《磁参数的测量》PPT课件.ppt

2020/5/22,1,磁场的产生,磁场强度分布,生物磁场,天体磁场,地磁场,永磁体电磁铁,亥姆霍兹线圈,超导磁体,脉冲磁场,第九章磁参数的测量,2020/5/22,2,第九章磁参数的测量,2020/5/22,3,磁性信号的测量仪器,2020/5/22,4,第九章磁参数的测量,电磁感应法,电动势,2020/5/22,5,第九章磁参数的测量,线圈旋转,2020/5/22,6,第九章磁参数的测量,2020/5/22,7,第九章磁参数的测量,2020/5/22,8,第九章磁参数的测量,2020/5/22,9,第九章磁参数的测量,2020/5/22,10,应尽量满足的条件灵敏度,脉冲电流冲击完毕之后，电流计线圈开始转动：电流计线圈的转动惯量越大，越满足此条件。检流计处于临界阻尼状态；检流计比较慢地达到最大读数，很快降为零。被测磁通应尽量为瞬时变化：非瞬时变化引入很大的误差。线圈的自由振荡周期要远大于磁通变化的时间一般在10倍以上。需要测定冲击检流计的冲击常数C使用互感系数M已知的互感线圈。,2020/5/22,11,优点1、可以开路、闭路测量；2、仪器设备简单。,闭路：磁路闭合开路：磁路不闭合,缺点1、积分式数据采集：零漂移；2、要求使用具有特定形状的样品；3、灵敏度较低。,等截面积（常数）,冲击检流计法,2020/5/22,12,冲击检流计使用,教学演示实验：电磁感应定律,工业：发电机,工业：磁体的磁性能测量,迴线仪：永磁材料的永磁性能检测,美国KJS公司,中国计量科学研究院,德国MagnetPhysik公司,NIM2000系列,Permagraph系列,HG500,2020/5/22,13,第九章磁参数的测量,2020/5/22,14,第九章磁参数的测量,2020/5/22,15,第九章磁参数的测量,2020/5/22,16,霍尔高斯计,霍尔元件,2020/5/22,17,霍尔传感器用于测量磁场强度,霍尔元件,测量铁心气隙的B值,2020/5/22,18,二、磁敏传感器,磁敏电阻：半导体材料的电阻率随磁场强度的增强而变大，这种现象称为磁阻效应，利用磁阻效应制成的元件称为磁敏电阻。,2020/5/22,19,第九章磁参数的测量,2020/5/22,20,第九章磁参数的测量,2020/5/22,21,磁敏电阻的应用,磁敏电阻可用于测量地球磁场的方向及强度的变化。,指南针只能指示地球磁场的方向。,2020/5/22,22,地球磁场“导演”的极光（加拿大育空地区）,2020/5/22,23,磁阻式电子罗盘,2020/5/22,24,磁敏电阻IC及其应用,线性磁阻位置传感器,2020/5/22,25,磁敏电阻的应用,根据铁磁物体对地磁的扰动，可检测车辆的存在，可用于包括自动开门，路况监测，停车场检测，车辆位置监测，红绿灯控制等。,2020/5/22,26,利用磁敏电阻制作小型探矿仪（磁力仪）,磁敏电阻（聚四氟乙烯封装）,磁力探矿仪的使用,2020/5/22,27,磁敏电阻小型探矿仪,上海直川信息技术有限公司研制的磁阻探矿仪及数据统计曲线图,2020/5/22,28,磁阻IC用于转速测量,磁力线集中,磁力线分散,2020/5/22,29,磁阻IC用于笔式验钞器,验钞笔顺着纸币上的磁性防伪线扫描,2020/5/22,30,第九章磁参数的测量,2020/5/22,31,第九章磁参数的测量,2020/5/22,32,第九章磁参数的测量,2020/5/22,33,第九章磁参数的测量,2020/5/22,34,核磁共振的基本原理,分子的磁性质,原子核带正电荷的粒子当它的质量数和原子序数有一个是奇数时，它就和电子一样有自旋运动。11H，136C，199F和3115P有自旋现象126C和168O没有自旋现象,第九章磁参数的测量,四、核磁共振法,2020/5/22,35,磁矩，具有方向性，是一个矢量,自旋的核有循环的电流，会产生磁场，形成磁矩。这一磁矩的方向与原子核的自旋方向相同，大小与原子核的自旋角动量成正比。,将原子核置于外加磁场中，若原子核磁矩与外加磁场方向不同，则原子核磁矩会绕外磁场方向旋转，这一现象类似陀螺在旋转过程中转动轴的摆动，称为进动。,2020/5/22,36,磁矩，具有方向性，是一个矢量=rhI/2r旋磁比I自旋量子数hPlank常数,1H自旋量子数(I)1/2没有外磁场时，其自旋磁距取向是混乱的在外磁场H0中，它的取向分为两种(2I+1=2)一种和磁场方向相反，能量较高(E=H0)一种和磁场方向平行，能量较低(E=H0),2020/5/22,37,两种取向的能量差E可表示为:,若外界提供一个电磁波，波的频率适当，能量恰好等于核的两个能量之差，h=E，那么此原子核就可以从低能级跃迁到高能级，产生核磁共振吸收。,2020/5/22,38,进动具有能量也具有一定的频率。原子核进动的频率由外加磁场的强度和原子核本身的性质决定，也就是说，对于某一特定原子，在一定强度的的外加磁场中，其原子核自旋进动的频率是固定不变的。原子核发生进动的能量与磁场、原子核磁矩、以及磁矩与磁场的夹角相关，根据量子力学原理，原子核磁矩与外加磁场之间的夹角并不是连续分布的，而是由原子核的磁量子数决定的，原子核磁矩的方向只能在这些磁量子数之间跳跃，而不能平滑的变化，这样就形成了一系列的能级。,2020/5/22,39,当原子核在外加磁场中接受其他来源的能量输入后，就会发生能级跃迁，也就是原子核磁矩与外加磁场的夹角会发生变化。这种能级跃迁是获取核磁共振信号的基础。为了让原子核自旋的进动发生能级跃迁，需要为原子核提供跃迁所需要的能量，这一能量通常是通过外加射频场来提供的。根据物理学原理当外加射频场的频率与原子核自旋进动的频率相同的时候，射频场的能量才能够有效地被原子核吸收，为能级跃迁提供助力。因此某种特定的原子核，在给定的外加磁场中，只吸收某一特定频率射频场提供的能量，这样就形成了一个核磁共振信号。,2020/5/22,40,第九章磁参数的测量,2020/5/22,41,第九章磁参数的测量,2020/5/22,42,第九章磁参数的测量,2020/5/22,43,第九章磁参数的测量,2020/5/22,44,第九章磁参数的测量,2020/5/22,45,第九章磁参数的测量,2020/5/22,46,第九章磁参数的测量,2020/5/22,47,第九章磁参数的测量,2020/5/22,48,第九章磁参数的测量,2020/5/22,49,第九章磁参数的测量,2020/5/22,50,第九章磁参数的测量,2020/5/22,51,第九章磁性传感器,磁致伸缩效应及应用,稀土原料,某些磁性材料在外磁场作用下，物理尺寸会发生变化，去掉外磁场后，又恢复到原来的尺寸，这种现象称为磁致伸缩效应。稀土超磁致伸缩材料是目前性能最好的超磁致伸缩材料之一。,2020/5/22,52,稀土超磁致伸缩材料的应用,稀土超磁致伸缩材料可将电磁能转换成机械能或声能（或机械位移信息或声信息），相反也可以将机械能（或机械位移与信息）转换成电磁能（或电磁信息），它是重要的能量与信息转换功能材料，可用于制作大功率声纳传感器。,2020/5/22,53,声纳的应用,声纳发射、接收器,声纳反潜,2020/5/22,54,声纳反潜的原理,2020/5/22,55,磁致伸缩位移传感器（参考德国图尔克公司资料）,位移,2020/5/22,56,磁致伸缩液位传感器（参考广东康宇测控仪表公司资料）,磁致伸缩液位传感器可靠性强、耐腐蚀、安装方便。,2020/5/22,57,磁致伸缩液位传感器结构,信号处理单元壳体,不锈钢套管（内有磁致伸缩线）,浮子（内有磁铁）,吃水线,2020/5/22,58,磁致伸缩液位传感器的应用,