專利名稱：改進邁克爾遜干涉儀測磁致伸縮系數(shù)的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種測量磁致伸縮系數(shù)的裝置，特別涉及對邁克爾遜干 涉儀的改進。
背景技術(shù)：
磁致伸縮材料在磁場的作用下，長度發(fā)生變化，可以實現(xiàn)電磁能、機械 能之間的轉(zhuǎn)化，因此磁致伸縮在所有的磁性材料中起著重要的作用，被廣泛 用于磁致伸縮元器件的開發(fā)，迄今為止，該材料的應(yīng)用器件的專利己達二千
多個。磁致伸縮材料主要有鐵氧體、Fe-Co-Sm-B系非晶和金、巨磁致伸縮材 料、記憶合金磁致伸縮材料等。磁致伸縮材料因其優(yōu)良特性而得到廣泛的關(guān) 注和應(yīng)用。
磁致伸縮系數(shù)是表征磁致伸縮材料的一個重要特性。其實驗現(xiàn)象是，當 有一外加強磁場平行于一棒狀樣品軸線進行磁化時，磁場一方面克服磁各向 異性能將磁矩取向于外磁場方向，另一方面棒的長度也將發(fā)生伸長或縮短。 為此，對磁致伸縮系數(shù)的測量就顯得尤為重要。
在現(xiàn)行的大學物理實驗中，磁致伸縮系數(shù)的測量多采用非平衡電橋的方 法，即把作為橋臂的電阻應(yīng)變片貼在待測樣品上，將樣品長度的變化轉(zhuǎn)為橋 臂電阻的變化進行測量。但是由于此方法中，溫度及磁電阻效應(yīng)等因素均會 對實驗產(chǎn)生一定的影響，電路中出現(xiàn)嚴重的漂移現(xiàn)象，導致測量難以準確進 行。
此外，目前現(xiàn)有的技術(shù)中，磁致伸縮測量還采用智能測量系統(tǒng)、電容位 移等方法。這些方法首先花費偏多，此外也不能夠充分訓練學生在大學物理實驗中的動手能力。
實用新型內(nèi)容
本實用新型為了克服上述缺陷，提供一種測量鐵磁材料磁致伸縮系數(shù)的 裝置，本裝置在現(xiàn)有大學物理實驗"邁克爾遜干涉儀"的基礎(chǔ)上作了改裝。 增加了磁化測量系統(tǒng)。
本實用新型的技術(shù)方案是 一種改進邁克爾遜干涉儀測磁致伸縮系數(shù)的 裝置，包括邁克爾遜干涉儀和磁化測量系統(tǒng)。邁克爾遜干涉儀上設(shè)置有導軌 和反射鏡，導軌上設(shè)置非磁性的擋板，待測樣品放置于反射鏡與擋板之間， 所述磁化測量系統(tǒng)由交流螺線管、交流調(diào)壓器、電流計、滑動變阻器、直流 穩(wěn)壓源以及開關(guān)構(gòu)成，所述交流螺線管內(nèi)軸線位置置有擋板、待測樣品及反 射鏡，所述交流調(diào)壓器、電流計、滑動變阻器、直流穩(wěn)壓源以及開關(guān)均置于
外電路中，所述交流螺線管為自繞制螺線管，螺線管內(nèi)徑為22cm，長度為 20cm，螺線管上密繞直徑為lmm的漆包線圈，線圈匝數(shù)為5000匝。螺線管 用以提高磁場強度，使待測樣品在強磁場下被磁化，從而使待測樣品表現(xiàn)出 磁致伸縮特性以及材料尺寸的變化，而材料尺寸的變化最終引起反射鏡位置 的改變，進而引起干涉條紋級數(shù)的變化。交流調(diào)壓器為能夠提供退磁用所需 0 250V交流電壓的調(diào)壓器。實驗開始前，為了避免樣品本身已被磁化的影響， 我們首先采用交流調(diào)壓器對待測樣品調(diào)壓退磁。電流計可測量系統(tǒng)內(nèi)安培級 電流，即安培級電流計。實驗過程中，記錄電流變化情況，依據(jù)電流可計算 得到磁場強度B的值(^ = //?！?)。在實驗測量過程中，為了提供測量系統(tǒng)內(nèi)
變化的電流，在封閉測量系統(tǒng)中還安裝有一滑動變阻器，滑動變阻器的可調(diào) 電阻范圍為0 200Q。同時，在實驗測量過程中，為確保電路正常工作，需提供0 80V的直流穩(wěn)壓源。
當螺線管線圈中通過電流/時，經(jīng)計算其軸線處磁感應(yīng)強度為^ = ， 待側(cè)樣品在磁場作用下其長度將發(fā)生變化，從而引起干涉條紋級數(shù)改變。設(shè) 樣品的伸縮量為AZ ，條紋級數(shù)改變量為M ，則由邁克爾遜干涉儀原理可知
M = ^，由伸縮量的改變計算樣品磁致伸縮系數(shù)"=^ = ^。 2 〖 2〖
本實用新型裝置的優(yōu)點在于通過光學干涉法所能測量的磁致伸縮系數(shù)
的數(shù)量級可達到1(T7，比一般測量的磁致伸縮系數(shù)10—5高兩個數(shù)量級，實驗原
理簡單、意義深邃，實驗測量數(shù)據(jù)精確、可靠，同時簡化了實驗裝置的結(jié)構(gòu)，
降低了成本。采用這種裝置不僅能夠達到測量鐵磁材料磁致伸縮系數(shù)的目的，
而且整個實驗的安裝、測試、分析過程對培養(yǎng)學生學習大學物理實驗的能力
來說都有一定的幫助。


圖1為改進邁克爾遜干涉儀測磁致伸縮系數(shù)裝置的實驗原理圖。
圖2為改進的反射鏡裝置俯視圖。 圖3為邁克爾遜干涉儀俯視圖。
圖中S—He-Ne激光器光源；0~擴束鏡；Gl—一面鍍鋁膜的平行平面 玻璃；G2—與Gl厚度和折射率相同的平行平面玻璃；Ml、 M2 —反射鏡； Ml' —反射鏡M1移動后的位置；l一交流螺線管；3—電流計；4一滑動變 阻器；5—直流穩(wěn)壓電源；6—交流調(diào)壓器；7、 8—開關(guān)。9一毛玻璃片；10 — 擋板；ll一導軌；12—底座；13—調(diào)平螺絲；14—絲杠；15—粗調(diào)手輪；16 一毫米尺；17—防塵罩；18—微調(diào)手輪；19一拉簧螺絲；20—絲杠的頂進螺 絲；21—螺絲；22 —待測樣品。
具體實施方式
5下面結(jié)合具體實施例對本實用新型進行進一步說明。
如圖1-3所示， 一種改進邁克爾遜干涉儀測磁致伸縮系數(shù)的裝置，包括邁 克爾遜干涉儀和磁化測量系統(tǒng)。邁克爾遜干涉儀上設(shè)置有導軌11和反射鏡
Ml，導軌上設(shè)置非磁性的擋板10，待測樣品22放置于反射鏡M1與擋板10 之間，磁化測量系統(tǒng)由交流螺線管1、交流調(diào)壓器6、電流計3、滑動變阻器 4、直流穩(wěn)壓源5以及開關(guān)7、 8構(gòu)成，交流螺線管1內(nèi)軸線位置置有擋板10、 待測樣品22及反射鏡M1。交流調(diào)壓器6、電流計3、滑動變阻器4、直流穩(wěn) 壓源5以及開關(guān)7、 8均置于外電路中。交流螺線管1為自繞制螺線管，螺線 管內(nèi)徑為22cm，長度為20cm，在螺線管線圈上密繞5000匝直徑為lmm的 漆包線圈。交流螺線管l用以提高磁場強度，使待測樣品在強磁場下被磁化， 從而使鐵磁材料樣品表現(xiàn)出磁致伸縮特性。交流調(diào)壓器6為能夠提供退磁用 所需交流電壓的調(diào)壓器。實驗開始前，為了避免樣品本身已被磁化的影響， 先對待側(cè)樣品22采用交流調(diào)壓器6調(diào)壓退磁。電流計3可測量系統(tǒng)內(nèi)安培級 電流。實驗過程中，記錄電流變化情況，依據(jù)電流可計算得到磁場強度B的 值(8 = /^/)。在實驗測量過程中，為了提供測量系統(tǒng)內(nèi)變化的電流，在封閉 測量系統(tǒng)中還安裝有一滑動變阻器4，滑動變阻器4的可調(diào)電阻范圍為0 200Q。在實驗測量過程中，提供了確保電路正常工作的0 80V直流穩(wěn)壓源5。 實驗時按以下步驟實施 (1)觀察等傾干涉條紋
1)點亮He-Ne激光器S，使光束與分束板等高且位于沿一面鍍鋁膜的平 行平面玻璃G1和反射鏡M2的中心連線上。轉(zhuǎn)動干涉儀粗調(diào)手輪15，使反射 鏡M1和M2兩鏡距一面鍍鋁膜的平行平面玻璃Gl的中心大致相等(拖板上的標志線大約指在主尺的35.0mm位置)，以便于調(diào)出干涉條紋。
2)在激光器與一面鍍鋁膜的平行平面玻璃G1之間放上擴束鏡G。此時 從干涉儀前方朝一面鍍鋁膜的平行平面玻璃Gl觀察，可以看到分別有反射鏡 Ml和反射鏡M2反射產(chǎn)生的兩組像。仔細調(diào)節(jié)反射鏡M2后面的調(diào)節(jié)螺絲13 使兩組像重合(主要看兩組中最亮的兩個點重合)，先使反射鏡M2反射的像 逐步接近反射鏡M1反射的像。如果難以重合，可略微調(diào)節(jié)一下反射鏡M1鏡 后的三個螺絲。如果兩組像確實完全重合了，就可以放上毛玻璃片9，則視場 中就會出現(xiàn)明暗相間的干涉條紋。如果經(jīng)過上述調(diào)整后，仍然看不到條紋(或 干涉條紋很模糊)，可以輕輕地轉(zhuǎn)動粗調(diào)手輪15半圈左右，使反射鏡M1移動 一下位置達到反射鏡Ml移動后的位置Ml'，干涉條紋就會出現(xiàn)了 。
3)在毛玻璃片9上看到干涉條紋后，仔細調(diào)節(jié)反射鏡M2的兩個拉簧螺絲 19，把干涉條紋變粗，曲率變大，直到把條紋的圓心調(diào)至視場中央，視場中 將出現(xiàn)明暗相間的等傾干涉同心圓環(huán)。然后旋轉(zhuǎn)微調(diào)手輪18，觀察干涉環(huán)的 "冒"與"縮"現(xiàn)象。
(2)利用等傾干涉環(huán)測He-Ne激光的波長。
1) 選定等傾干涉環(huán)清晰的區(qū)域，調(diào)整儀器的零點。
2) 輕輕旋轉(zhuǎn)微調(diào)手輪18(注意要與調(diào)零點時的旋轉(zhuǎn)方向相同)，每冒出 (或縮進)50個干涉環(huán)記錄一次反射鏡Ml的位置，連續(xù)記錄六次。然后用
逐差法求出激光的波長，并與標準值(^ = 6328義)進行比較，計算百分差
義—4
xl00%
(3)如圖l所示，合開關(guān)7，斷開關(guān)8，形成交流磁化線圈1、電流計3、交流調(diào)壓器6的閉環(huán)系統(tǒng)。將電流調(diào)到線圈的額定電流值，再緩慢減小到零。 此步操作的目的是將鐵磁材料樣品退磁。
(4)如圖1所示，合開關(guān)8，斷開關(guān)7，形成交流磁化線圈l、電流計3、滑 動變阻器4、直流穩(wěn)壓電源5的閉環(huán)系統(tǒng)。螺線管線圈接直流穩(wěn)壓電源5，調(diào) 節(jié)滑動變阻器4的阻值Rw，通過改變電流大小，待測樣品表現(xiàn)出磁致伸縮特 性以及材料尺寸的變化，材料尺寸的變化最終引起反射鏡M1移動一下位置達 到反射鏡M1移動后的位置M1'，進而引起干涉條紋級數(shù)的變化。觀察并記 錄毛玻璃片9中條紋級數(shù)改變量A《及電流計3中相應(yīng)的電流值/ 。
鐵磁材料磁致伸縮系數(shù)的測定本實用新型中利用改進邁克爾遜干涉儀 測量磁致伸縮系數(shù)裝置來完成鐵磁材料樣品磁致伸縮系數(shù)的測量。采用He-Ne
激光器，光源波長為6328義，激勵螺線管線圈長20cm，內(nèi)徑22cm，共繞制 5000匝。交流調(diào)壓器為0 250V。對尺寸為0.5cmx0.5cmx8cm的含鎳的鐵基非
晶合金樣品的磁致伸縮系數(shù)進行實測。當螺線管線圈中通過電流/時，其軸線 處磁感應(yīng)強度S"^/，待測樣品22在磁場作用下長度將發(fā)生變化，從而引起 測量到的干涉條紋級數(shù)改變。令樣品伸縮量為M，令相應(yīng)條紋該變量為M:， 則由邁克爾遜干涉儀原理可知M-^，由伸縮量的改變計算樣品的磁致伸
以上實施例僅用于說明本實用新型，但不用來限制本實用新型的范圍， 有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本實用新型的精神和范圍的情況下， 還可以作出各種變化和變型，因此所有等同的實用新型方案屬于本實用新型 的范疇，本實用新型的專利保護范圍應(yīng)由各項權(quán)利要求所限定。
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權(quán)利要求1、一種改進邁克爾遜干涉儀測磁致伸縮系數(shù)的裝置，包括邁克爾遜干涉儀、和磁化測量系統(tǒng)，其特征在于所述的邁克爾遜干涉儀上設(shè)置有導軌和反射鏡，導軌上放置非磁性的擋板，待測樣品放置于反射鏡與擋板之間；所述磁化測量系統(tǒng)由交流螺線管、交流調(diào)壓器、電流計、滑動變阻器、直流穩(wěn)壓源以及開關(guān)構(gòu)成；所述交流螺線管內(nèi)軸線位置設(shè)置有所述擋板、待測樣品及反射鏡；所述交流調(diào)壓器、電流計、滑動變阻器、直流穩(wěn)壓源以及開關(guān)均置于外電路中。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改進邁克爾遜干涉儀測磁致伸縮系數(shù)的裝置， 其特征在于所述交流螺線管為自繞制螺線管，螺線管內(nèi)徑為22cm，長度為 20cm，螺線管上密繞直徑為lmm的漆包線圈，線圈匝數(shù)為5000匝。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改進邁克爾遜干涉儀測磁致伸縮系數(shù)的裝置， 其特征在于所述交流調(diào)壓器為0 250V交流電壓調(diào)壓器。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改進邁克爾遜干涉儀測磁致伸縮系數(shù)的裝置， 其特征在于所述電流計為安培級電流計。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改進邁克爾遜干涉儀測磁致伸縮系數(shù)的裝置， 其特征在于所述滑動變阻器的可調(diào)電阻范圍為0 200Q。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改進邁克爾遜干涉儀測磁致伸縮系數(shù)的裝置， 其特征在于所述直流穩(wěn)壓源直流供電電壓為0 80V。
專利摘要本實用新型涉及一種改進邁克爾遜干涉儀測磁致伸縮系數(shù)的裝置，包括邁克爾遜干涉儀和磁化測量系統(tǒng)，磁化測量系統(tǒng)由交流螺線管、交流調(diào)壓器、電流計、滑動變阻器、直流穩(wěn)壓源以及開關(guān)構(gòu)成，交流螺線管內(nèi)置有擋板、待測樣品及反射鏡，交流調(diào)壓器、電流計、滑動變阻器、直流穩(wěn)壓源以及開關(guān)均置于外電路中。本實用新型裝置的優(yōu)點在于通過光學干涉法所能測量的磁致伸縮系數(shù)的數(shù)量級可達到10^-7，實驗測量數(shù)據(jù)精確、可靠，同時簡化了實驗裝置的結(jié)構(gòu)，降低了成本，培養(yǎng)了學生的動手能力。
文檔編號G01N21/45GK201382897SQ20082012387
公開日2010年1月13日 申請日期2008年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月21日
發(fā)明者倫秀君, 周小多, 靜 林, 欣 祁 申請人:北京化工大學