[发明专利]交流磁化率测量装置及其测量方法

说明书

本发明提供了一种交流磁化率测量装置，包括：激励线圈，其用于在通电状态下产生激励磁场；位于所述激励线圈内部的霍尔传感器，所述霍尔传感器包括两个电流输入端和两个电压输出端，所述两个电流输入端中的偏置电流的方向平行于所述激励线圈内部的激励磁场的方向；第一信号发生器，用于给所述激励线圈提供第一频率的交流激励；第二信号发生器，其输出端连接至所述霍尔传感器的两个电流输入端，用于给所述霍尔传感器提供第二频率的交流激励；锁相放大器，测量所述霍尔传感器的电压输出信号；以及第三信号发生器为所述锁相放大器提供第三频率参考信号。本发明的交流磁化率测量装置在低频下具有测量精度高、信噪比高等优异性能。

技术领域

本发明涉及磁化率测量领域，具体涉及一种交流磁化率测量装置及其测量方法。

背景技术

当在磁性样品上施加一个交变磁场时，磁性样品自身会诱导产生一个交变磁矩，该磁矩与交变磁场的比值就是磁性样品的交流磁化率。由于磁性样品在交变磁场下诱导的磁矩随时间震荡，因此从交流磁化率可以得到样品的磁化动力学信息。交流磁化率是表征物质性质的重要参数，在自旋玻璃、超顺磁、磁相变及超导等领域都有很广泛的应用。

图1是现有技术中的一种交流磁化率测量装置的示意图，如图1所示，交流磁化率测量装置1包括初级激励线圈11和次级感应线圈12、13。次级感应线圈12和13位于初级激励线圈11中，两者匝数相同、缠绕方向相反。初级激励线圈11的两端连接至交流电源14，次级感应线圈12、13串联连接至电压表15。由[Mn₁₂O₁₂(CH₃COO)₁₆(H₂O)₄](0.2毫米×0.2毫米×0.4毫米)制成的磁性待测样品16(图1所示黑色块体)放置在次级感应线圈12的内部，初级激励线圈11中产生的交变磁场诱导样品16产生交变磁矩，该交变磁矩在次级感应线圈12中诱导产生感应电动势，初级线圈11产生的磁场在次级线圈12中诱导产生的感应电动势被反向绕制的次级线圈13产生的反向感应电动势所抵消。因此，次级线圈12、13串联后两端的总感应电动势仅由样品16产生，通过测量该感应电动势得到磁性样品16的交流磁化率信息。

图2和图3分别是图1所示的交流磁化率测量装置测量磁性样品频率为13赫兹下的交流磁化率的实部和虚部随温度变化曲线图。从图2和3可以看出，交流磁化率的实部和虚部随着温度无规则变化，因此无法得知磁性样品交流磁化率随外界环境的变化规律。

由于上述使用探测线圈测量磁性样品的交流磁化率的原理是基于法拉第电磁感应定律，因此感应电动势正比于线圈内磁通量的变化率。在高频测量区，由于次级线圈12和13在实际绕制过程中的不会完全对称使得初级激励线圈11产生的高频磁场在次级感应线圈12、13中产生的感应电动势无法完全抵消而产生较大的测量本底信号。更重要的是，在低频测量区低频交流电使得探测线圈12和13上感生的电动势较低，因此信噪比很差。另外，新发现的磁性材料样品的体积通常很小，其磁矩也很小，这对于测量精度提出更高的要求。因此目前基于法拉第电磁感应定律使用探测线圈的交流磁化率测量装置1无法满足在低频区测量小磁矩的样品交流磁化率的需求。

发明内容

针对现有技术存在的上述技术问题，本发明的实施例提供了一种交流磁化率测量装置，包括：

激励线圈，其用于在通电状态下产生激励磁场；

位于所述激励线圈内部的霍尔传感器，所述霍尔传感器包括两个电流输入端和两个电压输出端，所述两个电流输入端中的偏置电流的方向平行于所述激励线圈内部的激励磁场的方向；

第一信号发生器，其输出端连接至所述激励线圈的两端，用于给所述激励线圈提供第一频率的交流激励；

第二信号发生器，其输出端连接至所述霍尔传感器的两个电流输入端，用于给所述霍尔传感器提供第二频率的交流激励；

锁相放大器，其信号输入端连接至所述霍尔传感器的两个电压输出端；以及