CN101256220B - 高压实验用振动式交流磁信号探测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高压实验用振动式交流磁信号探测系统包括两个锁相放大器、两个信号发生器、磁传感器、温度传感器、数据采集系统，所述磁传感器由两组次级绕组绕制同名端串接和一组连接有振动片的初级绕组构成，所述次级绕组和所述初级绕组同心放置；组成一个与样品无接触测量高压条件下测量样品交流磁性质的装置。该系统的测量磁传感器尺寸非常小，可以安装于高压装置非常狭小的空间内，同时系统采用了两级锁相放大，因此可以测量尺寸非常小的样品磁信号，解决了高压条件下材料的非接触测量技术问题。

Description

高压实验用振动式交流磁信号探测系统

技术领域

本发明涉及磁性材料在高压条件下的物理性质测量，特别是交流磁性质的测量。实现高压条件下磁性材料交流物理性质的无样品接触测量装置。

背景技术

压力是独立于温度、组分的一个基本物理参量，可以非常有效地缩短物质的原子间距、增加相邻电子轨道重叠，进而改变物质的晶体结构、电子结构和原子(分子)间的相互作用。随着以金刚石压砧(DAC)为代表的超高压技术与多种物理、化学、材料手段的成功结合，超高压物理和材料的研究呈现迅猛发展的势头。它可以产生大于100万压力。由于通常超高压腔体的样品的尺寸很小(φ＜100μm、体积～10^-3mm³)，在这样小的空间里如何实现高压原位物性测量，成为影响高压下材料研究的一个瓶颈。高压在开发新材料，研究材料基本物理性质方面具有不可替代的重要地位，人们已经用直接安装电极测量的方法实现电性质测量，由于在高压状态下，导线极易断裂且制作困难，用这样的方法测量极不方便、成功率极低。材料会在磁特性上有变化，利用电磁感应来测量样品的磁性质，是一种非样品接触的方式。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种高压实验用振动式交流磁信号探测系统。

为实现上述目的，本发明包括两个锁相放大器、两个信号发生器、磁传感器、温度传感器、数据采集系统，组成一个与样品无接触高压条件下测量磁性材料样品的交流磁性质的装置，所述磁传感器由两组次级绕组绕制同名端串接和一组连接有振动片的初级绕组构成，所述次级绕组和所述初级绕组同心放置；所述磁传感器测量样品磁性质；所述温度传感器用来测量样品的温度；所述锁相放大器将所述磁传感器测量出的磁信号进行锁相放大将非常弱的磁信号变成可数据采集的大信号，由数据采集系统进行采集。

进一步，所述磁传感器中初级绕组上的振动片设置有电压输入端，控制振动片的振动频率。

进一步，所述温度传感器是热敏电阻或者热电偶。

本发明中的磁传感器由两组次级绕组绕制同名端串接和一组连接有振动片的初级绕组构成。附加了可以随外加电压变化而振动的压控振动片。形成了专门调制测量样品磁性质的调制测量磁传感器。在磁传感器基础上构筑了由两个锁相放大器、两个信号发生器、温度传感器、数据采集系统构成的系统，通过两次锁相放大将非常弱的磁信号变成可进行数据采集的大信号。本发明的磁传感器尺寸非常小，可以安装于高压装置非常狭小的空间内，同时，系统采用了两级锁相放大，因此可以测量尺寸非常小的样品磁信号，解决了高压条件下材料的非接触测量技术问题。此外，本发明可以同时测量样品的温度和磁性质，实现样品磁性质随温度变化而变化的动态扫描测量。

附图说明

图1为磁传感器的示意图；

图2为磁传感器在高压产生装置金刚石对顶砧(DAC)系统中的安装位置；

图3为在磁传感器的基础上构筑的测量系统框架图；

图4为磁信号测量原理图；

图5为磁感应信号的通过第一级锁相放大器前后、第二级锁相放大器前后的信号变化过程。

具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本发明特征以及其它相关特征进一部详细说明，以便于同行业技术人员的理解：

如图1所示，所述磁传感器1 4，由两组次级绕组2和3以及一组初级绕组4组成，次级绕组2和3所有绕制参数一致，包括尺寸、匝数、绕制方向等。

次级绕组2和3采用绕制同名端相连串接，励磁信号可以从5输入，6作为信号输出。在没有样品1的情况下，在励磁线圈上通过一特定频率交变电流信号，利用锁相放大器测量该频率的感生电势，略微调节其中一组次级绕组的匝数，可将信号输出调节到接近于零输出。

次级绕组2和3采用直径为0.03mm的漆包线，线圈内径为3mm，匝数为150；

如图2所示，初级绕组4匝数为250，用直径为0.03mm的漆包线绕制，线圈的内径为7mm，高度为1mm，该线圈和次级绕组同心放置。

图2显示了磁传感器14在高压产生装置金刚石对顶砧(DAC)系统中的安装位置，次级绕组2和3在调平后套装在金刚石压头8的下压头上并且粘结固定在其上，对样品1进行测试时金刚石压头8的上压头向下压住样品1保证样品1承受一定的压力，在初级绕组4底部固定有一组电压控制振动片10，振动片10上设置有电压输入端7，在电压输入端7输入不同电压，振动片10将相应的有不同的位移，在电压输入端7若加一交流电压信号，振动片10将以相同的频率振动。为了固定并保持样品1承受的压力，设置有无磁性的金属封垫9。

温度传感器17采用PT100型铂热敏电阻，以KEITHLEY 2400作为测量热敏电阻阻值的恒流源，用KEITHLEY 2182纳伏表测量电压作为温度信号，将纳伏表测量的温度信号输入计算机进行数据采集。

如图3所示，所采用的锁相放大器(Stanford Research System，Model SR830 DSP Lock-in Amplifier)自带的信号源作为信号发生器。Ref1采用10KHz，电压幅值为有效值1.5V，Ref2为22Hz，幅值为有效值2V。信号发生器15产生同频率的两路高频信号Ref1，一路加到初级绕组4上，一路给到第一级锁相放大器18上作为参考信号；信号发生器16也产生两路信号Ref2，一路信号加到电压控制振动片10的电压输入端7上，一路信号作为参考信号进入第二级锁相放大器19。次级绕组传感器感应输出端通过一个前置放大器，通过放大后作为进入第一级锁相放大器18的待测信号，第一级锁相放大器18的输出接第二级锁相放大器19。第二级锁相放大器19的输出通过模/数转换给数据采集系统20记录。

如图4所示，当样品1处于次级绕组2中时，会影响该绕组2与初级绕组4的藕合状态，打破原有的平衡状态，次级绕组2输出端将会有信号输出。在振动片10振动过程中，当初级绕组4偏离原平衡位置，初级绕组4和次级绕组2之间的耦合关系将发生变化，初级绕组4振动时，次级绕组2输出信号相应的带有振动片10振动信息，相当于初级绕组4不动时所测得的交流磁感应信号被振动频率Ref2所调制。图5描述了这个信号的通过第一级锁相放大器18前后、第二级锁相放大器19前后的信号变化过程，图中所有横坐标是时间，纵坐标是电压。

如图5所示，当磁传感器14的信号11通过第一级锁相放大器18后，输出的信号是一个反映了初级绕组4振动信息Ref2频率的磁感应信号12。在以Ref2为参考信号通过第二级锁相放大器19后，获得磁感应信号13输出。

Claims (2)

1.一种高压实验用样品磁信号探测系统，其特征在于，所述高压实验用振动式交流磁信号探测系统包括两个锁相放大器、两个信号发生器、磁传感器、温度传感器、金刚石对顶砧和数据采集系统，所述磁传感器由两组次级绕组绕制同名端串接和一组连接有振动片的初级绕组构成，所述两组次级绕组和所述初级绕组同心放置，两组次级绕组调平后套装在金刚石对顶砧的下压头上并且粘结固定在其上，金刚石对顶砧的上压头向下压住样品，通过上、下压头相互挤压保证样品承受压力；所述磁传感器测量样品磁性质；第一信号发生器与所述初级绕组相连，第二信号发生器与所述振动片相连，第一信号发生器产生同频率的两路高频信号，一路加到初级绕组上，一路加到第一级锁相放大器上，第二信号发生器也产生两路信号，一路加到振动片的电压输入端上，一路信号作为参考信号进入第二级锁相放大器，第一级锁相放大器的输出接第二级锁相放大器，第二级锁相放大器的输出通过模/数转换给数据采集系统记录；所述温度传感器测量样品的温度；所述两个锁相放大器将所述磁传感器测量出的磁信号进行锁相放大将非常弱的磁信号变成可数据采集的大信号，由数据采集系统进行采集。

2.根据权利要求1所述的一种高压实验用样品磁信号探测系统，其特征在于，所述温度传感器是热敏电阻或者热电偶。

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