磁参数的测量PPT课件

1、10/26/20211磁场的产生n磁场强度分布10-1610-1310-1010-410-310-210-11001011021038x10-148x10-118x10-88x10-28x10-18x1008x1018x1028x1038x1048x105(tesla)(ka/m) 生物磁场天体磁场地磁场永磁体电磁铁亥姆霍兹线圈超导磁体脉冲磁场第九章第九章 磁参数的测量磁参数的测量10/26/20212第九章第九章 磁参数的测量磁参数的测量10/26/20213磁性信号的测量仪器中子散射装置、磁力显微镜磁磁作用回旋共振、自旋共振(铁磁共振仪、亚铁磁共振仪、反铁磁共振仪、电子自旋共振仪、核磁共振

2、仪、mssbauer 谱仪)共振效应磁光效应磁力效应冲击法振动样品磁强计vsm提拉样品磁强计esm超导量子(squid)磁强计电磁感应faraday效应kerr效应、faraday效应磁圆（线）振二向色谱仪磁转矩仪、磁天平交变梯度磁强计agfm10/26/20214第九章第九章 磁参数的测量磁参数的测量电磁感应法电磁感应法电动势电动势10/26/20215第九章第九章 磁参数的测量磁参数的测量线圈旋转线圈旋转10/26/20216第九章第九章 磁参数的测量磁参数的测量10/26/20217第九章第九章 磁参数的测量磁参数的测量10/26/20218第九章第九章 磁参数的测量磁参数的测量10/2

3、6/20219第九章第九章 磁参数的测量磁参数的测量10/26/202110应尽量满足的条件灵敏度应尽量满足的条件灵敏度脉冲电流冲击完毕之后，电流计线圈开始转动： 电流计线圈的转动惯量越大，越满足此条件。检流计处于临界阻尼状态； 检流计比较慢地达到最大读数，很快降为零。被测磁通应尽量为瞬时变化： 非瞬时变化引入很大的误差。线圈的自由振荡周期要远大于磁通变化的时间 一般在10倍以上。需要测定冲击检流计的冲击常数c 使用互感系数m已知的互感线圈。10/26/202111优点 1、可以开路、闭路测量； 2、仪器设备简单。闭路：磁路闭合开路：磁路不闭合ns缺点 1、积分式数据采集：零漂移； 2、要求使

4、用具有特定形状的样品； 3、灵敏度较低。等截面积（常数）冲击检流计法冲击检流计法10/26/202112冲击检流计使用n教学演示实验：电磁感应定律 工业：发电机 工业：磁体的磁性能测量迴线仪：永磁材料的永磁性能检测美国kjs公司中国计量科学研究院德国magnetphysik公司nim2000系列permagraph系列hg50010/26/202113第九章第九章 磁参数的测量磁参数的测量10/26/202114第九章第九章 磁参数的测量磁参数的测量10/26/202115第九章第九章 磁参数的测量磁参数的测量10/26/202116霍尔高斯计霍尔高斯计 霍尔元件霍尔元件10/26/20211

5、7霍尔传感器用于测量磁场强度霍尔传感器用于测量磁场强度 霍尔元件霍尔元件测量铁心测量铁心 气隙的气隙的b值值10/26/202118二、磁敏传感器二、磁敏传感器 磁敏电阻：半导体材料的电阻率随磁场强度的磁敏电阻：半导体材料的电阻率随磁场强度的增强而变大，这种现象称为磁阻效应，利用磁阻效增强而变大，这种现象称为磁阻效应，利用磁阻效应制成的元件称为磁敏电阻。应制成的元件称为磁敏电阻。 10/26/202119第九章第九章 磁参数的测量磁参数的测量10/26/202120第九章第九章 磁参数的测量磁参数的测量10/26/202121磁敏电阻的应用磁敏电阻的应用 磁敏电阻可用于磁敏电阻可用于测量地球磁

6、场的方向测量地球磁场的方向及强度的变化。及强度的变化。 指南针只能指示指南针只能指示地球磁场的方向。地球磁场的方向。10/26/202122地球磁场地球磁场“导演导演”的的极光极光（加拿大育空地（加拿大育空地区）区）10/26/202123磁阻式电子罗盘磁阻式电子罗盘 10/26/202124磁敏电阻磁敏电阻ic及其应用及其应用 线性磁阻位置传感器线性磁阻位置传感器10/26/202125磁敏电阻的应用磁敏电阻的应用 根据铁磁根据铁磁物体对地磁的物体对地磁的扰动，可检测扰动，可检测车辆的存在，车辆的存在，可用于包括自可用于包括自动开门，路况动开门，路况监测，停车场监测，停车场检测，车辆位检测，

7、车辆位置监测，红绿置监测，红绿灯控制等。灯控制等。 10/26/202126利用磁敏电阻制作小型探矿仪利用磁敏电阻制作小型探矿仪（磁力仪）（磁力仪） 磁敏电阻磁敏电阻（聚四氟乙烯（聚四氟乙烯封装）封装） 磁力磁力 探矿仪探矿仪的使用的使用10/26/202127磁敏电阻小型探矿仪磁敏电阻小型探矿仪 上海直川信息技术有限公司研制上海直川信息技术有限公司研制的磁阻探矿仪及数据统计曲线图的磁阻探矿仪及数据统计曲线图10/26/202128磁阻磁阻ic用于转速测量用于转速测量 磁力线集中磁力线集中磁力线分散磁力线分散10/26/202129磁阻磁阻ic用于笔式验钞器用于笔式验钞器 验钞笔顺着纸币上的验

8、钞笔顺着纸币上的磁性防伪线扫描磁性防伪线扫描 10/26/202130第九章第九章 磁参数的测量磁参数的测量10/26/202131第九章第九章 磁参数的测量磁参数的测量10/26/202132第九章第九章 磁参数的测量磁参数的测量10/26/202133第九章第九章 磁参数的测量磁参数的测量10/26/202134核磁共振的基本原理核磁共振的基本原理分子的磁性质分子的磁性质原子核原子核 带正电荷的粒子带正电荷的粒子 当它的当它的质量数质量数和和原子序数原子序数有一个是有一个是奇奇数时，数时，它就和电子一样有自旋运动。它就和电子一样有自旋运动。11h， 136c，199f 和和 3115p 有

9、自旋现象有自旋现象126c 和和 168o 没有自旋现象没有自旋现象第九章第九章 磁参数的测量磁参数的测量四、核磁共振法四、核磁共振法10/26/202135磁矩磁矩 ，具有方向性，是一个矢量具有方向性，是一个矢量 自旋的核有循环的电流，会产生磁场，形成自旋的核有循环的电流，会产生磁场，形成磁矩。这一磁矩的方向与原子核的自旋方向相同，磁矩。这一磁矩的方向与原子核的自旋方向相同，大小与原子核的自旋角动量成正比。大小与原子核的自旋角动量成正比。将原子核置于外加磁场中，若原子核磁矩与将原子核置于外加磁场中，若原子核磁矩与外加磁场方向不同，则原子核磁矩会绕外磁场方外加磁场方向不同，则原子核磁矩会绕外磁

10、场方向旋转，这一现象类似陀螺在旋转过程中转动轴向旋转，这一现象类似陀螺在旋转过程中转动轴的摆动，称为进动。的摆动，称为进动。10/26/202136磁矩磁矩 ，具有方向性，是一个矢量具有方向性，是一个矢量 = r h i / 2 r 旋磁比旋磁比 i 自旋量子数自旋量子数 h plank常数常数 1h 自旋量子数自旋量子数( i ) 1/2没有外磁场时，其自旋磁距取向是混乱的没有外磁场时，其自旋磁距取向是混乱的在外磁场在外磁场h0中，它的取向分为两种中，它的取向分为两种(2i+1=2)一种和磁场方向一种和磁场方向相反相反，能量较高，能量较高(e= h0)一种和磁场方向一种和磁场方向平行平行，能

11、量较低，能量较低( e= h0)10/26/202137两种取向的能量差两种取向的能量差 e可表示为可表示为:00000)2()21()2(22)(hhrhhrhhhe 若外界提供一个电磁波，波的频率适当，若外界提供一个电磁波，波的频率适当，能量恰好等于核的两个能量之差，能量恰好等于核的两个能量之差，h = e， 那么此原子核就可以从低能级跃迁到高能级，那么此原子核就可以从低能级跃迁到高能级，产生产生核磁共振吸收核磁共振吸收。10/26/202138 进动具有能量也具有一定的频率。原子核进动进动具有能量也具有一定的频率。原子核进动的频率由外加磁场的强度和原子核本身的性质决定，的频率由外加磁场的

12、强度和原子核本身的性质决定，也就是说，对于某一特定原子，在一定强度的的外也就是说，对于某一特定原子，在一定强度的的外加磁场中，其原子核自旋进动的频率是固定不变的。加磁场中，其原子核自旋进动的频率是固定不变的。原子核发生进动的能量与磁场、原子核磁矩、以及原子核发生进动的能量与磁场、原子核磁矩、以及磁矩与磁场的夹角相关，根据量子力学原理，原子磁矩与磁场的夹角相关，根据量子力学原理，原子核磁矩与外加磁场之间的夹角并不是连续分布的，核磁矩与外加磁场之间的夹角并不是连续分布的，而是由原子核的磁量子数决定的，原子核磁矩的方而是由原子核的磁量子数决定的，原子核磁矩的方向只能在这些磁量子数之间跳跃，而不能平滑

13、的变向只能在这些磁量子数之间跳跃，而不能平滑的变化，这样就形成了一系列的能级。化，这样就形成了一系列的能级。10/26/202139 当原子核在外加磁场中接受其他来源的能量当原子核在外加磁场中接受其他来源的能量输入后，就会发生能级跃迁，也就是原子核磁矩输入后，就会发生能级跃迁，也就是原子核磁矩与外加磁场的夹角会发生变化。这种能级跃迁是与外加磁场的夹角会发生变化。这种能级跃迁是获取核磁共振信号的基础。为了让原子核自旋的获取核磁共振信号的基础。为了让原子核自旋的进动发生能级跃迁，需要为原子核提供跃迁所需进动发生能级跃迁，需要为原子核提供跃迁所需要的能量，这一能量通常是通过外加射频场来提要的能量，这

14、一能量通常是通过外加射频场来提供的。根据物理学原理当外加射频场的频率与原供的。根据物理学原理当外加射频场的频率与原子核自旋进动的频率相同的时候，射频场的能量子核自旋进动的频率相同的时候，射频场的能量才能够有效地被原子核吸收，为能级跃迁提供助才能够有效地被原子核吸收，为能级跃迁提供助力。因此某种特定的原子核，在给定的外加磁场力。因此某种特定的原子核，在给定的外加磁场中，只吸收某一特定频率射频场提供的能量，这中，只吸收某一特定频率射频场提供的能量，这样就形成了一个核磁共振信号。样就形成了一个核磁共振信号。 10/26/202140第九章第九章 磁参数的测量磁参数的测量10/26/202141第九章

15、第九章 磁参数的测量磁参数的测量10/26/202142第九章第九章 磁参数的测量磁参数的测量10/26/202143第九章第九章 磁参数的测量磁参数的测量10/26/202144第九章第九章 磁参数的测量磁参数的测量10/26/202145第九章第九章 磁参数的测量磁参数的测量10/26/202146第九章第九章 磁参数的测量磁参数的测量10/26/202147第九章第九章 磁参数的测量磁参数的测量10/26/202148第九章第九章 磁参数的测量磁参数的测量10/26/202149第九章第九章 磁参数的测量磁参数的测量10/26/202150第九章第九章 磁参数的测量磁参数的测量10/26

16、/202151第九章第九章 磁性传感器磁性传感器 磁致伸缩效应及应用磁致伸缩效应及应用 稀土原料稀土原料 某些磁性材料在外某些磁性材料在外磁场作用下，物理尺寸磁场作用下，物理尺寸会发生变化，去掉外磁会发生变化，去掉外磁场后，又恢复到原来的场后，又恢复到原来的尺寸，这种现象称为磁尺寸，这种现象称为磁致伸缩效应。稀土超磁致伸缩效应。稀土超磁致伸缩材料是目前性能致伸缩材料是目前性能最好的超磁致伸缩材料最好的超磁致伸缩材料之一。之一。 10/26/202152稀土超磁致伸缩材料的应用稀土超磁致伸缩材料的应用 稀土超磁致伸缩材料可将电磁能转换稀土超磁致伸缩材料可将电磁能转换成机械能或声能（或机械位移信息或声信成机械能或声能（或机械位移信息或声信息），相反也可以将机械能（或机械位移息），相反也可以将机械能（或机械位移与信息）转换成电磁能（或电磁信息），与信息）转换成电磁能（或电磁信息），它是重要的能量与信息转换功能材料，可它是重要的能量与信息转换功能材料，可用于制作大功率声纳传感器。用于制作大功率声纳传感器。10/26/202153声纳的应用声纳的应用 声纳声纳发射、发射、接收器接收器声纳反潜声纳反潜10/26/202154声纳反潜的原理声纳反潜的原理 10/26/202155磁致伸缩位移传感器磁致伸缩位移传感器（参考德国图尔克公司资料）