磁參數(shù)的測量PPT課件

1、10/26/20211磁場的產(chǎn)生n磁場強度分布10-1610-1310-1010-410-310-210-11001011021038x10-148x10-118x10-88x10-28x10-18x1008x1018x1028x1038x1048x105(tesla)(ka/m) 生物磁場天體磁場地磁場永磁體電磁鐵亥姆霍茲線圈超導磁體脈沖磁場第九章第九章 磁參數(shù)的測量磁參數(shù)的測量10/26/20212第九章第九章 磁參數(shù)的測量磁參數(shù)的測量10/26/20213磁性信號的測量儀器中子散射裝置、磁力顯微鏡磁磁作用回旋共振、自旋共振(鐵磁共振儀、亞鐵磁共振儀、反鐵磁共振儀、電子自旋共振儀、核磁共振

2、儀、mssbauer 譜儀)共振效應磁光效應磁力效應沖擊法振動樣品磁強計vsm提拉樣品磁強計esm超導量子(squid)磁強計電磁感應faraday效應kerr效應、faraday效應磁圓（線）振二向色譜儀磁轉(zhuǎn)矩儀、磁天平交變梯度磁強計agfm10/26/20214第九章第九章 磁參數(shù)的測量磁參數(shù)的測量電磁感應法電磁感應法電動勢電動勢10/26/20215第九章第九章 磁參數(shù)的測量磁參數(shù)的測量線圈旋轉(zhuǎn)線圈旋轉(zhuǎn)10/26/20216第九章第九章 磁參數(shù)的測量磁參數(shù)的測量10/26/20217第九章第九章 磁參數(shù)的測量磁參數(shù)的測量10/26/20218第九章第九章 磁參數(shù)的測量磁參數(shù)的測量10/2

3、6/20219第九章第九章 磁參數(shù)的測量磁參數(shù)的測量10/26/202110應盡量滿足的條件靈敏度應盡量滿足的條件靈敏度脈沖電流沖擊完畢之后，電流計線圈開始轉(zhuǎn)動： 電流計線圈的轉(zhuǎn)動慣量越大，越滿足此條件。檢流計處于臨界阻尼狀態(tài)； 檢流計比較慢地達到最大讀數(shù)，很快降為零。被測磁通應盡量為瞬時變化： 非瞬時變化引入很大的誤差。線圈的自由振蕩周期要遠大于磁通變化的時間 一般在10倍以上。需要測定沖擊檢流計的沖擊常數(shù)c 使用互感系數(shù)m已知的互感線圈。10/26/202111優(yōu)點 1、可以開路、閉路測量； 2、儀器設備簡單。閉路：磁路閉合開路：磁路不閉合ns缺點 1、積分式數(shù)據(jù)采集：零漂移； 2、要求使

4、用具有特定形狀的樣品； 3、靈敏度較低。等截面積（常數(shù)）沖擊檢流計法沖擊檢流計法10/26/202112沖擊檢流計使用n教學演示實驗：電磁感應定律 工業(yè)：發(fā)電機 工業(yè)：磁體的磁性能測量迴線儀：永磁材料的永磁性能檢測美國kjs公司中國計量科學研究院德國magnetphysik公司nim2000系列permagraph系列hg50010/26/202113第九章第九章 磁參數(shù)的測量磁參數(shù)的測量10/26/202114第九章第九章 磁參數(shù)的測量磁參數(shù)的測量10/26/202115第九章第九章 磁參數(shù)的測量磁參數(shù)的測量10/26/202116霍爾高斯計霍爾高斯計 霍爾元件霍爾元件10/26/20211

5、7霍爾傳感器用于測量磁場強度霍爾傳感器用于測量磁場強度 霍爾元件霍爾元件測量鐵心測量鐵心 氣隙的氣隙的b值值10/26/202118二、磁敏傳感器二、磁敏傳感器 磁敏電阻：半導體材料的電阻率隨磁場強度的磁敏電阻：半導體材料的電阻率隨磁場強度的增強而變大，這種現(xiàn)象稱為磁阻效應，利用磁阻效增強而變大，這種現(xiàn)象稱為磁阻效應，利用磁阻效應制成的元件稱為磁敏電阻。應制成的元件稱為磁敏電阻。 10/26/202119第九章第九章 磁參數(shù)的測量磁參數(shù)的測量10/26/202120第九章第九章 磁參數(shù)的測量磁參數(shù)的測量10/26/202121磁敏電阻的應用磁敏電阻的應用 磁敏電阻可用于磁敏電阻可用于測量地球磁

6、場的方向測量地球磁場的方向及強度的變化。及強度的變化。 指南針只能指示指南針只能指示地球磁場的方向。地球磁場的方向。10/26/202122地球磁場地球磁場“導演導演”的的極光極光（加拿大育空地（加拿大育空地區(qū)）區(qū)）10/26/202123磁阻式電子羅盤磁阻式電子羅盤 10/26/202124磁敏電阻磁敏電阻ic及其應用及其應用 線性磁阻位置傳感器線性磁阻位置傳感器10/26/202125磁敏電阻的應用磁敏電阻的應用 根據(jù)鐵磁根據(jù)鐵磁物體對地磁的物體對地磁的擾動，可檢測擾動，可檢測車輛的存在，車輛的存在，可用于包括自可用于包括自動開門，路況動開門，路況監(jiān)測，停車場監(jiān)測，停車場檢測，車輛位檢測，

7、車輛位置監(jiān)測，紅綠置監(jiān)測，紅綠燈控制等。燈控制等。 10/26/202126利用磁敏電阻制作小型探礦儀利用磁敏電阻制作小型探礦儀（磁力儀）（磁力儀） 磁敏電阻磁敏電阻（聚四氟乙烯（聚四氟乙烯封裝）封裝） 磁力磁力 探礦儀探礦儀的使用的使用10/26/202127磁敏電阻小型探礦儀磁敏電阻小型探礦儀 上海直川信息技術(shù)有限公司研制上海直川信息技術(shù)有限公司研制的磁阻探礦儀及數(shù)據(jù)統(tǒng)計曲線圖的磁阻探礦儀及數(shù)據(jù)統(tǒng)計曲線圖10/26/202128磁阻磁阻ic用于轉(zhuǎn)速測量用于轉(zhuǎn)速測量 磁力線集中磁力線集中磁力線分散磁力線分散10/26/202129磁阻磁阻ic用于筆式驗鈔器用于筆式驗鈔器 驗鈔筆順著紙幣上的驗

8、鈔筆順著紙幣上的磁性防偽線掃描磁性防偽線掃描 10/26/202130第九章第九章 磁參數(shù)的測量磁參數(shù)的測量10/26/202131第九章第九章 磁參數(shù)的測量磁參數(shù)的測量10/26/202132第九章第九章 磁參數(shù)的測量磁參數(shù)的測量10/26/202133第九章第九章 磁參數(shù)的測量磁參數(shù)的測量10/26/202134核磁共振的基本原理核磁共振的基本原理分子的磁性質(zhì)分子的磁性質(zhì)原子核原子核 帶正電荷的粒子帶正電荷的粒子 當它的當它的質(zhì)量數(shù)質(zhì)量數(shù)和和原子序數(shù)原子序數(shù)有一個是有一個是奇奇數(shù)時，數(shù)時，它就和電子一樣有自旋運動。它就和電子一樣有自旋運動。11h， 136c，199f 和和 3115p 有

9、自旋現(xiàn)象有自旋現(xiàn)象126c 和和 168o 沒有自旋現(xiàn)象沒有自旋現(xiàn)象第九章第九章 磁參數(shù)的測量磁參數(shù)的測量四、核磁共振法四、核磁共振法10/26/202135磁矩磁矩 ，具有方向性，是一個矢量具有方向性，是一個矢量 自旋的核有循環(huán)的電流，會產(chǎn)生磁場，形成自旋的核有循環(huán)的電流，會產(chǎn)生磁場，形成磁矩。這一磁矩的方向與原子核的自旋方向相同，磁矩。這一磁矩的方向與原子核的自旋方向相同，大小與原子核的自旋角動量成正比。大小與原子核的自旋角動量成正比。將原子核置于外加磁場中，若原子核磁矩與將原子核置于外加磁場中，若原子核磁矩與外加磁場方向不同，則原子核磁矩會繞外磁場方外加磁場方向不同，則原子核磁矩會繞外磁

10、場方向旋轉(zhuǎn)，這一現(xiàn)象類似陀螺在旋轉(zhuǎn)過程中轉(zhuǎn)動軸向旋轉(zhuǎn)，這一現(xiàn)象類似陀螺在旋轉(zhuǎn)過程中轉(zhuǎn)動軸的擺動，稱為進動。的擺動，稱為進動。10/26/202136磁矩磁矩 ，具有方向性，是一個矢量具有方向性，是一個矢量 = r h i / 2 r 旋磁比旋磁比 i 自旋量子數(shù)自旋量子數(shù) h plank常數(shù)常數(shù) 1h 自旋量子數(shù)自旋量子數(shù)( i ) 1/2沒有外磁場時，其自旋磁距取向是混亂的沒有外磁場時，其自旋磁距取向是混亂的在外磁場在外磁場h0中，它的取向分為兩種中，它的取向分為兩種(2i+1=2)一種和磁場方向一種和磁場方向相反相反，能量較高，能量較高(e= h0)一種和磁場方向一種和磁場方向平行平行，能

11、量較低，能量較低( e= h0)10/26/202137兩種取向的能量差兩種取向的能量差 e可表示為可表示為:00000)2()21()2(22)(hhrhhrhhhe 若外界提供一個電磁波，波的頻率適當，若外界提供一個電磁波，波的頻率適當，能量恰好等于核的兩個能量之差，能量恰好等于核的兩個能量之差，h = e， 那么此原子核就可以從低能級躍遷到高能級，那么此原子核就可以從低能級躍遷到高能級，產(chǎn)生產(chǎn)生核磁共振吸收核磁共振吸收。10/26/202138 進動具有能量也具有一定的頻率。原子核進動進動具有能量也具有一定的頻率。原子核進動的頻率由外加磁場的強度和原子核本身的性質(zhì)決定，的頻率由外加磁場的

12、強度和原子核本身的性質(zhì)決定，也就是說，對于某一特定原子，在一定強度的的外也就是說，對于某一特定原子，在一定強度的的外加磁場中，其原子核自旋進動的頻率是固定不變的。加磁場中，其原子核自旋進動的頻率是固定不變的。原子核發(fā)生進動的能量與磁場、原子核磁矩、以及原子核發(fā)生進動的能量與磁場、原子核磁矩、以及磁矩與磁場的夾角相關(guān)，根據(jù)量子力學原理，原子磁矩與磁場的夾角相關(guān)，根據(jù)量子力學原理，原子核磁矩與外加磁場之間的夾角并不是連續(xù)分布的，核磁矩與外加磁場之間的夾角并不是連續(xù)分布的，而是由原子核的磁量子數(shù)決定的，原子核磁矩的方而是由原子核的磁量子數(shù)決定的，原子核磁矩的方向只能在這些磁量子數(shù)之間跳躍，而不能平滑

13、的變向只能在這些磁量子數(shù)之間跳躍，而不能平滑的變化，這樣就形成了一系列的能級?；@樣就形成了一系列的能級。10/26/202139 當原子核在外加磁場中接受其他來源的能量當原子核在外加磁場中接受其他來源的能量輸入后，就會發(fā)生能級躍遷，也就是原子核磁矩輸入后，就會發(fā)生能級躍遷，也就是原子核磁矩與外加磁場的夾角會發(fā)生變化。這種能級躍遷是與外加磁場的夾角會發(fā)生變化。這種能級躍遷是獲取核磁共振信號的基礎(chǔ)。為了讓原子核自旋的獲取核磁共振信號的基礎(chǔ)。為了讓原子核自旋的進動發(fā)生能級躍遷，需要為原子核提供躍遷所需進動發(fā)生能級躍遷，需要為原子核提供躍遷所需要的能量，這一能量通常是通過外加射頻場來提要的能量，這

14、一能量通常是通過外加射頻場來提供的。根據(jù)物理學原理當外加射頻場的頻率與原供的。根據(jù)物理學原理當外加射頻場的頻率與原子核自旋進動的頻率相同的時候，射頻場的能量子核自旋進動的頻率相同的時候，射頻場的能量才能夠有效地被原子核吸收，為能級躍遷提供助才能夠有效地被原子核吸收，為能級躍遷提供助力。因此某種特定的原子核，在給定的外加磁場力。因此某種特定的原子核，在給定的外加磁場中，只吸收某一特定頻率射頻場提供的能量，這中，只吸收某一特定頻率射頻場提供的能量，這樣就形成了一個核磁共振信號。樣就形成了一個核磁共振信號。 10/26/202140第九章第九章 磁參數(shù)的測量磁參數(shù)的測量10/26/202141第九章

15、第九章 磁參數(shù)的測量磁參數(shù)的測量10/26/202142第九章第九章 磁參數(shù)的測量磁參數(shù)的測量10/26/202143第九章第九章 磁參數(shù)的測量磁參數(shù)的測量10/26/202144第九章第九章 磁參數(shù)的測量磁參數(shù)的測量10/26/202145第九章第九章 磁參數(shù)的測量磁參數(shù)的測量10/26/202146第九章第九章 磁參數(shù)的測量磁參數(shù)的測量10/26/202147第九章第九章 磁參數(shù)的測量磁參數(shù)的測量10/26/202148第九章第九章 磁參數(shù)的測量磁參數(shù)的測量10/26/202149第九章第九章 磁參數(shù)的測量磁參數(shù)的測量10/26/202150第九章第九章 磁參數(shù)的測量磁參數(shù)的測量10/26

16、/202151第九章第九章 磁性傳感器磁性傳感器 磁致伸縮效應及應用磁致伸縮效應及應用 稀土原料稀土原料 某些磁性材料在外某些磁性材料在外磁場作用下，物理尺寸磁場作用下，物理尺寸會發(fā)生變化，去掉外磁會發(fā)生變化，去掉外磁場后，又恢復到原來的場后，又恢復到原來的尺寸，這種現(xiàn)象稱為磁尺寸，這種現(xiàn)象稱為磁致伸縮效應。稀土超磁致伸縮效應。稀土超磁致伸縮材料是目前性能致伸縮材料是目前性能最好的超磁致伸縮材料最好的超磁致伸縮材料之一。之一。 10/26/202152稀土超磁致伸縮材料的應用稀土超磁致伸縮材料的應用 稀土超磁致伸縮材料可將電磁能轉(zhuǎn)換稀土超磁致伸縮材料可將電磁能轉(zhuǎn)換成機械能或聲能（或機械位移信息或聲信成機械能或聲能（或機械位移信息或聲信息），相反也可以將機械能（或機械位移息），相反也可以將機械能（或機械位移與信息）轉(zhuǎn)換成電磁能（或電磁信息），與信息）轉(zhuǎn)換成電磁能（或電磁信息），它是重要的能量與信息轉(zhuǎn)換功能材料，可它是重要的能量與信息轉(zhuǎn)換功能材料，可用于制作大功率聲納傳感器。用于制作大功率聲納傳感器。10/26/202153聲納的應用聲納的應用 聲納聲納發(fā)射、發(fā)射、接收器接收器聲納反潛聲納反潛10/26/202154聲納反潛的原理聲納反潛的原理 10/26/202155磁致伸縮位移傳感器磁致伸縮位移傳感器（參考德國圖爾克公司資料）