记录数据:使用计算机或数据采集器等设备,实时记录测量过程中的各种参数和数据,包括不同频率下的信号幅值、相位等信息,以便后续分析和处理。
4.交流磁化率测量具有数据处理与分析:
-数据整理:对采集到的数据进行整理和筛选,去除异常数据点,确保数据的准确性和可靠性。
-计算磁化率:根据测量得到的信号数据,结合已知的物理公式和测量装置的参数,计算出样品在不同频率下的交流磁化率实部和虚部等参数。
-结果分析:对计算得到的交流磁化率数据进行分析,绘制交流磁化率随频率、温度等变量的变化曲线,研究样品的磁性特性、磁化动力学过程以及可能存在的相变等现象。