[发明专利]一种磁矩测量仪及其测量方法

说明书

一种磁矩测量仪，采用电阻应变片式力传感器测量磁体所受磁场力的力矩，利用一维亥姆霍兹线圈在磁体周围产生匀强磁场；逐级增加磁感应强度，利用磁感应强度与磁体所受力矩的比值的斜率，并参照标样斜率，求得磁体磁矩。本发明的磁矩测量仪可以直接、准确测量任意形状和1～10厘米尺度磁体的磁矩，具有突破性效果，解决了磁体形状多样化的磁矩测量问题。

技术领域

本发明涉及磁矩测量领域，更具体地涉及一种测量任意自由形状磁体的磁矩的测量仪及其测量方法，可用于人造磁体、磁性岩石的磁矩测量。

背景技术

本文所称磁矩也称磁偶极矩，是衡量磁体整体磁化强度的宏观物理量。磁矩是磁性材料、岩石磁学中的必测项目。

(1)磁性材料领域的磁矩测量

磁性材料磁矩测量设备多采用“亥姆霍兹线圈+磁通计”法。其原理是小尺寸磁体可以视作一个磁偶极子，磁矩m等于磁化强度M乘以样品体积V。测量时，把磁体放在线圈的中心位置(亥姆霍兹线圈产生均匀磁场的区域)，调节磁通计零点，然后把磁体移出线圈至对读数无影响处。磁体的开路磁矩：

M＝C·Φ

式中：C——线圈常数；Φ——磁通计磁通读数。

该方法对设备和样品的要求如下：

1)要求磁通计控制漂移优于1uWb/min。

2)线圈标定：一维或者三位线圈标定，国内较高水平线圈常数准确度优于0.1％，三维线圈的正交度优于0.1°。

3)通过测试磁通，换算到磁矩过程主要由以上两个步骤保证，对于不同尺寸的样品导磁系数Pc(开路工作点)的计算成为采用亥姆霍兹线圈测试磁性材料磁特性参数Br/Hcb/Bhmax的重要难点。

4)一个空间放置的磁体，其磁力线分布是一定的，对线圈的感应是一定的，不同规格的磁体有着不同的磁力线分布形态。Pc代表的就是磁力线从N极出发回到S极的强弱情况，也就是磁体在空间的工作点。通过不断的进行测试拟合，优化Pc函数与样品尺寸的关联性，目前测量设备已经基本上掌握了方块、圆柱和圆环的Pc推导公式，能保证所计算的三参数准确度均达到2％以内的范围。

该方法的误差来源主要有：

1)测试样品存在磁偏角，采用一维线圈测试Mz替代磁矩M有一定偏差。

2)不同形状的和规格的稀土永磁材料，换算拟合导磁系数Pc存在偏差。方块、圆柱和圆环以外形状磁体磁矩测量准确度差，特别是对于自由形状的磁性岩石，几乎无法测量。

(2)岩石磁学领域的磁矩测量

岩石磁学领域主要通过测量岩石样品的剩余磁化强度再根据体积计算磁矩。磁化强度较弱，所用仪器有无定向磁力仪、旋转磁力仪和超导磁力仪。

无定向磁力仪的核心部件是一个磁系，它由两个几何形状相同、磁矩相等、极性相反的磁铁构成。这两个磁铁用轻质铝杆连接，固定在同一垂直面内，并用悬丝悬挂起来。这种磁系在外部均匀磁场中不发生偏转。测定时，标本置于其中一个磁铁的一侧，由于标本磁场的作用，磁系将发生偏转，从而测定标本的磁性。

旋转式磁力仪的原理是：把标本固定在仪器中连续旋转，在线圈内或磁通门系统中产生一定频率(约5周/秒)的感应电讯号，其振幅强度取决于与旋转轴相垂直的磁化分量强度，相位取决于这些磁化分量的方向，讯号经专用计算机处理，得到标本磁化强度矢量的数据。旋转部分和灵敏系统安装在多层磁屏中。这类仪器灵敏度最高者可达10-8CGSM单位，用于磁法勘探和古地磁研究等领域弱磁性标本的测量。测量前，必须标定仪器，空架补偿；对样品的大小和形状方面有严格要求，样品的剩磁各分量的测量要按六个位置进行，因而得出剩磁的三个分量，进而可以计算样品保留的地刺倾角和偏角信息。

(3)已有方法的局限性