一种基于磁感应强度测量物体磁化率的装置及其测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于磁感应强度测量物体磁化率的装置及其测量方法，该装置包括：磁场机构，包括磁场调制线圈、背景磁场补偿线圈和梯度磁场补偿线圈，其中，磁场调制线圈用于给待测物体施加磁场，使其产生感应磁矩；背景磁场补偿线圈用于降低测量点的背景磁场和背景噪声，使磁场测量机构工作在量程以内并提高测量信噪比；梯度磁场补偿线圈用于补偿磁力计测量点处的梯度磁场，使磁场测量点的背景磁场梯度降低。位移机构，用于改变线圈的间距，并用于调节磁力计的空间位置，将其移动到背景磁场为“零”的区域，从而实现感应磁场的测量，进而实现待测物体磁化率的测量。本发明专利技术具有测量简单方便、测量过程快、对物体的磁化影响小的特点。点。点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于磁感应强度测量物体磁化率的装置及其测量方法


[0001]本专利技术属于磁性精密测量领域，更具体地，涉及一种基于磁感应强度测量物体磁化率的装置及其测量方法。

技术介绍

[0002]目前，世界各国都在竞相开展空间引力波探测计划。空间引力波探测的核心部件为一块超低磁性的检验质量。在检验质量的研制和地面测试阶段，需要不断测量所制备的检验质量的磁化率指标，用以判断检验质量的磁化率是否达到了空间引力波探测需求。现阶段对检验质量的磁化率测量采用传统并且非常成熟的扭摆技术，扭摆具有测量精度高、测量噪声低的特点。但是扭摆测试的过程比较繁琐，测量时需要维持真空环境，不利于快速更换物体；待测信号的周期较长，导致测量总时间比较长；为了达到一定的精度需要给物体施加较大的磁场，可能导致物体被磁化。
[0003]因此，需要提出了一种新的磁化率测量装置和方法，来解决现有技术存在测量过程繁琐、周期长、易导致物体被磁化的问题。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供了一种基于磁感应强度测量物体磁化率的装置及其测量方法，具有测量简单方便、测量过程快、对物体的磁化影响小的特点。
[0005]为实现上述目的，第一方面，本专利技术提供了一种基于磁感应强度测量物体磁化率的装置，包括磁场机构、磁场测量机构、位移机构和处理机构，其中，
[0006]磁场机构，包括电流发生单元及依次同轴间隔设置的结构尺寸相同的线圈C1～C4，待测物体放置在线圈C1和C2之间，磁场测量机构设置在线圈C2和C3轴心连线的中点及线圈C1和C4轴心连线的中点重合处；其中，电流发生单元用于分别向线圈C1～C4提供一定频率的交流调制电流；线圈C1用于产生交流磁场B
s
，使待测物体产生交流感应磁矩m
i
；
[0007]位移机构，包括多自由度位移台和单自由度位移台，多自由度位移台用于调节磁场测量机构的空间位置，使磁场测量机构所在测量点处的轴向磁场最低，单自由度位移台用于调节各线圈之间的间距，使测量点处的轴向磁场梯度最低；其中，线圈C4用于产生与所述交流磁场B
s
等大反向的磁场，抵消线圈C1在测量点处产生的轴向磁场；线圈C2和C3用于产生等大反向的磁场，抵消测量点处的轴向磁场梯度；
[0008]处理机构，用于在测量点处轴向磁场和轴向磁场梯度均调节至最低时，采集所述磁场测量机构测量到的一段轴向磁场数据，并对该数据进行频谱分析找到其峰值点B
zf
，该峰值点为交流感应磁矩在空间激发出的感应磁场B
iz
；根据待测物体的体积选用不同的设定公式，并结合交流磁场B
s
和磁场测量机构到待测物体的相对位置矢量R，计算得到待测物体的磁化率。
[0009]本专利技术提供的基于磁感应强度测量物体磁化率的装置，将待测物体放置在调制线圈一侧，并在调制线圈中通入一定频率的交变调制电流，可使物体产生同频的感应磁矩信
号，而无需悬挂、振动或周期性移动样品，具有测量速度快、测量周期短的特点；同时施加的调制磁场为uT量级时，即可使铜等磁化率极低的厘米级物体产生10pT量级的感应磁场信号，从而满足原子磁力仪等高精度磁传感器的测量分辨率，而uT量级的磁场远小于地磁场的平均水平，因此基本不用考虑测量过程中样品被磁化的问题。
[0010]在其中一个实施例中，所述处理机构还用于在测量点处轴向磁场和轴向磁场梯度均调节至最低时，采集待测物体移除后所述磁场测量机构测量到的一段轴向磁场数据，并对该数据进行频谱分析找到其峰值点B
zf0
；然后将峰值点B
zf
与B
zf0
作差得到感应磁场B
iz
，再根据待测物体的体积选用不同的设定公式，并结合交流磁场B
s
和磁场测量机构到待测物体的相对位置矢量R，计算得到待测物体的磁化率。
[0011]在其中一个实施例中，当所述待测物体的体积小于或等于5mm3时，所述设定公式为：
[0012][0013]当所述待测物体的体积大于5mm3时，所述设定公式为：
[0014][0015]式中，μ0表示真空磁导率；待测物体产生的交流感应磁矩m
i
被等效为位于其质心的单个磁偶极子，与待测物体磁化率χ的关系为：V表示待测物体的体积。
[0016]在其中一个实施例中，所述磁场测量机构采用磁力计；所述单自由度位移台包括四个位移台，线圈C1～C4对应设置在四个位移台上，其中，设置线圈C1和C4的两个位移台和线圈C2和C3的两个位移台分别连接在一精密丝杆的两端，两个精密丝杆两端的螺纹螺距相同但是方向相反。
[0017]在其中一个实施例中，线圈C1和C2的间距D
12
根据所述待测物体的尺寸进行确定；线圈C2和C3的间距D
23
根据所述磁力计和多自由度位移台的尺寸进行确定；待测物体与测量点处的距离根据所述磁力计磁场测量分辨率以及所述感应磁场随待测物体与磁力计距离衰减的情况进行确定；测量点处的轴向磁场梯度最低通过调节通入线圈C1和C2的交流调制电流比、及线圈C1和C4的间距D
14
实现。
[0018]在其中一个实施例中，交流磁场B
s
根据待测物品最小可被探测的感应磁矩δ
mi
、磁化率测量分辨率及待测物品的体积V确定。
[0019]在其中一个实施例中，所述电流发生单元包括一电流发生器、两变阻器和两电流表，其中，线圈C1、一变阻器、一电流表和线圈C4相连构成第一电流支路，线圈C2、另一变阻器、另一电流表和线圈C3相连构成第二电流支路，第一电流支路和第二电流支路并联后与电流发生器串联；并通过调整线圈C1～C4输入输出接口的连接顺序，使通入线圈C1和C4、线圈C1和C2、及线圈C2和C3的交流调制电流均等大反向，两变阻器用于调整线圈C1和线圈C2的电流之比，从而使测量点处的磁场梯度最低。
[0020]在其中一个实施例中，所述交流调制电流的频率f≤f
s
/2，f
s
为磁力计的采样频率。
[0021]在其中一个实施例中，还包括磁场屏蔽机构，所述磁场屏蔽机构采用磁屏蔽室，所述磁场机构、磁场测量机构和位移机构均设置在所述磁屏蔽室内；所述待测物体通过载物台设置在线圈C1和C2之间，且所述载物台采用无磁的有机玻璃支架和台面。
[0022]第二方面，本专利技术提供了一种利用上述所述的基于磁感应强度测量物体磁化率的装置进行磁化率测量的方法，包括如下步骤：
[0023](1)将包含磁场机构和位移机构在内的各个部件放置在磁屏蔽室内部，然后将磁力仪探头固定在多自由度位移台台面上，通过激光测量仪找到线圈轴线所在位置，然后将磁力计的z轴调节到和线圈轴线重合，然后固定其他调节自由度，只保留z方向自由度，后续调节过程只需使磁力计在z轴上进行移动；
[0024](2)打开磁力仪，实时记录和查看磁场本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于磁感应强度测量物体磁化率的装置，其特征在于，包括磁场机构、磁场测量机构、位移机构和处理机构，其中，磁场机构，包括电流发生单元及依次同轴间隔设置的结构尺寸相同的线圈C1～C4，待测物体放置在线圈C1和C2之间，磁场测量机构设置在线圈C2和C3轴心连线的中点及线圈C1和C4轴心连线的中点重合处；其中，电流发生单元用于分别向线圈C1～C4提供一定频率的交流调制电流；线圈C1用于产生交流磁场B
s
，使待测物体产生交流感应磁矩m
i
；位移机构，包括多自由度位移台和单自由度位移台，多自由度位移台用于调节磁场测量机构的空间位置，使磁场测量机构所在测量点处的轴向磁场最低，单自由度位移台用于调节各线圈之间的间距，使测量点处的轴向磁场梯度最低；其中，线圈C4用于产生与所述交流磁场B
s
等大反向的磁场，抵消线圈C1在测量点处产生的轴向磁场；线圈C2和C3用于产生等大反向的磁场，抵消测量点处的轴向磁场梯度；处理机构，用于在测量点处轴向磁场和轴向磁场梯度均调节至最低时，采集所述磁场测量机构测量到的一段轴向磁场数据，并对该数据进行频谱分析找到其峰值点B
zf
，该峰值点为交流感应磁矩m
i
在空间激发出的感应磁场B
iz
；根据待测物体的体积选用不同的设定公式，并结合交流磁场B
s
和磁场测量机构到待测物体的相对位置矢量R，计算得到待测物体的磁化率。2.根据权利要求1所述的基于磁感应强度测量物体磁化率的装置，其特征在于，所述处理机构还用于在测量点处轴向磁场和轴向磁场梯度均调节至最低时，采集待测物体移除后所述磁场测量机构测量到的一段轴向磁场数据，并对该数据进行频谱分析找到其峰值点B
zf0
；然后将峰值点B
zf
与B
zf0
作差得到感应磁场B
iz
，再根据待测物体的体积选用不同的设定公式，并结合交流磁场B
s
和磁场测量机构到待测物体的相对位置矢量R，计算得到待测物体的磁化率。3.根据权利要求2所述的基于磁感应强度测量物体磁化率的装置，其特征在于，当所述待测物体的体积小于或等于5mm3时，所述设定公式为：当所述待测物体的体积大于5mm3时，所述设定公式为：式中，μ0表示真空磁导率；待测物体产生的交流感应磁矩m
i
被等效为位于其质心的单个磁偶极子，与待测物体磁化率χ的关系为：V表示待测物体的体积。4.根据权利要求2所述的基于磁感应强度测量物体磁化率的装置，其特征在于，所述磁场测量机构采用磁力计；所述单自由度位移台包括四个位移台，线圈C1～C4对应设置在四个位移台上，其中，设置线圈C1和C4的两个位移台和线圈C2和C3的两个位移台分别连接在一精密丝杆的两端，两个精密丝杆两端的螺纹螺距相同但是方向相反。5.根据权利要求4所述的基于磁感应强度测量物体磁化率的装置，其特征在于，线圈C1
和C2的间距D
12
根据所述待测物体的尺寸进行确定；线圈C2和C3的间距D
23
根据所述磁力计和多自由度位移台的尺寸进行确定；待测物体与测量点处的距离根据所述磁力计磁场测量分辨率以及所述感应磁场随待测物体与磁力计距离衰减的情况进行确定；测量点处的轴向磁场梯度最低通过调节通入线圈C1和C2的交流调制电流比、及线圈C1和C4的间距D
14
实现。6.根据权利要求5所述的基于磁感应强度测量物体磁化率的装置，其特征在于，交流磁场B
s
根据待测物品最小可被探测的感应磁矩δ
mi
、磁化率测量分辨率及待测物品的体积V确定。7.根据权利要求6所述的基于磁感应强度测量物体磁化率的装置，其特征在于，所述电流发生单元包括一电流发生器、两变阻器和两电流表，其中，线圈C1、一变阻器、一电流表和线圈C4相连构成第一电流支路，线圈C2、另一变阻器、另一电流表和线圈C3相连构成第二电流支路，第一电流支路和第二电流支路并联后与电流发生器串联；并通过调整线圈C1～C4输入输出接口的连接顺序，使通入线圈C1和C4、线圈C1和C2、及线圈C2和C3的交流调制电流均等大反向，两变阻器用于调整线圈C1...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞远阳，张卜天，霍彦聪，尹航，潘东华，王顺，周泽兵，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：