第九章磁参数的测量

第九章磁参数的测量2023/9/121第1页，课件共58页，创作于2023年2月第九章磁参数的测量第2页，课件共58页，创作于2023年2月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、核磁共振仪、Mössbauer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AGFM

第3页，课件共58页，创作于2023年2月第九章磁参数的测量电磁感应法电动势第4页，课件共58页，创作于2023年2月第九章磁参数的测量线圈旋转第5页，课件共58页，创作于2023年2月第九章磁参数的测量第6页，课件共58页，创作于2023年2月第九章磁参数的测量第7页，课件共58页，创作于2023年2月第九章磁参数的测量第8页，课件共58页，创作于2023年2月第九章磁参数的测量第9页，课件共58页，创作于2023年2月应尽量满足的条件－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CΦ

使用互感系数M已知的互感线圈。第10页，课件共58页，创作于2023年2月优点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）冲击检流计法第11页，课件共58页，创作于2023年2月冲击检流计使用教学演示实验：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Magnet－Physik公司NIM－2000系列Permagraph系列HG－500第12页，课件共58页，创作于2023年2月第九章磁参数的测量第13页，课件共58页，创作于2023年2月第九章磁参数的测量第14页，课件共58页，创作于2023年2月第九章磁参数的测量第15页，课件共58页，创作于2023年2月霍尔高斯计

霍尔元件第16页，课件共58页，创作于2023年2月霍尔传感器用于测量磁场强度

霍尔元件测量铁心气隙的B值第17页，课件共58页，创作于2023年2月二、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。

第18页，课件共58页，创作于2023年2月第九章磁参数的测量第19页，课件共58页，创作于2023年2月第九章磁参数的测量第20页，课件共58页，创作于2023年2月磁敏电阻的应用磁敏电阻可用于测量地球磁场的方向及强度的变化。指南针只能指示地球磁场的方向。第21页，课件共58页，创作于2023年2月地球磁场“导演”的极光（加拿大育空地区）第22页，课件共58页，创作于2023年2月磁阻式电子罗盘第23页，课件共58页，创作于2023年2月磁敏电阻IC及其应用线性磁阻位置传感器第24页，课件共58页，创作于2023年2月磁敏电阻的应用

根据铁磁物体对地磁的扰动，可检测车辆的存在，可用于包括自动开门，路况监测，停车场检测，车辆位置监测，红绿灯控制等。

第25页，课件共58页，创作于2023年2月利用磁敏电阻制作小型探矿仪（磁力仪）磁敏电阻（聚四氟乙烯封装）磁力探矿仪的使用第26页，课件共58页，创作于2023年2月磁敏电阻小型探矿仪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第27页，课件共58页，创作于2023年2月磁阻IC用于转速测量磁力线集中磁力线分散第28页，课件共58页，创作于2023年2月磁阻IC用于笔式验钞器验钞笔顺着纸币上的磁性防伪线扫描第29页，课件共58页，创作于2023年2月第九章磁参数的测量第30页，课件共58页，创作于2023年2月第九章磁参数的测量第31页，课件共58页，创作于2023年2月第九章磁参数的测量第32页，课件共58页，创作于2023年2月第九章磁参数的测量第33页，课件共58页，创作于2023年2月核磁共振的基本原理分子的磁性质原子核

带正电荷的粒子当它的质量数和原子序数有一个是奇数时，它就和电子一样有自旋运动。11H，136C，199F和3115P有自旋现象126C和168O没有自旋现象第九章磁参数的测量四、核磁共振法第34页，课件共58页，创作于2023年2月磁矩

，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。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。第35页，课件共58页，创作于2023年2月磁矩

，具有方向性，是一个矢量

=rhI/2

r旋磁比I自旋量子数hPlank常数

1H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在外磁场H0中，它的取向分为两种(2I+1=2)一种和磁场方向相反，能量较高(E=

H0)一种和磁场方向平行，能量较低(E=

H0)第36页，课件共58页，创作于2023年2月两种取向的能量差

E可表示为:

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，h

=

E，那么此原子核就可以从低能级跃迁到高能级，产生核磁共振吸收。第37页，课件共58页，创作于2023年2月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，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。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。第38页，课件共58页，创作于2023年2月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。第39页，课件共58页，创作于2023年2月第九章磁参数的测量第40页，课件共58页，创作于2023年2月第九章磁参数的测量第41页，课件共58页，创作于2023年2月第九章磁参数的测量第42页，课件共58页，创作于2023年2月第九章磁参数的测量第43页，课件共58页，创作于2023年2月第九章磁参数的测量第44页，课件共58页，创作于2023年2月第九章磁参数的测量第45页，课件共58页，创作于2023年2月第九章磁参数的测量第46页，课件共58页，创作于2023年2月第九章磁参数的测量第47页，课件共58页，创作于2023年2月第九章磁参数的测量第48页，课件共58页，创作于2023年2月第九章磁参数的测量第49页，课件共58页，创作于2023年2月第九章磁参数的测量第50页，课件共58页，创作于2023年2月第九章磁性传感器磁致伸缩效应及应用

稀土原料

某些磁性材料在外磁场作用下，物理尺寸会发生变化，去掉外磁场后，又恢复到原来的尺寸，这种现象称为磁致伸缩效应。稀土超磁致伸缩材料是目前性能最好的超磁致伸缩材料之一。

第51页，课件共58页，创作于2023年2月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，可用于制作大功率声纳传感器。第52页，课件共58页，创作于2023年2月声纳的应用声纳发射、接收器声纳反潜第53页，课件共58页，创作于2023年2月声纳反潜的原理

第54页，课件共58页，创作于2023年2月磁致伸缩位移传感器（参考德国图尔克公司资料）

位移第5