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- 磁力計的類型
- 來源：賽斯維傳感器網(wǎng) 發(fā)表于 2021/9/23
在之前文章中，我們介紹了磁力計的基礎(chǔ)知識及其一些主要應(yīng)用。今天我們將更進(jìn)一步，看看最常見的磁力計類型。
標(biāo)量磁力計
標(biāo)量磁力計對磁場的數(shù)值進(jìn)行精確測量。每種類型都基于不同的物理現(xiàn)象：
霍爾效應(yīng)：感應(yīng)施加磁場時電導(dǎo)體上感應(yīng)的電壓可以完美地用于測量磁場
質(zhì)子進(jìn)動 (PPM)： 利用核磁共振測量磁場中質(zhì)子的共振，測量線圈中由于其重新定向而產(chǎn)生的電壓
Overhauser：類似于霍爾效應(yīng)和質(zhì)子進(jìn)動磁力計，但使用射頻信號來極化電子自旋
用于地球物理應(yīng)用的 Overhauser 磁力計。圖片由Gem System 提供
矢量磁力計
電感：通過測量樣品在變化的磁場中在某些檢測線圈中感應(yīng)的電流來測量某些粒子的偶極矩
磁通門：由磁環(huán)芯和至少兩個線圈繞組組成：驅(qū)動繞組和感應(yīng)繞組
磁通門磁力計繞組。圖片由倫敦帝國理工學(xué)院提供
霍爾效應(yīng)： 產(chǎn)生與磁場成正比的電壓，并提供有關(guān)其模塊和方向的信息；廣泛用于傳感應(yīng)用而不是表征磁性材料
微機(jī)電系統(tǒng) (MEMS)：使用光學(xué)手段在微觀尺度上檢測共振結(jié)構(gòu)的運動
MEMS 磁力計價格便宜且易于使用。圖片由Sparkfun Electronics 提供
梯度磁力計
雖然每個梯度磁力計都略有不同，但每個都大致具有相同的元素。首先，它們需要一個設(shè)備來產(chǎn)生一個已知的磁場，該磁場可以是交替的或恒定的。其次，梯度磁力計需要交替梯度場的源。最后，它們還需要電子或光學(xué)裝置來檢測和測量合力。
它們也都具有諧振操作，因此當(dāng)達(dá)到最大幅度時，磁性樣品圍繞其諧振頻率移動。
磁力計的另一個相關(guān)方面是磁場的方向。在一些磁力計中，例如 Zijlstra 的，交變場和直流場都是垂直對齊和定向的。相比之下，在 Foner 的磁力計中，樣品垂直于磁場振動，這降低了必要設(shè)置的復(fù)雜性。
振動簧片磁力計
Zijlstra于 1970 年推出了第一批交變梯度磁力計之一。旨在克服以前磁力計的局限性，測量磁性材料的完整磁滯曲線。
簧片磁力計由一根細(xì)線組成，在其末端附有一個非常小的樣品以進(jìn)行表征。有兩個反向串聯(lián)或差分耦合的線圈，以產(chǎn)生場梯度。該場在樣品上產(chǎn)生力，從而使簧片振動。由于運動非常微妙，頻率被設(shè)置為等于簧片的機(jī)械共振，因此運動被放大并且更容易被檢測到。使用顯微鏡和頻閃燈觀察簧片的運動。當(dāng)通過線圈的電流恒定時，磁場也恒定；我們測量的運動與樣品的磁矩成正比。
Zijlstra 的磁力計與以前的磁力計之間最顯著的區(qū)別是靈敏度和完全表征磁性材料的能力。要進(jìn)行完整的磁性表征，樣品需要非常小以避免出現(xiàn)缺陷，問題在于能夠表征微米級樣品的磁力計只能表征一些磁特性，例如剩磁或磁化率，而不能表征完整的磁滯循環(huán).
振動樣品磁強(qiáng)計 (VSM)
大多數(shù)測量磁矩的設(shè)備都有一個檢測線圈，該線圈與產(chǎn)生交變磁場的線圈水平對齊。
振動樣品磁強(qiáng)計 (VSM)由 Foner 于 1959 年發(fā)明，引入了樣品運動垂直于施加的磁場的新穎性。Foner 降低了設(shè)置的復(fù)雜性，避免了對磁鐵的硬修改。
VSM 存在于許多實驗室中，并且可以在市場上買到。
商用振動樣品磁力計 (VSM)。圖片由微感提供
組合交變磁場磁強(qiáng)計
還有第三類磁力計，它結(jié)合了先前磁力計的特點；它們是所謂的組合磁力計。他們?nèi)匀皇褂脙蓚�磁場；然而，它們不是只施加一個交替場和另一個恒定場，而是施加兩個交替場。與僅限于直流場的 VSM 或其他磁力計相比，最大的優(yōu)勢是在交流和直流中表征樣品。
其他磁力計產(chǎn)生的磁場的頻率等于樣品的機(jī)械共振頻率。組合磁力計產(chǎn)生兩個磁場，其差值等于共振頻率。由于其中一個磁場可以設(shè)置為 0 Hz，因此它可以完美地用作傳統(tǒng)的梯度磁力計。當(dāng)改變這兩個頻率時，該設(shè)備用作磁感受計，測量磁矩的高次諧波。這種磁力計是由馬德里技術(shù)大學(xué)的研究人員于 2015年發(fā)明的。
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