磁强计

中文名称：磁强计磁强计英文名称：magnetometer定义1：测量给定方向磁感应强度的仪表。

应用学科：电力（一级学科）；电测与计量（二级学科）

定义2：测量给定方向上的磁场强度的仪器。

应用学科：机械工程（一级学科）；电测量仪器仪表（二级学科）；电测量仪器仪表一般名词（三级学科）

矢量型磁敏感器，用于测定地磁场的大小与方向，即测定航天器所在处地磁场强度矢量在本体系中的分量。

测量磁感应强度的仪器

根据小磁针在磁场作用下能产生偏转或振动的原理制成。而从电磁感应定律可以推出，对于给定的电阻R的闭合回路来说，只要测出流过此回路的电荷q，就可以知道此回路内磁通量的变化。这也就是磁强计的设计原理，用途之一是用来探测地磁场的变化。

如果将一个开路磁体置于磁场中，则此样品外一定距离的探测线圈感应到的磁通可被视作外磁化

场及由该样品带来的扰动之和。多数情况下测量者更关心的是这个扰动量。在磁测领域，区分这种扰动与

环境磁场的方法有很多种。例如，可以让被测样品以一定方式振动，探测线圈感应到的样品磁通信号因此

不断快速的交变，保持环境磁场等其他量不做任何变化，即可实现这一目的。这是一种用交流信号完成对

磁性材料直流磁特性测量的方法。因为在测试过程中，恒定的环境磁场可以直接扣除，而有用信号则可以

通过控制线圈位置，振动频率、振幅等得以优化。

振动样品磁强计（VSM）正是基于上述理论。VSM 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微振动的样品的磁矩。对于足够小的样品，它在

探测线圈中振动所产生的感应电压与样品磁矩、振幅、振动频率成正比。在保证振幅、振动频率不变的基

础上。用锁相放大器测量这一电压，即可计算出待测样品的磁矩。

前面介绍的为振动样品磁强计的基本原理。要将这些原理变为现实，以下装置必不可少：

（1） 稳定、可靠的振动系统

（2） 数字化控制的磁场源（超导线圈或电磁铁）

（3） 锁相放大器，用于线圈感应信号的选频和放大

（4） 辅助同步信号源，与样品振动同频率，用来精确控制样品振幅

（5） 磁场测量系统

（6） 控温系统（如果需要测量温度特性）

振动样品磁强计最初是由弗尼尔（S.Foner）提出的。他对磁强计的结构，各种探测线圈及其对灵

敏度的影响都作了详细的论述。经过约半个世纪的发展，如今 VSM 已是磁性实验室中应用范围很宽的测试

设备，自从锁相放大技术开始在 VSM 上得到应用以来，使其灵敏度得到了极大范围的提升，适用范围也不

断得到拓展，除永磁材料以外， VSM 适合于测试以下材料：亚铁磁、反磁性材料、顺磁材料和抗铁磁材

料；各向异性材料；磁记录材料；磁-光学材料；稀土和过渡元素、非晶金属、高导磁率材料、金属蛋白等

形式的铁磁物质。弱磁、顺磁等样品虽然可以用 VSM 测量，其灵敏度相比于大多数永磁体或磁记录介质而

言是有所下降的。

此外，VSM 还适用于块状、粉末、薄片、单晶和液体等多种形状和形态的材料，能够在不同的环

境下得到被测材料的多种磁特性。可以直接从测试中得到的内容包括：B-H 曲线、M-H 曲线、初始化磁化

曲线，磁滞回线上的各参数，并能够测量材料的各向磁特性（mx, my, mz） ，由于 VSM 探测线圈的信号未

经过积分就直接送到分析系统，不存在积分器漂移的情况，因此如果配备有有低温罐或高温炉，则可以以温度为变量测量由过渡温度和居里点决定的磁化函数。

磁场是一种看不见，而又摸不着的特殊物质，它具有波粒的辐射特性。磁体周围存在磁场，磁体间的相互作用就是以磁场作为媒介的。电流、运动电荷、磁体或变化电场周围空间存在的一种特殊形态的物质。由于磁体的磁性来源于电流，电流是电荷的运动，因而概括地说，磁场是由运动电荷或电场的变化而产生的。.

磁感应强度        磁感应强度（magnetic flux density），描述磁场强弱和方向的基本物理量。是矢量，常用符号B表示。磁感应强度也被称为磁通量密度或磁通密度。在物理学中磁场的强弱使用磁感强度（也叫磁感应强度）来表示，磁感强度大表示磁感强；磁感强度小，表示磁感弱。

磁强计是用来测量磁感应强度的传感器,在工业、农业、交通

运输、国防、航空航天、海洋、气象、医疗卫生等领域均有广泛应用。在地质勘探领域,它可用于地磁场变化监测和地质年代检测;在医疗卫生领域,它常被用来检测人体磁场并辅助疾病诊断;在国防上,它可以应用在磁性扫雷、炸弹探测、磁波通讯、磁探针和磁导航;在外层空间探测中,它被用来进行天体运行、演变的磁场检测;而在卫星姿态测控中,可通过磁强计测量空间磁场来提供卫星姿态信息 。

目前科研中常用的精密磁强计主要有两类:一类用于测量小样品或弱磁性物质的磁性,如振动样品磁强计、超导量子干涉器件磁强计、交变梯度磁强计、提拉样品磁强计;另一类用于测量空间弱磁场或物体表面磁场,如磁通门磁强计、薄膜电阻磁强计等,超导量子干涉器件磁强计也可用于空间磁场或样品表面磁场的测量  。

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微振动的样品的磁矩。对于足够小的样品,它在探测线圈中振动所产生的感应电压与样品磁矩、振幅、振动频率成正比。在保证振幅、振动频率不变的基础上,用锁相放大器测量这一电压,即可计算出待测样品的磁矩。

是基于磁通量子化概念和超导约瑟夫逊隧道效应原理而制成的仪器。在生物医学方面也有着许多重要的应用,比如测量心磁、肺磁、生物组织磁化率等。

实际上是磁秤法的一种,具有很高的灵敏度。它与其他磁秤法仪器一样,是通过测量磁性样品在非均匀磁场中所受的力来确定其磁矩。所不同的是:梯度场的产生和测力的方法。

提拉样品磁强计也是基于电磁感应原理。在超导磁体中有上下两个串联反绕几何因子相同的探测线圈,当步进电机拉动样品杆,使样品在两个探测线圈之间运动时,探测线圈两端的感应电动势对运动时间的积分与样品磁矩成正比。用时间常数较大的数字电压表直接测量,可以计算得到样品的磁矩。

具有非常高的灵敏度。当薄膜厚度只有纳米量级的时候,激光光斑这磨小区域所产生的磁信号改变,都能检测出来,应该说比上述各种磁强计灵敏度都高。

它们共同的特点是具有较高的灵敏度,主要用来测量静态磁性,包括技术磁化曲线、磁滞回线,退磁曲线、磁热曲线,及其中所包含定义的各种参数。如饱和磁化强度Ma,剩余磁化强度Mr,矫顽力Hc,居里温度Tc,各种磁化率或磁导率,最大磁能积,矩形比等。这些仪器不仅可以测量铁磁、亚铁磁性的样品,而且可以测量抗磁、顺磁性的样品,不仅可以测大块样品,而且可以测薄膜等微量样品,所以在各种磁性功能材料、超导材料、结构化学、地质勘探、生物物理等研究领域里有着非常广泛的应用。

磁强计

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