자력계 유형

이 고급 가이드에서는 스칼라, 벡터, 기울기 등을 포함한 일반적인 유형의 자력계를 소개합니다.

이전 기사에서 우리는 자력계의 기본 사항과 주요 응용 분야를 소개했습니다. 오늘은 한 단계 더 나아가 가장 일반적인 유형의 자력계를 살펴보겠습니다.

스칼라 자력계

스칼라 자력계는 자기장의 숫자 값을 정확하게 측정합니다. 각 유형은 서로 다른 물리적 현상을 기반으로 합니다.

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홀 효과: 자기장을 인가할 때 전도체에 유도된 전압을 감지하면 자기장을 측정하는 데 완벽하게 사용할 수 있습니다.

양성자 세차(PPM): 핵 자기 공명을 사용하여 자기장에서 양성자의 공명을 측정하고 방향 전환으로 인해 코일에 유도된 전압을 측정합니다.

오버하우저: 홀 효과 및 양성자 세차 자력계와 유사하지만 전자 스핀을 분극화하기 위해 무선 주파수 신호를 사용합니다.

지구 물리학 적용을 위한 Overhauser 자력계. Gem System 제공 이미지 사용

벡터 자기계

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귀납: 샘플에 다양한 자기장을 가한 후 일부 감지 코일에 유도된 전류를 측정하여 일부 입자의 쌍극자 모멘트를 측정합니다.

플럭스게이트: 최소 2개의 코일 권선이 있는 자기 링 코어로 구성됨:구동 권선 및 감지 권선

플럭스게이트 자력계 권선. Imperial College London의 이미지 제공

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홀 효과: 자기장에 비례하는 전압을 생성하고 모듈 및 방향에 대한 정보를 제공합니다. 자성 물질의 특성화보다는 감지 응용 분야에 널리 사용됨

마이크로 전자 기계 시스템(MEMS): 미시적 규모의 광학 수단을 사용하여 공진 구조의 움직임 감지

MEMS 자력계는 저렴하고 접근이 용이합니다. Sparkfun Electronics 제공 이미지 사용

기울기 자력계

각 경사 자력계는 약간 다르지만 각각은 대략 동일한 요소를 가지고 있습니다. 첫째, 그들은 교류 또는 일정할 수 있는 알려진 자기장을 생성하는 장치가 필요합니다. 둘째, 경사 자력계는 교번 경사 자계에 대한 소스가 필요합니다. 마지막으로, 결과적인 힘을 감지하고 측정하기 위한 전자적 또는 광학적 수단도 필요합니다.

또한 모두 공진 작동을 하므로 최대 진폭에 도달하면 자기 샘플이 공진 주파수를 중심으로 움직입니다.

자력계의 또 다른 관련 측면은 자기장의 방향입니다. Zijlstra와 같은 일부 자력계에서는 교류 및 DC 필드가 모두 수직으로 정렬되고 배향되었습니다. 대조적으로, Foner의 자력계에서는 샘플이 자기장에 수직으로 진동하므로 필요한 설정의 복잡성이 줄어듭니다.

진동 리드 자력계

Zijlstra는 1970년에 최초의 교번 경사 자력계 중 하나를 도입했습니다. 이는 이전 자력계의 한계를 극복하고 자성 재료의 완전한 히스테리시스 곡선을 측정하기 위한 것이었습니다.

리드 자력계는 끝에 부착된 특성화할 아주 작은 샘플이 있는 가는 와이어로 구성됩니다. 두 개의 코일이 반대 방향으로 직렬로 연결되거나 차동 결합되어 필드 기울기를 생성합니다. 이 필드는 샘플에 힘을 생성하고 결과적으로 리드의 진동을 생성합니다. 움직임이 매우 미묘하기 때문에 주파수가 리드의 기계적 공진과 동일하게 설정되어 움직임이 증폭되고 감지하기 쉽습니다. 리드의 움직임은 현미경과 스트로보스코프 램프를 사용하여 관찰됩니다. 코일을 통과하는 전류가 일정하면 자기장도 일정합니다. 우리가 측정하는 움직임은 샘플의 자기 모멘트에 비례합니다.

Zijlstra의 자력계와 이전 자력계의 가장 두드러진 차이점은 감도와 자성 재료를 완전히 특성화하는 기능입니다. 완전한 자기 특성화를 위해 샘플은 불완전성을 피하기 위해 매우 작아야 합니다. 문제는 미크론 크기의 샘플을 특성화할 수 있는 자력계가 잔류성 또는 민감성과 같은 일부 자기 특성만 특성화할 수 있지만 완전한 히스테리시스 사이클은 특성화할 수 없다는 것입니다. .

진동 샘플 자력계(VSM)

자기 모멘트를 측정하는 대부분의 장치에는 교류 자기장을 생성하는 코일과 수평으로 정렬된 감지 코일이 있습니다.

1959년 Foner가 발명한 진동 샘플 자력계(VSM)는 샘플 운동이 적용된 자기장에 수직이라는 새로운 사실을 도입했습니다. Foner는 설정의 복잡성을 줄여 자석을 심하게 수정하지 않도록 했습니다.

VSM은 많은 실험실에 있으며 상업적으로 이용 가능합니다.

상업용 진동 샘플 자력계(VSM). 이미지 제공:Microsense

교대 자기장 자력계 결합

이전의 특성을 결합한 세 번째 범주의 자력계가 있습니다. 그들은 소위 결합 자력계입니다. 그들은 여전히 ​​두 개의 자기장을 사용합니다. 그러나 하나의 교대 필드와 다른 상수 필드만 적용하는 대신 두 개의 교대 필드를 적용합니다. 가장 큰 장점은 DC 필드로 제한되는 VSM 또는 기타 자력계와 비교하여 AC 및 DC 샘플의 특성화입니다.

다른 자력계는 샘플의 기계적 공명 주파수와 동일한 주파수의 자기장을 생성합니다. 결합된 자력계는 차이가 공진 주파수와 동일한 두 개의 자기장을 생성합니다. 자기장 중 하나를 0Hz로 설정할 수 있으므로 기존의 경사자력계로 완벽하게 작동할 수 있습니다. 두 주파수를 모두 변경할 때 장치는 자기 모멘트의 고차 고조파를 측정하는 서셉터미터로 작동합니다. 이 유형의 자력계는 마드리드 공과 대학의 연구원들이 2015년에 발명했습니다.