[发明专利]一种软磁材料磁特性曲线的测量装置及方法

说明书

本发明公开了一种软磁材料磁特性曲线的测量装置及方法。本发明首先在特定温度下利用脉冲磁场饱和磁化软磁样品，然后改变软磁样品和铷泡的间距，并利用抽运‑检测型铷原子磁力仪快速测量出软磁样品不同位置时铷泡处的磁场，求得软磁样品的饱和剩余磁矩；然后用所述饱和剩余磁矩除以初始位置处软磁样品在铷泡处产生的磁场，得到特定温度条件下软磁样品在初始位置处的定标系数；最后利用所述定标系数将各种测量过程中软磁样品在铷泡处产生的磁场值转换为软磁样品本身的磁矩值，实现软磁样品等温剩磁回线、低场部分等温磁滞回线、低场部分等温初始磁化曲线、零场冷却的磁矩‑温度曲线等各磁特性曲线的测量。本发明测量精度高，重复性好。

技术领域

本发明涉及磁场测量技术领域，具体涉及一种基于抽运-检测型铷原子磁力仪的软磁材料磁特性曲线的测量装置及方法。

背景技术

在磁性材料测量领域，各种磁特性曲线用于表征磁性材料的物理性质，例如从磁滞回线可获得矫顽力、剩磁等信息，从样品磁矩的变温曲线可研究磁性材料的磁相变，古地磁学和环境磁学研究中通过饱和等温剩磁曲线和剩磁矫顽力曲线识别岩石或土壤中的磁性载体。目前测量磁性材料磁特性曲线的常用精密磁强计主要是超导量子干涉器件(Superconducting Quantum Interference Device,SQUID)磁强计和振动样品磁强计(Vibrating Sample Magnetometer,VSM)，古地磁学和环境磁学中采用脉冲磁化仪和旋转磁力仪测量饱和等温剩磁曲线和剩磁矫顽力曲线。

软磁材料容易磁化，也容易退磁，矫顽力小是其基本特征，软磁样品磁特性曲线的测量是基础研究中的难点问题。目前常用的磁学性能测试系统(SQUID-VSM)都采用超导磁体来提供磁场，在超导磁体电流为零时，由于冻结磁通，剩余磁场可达几十高斯，这对软磁材料磁性能测量会造成很多错误。例如文献“于红云，超导磁体剩余磁场对软磁材料测试的影响[J].物理学报,2014,63(4):047502.”中指出，SQUID超导磁体退磁后剩余磁场有时大于30Gs，由此产生的磁场误差将导致测试的矫顽力、剩磁等数据不准确，甚至导致反向的磁滞回线，剩磁误差会引起特定磁场下软磁样品磁矩的测量误差。目前工业上采用抛移测量方法(软磁材料矫顽力的抛移测量方法.国家标准GB/T 3656-2008)或开磁路测量方法(在开磁路中测量磁性材料矫顽力的方法.国家标准GB/T 13888-2009.)来测量软磁材料的矫顽力，这两种方法无法进一步被开发成高精度测量软磁样品各类磁特性曲线的装置。

发明内容

有鉴于此，本发明公开了一种基于抽运-检测型原子磁力仪测量软磁材料磁特性曲线的装置及方法。拉莫尔进动效应是一种自然基准，软磁样品在不同磁化历史中利用基于拉莫尔进动效应的抽运-检测型铷原子磁力仪测量软磁样品在铷泡处产生的磁场，并在特定温度条件下测量软磁样品的饱和剩余磁矩值并定标一系列软磁材料的磁特性曲线，能够将软磁样品的磁矩值溯源到自然基准，显著提高软磁样品磁特性曲线测量的准确度。

本发明的软磁材料磁特性曲线的测量装置，包括：抽运-检测型铷原子磁力仪、本底磁场产生组件，以及软磁样品磁化和退磁组件；

本底磁场产生组件包括磁屏蔽筒和本底磁场线圈；所述磁屏蔽筒用于实现地磁屏蔽；所述本底磁场线圈位于磁屏蔽筒内部，用于在磁屏蔽筒中产生轴向均匀稳定的本底磁场；所述本底磁场在200nT至20000nT范围内；

所述抽运-检测型铷原子磁力仪位于磁屏蔽筒内，其铷泡位于本底磁场的磁场均匀区，圆偏振抽运光方向与本底磁场方向平行，线偏振探测光方向与本底磁场方向垂直；抽运-检测型铷原子磁力仪用于测量抽运-检测型铷原子磁力仪内铷泡空间位置的磁场；