專利名稱：高壓實(shí)驗(yàn)用振動(dòng)式交流磁信號(hào)探測(cè)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及磁性材料在高壓條件下的物理性質(zhì)測(cè)量，特別是交流 磁性質(zhì)的測(cè)量。實(shí)現(xiàn)高壓條件下磁性材料交流物理性質(zhì)的無樣品接觸測(cè)量裝置。
背景技術(shù)：
壓力是獨(dú)立于溫度、組分的一個(gè)基本物理參量，可以非常有效地 縮短物質(zhì)的原子間距、增加相鄰電子軌道重疊，進(jìn)而改變物質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)和原子(分子)間的相互作用。隨著以金剛石壓砧(DAC) 為代表的超高壓技術(shù)與多種物理、化學(xué)、材料手段的成功結(jié)合，超高 壓物理和材料的研究呈現(xiàn)迅猛發(fā)展的勢(shì)頭。它可以產(chǎn)生大于100萬壓 力。由于通常超高壓腔體的樣品的尺寸很小((JKlOOjim、體積 10—3mm3), 在這樣小的空間里如何實(shí)現(xiàn)高壓原位物性測(cè)量，成為影響高壓下材料 研究的一個(gè)瓶頸。高壓在開發(fā)新材料，研究材料基本物理性質(zhì)方面具 有不可替代的重要地位，人們已經(jīng)用直接安裝電極測(cè)量的方法實(shí)現(xiàn)電 性質(zhì)測(cè)量，由于在高壓狀態(tài)下，導(dǎo)線極易斷裂且制作困難，用這樣的 方法測(cè)量極不方便、成功率極低。材料會(huì)在磁特性上有變化，利用電 磁感應(yīng)來測(cè)量樣品的磁性質(zhì)，是一種非樣品接觸的方式。發(fā)明內(nèi)容針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種高壓實(shí)驗(yàn) 用振動(dòng)式交流》茲信號(hào)探測(cè)系統(tǒng)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明包括兩個(gè)鎖相放大器、兩個(gè)信號(hào)發(fā)生器、 磁傳感器、溫度傳感器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，組成一個(gè)與樣品無接觸高壓 條件下測(cè)量磁性材料樣品的交流磁性質(zhì)的裝置，所述磁傳感器由兩組 次級(jí)繞組繞制同名端串接和一組連接有振動(dòng)片的初級(jí)繞組構(gòu)成所述次級(jí)繞組和所述初級(jí)繞組同心》丈置；所述^茲傳感器測(cè)量樣品^茲性質(zhì)； 所述溫度傳感器用來測(cè)量樣品的溫度；所述鎖相放大器將所述^f茲傳感 器測(cè)量出的磁信號(hào)進(jìn)行鎖相放大將非常弱的磁信號(hào)變成可數(shù)據(jù)釆集的 大信號(hào)，由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行采集。進(jìn)一步，所述磁傳感器中初級(jí)繞組上的振動(dòng)片設(shè)置有電壓輸入端， 控制振動(dòng)片的振動(dòng)頻率。進(jìn)一步，所述溫度傳感器是熱敏電阻或者熱電偶。 本發(fā)明中的磁傳感器由兩組次級(jí)繞組繞制同名端串接和一組連接 有振動(dòng)片的初級(jí)繞組構(gòu)成。附加了可以隨外加電壓變化而振動(dòng)的壓控 振動(dòng)片。形成了專門調(diào)制測(cè)量樣品磁性質(zhì)的調(diào)制測(cè)量磁傳感器。在磁 傳感器基礎(chǔ)上構(gòu)筑了由兩個(gè)鎖相放大器、兩個(gè)信號(hào)發(fā)生器、溫度傳感 器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)構(gòu)成的系統(tǒng)，通過兩次鎖相放大將非常弱的f茲信號(hào) 變成可進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的大信號(hào)。本發(fā)明的磁傳感器尺寸非常小，可以 安裝于高壓裝置非常狹小的空間內(nèi)，同時(shí)，系統(tǒng)采用了兩級(jí)鎖相放大， 因此可以測(cè)量尺寸非常小的樣品磁信號(hào)，解決了高壓條件下材料的非 接觸測(cè)量技術(shù)問題。此外，本發(fā)明可以同時(shí)測(cè)量樣品的溫度和磁性質(zhì)， 實(shí)現(xiàn)樣品磁性質(zhì)隨溫度變化而變化的動(dòng)態(tài)掃描測(cè)量。


圖1為磁傳感器的示意圖；圖2為磁傳感器在高壓產(chǎn)生裝置金剛石對(duì)頂砧(DAC)系統(tǒng)中的安 裝位置；圖3為在磁傳感器的基礎(chǔ)上構(gòu)筑的測(cè)量系統(tǒng)框架圖； 圖4為磁信號(hào)測(cè)量原理圖；圖5為磁感應(yīng)信號(hào)的通過第一級(jí)鎖相放大器前后、第二級(jí)鎖相放 大器前后的信號(hào)變化過程。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明特征以及其它相關(guān)特征進(jìn)一部 詳細(xì)說明，以便于同行業(yè)技術(shù)人員的理解4如圖1所示，所迷磁傳感器14,由兩組次級(jí)繞組2和3以及一組 初級(jí)繞組4組成，次級(jí)繞組2和3所有繞制參數(shù)一致，包括尺寸、匝 數(shù)、繞制方向等。次級(jí)繞組2和3采用繞制同名端相連串接，勵(lì)磁信號(hào)可以從5輸 入，6作為信號(hào)輸出。在沒有樣品l的情況下，在勵(lì)^t線圈上通過一特 定頻率交變電流信號(hào)，利用鎖相放大器測(cè)量該頻率的感生電勢(shì)，略樣史 調(diào)節(jié)其中 一組次級(jí)繞組的匝數(shù)，可將信號(hào)輸出調(diào)節(jié)到接近于零輸出。次級(jí)繞組2和3采用直徑為0. 03咖的漆包線，線圈內(nèi)徑為3mm， 匝數(shù)為150;如圖2所示，初級(jí)繞組4匪數(shù)為250,用直徑為0. 03咖的漆包線 繞制，線圈的內(nèi)徑為7mm，高度為lmm,該線圈和次級(jí)繞組同心;故置。圖2顯示了磁傳感器14在高壓產(chǎn)生裝置金剛石對(duì)頂砧(DAC)系 統(tǒng)中的安裝位置，次級(jí)繞組2和3在調(diào)平后套裝在金剛石壓頭8的下 壓頭上并且粘結(jié)固定在其上,對(duì)樣品1進(jìn)行測(cè)試時(shí)金剛石壓頭8的上 壓頭向下壓住樣品1保證樣品1承受一定的壓力，在初級(jí)繞組4底部 固定有一組電壓控制振動(dòng)片10，振動(dòng)片10上設(shè)置有電壓輸入端7，在 電壓輸入端7輸入不同電壓，振動(dòng)片IO將相應(yīng)的有不同的位移，在電 壓輸入端7若加一交流電壓信號(hào)，振動(dòng)片IO將以相同的頻率振動(dòng)。為 了固定并保持樣品1承受的壓力，設(shè)置有無磁性的金屬封墊9。溫度傳感器17采用PT100型鉑熱壽文電阻，以KEITHLEY 2400作為 測(cè)量熱每t電阻阻值的恒流源，用KEITHLEY 2182納伏表測(cè)量電壓作為 溫度信號(hào)，將納伏表測(cè)量的溫度信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。如圖3所示，所采用的鎖相it大器(Stanford Research System, Model SR830 DSP Lock-in Amplifier)自帶的信號(hào)源作為信號(hào)發(fā)生器。 Refl采用10KHz,電壓幅值為有效值l. 5V, Ref2為22Hz,幅值為有效 值2V。信號(hào)發(fā)生器15產(chǎn)生同頻率的兩路高頻信號(hào)Refl， 一路加到初 級(jí)繞組4上， 一路給到第一級(jí)鎖相放大器18上作為參考信號(hào)；信號(hào)發(fā) 生器16也產(chǎn)生兩路信號(hào)Ref2， 一路信號(hào)加到電壓控制振動(dòng)片10的電 壓輸入端7上， 一路信號(hào)作為參考信號(hào)進(jìn)入第二級(jí)鎖相放大器19。次 級(jí)繞組傳感器感應(yīng)輸出端通過一個(gè)前置放大器，通過放大后作為進(jìn)入 第一級(jí)鎖相放大器18的待測(cè)信號(hào)，第一級(jí)鎖相放大器18的輸出接第二級(jí)鎖相放大器19。第二級(jí)鎖相放大器19的輸出通過模/數(shù)轉(zhuǎn)換給數(shù) 據(jù)采集系統(tǒng)20記錄。如圖4所示，當(dāng)樣品1處于次級(jí)繞組2中時(shí)，會(huì)影響該繞組2與 初級(jí)繞組4的藕合狀態(tài)，打破原有的平衡狀態(tài)，次級(jí)繞組2輸出端將 會(huì)有信號(hào)輸出。在振動(dòng)片10振動(dòng)過程中，當(dāng)初級(jí)繞組4偏離原平衡位 置，初級(jí)繞組4和次級(jí)繞組2之間的耦合關(guān)系將發(fā)生變化，初級(jí)繞組4 振動(dòng)時(shí)，次級(jí)繞組2輸出信號(hào)相應(yīng)的帶有振動(dòng)片IO振動(dòng)信息，相當(dāng)于 初級(jí)繞組4不動(dòng)時(shí)所測(cè)得的交流;茲感應(yīng)信號(hào)被振動(dòng)頻率Ref2所調(diào)制。 圖5描述了這個(gè)信號(hào)的通過第一級(jí)鎖相放大器18前后、第二級(jí)鎖相放 大器19前后的信號(hào)變化過程，圖中所有橫坐標(biāo)是時(shí)間，縱坐標(biāo)是電壓。如圖5所示，當(dāng)磁傳感器14的信號(hào)11通過第一級(jí)鎖相放大器18 后，輸出的信號(hào)是一個(gè)反映了初級(jí)繞組4振動(dòng)信息Ref2頻率的磁感應(yīng) 信號(hào)12。在以Ref2為參考信號(hào)通過第二級(jí)鎖相放大器19后，獲得磁 感應(yīng)信號(hào)13輸出。
權(quán)利要求
1.一種高壓實(shí)驗(yàn)用樣品磁信號(hào)探測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述高壓實(shí)驗(yàn)用振動(dòng)式交流磁信號(hào)探測(cè)系統(tǒng)包括兩個(gè)鎖相放大器、兩個(gè)信號(hào)發(fā)生器、磁傳感器、溫度傳感器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，所述磁傳感器由兩組次級(jí)繞組繞制同名端串接和一組連接有振動(dòng)片的初級(jí)繞組構(gòu)成，所述次級(jí)繞組和所述初級(jí)繞組同心放置；所述磁傳感器測(cè)量樣品磁性質(zhì)；所述溫度傳感器測(cè)量樣品的溫度；所述鎖相放大器將所述磁傳感器測(cè)量出的磁信號(hào)進(jìn)行鎖相放大將非常弱的磁信號(hào)變成可數(shù)據(jù)采集的大信號(hào)，由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行采集。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種高壓實(shí)驗(yàn)用樣品》茲信號(hào)探測(cè)系統(tǒng)，其特征 在于，所述磁傳感器中初級(jí)繞組上的振動(dòng)片設(shè)置有電壓輸入端，控制 振動(dòng)片振動(dòng)頻率。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種高壓實(shí)驗(yàn)用樣品磁信號(hào)探測(cè)系統(tǒng)，其特征 在于，所述溫度傳感器是熱敏電阻或者熱電偶。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高壓實(shí)驗(yàn)用振動(dòng)式交流磁信號(hào)探測(cè)系統(tǒng)包括兩個(gè)鎖相放大器、兩個(gè)信號(hào)發(fā)生器、磁傳感器、溫度傳感器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，所述磁傳感器由兩組次級(jí)繞組繞制同名端串接和一組連接有振動(dòng)片的初級(jí)繞組構(gòu)成，所述次級(jí)繞組和所述初級(jí)繞組同心放置；組成一個(gè)與樣品無接觸測(cè)量高壓條件下測(cè)量樣品交流磁性質(zhì)的裝置。該系統(tǒng)的測(cè)量磁傳感器尺寸非常小，可以安裝于高壓裝置非常狹小的空間內(nèi)，同時(shí)系統(tǒng)采用了兩級(jí)鎖相放大，因此可以測(cè)量尺寸非常小的樣品磁信號(hào)，解決了高壓條件下材料的非接觸測(cè)量技術(shù)問題。
文檔編號(hào)G01R33/12GK101256220SQ20081005593
公開日2008年9月3日 申請(qǐng)日期2008年1月2日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月2日
發(fā)明者勇 余, 楊留響, 靳常青 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院物理研究所