[发明专利]一种磁矩的测量装置及方法有效
申请号: | 202011486922.X | 申请日: | 2020-12-16 |
公开(公告)号: | CN112782623B | 公开(公告)日: | 2023-10-24 |
发明(设计)人: | 缪培贤;冯浩;涂建辉;廉吉庆;王剑祥;张金海;崔敬忠;刘志栋;杨世宇;刘宗鑫 | 申请(专利权)人: | 兰州空间技术物理研究所 |
主分类号: | G01R33/12 | 分类号: | G01R33/12 |
代理公司: | 北京理工大学专利中心 11120 | 代理人: | 代丽 |
地址: | 730000 甘*** | 国省代码: | 甘肃;62 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 测量 装置 方法 | ||
本发明公开了一种磁矩的测量装置及方法。本发明利用抽运‑检测型铷原子磁力仪高灵敏度地测量绝对磁场,实现了载流标准线圈(或磁性样品)与铷泡间距线性变化过程中快速测量出载流标准线圈(或磁性样品)的磁矩在铷泡位置产生磁场和本底磁场的代数和,测量磁场值扣除本底磁场后通过数据分析求得载流标准线圈(或磁性样品)的磁矩。载流标准线圈的磁矩测量结果表明,载流标准线圈的磁矩与其在轴线上固定距离处产生的磁场成正比,因此可用距离铷泡固定位置处的载流标准线圈来定标相同位置磁性样品的磁矩,也可采用本发明方法直接测量分析磁性样品的磁矩。
技术领域
本发明涉及磁场测量技术领域,具体涉及一种基于抽运-检测型铷原子磁力仪的磁矩的测量装置及方法。
背景技术
在磁性材料测量领域,目前测量磁矩的常用精密磁强计是超导量子干涉器件(Superconducting Quantum Interference Device,SQUID)磁强计和振动样品磁强计(Vibrating Sample Magnetometer,VSM)。利用SQUID测量磁性样品在磁场中产生的磁矩时,通过传输系统的上下运动使探测线圈中的磁通量产生变化,根据电磁感应定律,探测线圈产生磁感应电动势,该电动势与磁通量变化率成比例,经放大及线圈耦合形成SQUID测得的信号,利用特定公式对一个循环周期(或多循环周期平均成一个循环周期)的信号集合进行数字拟合,即可获得样品的磁矩。VSM是利用样品在探测线圈内上下作周期性高频振动,使探测线圈中的磁通量产生周期性变化,从而生成磁感应电动势,该电动势信号与磁矩成比例。国家标准GB/Z 26082—2010规定了纳米材料直流磁化率(磁矩)测量方法,磁矩测量的磁强计即为SQUID和VSM,具体测量时磁体剩场需小于5Gs。SQUID和VSM测量磁矩的原理中都需控制磁性样品的运动,磁性样品在探测线圈中引起磁通量的变化,从而导致探测线圈感生出电动势,通过样品磁矩与感生电动势成比例得到样品磁矩值。上述测量过程没有直接将磁性样品产生的磁矩溯源到量子自然基准上,样品磁矩的测量误差与探测线圈的设计、感生电动势的测量准确度有关。
软磁材料容易磁化,也容易退磁,矫顽力小是其基本特征,软磁样品磁特性测量是基础研究中的难点问题。目前常用的磁学性能测试系统(SQUID-VSM)都采用超导磁体来提供磁场,在超导磁体电流为零时,由于冻结磁通,剩余磁场可达几十高斯,这对软磁材料磁性能测量会造成很多错误。例如文献“于红云,超导磁体剩余磁场对软磁材料测试的影响[J].物理学报,2014,63(4):047502.”中指出,SQUID超导磁体退磁后剩余磁场有时大于30Gs,由此产生的磁场误差将导致测试的矫顽力、剩磁等数据不准确,甚至导致反向的磁滞回线,剩磁误差会引起特定磁场下软磁样品磁矩的测量误差。目前工业上采用抛移测量方法(软磁材料矫顽力的抛移测量方法.国家标准GB/T 3656-2008)或开磁路测量方法(在开磁路中测量磁性材料矫顽力的方法.国家标准GB/T 13888-2009.)来测量软磁材料的矫顽力,这两种方法无法进一步分析出软磁样品的磁矩信息。
发明内容
有鉴于此,本发明提供了一种基于抽运-检测型铷原子磁力仪测量磁矩的装置及方法。拉莫尔进动效应是一种量子自然基准,利用基于拉莫尔进动效应的抽运-检测型铷原子磁力仪测量样品磁矩产生的磁场,能够直接将样品磁矩溯源到量子自然基准上,显著提高磁性样品磁矩测量的准确度。
本发明的磁矩的测量装置,包括:抽运-检测型铷原子磁力仪、本底磁场产生组件和样品传送杆;
其中,本底磁场产生组件包括磁屏蔽筒和置于磁屏蔽筒内部的本底磁场线圈;磁屏蔽筒用于实现地磁屏蔽,本底磁场线圈用于在磁屏蔽筒中产生本底磁场;所述本底磁场在200nT至20000nT范围内;
抽运-检测型铷原子磁力仪位于磁屏蔽筒内,其圆偏振抽运光方向与本底磁场方向平行,线偏振探测光方向与本底磁场方向垂直;抽运-检测型铷原子磁力仪用于测量抽运-检测型铷原子磁力仪内铷泡空间位置的磁场;抽运-检测型铷原子磁力仪在闭环工作状态或开环工作状态测量磁场;
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