CN106970341B - 一种屏蔽线圈式的微型动态法磁电效应测试装置 - Google Patents

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Abstract

一种屏蔽线圈式的微型动态法磁电效应测试装置，涉及磁电材料的测试。设有电磁线圈、屏蔽罩、电磁线圈引线、样品底座、磁电信号引线；所述电磁线圈引线和磁电信号引线均为屏蔽的同轴电缆，所述屏蔽罩包裹电磁线圈，屏蔽罩与电磁线圈引线和磁电信号引线的外层地线相连，电磁线圈引线的两个接头分别与电磁线圈的两个接头相连；带有屏蔽罩的电磁线圈固定在样品底座上，样品底座的中心放置磁电样品，磁电样品的两个电极分别与磁电信号引线的两个接头相连，样品底座外接低温系统；电磁线圈引线外接信号源，磁电信号引线外接电荷/电压检测仪表改变以往的电磁屏蔽方式，从屏蔽样品改为屏蔽线圈，以提高样品空间。

Description

一种屏蔽线圈式的微型动态法磁电效应测试装置
技术领域
本发明涉及磁电材料的测试，尤其是涉及一种屏蔽线圈式的微型动态法磁电效应测试装置。
背景技术
材料的磁电效应通常指的是施加磁场，材料产生电极化的效应。反过来，施加电场产生磁极化的物理效应称为逆磁电效应。产生的电极化除以施加磁场的值，称为材料的磁电转换系数，是衡量材料的磁电效应的大小的一个性能指标。
最早磁电效应是在Cr2O3单晶体[1-4]中被发现的，后来一大类单相的化合物都被发现具有磁电效应。磁电效应和材料的晶体学对称性、d轨道电子的排布都有关系，通常要求化合物同时具有铁磁或者反铁磁性，以及压电效应。至今为止，只有很少的十几种化合物中被发现具有磁电效应，而且通常要在很低的温度下才能被检测到。这是因为这些化合物的铁磁居里温度或者反铁磁奈尔温度都比较低，低于居里温度/奈尔温度才能具有铁磁、反铁磁性。
另一大类具有磁电效应的材料是通过复合磁致伸缩材料和压电材料产生的。这类复合型的磁电效应是一种间接效应，实现过程是施加磁场导致磁致伸缩材料发生磁致伸缩效应，产生的应变传递给压电材料，压电材料产生电极化(电压)。磁致伸缩材料和压电材料都很容易在室温下获得，因此复合型的磁电效应很容易在室温下实现。
磁电效应的检测具有很多不同原理，大致可以分为两大类，一类是静态法[5]，一类是动态法[6-8]。静态法的原理是直接利用磁电效应的定义来检测，即施加一个直流磁场HDC，测量样品产生的电极化(或者极化电荷累积产生的电压V)。静态法十分简单直接，但是实际实现有一定技术困难。主要原因在于电极化属于静电电荷积累，对测量线路的绝缘度要求很高。实际上检测线路都有一定的直流电阻，材料本身也会有一定的电阻，因此采用静态法测量到的电极化很容易通过线路和材料本身形成漏电流通道，导致测量结果随时间发生明显衰减。为了避免这一缺陷，后来出现了动态法，即在一个大直流偏置磁场HDC上，叠加一个很小的微扰磁场dH，然后通过电荷放大器测量产生的电极化，或者通过高阻抗电压表测量电极化累积产生的电压dV。采用动态法具有明显的优势，大直流偏置磁场产生的电极化迅速被衰减，而小微扰磁场通常是正弦变化的交变磁场，可以连续地激励样品产生连续的电荷/电压输出，大大降低了对测量仪表的绝缘度的要求。可以说，静态法测到的原始的V～HDC关系，动态法测得的是dV/dH～HDC关系。
动态法是目前比较稳定和准确的磁电效应测量方法，一般产生微小交变磁场dH的装置是电磁线圈，可以是螺线管或者亥姆赫兹线圈；产生大直流磁场HDC的装置是电磁铁或者永磁体；用于检测电极化或者电压的装置是电荷放大器、锁相放大器或者示波器。电磁线圈在产生磁场的同时，会引入显著的空间电场，在样品上产生虚假的电荷信号。因此，非常必要对样品进行屏蔽，屏蔽空间电场，只允许磁场对样品产生激励，消除空间电场产生的信号。在以往的技术中，都是对样品进行屏蔽，屏蔽材料是非磁性的导体，如铜、铝。屏蔽装置可以是一定厚度的接地的非磁性金属盒子，即法拉第圆筒，也可以是简单地用箔片对样品进行包裹，并使屏蔽层良好地接地。为了获得较大的样品空间，电磁线圈一般要设计成直径5cm以上，以容纳样品和屏蔽装置。
参考文献：
[1]ASTROV D.The magnetoelectric effect in antiferromagnetics.[J].SovPhys JETP,1960,11:708-709.
[2]ASTROV D.Magnetoelectric effect in chromium oxide.[J].Sov PhysJETP,1961,13:729-733.
[3]FOLEN V,RADO G,et al.Anisotropy of the magnetoelectric effect inCr 2O 3.[J].Physical review letters,1961,6:607.
[4]RADO G,FOLEN V.Observation of the magnetically inducedmagnetoelectric effect and evidence for antiferromagnetic domains.[J].Physical review letters,1961,7:310.
[5]WEI W,JINGJING Y,et al.Single dc magnetic field tunableelectromechanical resonance in Terfenol-D/PZT/Terfenol-D trilayer composites.[J].Journal of Magnetism and Magnetic Materials,2014,366:40-43.
[6]施展,佟永帅,et al.一种磁电材料磁电回线的作图方法,CN102520380A[P/OL].2012-06-27].
[7]施展,邓数文,et al.一种磁电材料磁学性能同步测试装置,CN103344926A[P/OL].2013-10-09].
[8]施展,曾德武,et al.一种连续施加扫描磁场的磁电回线测试方法及其装置,CN101788653A[P/OL].2010-07-28].
发明内容
本发明的目的在于提供可以微型化，便于嵌入低温系统的一种屏蔽线圈式的微型动态法磁电效应测试装置。
本发明设有电磁线圈、屏蔽罩、电磁线圈引线、样品底座、磁电信号引线；所述电磁线圈引线和磁电信号引线均为屏蔽的同轴电缆，所述屏蔽罩包裹电磁线圈，屏蔽罩与电磁线圈引线和磁电信号引线的外层地线相连，电磁线圈引线的两个接头分别与电磁线圈的两个接头相连；带有屏蔽罩的电磁线圈固定在样品底座上，样品底座的中心放置磁电样品，磁电样品的两个电极分别与磁电信号引线的两个接头相连，样品底座外接低温系统；电磁线圈引线外接信号源，磁电信号引线外接电荷/电压检测仪表。
所述电磁线圈的直径可为20mm。所述样品底座的直径可为25.4mm。
本发明改变以往的电磁屏蔽方式，从屏蔽样品改为屏蔽线圈，以提高样品空间。
本发明的主要技术效果如下：
1)通过屏蔽电磁线圈的方式，有效屏蔽了电磁线圈产生的电场。
2)有效增加了样品空间，减小了电磁线圈的设计尺寸。
3)可以作为独立检测单元与低温系统有效地配合，测量低温下的磁电效应。
附图说明
图1为本发明实施例的结构组成方框图。
图2为本发明实施例的结构组成示意图。
图3为本发明实施例测得的磁电转换系数dV/dH随外加直流磁场HDC的变化趋势。
具体实施方式
以下实施例将结合附图对本发明作进一步的说明。
参见图1和2，本发明实施例设有电磁线圈1、屏蔽罩2、电磁线圈引线3、样品底座4、磁电信号引线5；所述电磁线圈引线3和磁电信号引线5均为屏蔽的同轴电缆，所述屏蔽罩2完全包裹电磁线圈1，屏蔽罩2与电磁线圈引线3和磁电信号引线5的外层地线相连，电磁线圈引线3的两个接头分别与电磁线圈1的两个接头相连；带有屏蔽罩2的电磁线圈1固定在样品底座4上，样品底座4的中心放置磁电样品A，磁电样品A的两个电极分别与磁电信号引线5的两个接头相连，样品底座4外接低温系统；电磁线圈引线3外接信号源C，磁电信号引线5外接电荷/电压检测仪表B。所述电磁线圈3的直径为20mm。所述样品底座4的直径为25.4mm。所述低温系统可采用Quantum Design公司生产的低温磁场系统。本发明测得的磁电转换系数dV/dH随外加直流磁场HDC的变化趋势参见图3。

Claims (3)

1.一种屏蔽线圈式的微型动态法磁电效应测试装置，其特征在于设有电磁线圈、屏蔽罩、电磁线圈引线、样品底座、磁电信号引线；所述电磁线圈引线和磁电信号引线均为屏蔽的同轴电缆，所述屏蔽罩包裹电磁线圈，屏蔽罩与电磁线圈引线和磁电信号引线的外层地线相连，电磁线圈引线的两个接头分别与电磁线圈的两个接头相连；带有屏蔽罩的电磁线圈固定在样品底座上，样品底座的中心放置磁电样品，磁电样品的两个电极分别与磁电信号引线的两个接头相连，样品底座外接低温系统；电磁线圈引线外接信号源，磁电信号引线外接电荷/电压检测仪表。
2.如权利要求1所述一种屏蔽线圈式的微型动态法磁电效应测试装置，其特征在于所述电磁线圈的直径为20mm。
3.如权利要求1所述一种屏蔽线圈式的微型动态法磁电效应测试装置，其特征在于所述样品底座的直径为25.4mm。
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