CN101726711B - 一种材料磁性综合测试系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于磁性测试技术领域，具体为一种材料磁性的综合测试系统。本发明将磁天平、磁致伸缩、表面磁光克尔效应、振动样品磁强计这四种分立的磁学测试系统整合为一体，使用同一台电磁铁、同一个测试平台和同一套控制与信号处理系统，并且能够在四种不同的测试方法间方便地进行切换。本发明可降低分别购置多种仪器的费用与测试成本，并简化了信号处理步骤，可广泛用于各种材料的综合磁性测试。

Description

一种材料磁性综合测试系统
技术领域
本发明属于磁性测试技术领域，具体涉及一种材料磁性的综合测试系统，尤其涉及集磁天平、磁致伸缩、表面磁光克尔效应、振动样品磁强计于一体的多功能材料磁性测试系统。
背景技术
磁天平、磁致伸缩、表面磁光克尔效应和振动样品磁强计都是测量物质磁学性能的重要手段。磁天平主要在研究分子结构中用古埃法测量顺磁和逆磁磁化率，进而求得永久磁矩和未成对电子数。磁致伸缩效应是指铁磁体在被外磁场磁化时，其体积和长度将发生变化的现象，其长度的变化是人们研究应用的主要对象。表面磁光克尔效应是利用光的偏振态的转变来测量铁磁物质表面的磁学性质，灵敏度可以达到一个原子层厚度。振动样品磁强计是一种高灵敏度的磁矩测量仪器，它采用电磁感应原理，测量在一组探测线圈中心以固定频率和振幅作振动的样品的磁矩。以上测量手段的最大的共同点在于都必须使用电磁铁来产生磁场，为了生成较大的且可变的磁场，电磁铁必须做得笨重，而且造价昂贵。若要以这四种测试手段为目的制造或购买四种分立的测试仪器，即相当于需要制造或购置四台电磁铁，而且控制与信号处理系统也分别需要四套设备，其花费相当之高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种成本低、花费省、结构紧凑的材料磁性综合测试系统，以克服分立的测试仪器所带来的高成本和高花费的问题。
本发明提供的材料磁性综合测试系统将磁天平、磁致伸缩、表面磁光克尔效应和振动样品磁强计四种测试仪器融合在一个测试系统当中，共用一台电磁铁和一套控制与信号处理系统，从而大大降低了分别购置多种仪器的费用与测试的成本。
具体而言，电磁铁采用双轭形式，轭铁上开有通光槽，电磁铁的两极之间的距离可调；将电磁铁设置于测试平台的中间部位，直流电机，起振箱、激光器、起偏器、检偏器、光探测器分别设置于测试平台的适当位置；控制与信号处理系统和电子天平设置于测试平台上方的支架上；并且，将磁致伸缩样品架，表面磁光克尔效应的样品架、磁天平的样品管和振动样品磁强计的样品盒机器探测线圈组设计成可拆卸式结构，使用时，根据测试需要选择性的安装于电测铁的磁极之间。具体结构见图1～图5所示。
本发明中，控制与信号处理系统，包括一个前置放大器、一个运算放大器、一个模式切换开关；输入信号依次经过前置放大器、运算放大器后，进入模式切换开关，模式切换开关共有4种测量模式可供选择：磁致伸缩测量、表面磁光克尔效应测量、振动样品磁强计测量、磁天平测量。见图6所示。
本发明设计电磁铁的外形结构及测试用减震平台，使之能够同时适用于磁天平、磁致伸缩、表面磁光克尔效应和振动样品磁强计四种测试手段；将磁致伸缩、表面磁光克尔效应的样品架、磁天平的样品管与振动样品磁强计的样品盒、振动杆、探测线圈组设计为可拆卸式结构，从而能够在各测试方法间进行切换；适当地整合优化各测试手段的控制与信号处理系统，删去其中重叠的部分，进一步削减成本，简化信号处理的步骤。
本发明的有益效果是，将磁天平、磁致伸缩、表面磁光克尔效应、振动样品磁强计的测试手段合为一体，大幅度降低了最重要的磁性测量仪器的成本，利于在科研单位和企业中推广。
附图说明
图1是本发明的基本构造图。
图2是本发明在进行磁天平测试时的局部装置图。
图3是本发明在进行磁致伸缩测试时的局部装置图。
图4是本发明在进行表面磁光克尔效应测试时的局部装置图。
图5是本发明在进行振动样品磁强计测试时的局部装置图。
图6是本发明控制与信号处理系统的方框图。
图中标号1.电磁铁，2.电磁铁磁极，3.控制与信号处理系统，4.电子天平，5.直流电机，6.起振箱，7.激光器，8.起偏器，9.检偏器，10.光探测器，11.连接线，12.磁天平样品管，13.磁致伸缩样品，14.电阻应变片，15.磁致伸缩样品架，16.表面磁光克尔样品，17.表面磁光克尔样品架，18.振动杆，19.振动样品磁强计样品盒，20.探测线圈组。
具体实施方式
在图1中，电磁铁1、控制与信号处理系统3、电子天平4、直流电机5、起振箱6、激光器7、起偏器8、检偏器9和光探测器10均放置在一个大平台上，并且电磁铁磁极2之间的间隙可调，在进行任何一种测试或闲置时都无需拆卸。
在图2中，由电子天平4托盘底部与称量传感器相连处引出一连接线11穿过平台架子上的孔，样品管12管口朝上竖直悬挂于连接线11末端，样品管12底部位于电磁铁磁极2间中心位置，将控制与信号处理系统3的模式切换开关切换到“磁天平”档，即可进行磁天平的测试。
在图3中，磁致伸缩样品13侧面粘贴电阻应变片14，一端固定于磁致伸缩样品架15上，并放置在电磁铁磁极2之间，将控制与信号处理系统3的模式切换开关切换到“磁致伸缩”档，即可进行磁致伸缩的测试。
在图4中，表面磁光克尔样品16粘贴在表面磁光克尔样品架17上并放置在电磁铁磁极2之间，激光器7发射激光经过起偏器8，穿过电磁铁1轭铁的通光槽照射在表面磁光克尔样品16上，反射光经过检偏器9射入光探测器10，将控制与信号处理系统3的模式切换开关切换到“表面磁光克尔”档，即可进行表面磁光克尔效应的测试。
在图5中，振动杆18一端连接起振箱6，另一端连接振动样品磁强计样品盒19，将直流电机5与起振箱6产生的振动传递给振动样品磁强计样品盒19内的样品，使振动样品磁强计样品盒19位于电磁铁磁极2之间磁场的鞍区内，并在其两侧固定探测线圈组20，将控制与信号处理系统3的模式切换开关切换到“振动样品磁强计”档，即可进行振动样品磁强计的测试。
在图6中，任何模式下，输入至控制与信号处理系统3的被测信号均经过前置放大器与运算放大器，其输出则根据用户自定的模式切换开关的档位而定。其中磁致伸缩和表面磁光克尔效应的输入信号为直流信号，经放大处理后输出信号依然为直流信号；而振动样品磁强计的输入信号则为交流信号，放大后还须经交直流转换电路变为直流信号输出。电磁铁磁场由电磁铁的线圈电流控制器来控制，磁场强度信号通过电磁铁内置的高斯计进行测量输出。要注意的是图中的模式切换开关部分并未涉及到磁天平，这是因为磁天平所需的测试数据是从电磁铁内置的高斯计与电子天平4的读数直接得到的，并不需要经过放大处理，所以模式切换开关开关中的“磁天平”档其实是一空档位。

Claims (1)

1.一种材料磁性综合测试系统，其将磁天平、磁致伸缩、表面磁光克尔效应、振动样品磁强计四种测试仪器融合在一个测试系统中，其特征是：所有测试部件设置在同一个平台上，共用同一块电磁铁和同一套控制与信号处理系统；其中：
所述电磁铁采用双轭形式，轭铁上开有通光槽，电磁铁的两极之间的距离可调；电磁铁设置于测试平台的中间部位，直流电机、起振箱、激光器、起偏器、检偏器、光探测器分别设置于测试平台的适当位置；控制与信号处理系统和电子天平设置于测试平台上方的支架上；并且，磁致伸缩样品架，表面磁光克尔效应的样品架、磁天平的样品管和振动样品磁强计的样品盒机器探测线圈组成可拆卸式结构，使用时，根据测试需要选择性安装于电磁铁的磁极之间；
所述控制与信号处理系统包括一个前置放大器、一个运算放大器、一个模式切换开关；输入信号依次经过前置放大器、运算放大器后，进入模式切换开关，模式切换开关共有4种测量模式可供选择：磁致伸缩测量、表面磁光克尔效应测量、振动样品磁强计测量、磁天平测量。
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