[发明专利]一种铁磁薄膜的磁弹性性能同时在线检测方法

摘要

一种铁磁薄膜的磁弹性性能同时在线检测方法，属于工程材料、结构形变及力学实验技术领域。该方法包括测量铁磁薄膜非均匀应力光路和测量薄膜磁滞回线光路，薄膜非均匀应力测量光路包括激光器、扩束镜、光栅，透镜、过滤屏、CCD相机；测量薄膜磁滞回线光路包括激光器、扩束镜、起偏镜、检偏镜、光电检测器。利用剪切干涉测量铁磁薄膜表面的非均匀曲率，由曲率得到薄膜中的非均匀应力，利用铁磁薄膜表面的磁光克尔效应测量薄膜的磁滞回线。该方法可同时在线测量铁磁薄膜的非均匀应力和磁滞回线，从而为铁磁薄膜的磁弹性耦合行为的研究提供了实验基础。

主权项

1.一种铁磁薄膜的磁弹性性能同时在线检测方法，其特征在于：该方法利用测量铁磁薄膜非均匀应力光路和测量薄膜磁滞回线光路两条光路进行在线检测，所述的薄膜非均匀应力测量光路包括第一激光器(1a)、第一扩束镜(2a)、第一光栅(4a)、第二光栅(4b)、透镜(5)、过滤屏(6)和CCD相机(7)；所述的测量薄膜磁滞回线光路包括第二激光器(1b)、第二扩束镜(2b)、起偏镜(8)、检偏镜(9)和光电检测器(10)，其检测方法包括如下步骤：a.利用外加磁场使试样(3)磁化，并记录外加磁场强度H；b.打开第一激光器(1a)，使第一激光器发出的光束通过第一扩束镜(2a)，并调节第一扩束镜(2a)，使从第一激光器发出的激光扩束并保持均匀性；c.由第一扩束镜(2a)扩束后的光束照射到试样(3)表面，从试样表面反射的光束依次通过第一光栅(4a)、第二光栅(4b)、透镜(5)、过滤屏(6)和CCD相机(7)；d.将第一光栅(4a)和第二光栅(4b)的主轴方向设置成竖直方向，调整透镜(5)、过滤屏(6)和CCD相机(7)之间的距离，得到清晰的干涉图像；e.提取干涉条纹中心线，计算条纹级数变化梯度和n(y)是干涉条纹级数，通过下式：κyy≈p2Δ(∂n(y)∂y),]]>κxy≈p2Δ(∂n(y)∂y)]]>计算得到试样表面y方向曲率κ_yy和旋转曲率κ_xy，上式中p是光栅常数，Δ是两光栅间距；f.将第一光栅(4a)和第二光栅(4b)在光栅面内绕垂直光栅平面的轴线向相同方向旋转90°，得到干涉条纹，提取干涉条纹中心线，条纹级数记作n^(x)，计算条纹级数变化梯度由下式：κxx≈p2Δ(∂n(x)∂x)]]>计算得到试样表面x方向曲率κ_xx；g.通过坐标转换公式将直角坐标下的曲率κ_xx，κ_yy，κ_xy转换成柱坐标下的曲率κ_rr，κ_θθ，通过下式：σrr(f)+σθθ(f)=Eshs26(1-vs)hf[κrr+κθθ+1-vs1+vs(κrr+κθθ-κrr+κθθ‾)]σrr(f)-σθθ(f)=-2Efhs3(1+vf)(κrr-κθθ)τ=Eshs26(1-vs2)ddr(κrr+κθθ)]]>计算和τ得到试样的非均匀应力，上式中E_f是薄膜弹性模量，v_f是薄膜泊松比，E_s是基体弹性模量，v_s是基体泊松比，h_f是薄膜厚度，h_s是基体厚度，是薄膜中的径向应力，是薄膜中的周向应力，τ是薄膜与基体界面之间的切应力，d(κ_rr+κ_θθ)/dr表示主曲率之和的径向导数；h.打开第二激光器(1b)，使第二激光器发出的光束通过第二扩束镜(2b)；并调节第二扩束镜(2b)使从第二激光器发出的激光扩束并保持均匀性；i.经第二扩束镜(2b)扩束后的光束通过起偏镜(8)后变成线偏振光，此线偏振光照射到试样(3)表面，从试样表面反射回来的光束经过检偏镜(9)再通过光电检测器(10)，由光电检测器测量出所接收到的光束强度I；j.利用标准的已知磁化性质的样品代替试样(3)，重复步骤i测得反射光强I′，由于样品的磁化性质是已知的，由外加磁场强度H计算样品的磁感应强度B′，试样(3)的磁感应强度可通过下式计算，B=II′B′]]>得到试样(3)的磁感应强度B；k.改变外加磁场强度H，重复步骤i测量出在不同外加磁场强度H下试样(3)的反射光强I，计算得到在不同外加磁场强度下试样的磁感应强度B，绘制试样的磁滞回线。