CN111624538A - 一种铁氧体单晶谐振子饱和磁化强度快速测试装置及测试方法 - Google Patents
一种铁氧体单晶谐振子饱和磁化强度快速测试装置及测试方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种铁氧体单晶谐振子饱和磁化强度快速测试装置，属于微波元器件测试领域，其装置包括样品杆（1）、谐振器（2）、模拟信号发生器（3）、扫场电源（4）和示波器（5）；其中，所述样品杆（1）置于谐振器（2）中，所述谐振器（2）分别通过数据线与模拟信号发生器（3）和扫场电源（4）连接；所述扫场电源（4）通过数据线与示波器（5）连接，本发明还公开了采用上述装置进行铁氧体单晶谐振子饱和磁化强度快速测试的方法；本发明可实现30秒内快速测试出样品的饱和磁化强度，测试准确性良好，能够满足批量化产品分选测试的需求，有利于提高测试及工作效率，具有很强的实用价值。
Description
技术领域
本发明涉及微波元器件测试领域，尤其涉及一种铁氧体单晶谐振子饱和磁化强度快速测试装置及测试方法。
背景技术
随着微波磁性器件的快速发展和广泛应用，对磁性材料产品主要微波特性参数的快速测试不可或缺。
微波铁氧体单晶谐振子是YIG磁调谐器件的核心材料；利用微波铁氧体单晶小球谐振子实现的YIG器件在5G通信、电子对抗技术及频谱综合分析仪等高档测试仪器设备中都有重要应用。
目前，对微波铁氧体单晶材料的饱和磁化强度性能测试是根据国家军用标准GJB4410-2002进行，采用环秤法或振动样品测量法完成测量。
这些现有的测试方法存在以下问题：
(1)测试时间较长：环秤法或振动样品磁强计测量饱和磁化强度测试时间一般需要3-5min；
(2)对测试样品的尺寸有一定要求：对于直径小于1mm的低饱和磁化强度球形样品很难得到合适的信噪比，实际测试误差可达到±50Gs，远超出YIG 器件对谐振子饱和磁化强度偏差的一般要求(≤±25Gs)；
(3)难以实现批量检测：目前常用铁氧体单晶谐振子产品的尺寸主要集中在0.2-0.7mm范围，现有的测试方法无法满足上万只小球谐振子批量产品全检的要求。
发明内容
本发明的目的之一，就在于提供一种铁氧体单晶谐振子饱和磁化强度快速测试装置，以解决上述问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是这样的：一种铁氧体单晶谐振子饱和磁化强度快速测试装置，包括用于支撑样品的样品杆、谐振器、模拟信号发生器、扫场电源和示波器；其中，所述样品杆置于谐振器中，所述谐振器分别通过数据线与模拟信号发生器和扫场电源连接；所述扫场电源通过数据线与示波器连接。
上述结构中，谐振器、模拟信号发生器、扫场电源和示波器均为现有已知的仪器，比如,谐振器可采用电科九所的DZD-68带阻滤波器；扫场电源可采用西安波普电源有限公司的BUP-500W220S5/100恒流源,模拟信号发生器可以采用安捷伦公司的E8257D，示波器可以采用安捷伦公司的DSO07052A。
作为优选的技术方案：所述样品杆中与待测样品球连接部分为耐高温陶瓷材料。
作为优选的技术方案：所述谐振器为YIG单级带阻滤波器。
本发明的目的之二，在于提供一种采用上述的装置进行铁氧体单晶谐振子饱和磁化强度快速测试方法，包括以下步骤：
S1：打开谐振器、模拟信号发生器、扫场电源和示波器的电源，预热10 分钟，然后调整模拟信号发生器的输出频率，使用标准球进行定标，确定标准球主模与铁氧体模之间的距离格数K1；
S2：将待测样品球用样品杆粘好后插入谐振器中，确定待测样品球[110] 主模与[210]高次静磁模的距离格数K2；
S3:根据公式
换算出待测样品的饱和磁化强度大小，上述公式中，4πMs1为标准球的饱和磁化强度，4πMs2为待测样品球的饱和磁化强度。
作为优选的技术方案：所述标准球为纯YIG单晶小球。
作为优选的技术方案：所述待测样品球为微波铁氧体单晶材料，其形状为圆球，直径为0.20-1.5mm。
本发明的测试装置和方法依据的原理为：在恒定磁场和交变磁场的共同作用下，铁氧体单晶小球中的磁矩将产生进动；铁磁样品中的磁化强度在空间的不同点上具有同样的振幅和相位的均匀一致性进动，这是铁磁谐振的“主模”，；然而，磁化强度在空间的不同点上具有不同的振幅和相位的非一致进动确是存在的，对于尺寸远小于波长的单晶小球而言，由于热骚动及宏观和微观的不均匀性，会引起磁矩的非一致进动，这种非一致进动的模称为高次静磁模；当样品发生谐振时，[210]高次静磁模和[110]主模之间的空间距离只与磁矩正比例相关，即：Δ∝4πMs。
本发明用[110]主模与[210]高次静磁模之间的距离表征小球谐振子的饱和磁化强度。
采用本发明的装置和方法，可实现的测试频率范围为0.5-15GHz，测试频率可根据谐振子的应用频率进行调整。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明可实现30秒内快速测试出样品的饱和磁化强度，测试准确性较好，能够满足批量化产品分选测试的需求，有利于提高测试及工作效率，具有很强的实用价值。
附图说明
图1为本发明的测试装置结构图；
图中：1、样品杆；2、谐振器；3、模拟信号发生器；4、扫场电源；5、示波器。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
实施例1：
参见图1，一种铁氧体单晶谐振子饱和磁化强度快速测试装置，包括样品杆1(用于支撑样品)、谐振器2(提供谐振环境并起到样品腔的作用)、模拟信号发生器3(提供测试频率)、扫场电源4(提供扫描电流)和示波器5(显示共振曲线)；其中，所述样品杆1置于谐振器2中，所述谐振器2分别通过数据线与模拟信号发生器3和扫场电源4连接；所述扫场电源4通过数据线与示波器5连接。
实施例2
在实施例1所述及如图1所示的铁氧体单晶谐振子饱和磁化强度快速测试装置进行200Gs单晶谐振子饱和磁化强度快速分选测试，具体步骤如下：
打开各测试仪器电源，预热10分钟；调整模拟信号发生器3的输出频率，使用纯YIG标准样本小球进行定标，获得标准小球[110]主模与[210]高次静磁模之间的距离格数K1；将200Gs待测样品球即单晶谐振子用样品杆1粘好后插入谐振器2中，本实施例的谐振器为YIG带阻滤波器，获得待测样品[110]主模与[210]高次静磁模之间的距离格数K2；根据公式
换算得到待测样品球单晶谐振子的饱和磁化强度大小；
为验证测试准确性，将200Gs铁氧体单晶材料加工成1.50mm的单晶谐振子(10只)分别采用VSM(振动样品磁强计)及本发明测试装置进行测试，测试数据如表1所示，
表1 200Gs单晶谐振子测试数据
从表1的测试结果显示：采用本发明的测试装置测得的饱和磁化强度数据与VSM测试数据的偏差≤±6Gs，表明本发明装置的测试准确性好；完成10只样品测试，本发明装置用时4min，VSM装置用时约50min，表明本发明装置的测试效率显著提高。
实施例3：中低饱和磁化强度单晶谐振子测试
在如图1所示的铁氧体单晶谐振子饱和磁化强度快速测试装置进行 1500Gs单晶谐振子饱和磁化强度快速分选测试，具体步骤如下：
打开各测试仪器电源，预热10分钟；调整模拟信号发生器3的输出频率，使用纯YIG标准样本小球进行定标，获得标准小球[110]主模与[210]高次静磁模之间的距离格数K1；将1500Gs待测样品球即单晶谐振子用样品杆1粘好后插入谐振器2中，本实施例的谐振器为YIG带阻滤波器，获得待测样品[110] 主模与[210]高次静磁模之间的距离格数K2；根据公式
换算得到待测样品球单晶谐振子的饱和磁化强度大小；
为验证测试准确性，将1500Gs铁氧体单晶材料加工成1.0mm的单晶谐振子(10只)分别采用VSM及本发明测试装置进行测试，测试数据如表2所示，表2 1500Gs单晶谐振子测试数据
从表2的测试结果显示：采用本发明的测试装置测得的饱和磁化强度数据与VSM测试数据的偏差≤±8Gs，表明本发明装置的测试准确性好；完成10只样品测试，本发明装置用时5min，VSM装置用时约50min，表明本发明装置的测试效率显著提高。
实施例4：高低饱和磁化强度单晶谐振子测试
在如图1所示的铁氧体单晶谐振子饱和磁化强度快速测试装置进行 5200Gs单晶谐振子饱和磁化强度快速分选测试，具体步骤如下：
打开各测试仪器电源，预热10分钟；调整模拟信号发生器3的输出频率，使用纯YIG标准样本小球进行定标，获得标准小球[110]主模与[210]高次静磁模之间的距离格数K1；将5200Gs待测样品球即单晶谐振子用样品杆1粘好后插入谐振器2中，本实施例的谐振器为YIG带阻滤波器，获得待测样品[110] 主模与[210]高次静磁模之间的距离格数K2；根据公式
换算得到待测样品球单晶谐振子的饱和磁化强度大小；
为验证测试准确性，将5200Gs铁氧体单晶材料加工成0.5mm的单晶谐振子(10只)分别材料VSM及本发明测试装置进行测试，测试数据如表3所示，表3 5200Gs单晶谐振子测试数据
从表4的测试结果显示：采用本发明的测试装置测得的饱和磁化强度数据与VSM测试数据的偏差≤±15Gs，表明本发明装置的测试准确性好；完成10 只样品测试，本发明装置用时5min，VSM装置用时约60min，表明本发明装置的测试效率显著提高。
为了证明本发明的技术改进点，本申请的发明人做了相应的对比试验。对比例1：小尺寸(＜Φ1mm)低饱和磁化强度单晶谐振子对比测试
分别采用如图1所示的铁氧体单晶谐振子饱和磁化强度快速测试装置及 VSM测试装置对10只小尺寸(Φ0.6mm)低饱和磁化强度(200Gs)单晶谐振子饱和磁化强度进行测试，测试数据如表4所示，
表4Φ0.6mm，200Gs单晶谐振子对比测试数据
从表4的测试结果显示：采用VSM测试得到的饱和磁化强度偏差约为± 50Gs；采用本发明的测试装置测得的饱和磁化强度数据偏差约为±20Gs。结合实例2数据，表明本发明在小尺寸(＜Φ1mm)低饱和磁化强度单晶谐振子饱和磁化强度测试的准确性方面明显优于VSM装置。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种铁氧体单晶谐振子饱和磁化强度快速测试装置，其特征在于：包括样品杆(1)、谐振器(2)、模拟信号发生器(3)、扫场电源(4)和示波器(5)；其中，所述样品杆(1)置于谐振器(2)中，所述谐振器(2)分别通过数据线与模拟信号发生器(3)和扫场电源(4)连接；所述扫场电源(4)通过数据线与示波器(5)连接。
2.根据权利要求1所述的铁氧体单晶谐振子饱和磁化强度快速测试装置，其特征在于：所述样品杆(1)中与待测样品球连接部分为耐高温陶瓷材料。
3.根据权利要求1所述的铁氧体单晶谐振子饱和磁化强度快速测试装置，其特征在于：所述谐振器(2)为YIG单级带阻滤波器。
4.采用权利要求1-3任意一项的装置进行铁氧体单晶谐振子饱和磁化强度快速测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：打开谐振器(2)、模拟信号发生器(3)、扫场电源(4)和示波器(5)的电源，预热，然后调整模拟信号发生器(3)的输出频率，使用标准球进行定标，确定标准球[110]主模与[210]高次静磁模之间的距离格数K1；
S2：将待测样品球用样品杆(1)粘好后插入谐振器(2)中，确定待测样品球[110]主模与[210]高次静磁模之间的距离格数K2；
S3:根据公式
换算出待测样品的饱和磁化强度大小，上述公式中，4πMs1为标准球的饱和磁化强度，4πMs2为待测样品球的饱和磁化强度。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述标准球为纯YIG单晶小球。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述待测样品球为微波铁氧体单晶材料，其形状为圆球，直径为0.20-1.5mm。
Priority Applications (1)
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| CN202010714963.3A CN111624538A (zh) | 2020-07-23 | 2020-07-23 | 一种铁氧体单晶谐振子饱和磁化强度快速测试装置及测试方法 |
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| CN202010714963.3A CN111624538A (zh) | 2020-07-23 | 2020-07-23 | 一种铁氧体单晶谐振子饱和磁化强度快速测试装置及测试方法 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112345986A (zh) * | 2020-10-12 | 2021-02-09 | 天津科技大学 | 一种磁性颗粒饱和磁化强度的测量装置和测量方法 |
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2020
- 2020-07-23 CN CN202010714963.3A patent/CN111624538A/zh active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112345986A (zh) * | 2020-10-12 | 2021-02-09 | 天津科技大学 | 一种磁性颗粒饱和磁化强度的测量装置和测量方法 |
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