交流磁化率测量装置及其测量方法制造方法及图纸

技术编号:20912806 阅读:27 留言:0更新日期:2019-04-20 08:59
本发明专利技术提供了一种交流磁化率测量装置,包括:激励线圈,其用于在通电状态下产生激励磁场;位于所述激励线圈内部的霍尔传感器,所述霍尔传感器包括两个电流输入端和两个电压输出端,所述两个电流输入端中的偏置电流的方向平行于所述激励线圈内部的激励磁场的方向;第一信号发生器,用于给所述激励线圈提供第一频率的交流激励;第二信号发生器,其输出端连接至所述霍尔传感器的两个电流输入端,用于给所述霍尔传感器提供第二频率的交流激励;锁相放大器,测量所述霍尔传感器的电压输出信号;以及第三信号发生器为所述锁相放大器提供第三频率参考信号。本发明专利技术的交流磁化率测量装置在低频下具有测量精度高、信噪比高等优异性能。

AC susceptibility measuring device and its measuring method

The invention provides an AC susceptibility measuring device, which includes: an excitation coil for generating an excitation magnetic field in an electrified state; a Hall sensor located in the inner part of the excitation coil, which comprises two current input terminals and two voltage output terminals, and the direction of bias current in the two current input terminals is parallel to the excitation in the inner part of the excitation coil. The direction of magnetic field; the first signal generator for providing the first frequency AC excitation to the excitation coil; the second signal generator whose output terminal is connected to the two current input terminals of the Hall sensor for providing the second frequency AC excitation to the Hall sensor; the phase-locked amplifier for measuring the voltage output signal of the Hall sensor; and the third signal. Generator No. 3 provides a third frequency reference signal for the PLA. The AC susceptibility measuring device of the invention has excellent performance of high measurement accuracy and high signal-to-noise ratio at low frequency.

【技术实现步骤摘要】
交流磁化率测量装置及其测量方法
本专利技术涉及磁化率测量领域,具体涉及一种交流磁化率测量装置及其测量方法。
技术介绍
当在磁性样品上施加一个交变磁场时,磁性样品自身会诱导产生一个交变磁矩,该磁矩与交变磁场的比值就是磁性样品的交流磁化率。由于磁性样品在交变磁场下诱导的磁矩随时间震荡,因此从交流磁化率可以得到样品的磁化动力学信息。交流磁化率是表征物质性质的重要参数,在自旋玻璃、超顺磁、磁相变及超导等领域都有很广泛的应用。图1是现有技术中的一种交流磁化率测量装置的示意图,如图1所示,交流磁化率测量装置1包括初级激励线圈11和次级感应线圈12、13。次级感应线圈12和13位于初级激励线圈11中,两者匝数相同、缠绕方向相反。初级激励线圈11的两端连接至交流电源14,次级感应线圈12、13串联连接至电压表15。由[Mn12O12(CH3COO)16(H2O)4](0.2毫米×0.2毫米×0.4毫米)制成的磁性待测样品16(图1所示黑色块体)放置在次级感应线圈12的内部,初级激励线圈11中产生的交变磁场诱导样品16产生交变磁矩,该交变磁矩在次级感应线圈12中诱导产生感应电动势,初级线圈11产生的磁场在次级线圈12中诱导产生的感应电动势被反向绕制的次级线圈13产生的反向感应电动势所抵消。因此,次级线圈12、13串联后两端的总感应电动势仅由样品16产生,通过测量该感应电动势得到磁性样品16的交流磁化率信息。图2和图3分别是图1所示的交流磁化率测量装置测量磁性样品频率为13赫兹下的交流磁化率的实部和虚部随温度变化曲线图。从图2和3可以看出,交流磁化率的实部和虚部随着温度无规则变化,因此无法得知磁性样品交流磁化率随外界环境的变化规律。由于上述使用探测线圈测量磁性样品的交流磁化率的原理是基于法拉第电磁感应定律,因此感应电动势正比于线圈内磁通量的变化率。在高频测量区,由于次级线圈12和13在实际绕制过程中的不会完全对称使得初级激励线圈11产生的高频磁场在次级感应线圈12、13中产生的感应电动势无法完全抵消而产生较大的测量本底信号。更重要的是,在低频测量区低频交流电使得探测线圈12和13上感生的电动势较低,因此信噪比很差。另外,新发现的磁性材料样品的体积通常很小,其磁矩也很小,这对于测量精度提出更高的要求。因此目前基于法拉第电磁感应定律使用探测线圈的交流磁化率测量装置1无法满足在低频区测量小磁矩的样品交流磁化率的需求。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述技术问题,本专利技术的实施例提供了一种交流磁化率测量装置,包括:激励线圈,其用于在通电状态下产生激励磁场;位于所述激励线圈内部的霍尔传感器,所述霍尔传感器包括两个电流输入端和两个电压输出端,所述两个电流输入端中的偏置电流的方向平行于所述激励线圈内部的激励磁场的方向;第一信号发生器,其输出端连接至所述激励线圈的两端,用于给所述激励线圈提供第一频率的交流激励;第二信号发生器,其输出端连接至所述霍尔传感器的两个电流输入端,用于给所述霍尔传感器提供第二频率的交流激励;锁相放大器,其信号输入端连接至所述霍尔传感器的两个电压输出端;以及第三信号发生器,其输出第三频率的交流激励至所述锁相放大器的参考信号输入端。优选的,所述霍尔传感器呈十字形,所述霍尔传感器的两个电流输入端相对设置、且平行于所述激励磁场的方向。优选的,所述霍尔传感器的两个电压输出端被布置在与所述两个电流输入端中的偏置电流垂直的同一直线上。优选的,所述霍尔传感器的十字交叉处具有用于固定磁性样品的粘附剂。优选的,所述激励线圈呈螺线管状。优选的,还包括非磁性材料制成的支架,所述支架位于所述激励线圈内部,所述支架具有与所述激励磁场的方向平行的定位平面,所述霍尔传感器被设置在所述定位平面上。优选的,所述第三频率等于所述第一频率与第二频率之差或之和。优选的,所述第一信号发生器、第二信号发生器和第三信号发生器输出的频率连续可调且具有共同的时钟触发。本专利技术还提供了一种基于上述交流磁化率测量装置的测量方法,包括下列步骤:步骤1),将待测样品粘附在所述霍尔传感器的感应区域;步骤2),将所述霍尔传感器放置在所述激励线圈内部,使得所述霍尔传感器的偏置电流的方向平行于所述激励线圈内部的激励磁场的方向;步骤3),控制所述待测样品的温度为预定的温度值;步骤4),调节所述第一信号发生器的输出频率以给所述激励线圈提供第一频率的交流激励,调节所述第二信号发生器的输出频率以给所述霍尔传感器提供第二频率的交流激励,调节所述第三信号发生器输出频率以给所述锁相放大器的参考信号输入端提供第三频率的交流激励;步骤5),使用所述锁相放大器测量所述霍尔传感器的电压输出端的电压。本专利技术的交流磁化率测量装置在低频下具有测量精度高、信噪比性能优异等优异性能。附图说明以下参照附图对本专利技术实施例作进一步说明,其中:图1是现有技术中的一种交流磁化率测量装置的示意图。图2是图1所示的交流磁化率测量装置测量[Mn12O12(CH3COO)16(H2O)4](0.2毫米×0.2毫米×0.4毫米)磁性样品频率为13赫兹下的交流磁化率的实部随温度变化曲线图。图3是图1所示的交流磁化率测量装置测量[Mn12O12(CH3COO)16(H2O)4](0.2毫米×0.2毫米×0.4毫米)磁性样品频率为13赫兹下的交流磁化率的虚部随温度变化曲线图。图4是根据本专利技术较佳实施例的交流磁化率测量装置的示意图。图5是使用图4所示的交流磁化率测量装置测量[Mn12O12(CH3COO)16(H2O)4](0.2毫米×0.2毫米×0.4毫米)磁性样品频率分别为3Hz、13Hz、33Hz、77Hz和133Hz下的交流磁化率实部随温度变化曲线图。图6是图4所示的交流磁化率测量装置测量[Mn12O12(CH3COO)16(H2O)4](0.2毫米×0.2毫米×0.4毫米)磁性样品频率分别为3Hz、13Hz、33Hz、77Hz和133Hz下的交流磁化率虚部随温度变化曲线图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图通过具体实施例对本专利技术进一步详细说明。图4是根据本专利技术较佳实施例的交流磁化率测量装置的示意图。如图4所示,交流磁化率测量装置2包括支架25、螺线管状激励线圈21。支架25由非磁性材料制成,呈半圆柱状,其具有与激励线圈21的内侧壁的一部分相适配的圆弧面251(图4中以虚线示出)和与激励线圈21的轴向平行的定位平面252。交流磁化率测量装置2还包括由GaAs/AlGaAs异质结制成的片状霍尔传感器22,霍尔传感器22粘附在支架25的定位平面252上、且平行于该定位平面252。霍尔传感器22呈十字形,其具有相对设置的电流输入端221、222,以及相对设置的电压输出端223、224。由于设置在同一直线上的电流输入端221、222平行于激励线圈21的轴向,因此当霍尔传感器22的电流输入端221、222通电时,霍尔传感器22中的偏置电流方向平行于激励线圈21内部的磁场方向,从而使得激励磁场不会在霍尔传感器22上诱导产生霍尔电压。交流磁化率测量装置2还包括与霍尔传感器22的电压输出端223、224相连的锁相放大器23,频率连续可调的信号发生器2a、2b和2c,触发时钟2d以及用于数据采集的计算机26本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种交流磁化率测量装置,其特征在于,包括:激励线圈,其用于在通电状态下产生激励磁场;位于所述激励线圈内部的霍尔传感器,所述霍尔传感器包括两个电流输入端和两个电压输出端,所述两个电流输入端中的偏置电流的方向平行于所述激励线圈内部的激励磁场的方向;第一信号发生器,其输出端连接至所述激励线圈的两端,用于给所述激励线圈提供第一频率的交流激励;第二信号发生器,其输出端连接至所述霍尔传感器的两个电流输入端,用于给所述霍尔传感器提供第二频率的交流激励;锁相放大器,其信号输入端连接至所述霍尔传感器的两个电压输出端;以及第三信号发生器,其输出第三频率的交流激励至所述锁相放大器的参考信号输入端。

【技术特征摘要】
1.一种交流磁化率测量装置,其特征在于,包括:激励线圈,其用于在通电状态下产生激励磁场;位于所述激励线圈内部的霍尔传感器,所述霍尔传感器包括两个电流输入端和两个电压输出端,所述两个电流输入端中的偏置电流的方向平行于所述激励线圈内部的激励磁场的方向;第一信号发生器,其输出端连接至所述激励线圈的两端,用于给所述激励线圈提供第一频率的交流激励;第二信号发生器,其输出端连接至所述霍尔传感器的两个电流输入端,用于给所述霍尔传感器提供第二频率的交流激励;锁相放大器,其信号输入端连接至所述霍尔传感器的两个电压输出端;以及第三信号发生器,其输出第三频率的交流激励至所述锁相放大器的参考信号输入端。2.根据权利要求1所述的交流磁化率测量装置,其特征在于,所述霍尔传感器呈十字形,所述霍尔传感器的两个电流输入端相对设置、且平行于所述激励磁场的方向。3.根据权利要求2所述的交流磁化率测量装置,其特征在于,所述霍尔传感器的两个电压输出端被布置在与所述两个电流输入端中的偏置电流垂直的同一直线上。4.根据权利要求2所述的交流磁化率测量装置,其特征在于,所述霍尔传感器的十字交叉处具有用于固定磁性样品的粘附剂。5.根据权利要求1所述的交流磁化率测量装置,其特征在于,所述激励线圈呈螺线管状。6....

【专利技术属性】
技术研发人员:米振宇宋小会苏少奎王云平
申请(专利权)人:中国科学院物理研究所
类型:发明
国别省市:北京,11

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