[发明专利]一种交流磁化率测量装置及方法

说明书

本发明公开一种交流磁化率测试装置及方法，包括：交流电流源、温控仪、真空泵、低温恒温器及线圈组；装置还包括：前置放大器、锁相放大器和程控计算机；本申请采用电流激励，将待测试固体或粉末材料放置在拾取线圈，然后一并安置到低温恒温器样品腔内；通过恒流源对激励线圈提供交流电信号，同时锁相放大器提取拾取线圈的测试信号，待测试样品温度通过高精度温控仪获得，然后计算机实时显示测量信号随温度变化的曲线。本申请是一种无损交流磁化率测量方法，解决了传统交流磁化率测试过程中产生的问题，传统方法因为采用恒压激励模式，由于温度变化引起激励线圈阻抗变化，进一步引起被测材料磁化率信号测量分辨率下降，甚至测不出结果的问题。

技术领域

本发明涉及超导电子学、材料科学、高压科学与技术、凝聚态物理学技术领域，具体涉及一种交流磁化率测量装置及方法。

背景技术

交流磁化率的测量用于研究磁性材料始于上世纪30年代，尤其是具有铁磁性、反铁磁性和超导电性转变的材料具有重要意义，这个方法逐渐被重视是因为很多材料的磁化率和频率有关，进一步可以获得和磁动力学有关的时间常数的信息。例如，采用交流磁化率可以研究超导材料中的钉扎能，磁弛豫时间常数，决定控制自旋-晶格振动之间能量交换的弛豫过程，同种自旋之间能量交换的自旋-自旋弛豫过程，不同自旋能量交换的交叉弛豫过程等；又如，测量自旋玻璃材料时，其交流磁化率在冻结温度会出现峰值，并且随着交流场频率变化而漂移。

常见的交流磁化率测量是采用互感法，即一对绕在同一空心轴上的线圈，分为激励线圈和拾取线圈，给激励线圈提供交变电压信号，相应的产生交变磁场，在激励线圈交变磁场作用下，拾取线圈由于感生电流而产生信号，当被测样品放置到拾取线圈中心，随着温度变化拾取线圈中的信号在被测材料发生相变时会出现一个突变信号，即材料的相变信号，也是研究人员所关注的。

由于现有交流磁化率测量技术一般都是用电压源或者功率放大器来驱动，这对于室温或者恒温交流磁化率测量没问题，但是对于超导材料、磁性材料等物质进行测量的时候，一般会关心材料交流磁化率特性随温度的变化，从而找到材料的相变转变温度。在温度变化的过程中，激励线圈的温度也会随时间变化。由于线圈是纯铜线绕制的，铜的电阻率会随温度变化显著，所以激励线圈的阻抗会随温度发生显著变化。如果采用恒压激励，那么激励线圈中的电流也会随温度发生显著变化。根据麦克斯韦方程，激励线圈中的电流决定了激励线圈产生磁场的大小。如果激励线圈中的电流随温度发生显著变化，那么激励磁场强度也会随温度变化，这就会造成拾取线圈的输出电压信号随温度波动。如果被测材料尺寸较小，或者交流磁化率随温度变化幅度不明显，那么输出电压信号就会被温度波动引起的背景噪声所掩盖，从而降低了交流磁化率系统的分辨率。

针对被测材料交流磁化率信号弱的问题，传统上的做法是增加测试线圈的匝数和加大激励信号，但是随着线圈匝数和激励信号的增加，背景噪声也相应的增加，并且在低温恒温器下进行测量交流磁化率时，相应问题也并没有得到改善。

发明内容

为解决现有技术中的不足，本申请提出了一种交流磁化率测量装置及方法，主要是解决传统交流磁化率测试过程中，采用恒压激励模式时由于温度变化引起激励线圈阻抗变化，进一步引起被测材料磁化率信号测量分辨率下降或测不出的问题。将激励线圈的激励源改为了可编程恒流源，不同于现有的磁化率测试中普遍采用恒压激励；

一种交流磁化率测量装置：包括：交流电流源、温控仪、真空泵、低温恒温器及线圈组；

所述真空泵与低温恒温器相连接，低温恒温器与温控仪相连接，交流电流源与线圈组相连接；

所述交流电流源，为线圈组提供交变电流信号；

所述温控仪，用于监测并控制待测样品和线圈组温度；

所述真空泵，用于抽取低温恒温器中空气，使低温恒温器的真空腔保持真空状态；

所述低温恒温器，用于提供待测试样品和线圈组所需温度环境；