第五讲磁矩检测的原理和技术-1-电磁感应定律-磁学国家重点实验室.ppt

中国科学院物理研究所 ? 通用实验技术公共课程 《磁性测量》 声 明 本讲稿中引用的图、表、数据全部取自公开发表的书籍、文献、论文，而且仅为教学使用，任何人不得将其用于商业目的。 基于电磁感应定律测量磁矩 通用步骤 参考样品 冲击法 磁偶极子(假设） 互易性原理、检测线圈设计 磁通检测技术方法 磁矩测量的通用步骤 感应电势的测量 感应电势－磁矩关系的标定 检测线圈的设计制作 检测过程 公式推导：磁矩 ? 磁场 ? 磁通量 ? 感应电势 磁矩的定标：标准参考样品 镍球（NIST）：饱和磁矩 钯圆柱体：磁化率 镍圆柱体：饱和磁化强度 Dy2O3：磁化率 磁矩量具及检定 永磁体：钴钢 磁矩量具及检定 载流线圈：安培环路 磁矩量具及检定 检定系统：中国尚未建立独立的检定系统 常用磁矩标准参考样品 Pd圆柱体（QD公司的设备使用） 常用磁矩标准参考样品 Ni球（美国NIST的磁矩标准参考样品） 冲 击 法 冲 击 法 冲 击 法 冲击法的原型使用 教学演示实验：电磁感应定律 磁通检测技术方法 1、电压积分器 机械式：冲击检流计 电子式：电子积分器 冲击检流计 Ballistic Galvanometer 冲击检流计 冲击检流计结构示意图 冲击检流计运动方程 冲击检流计运动方程 冲击检流计运动方程的解 冲击检流计运动方程的解 ? = 0 冲击检流计运动方程的解 ? = 0 冲击检流计运动方程的解 ? ?0 冲击检流计运动方程的解 ? ?0 冲击检流计运动方程的解 ? = ?0 冲击检流计运动方程的解 ? = ?0 冲击检流计运动方程的解 ? ?0 冲击检流计运动方程的解 ? ?0 “具有关于细节的全部知识” “具有关于细节的全部知识” 1914年，?衰变的?射线能量连续谱（J. Chadwich） 1930年，无静止质量、不带电荷的“中子”（W. E. Pauli） 1932年，原子核内部的“真正的” 中子(neutron）（J. Chadwich） 1933年，中微子（neutrino）、?衰变定量理论（E. Fermi） 1955年，实验中检测到中微子（ F. Reines、C. L. Cowan） 1939年，太阳发光理论（H. A. Bethe） 1964年~1994年，太阳中微子的检测（R. Davis Jr，615吨四氯乙烯，1500 米深的废（金）矿，30 年，1997个中微子） 1987年，大麦哲伦星系中爆发一颗超新星（小柴昌俊，1000米深的（砷）矿井，2140吨纯水，1100个光电倍增管，12个中微子） 磁通冲击常数的测定 电量冲击常数：CQ（单位C/mm） 电子式积分器 Electronic Integrator 电子式积分器 积分器的电路原理图 电子式积分器 数字化：A/D转换 电子式积分器 虚拟化：软件积分器 点 磁偶极子 假设 磁（偶）极子假设 磁偶极子磁场的空间分布 完整表达式：距离 r 处S点的磁场强度 磁偶极子磁场的空间分布 完整表达式：距离 r 处S的磁场强度 磁（偶）极子假设 磁（偶）极子假设 磁（偶）极子假设 磁（偶）极子假设 完全椭圆积分的级数展开 磁（偶）极子假设 重新整理 磁（偶）极子假设 磁（偶）极子假设 磁（偶）极子假设 磁通量与点磁偶极子位置 磁通量与点磁偶极子位置 磁通量与点磁偶极子位置 磁（偶）极子假设 样品与检测线圈的几何尺寸 检测线圈的设计互易性原理 互易性原理 互易性原理 互易性原理 互易性原理的本质 互易性原理的本质 互易性原理的本质 互易性原理的意义 互易性原理的意义 几何（位置）灵敏因子 几何（位置）灵敏因子 几何（位置）灵敏因子 Helmholtz配置：?＝rc 平行于轴向 等高线 最均匀配置：?＝?3rc 平行于轴向 远距离配置：?＝2rc 平行于轴向 几何（位置）灵敏因子 几何（位置）灵敏因子 Helmholtz配置：?＝rc 垂直于轴向 最均匀配置：?＝?3rc 垂直于轴向 等高线 等高线 远距离配置：?＝2rc 垂直于轴向 锁相放大器 Lock-in Amplifier 锁相放大器 锁相放大器的起源 同步检波 (Synchronous detection) 锁相放大器的起源 放大 (amplification)：简单放大不太行 锁相放大器的起源 特制的带通滤波器（PSD） 相敏检波 相敏检波器：鉴相器、同步解调器 相敏检波 相敏检波器：鉴相器、同步解调器 相敏检波 相敏检波器：鉴相器、同步解调器 参考信号 锁相环：PLL＝PSD + LPF + VCO 相位锁定 相位锁定的过程： 数字锁相放大器 数字化：DSP 数字锁相放大器 晶体振荡器 数字锁相放大器 晶体振荡器的调频 锁相放大器 天才的发现 锁相放大器的参数