磁性无损检测新技术1.ppt

主要内容 6表面裂纹深度测量技术 5磁记忆检测技术 4基于复平面的焊缝表面裂纹涡流检测技术 3漏磁检测技术 2磁信号测量技术 1磁性无损检测新技术概述 磁性无损检技术的定义是通过专用仪器来测量铁磁性部件原材料 半成品 成品零部件 在用零部件的特征磁场来得到其结构 几何状态 物理性能 化学成分等特性参数的技术 磁性无损检测的主要依据裂纹或其它缺陷以及内应力等因素对铁磁性材料的性质或磁化状态有影响 1磁性无损检测新技术概述 1磁性无损检测新技术概述 磁场测量元件 磁化设备 工件中缺陷 应力 成份 形状对磁场影响 磁场变化信息 B u 显示装置 计算机分析处理 1磁性无损检测新技术概述 磁性无损检测技术的特点以磁场为工作媒介 以磁敏感器件为测试手段 以机械化 自动化和智能化为实现方式 易于实现非接触检测和在线实时检测 1 1磁性无损检测技术分类 1 1 1按磁场信号形成方式的分类1 1 2按磁场信号测量方法的分类1 1 3按检测结果表现形式的分类 1 1磁性无损检测技术分类 1 1 1按磁场信号形成方式的分类从磁场信号的形成来看 磁性检测可分为 剩余磁场检测法 ResidualFieldTesting 简称RFT 有源磁场检测法 ActiveFieldTesting 简称AFT 金属磁记忆检测法 MetalMagneticMemory 简称MMM 1 1磁性无损检测技术分类 1 1 1按磁场信号形成方式的分类1剩余磁场检测法由于铁磁性材料均具有一定的矫顽力 当采用直流磁场对它们进行磁化后 磁化磁场源退出后 材料中会留有剩余磁场 RFT法以此剩余磁场形成磁场信号 经测量元件测出 由于剩余磁场强度一般较微弱 RFT法要求高灵敏度的磁电转换器件来测量磁场信号 检测过程分为三步 第一步磁化被测材料或零部件 第二步测量磁场信号 第三步 需要的话 给被测对象退磁 上述三步工作一般分开进行 1 1磁性无损检测技术分类 1 1 1按磁场信号形成方式的分类2有源磁场检测法AFT法将被测对象的磁化和磁场信号的测量同时进行 通过磁源磁化被测对象 产生磁场信号 并同时测量这一信号 AFT法主要由两部分组成 一部分为磁化铁磁性材料的磁化装置 称为磁化器 Magnetizer 另一部分为磁场信号的测量装置 称为检测探 Probe 或探头组 1 1磁性无损检测技术分类 磁源 交变磁源 恒定磁源 直流电磁源 永久磁铁 1 1 1按磁场信号形成方式的分类2有源磁场检测法 1 1磁性无损检测技术分类 1 1 1按磁场信号形成方式的分类2有源磁场检测法由于集肤效应 交变磁场磁化时磁力线将集中于被测材料的表层 因而对材料表面或近表面的状态具有较高的检测灵敏度 深层状态则不能检测交变磁场磁化后铁磁性材料中不会产生剩磁 恒定磁场磁化后有剩磁 有些检测场合 材料被检测后要求退磁处理 1 1磁性无损检测技术分类 1 1 1按磁场信号形成方式的分类3磁记忆检测法金属磁记忆检测法是近年来发展起来的一种新的检测方法 金属材料在受到内部应力作用时会在自身中产生磁场而被纪录于本体中 通过测量这一磁场可以评价材料的力学特性 如疲劳程度 应力大小等 从而对被测材料的物理特性而非几何特征进行探测金属材料不同 其产生磁场和记忆磁场的程度也不一样 一般来讲 铁磁性构件的这一现象更明显 因而应用相对广泛 1 1磁性无损检测技术分类 1 1 2按磁场信号测量方法的分类从磁场信号的测量来看 磁性检测可分为 漏磁场检测法 MagneticFluxLeakageTesting 简称MFL法 主磁通检测法 MainMagneticFluxTesting 简称MMF法 磁阻检测法 MagnetoresistanceTesting 简称MR法 磁导率检测法 MagnetoconductivityTesting 简称MC法 1 1磁性无损检测技术分类 1 1 2按磁场信号测量方法的分类按磁场信号的测量分 工件经磁化 工件中裂纹等缺陷 工件中化学成份等 工件结构形状尺寸 工件中的应力大小 漏磁场检测法MFL 主磁通检测法MMF 磁阻检测法MR 磁导率检测法MC 1 1磁性无损检测技术分类 1 1 2按磁场信号测量方法的分类1漏磁场检测法漏磁场检测法通过测量被测对象本体外的磁场 一般是测量漏磁场的磁感应强度及其分布 二维的或三维的 来探测和评价被测对象内的裂纹 锈蚀 气孔等缺陷状况以及被测物体的几何形状 位置关系等采用MFL法时 被测磁场往往是由磁回路各组成单元本体中向外泄漏的磁场 因而将之称为漏磁场测量 1 1磁性无损检测技术分类 1 1 2按磁场信号测量方法的分类2主磁通检测法主磁通检测法通过测量被测对象本体内的磁通量来探测被测对象内的气孔 结构变化 锈蚀 几何形状等由于被测物体内的磁场强度及分布在其体外难以测量 一般只能在体外测量其中的磁通量磁通量的测量可以采用直接测量法和间接测量法 1 1磁性无损检测技术分类 1 1 2按磁场信号测量方法的分类2主磁通检测法 磁化器 B A 工件要磁化至过饱和状态 使B为定值 磁通与面积成线性关系 1 1磁性无损检测技术分类 1 1 2按磁场信号测量方法的分类2主磁通检测法辅助磁路测量 S A B C S 磁回路C A S B B A 磁回路B 1 1磁性无损检测技术分类 1 1 2按磁场信号测量方法的分类3磁阻检测法磁阻 参照电路 F 磁势NI 磁通Rm 磁阻 磁阻的产生磁阻的变化可以由磁路中空气间隙 铁磁性材料特性 磁源特性等变化产生MR法通过测量磁路中局部区域磁阻变化来进行检测 1 1磁性无损检测技术分类 1 1 2按磁场信号测量方法的分类3磁阻检测法磁阻检测法一般通过测量磁感应强度后再计算得到 由于磁源的磁特性曲线一般为非线性曲线 加上磁路中其它磁阻的影响以及难以精确计算磁阻等因素 磁阻测量的误差较大 但对小范围内的磁阻变动 通过精确测定磁感应强度 可以获得较高的测量精度和线性度 1 1磁性无损检测技术分类 1 1 2按磁场信号测量方法的分类4磁导率检测法磁导率检测法通过测量被测材料的磁导率来检测其疲劳 材质 锈蚀 残余应力等根据材料的磁特性 当材料成份 疲劳状况 残余应力 锈蚀等变化时 材料自身的磁导率随之变化 经测定磁导率可实现材料的分选以及疲劳 寿命 残余应力状况和锈蚀程度等测量 1 1磁性无损检测技术分类 1 1 3按检测结果表现形式的分类根据检测结果表现形式的不同 磁性检测可分为三类 1定性检测2定量检测3磁成像 1 1磁性无损检测技术分类 1 1 3按检测结果表现形式的分类1定性检测定性检测对检测特征的有无 是否超限等进行处理 并给予报警或指示 例如 钢丝绳上有无断丝 管棒上的裂纹是否超限 它是二值处理 不对检测特征作进一步分析处理 处理的方法和手段比较简单 如放大 滤波 峰值保持 阈值处理 示波 记录 报警 标记等 1 1磁性无损检测技术分类 1 1 3按检测结果表现形式的分类2定量检测定量检测对检测特征给予度量 不但给出有无 而且要求在一定的精度下给出量值 是无损检测技术的发展方向 例如 对裂纹的检测 不但要指出它的位置 而且对它的深度 宽度 长度等也应给出量值的大小因此 必须结合计算机 人工智能 现代信号处理等技术 开拓无损检测原理和方法也是磁性无损检测新技术的关键所在 1 1磁性无损检测技术分类 1 1 3按检测结果表现形式的分类3磁成像检测磁性成像可分为两类 第一类为磁场成像 主要是将磁场 信号 可视化 形成磁图 磁场图 因而 它只对测量的精度 分辨率 扫描方式等提出较高的要求另一类为磁性成像 它通过磁图进行反演 用以得到铁磁性构件的几何尺寸 缺陷大小位置和形状等 也就是磁性CT技术 与射线 红外 超声波CT技术不同 磁性CT 从数学上讲 是一类非线性反演问题 源于磁力线走向的可变性 1 2铁磁性构件的磁化技术 在磁性无损检测新技术中磁化是实现检测的第一步 它决定着被测量对象 如裂纹 能否产生出足够的可被测量和可被分辨的磁场信号 同时也影响着检测信号的性能特性和检测装置的结构特性 被测构件的磁化由磁化器实现 主要包括 磁场源和磁回路等几个主要部分 1 2铁磁性构件的磁化技术 1 2 1磁化方式1交流磁化方式交流磁化方式以交流电流激励电磁铁产生磁场磁化被测构件 在被测构件中 交流磁场易产生集肤效应和涡流 且磁化的深度随电流频率的增高而减小 因此在漏磁法中这种磁化方法只能检测构件表面或近表层裂纹等缺陷 在主磁通法中具有一定的应用特点 交流磁化强度容易控制 大功率50Hz交流电流源易于获得 磁化器结构简单 成本低廉 1 2铁磁性构件的磁化技术 1 2 1磁化方式2直流磁化方式直流磁化方式以直流电流激励电磁铁产生磁场磁化被测构件 它又分为直流脉动电流磁化方法和直流恒定电流磁化方法与交流磁化方式一样 直流磁化方法磁化的强度可通过控制电流的大小来方便地调节 但随着连续使用时间的加长电磁铁的发热是难以避免的 1 2铁磁性构件的磁化技术 1 2 1磁化方式化方式3永磁磁化方式永磁磁化方式以永久磁铁作为励磁磁源它是一种不需电流源的磁化方式 与直流恒定电流磁化方式具有相同的特性 在磁化强度的调整上不及直流磁化方式方便 其磁化强度一般通过磁路设计来保证 1 2铁磁性构件的磁化技术 1 2 1磁化方式化方式4复合磁化方式复合磁化时将直流磁场与直流磁场 直流磁场与交流磁场 交流磁场与交流磁场成一定角度 如相互垂直合成磁场 从而形成所需方向或不断变化的可控的磁化方向来磁化构件 显然 这类磁化器的结构复杂 且控制电路要求较高在上述几种磁化方式中 一个独立的磁化回路只能沿某一方向磁化铁磁构件 即单方向磁化单方向磁化在检测中会产生不足 为能对不同走向的裂纹等缺陷的检测获得最大且相同的灵敏度 可让磁化场方向周期性变化 这就必须采用复合磁化方法 1 2铁磁性构件的磁化技术 1 2 1磁化方式化方式5综合磁化法在某些测量中 如主磁通法 MMF 检测中 直流磁场难以激发出检测信号 而只用交流磁化时又会受到磁导率急剧变化的影响 因而需要用到直流和交流磁场综合磁化方式 即先用直流励磁器将被测构件磁化到近饱和区域 此时材料的磁导率变化成缓慢下降的直线 再在直流磁场上叠加一交变磁化场激发 从而获得较好线性度的输出信号通常称此时的直流磁场为偏磁场 它的主要作用是减小磁导 1 2铁磁性构件的磁化技术 B B0 B B H 0 H 1 2铁磁性构件的磁化技术 1 2 2磁化强度选择在磁性检测中 虽然检测目的不同 但磁化强度的选择首先以缺陷或结构特征产生的磁场能否被检测到为前提 一般要求以足够强的磁场进行励磁以获得磁敏感器件可以测量的磁场检测信号的信噪比 检测装置的经济性等也应成为考虑的因素 很明显 随着磁化强度的加强 磁化器的体积重量以及成本将随之升高 因此 必须多方面综合考虑 最优地选择磁化的强度 1 2铁磁性构件的磁化技术 1 2 2磁化强度选择铁磁性材料的典型磁化曲线 1 2铁磁性构件的磁化技术 1 2 2磁化强度选择剩磁法检测时 为得到较强的剩磁 工件应磁化到深度饱和 漏磁法检测 工件磁化到近饱和 工件截面变小时 缺陷处的磁通无法增加 从而从空气中通过而成为漏磁通 正常磁力线布 有缺陷但未饱和时磁力线分布 有缺陷并饱和时磁力线分布 磁场测量探头实现磁场信号的转换 它是磁性无损检测新技术的核心 决定着检测电信号的信噪比 分辨力 稳定性等多项性能 进而决定磁性检测装置或系统的性能 不同的磁电转换元件和磁场测量方法将带来不同的探头结构和检测性能指标 2磁信号测量技术 2磁信号测量技术 2 1磁场信号测量基本要求在磁性无损检测中 被测磁场通常是空间上的三维向量 单个磁敏元件或检测探头往往测量的是某一点 线或面上的磁场的分量或均值 从实际应用来看 磁敏感元器件和磁场测量原理的选择 应综合考虑下述几方面的要求 2磁信号测量技术 2 1磁场信号测量基本要求 1 灵敏度根据不同的检测目的和检测方法选择最佳的敏感元件 一般而言 随着磁场测量灵敏度的提高 元件和测量装置的成本增高 为了获得最优的性能价格比 灵敏度的选择应根据被测磁场的强弱选用适当的元件 并满足信号传输的不失真或干扰影响最小的要求 2磁信号测量技术 2 1磁场信号测量基本要求 2 空间分辨力磁场信号是一空间域信号 测量元件的敏感区域是局部的 一般由元件的尺寸和性能决定 为了能够测量出空间区域变化频率较高的磁场信号 必须要求测量元件或单元具有相应的空间分辨能力 对应于空间区域中的磁场信号 这一分辨能力可在一维 二维或三维空间中来描述 空间分辨力是反映测量元件或单元敏感区大小的指标 具有方向性 沿不同的方向 空间分辨能力会不同 2磁信号测量技术 2 1磁场信号测量基本要求 3 信噪比在磁性检测中 信噪比可定义为电信号中有用信号幅度 如裂纹检测信号 与无用信号幅度 如测量中的电噪声和被测磁场中的磁噪声 之比在这里 幅度为一广义量值 它可以指信号幅度 也可以指测量信号中经信号处理后的相关特征的量值 一般而言 测量过程中的上述信噪比必须大于1 否则被测对象 如裂纹 将无法识别 2磁信号测量技术 2 1磁场信号测量基本要求 4 覆盖范围缺陷磁场分布磁场在空间上是广泛分布的 因而每一测量元件或单元均只能在有限的范围或区间上对磁信号敏感 随着测量元件或方法的不同 在与扫描方向垂直的平面上有效敏感区间也将不同 覆盖范围测量元件或单元能有效检测测出某被测对象 如裂纹 空间区域 在检测中 如果要求一次测量较大的空间区域或防止检测时的漏检 则需要适当安置和选择多组测量单元 很明显 在某一方面上覆盖范围越大 在该方向上的空间分辨力将越差 因而 又必须根据测量的目的和要求 最优设计和选择测量单元 2磁信号测量技术 2 1磁场信号测量基本要求 5 稳定性测量单元应具备对检测环境和状态的适应性 测量信号特征应不受环境条件影响 因此 应对测量单元结构进行考虑 减小检测过程中随机因素的影响 6 可靠性可靠性表现为多次检测时信号的重复性 由于测量信号大小与测量点同被测磁场信号源间位置远近关系密切 重复检测时上述位置关系会有所改变 测量方法选择不当时会增大几次测量信号的差异 2磁信号测量技术 2 1磁场信号测量基本要求 7 有效信息比当采用多测量单元进行测量时 一次检测的信号量由多单元提供 同时检测中的有用信息量也将由它们均分 对于单个单元而言 其测量的有效信息比为有用信息与总信息之比 因此 为了提高每个单元的有效信息比 对同一测量则应减少测量单元 这就要不降低信噪比的前提下 提高每个单元的覆盖范围或对多单元信号进行适当组合处理 8 性能价格比选择检测元件和测量方法时 根据测量目的和要求设计最优性能价格比的检测探头 2磁信号测量技术 2 2磁场测量原理和元件将无形的磁场可视化 可采用不同的磁测量原理或元件 通常是将磁场转换成电信号 然后实现自动化处理 实际检测中 磁电转换原理和元件主要有下述几种 2磁信号测量技术 2 2磁场测量原理和元件 1 感应线圈原理 电磁感应方法发电机方法 B0 U t 线圈匝数 N 线圈截面积 A 角速度 当角速度 0时 磁通变化可以通过线圈移动或者转动180 实现 2磁信号测量技术 2 2磁场测量原理和元件 1 感应线圈通过线圈切割磁力线产生感应电压感应电压大小与线圈匝数 穿过线圈的磁通量变化率或者线圈切割磁力线的速度呈线性关系 感应线圈测量的是磁场的相对变化量 并对空间区域上高频率磁场信号更敏感 根据测量目的不同 感应线圈可以做成多种形式 线圈的匝数和相对运动速度决定了测量的灵敏度 线圈缠绕的几何形状和尺寸决定了测量的空间分辨力 覆盖范围 有效信息比等 2磁信号测量技术 2 2磁场测量原理和元件 2 磁通门原理 两个杆用一次绕组缠绕以相反方向产生驱动磁场 交流电在一次绕组中流动 在驱动磁场的作用下两个杆的磁化作用处于相反方向 二次绕组测量两个杆产生的净磁通量 在未施加外部磁场时假定两个杆和一次线圈是相同的 则在二次线圈里的净磁通量为零 线圈中就不会有信号产生 当沿着杆的轴线方向施加一个外部磁场时 其中的一个杆与外部磁场同向 由于饱和磁通不会增加 而另一杆与外部磁场反向 使磁通减少 这样磁通交变在二次线圈中产生电流 外部磁场方向垂直于杆时测不出 所以称为 磁通门 2磁信号测量技术 2 2磁场测量原理和元件 2 磁通门磁通门传感器原理是建立在法拉第电磁感应定律和某些材料的磁化强度M与磁场强度H之间的非线性关系上 典型的磁通门一般有三个绕组 即激励绕组 输出绕组和控制绕组 磁芯通常是跑道形 跑道型磁芯机构示意图1 灵敏元件架 2 初级线圈3 输出线圈 4 坡莫合金环 H He Hs Bm a b t H2 H1 H t e1 e2 E d H t B B1 B2 c 传感器测磁原理示意图 B 输入波 带通滤波器 放大器 相敏检波器 积分器 地磁补偿稳流器 9V稳压器 9V稳压器 低通滤波器 9V输入 9V输入 0 5V电压表 反馈电阻 W1 W2 W3 选频功放 二分频 延时器 二分频 电子温度计与温度补偿 电子温度计与温度补偿 W4 CCM 1型磁通门磁力仪方框图 2磁信号测量技术 2 2磁场测量原理和元件 2 磁通门灵敏度磁通门的灵敏度很高 可以测量10 5 10 7T弱磁场 输出依赖于磁芯的磁特性 分辨力等随磁芯和线圈尺寸变化 采用非晶态合金作为磁通门的磁芯 使得磁通门的灵敏度又有大幅度的提高 2磁信号测量技术 2 2磁场测量原理和元件 3 霍尔元件霍尔效应 2磁信号测量技术 2 2磁场测量原理和元件 3 霍尔元件霍尔元件基于霍尔效应原理工作 测量绝对磁场大小 元件的灵敏度 空间分辨力 覆盖范围等由其敏感区域的几何尺寸 形状以及晶体性质决定 由于它制造工艺成熟 稳定性 温度特性等均较好 在磁场测量中得到广泛应用随着集成线路技术的发展 将霍尔感应元件和线性集成电路相结合生产出的集成霍尔元件在灵敏度上得到很大提高 一般在7V T左右 且具有了较好的封装 因而可望得到更好的应用 2磁信号测量技术 2 2磁场测量原理和元件 3 霍尔元件测量电路 控制电流I 霍耳电势VH 控制电压V 输出电阻R2 输入电阻R1 霍耳负载电R3 霍耳电流IH 2磁信号测量技术 2 2磁场测量原理和元件 4 磁敏电阻是一种电阻随磁场变化而变化的磁敏元件 也称MR元件 它的理论基础为磁阻效应 磁阻效应若给通以电流的金属或半导体材料的薄片加以与电流垂直或平行的外磁场 则其电阻值就增加 称此种现象为磁致电阻变化效应 简称为磁阻效应 性能灵敏度是霍尔元件裸件的20倍左右 工作温度在40 150 灵敏度为0 1V T 具有较宽的温度使用范围空间分辨力等与元件感应面积有关 2磁信号测量技术 2磁信号测量技术 2 2磁场测量原理和元件 5 磁敏二极管 磁敏三极管磁敏二极管结构原理 P N P N P N H 0 H H 电流 电流 电流 a b c i i i 电子 孔穴 复合区 当磁敏二极管的P区接电源正极 N区接电源负极即外加正偏压时 随着磁敏二极管所受磁场的变化 流过二极管的电流也在变化 也就是说二极管等效电阻随着磁场的不同而不同 1 0 2 0 3 0 1 0 2 0 0 4 0 8 1 2 0 4 0 8 1 2 1 6 2 0 a单管 2 1 3 5 7 9 U V 0 0 2T 0 15T 0 1T 0 05T 0 05T a 锗管 0 1T 0 15T 0 2T 0 1 6 2 0 U V 2 0 1 0 2 0 0 4 0 8 1 2 1 6 2 0 0 4 0 8 1 2 1 6 2 0 1 0 b双管 U V 磁敏二极管单个使用和互补使用时的磁电特性曲线 伏安特性 在给定磁场情况下 磁敏二极管两端正向偏压和通过它的电流的关系曲线 磁电特性在给定条件下 磁敏二极管的输出电压变化量与外加磁场间的变化关系 U V I mA B 0 1T B 0 1T 2磁信号测量技术 2 2磁场测量原理和元件 5 磁敏二极管 磁敏三极管磁敏二极管特性二极管加一正向电压后 其内阻的大小随周围磁场的大小和方向的变化而变化 所加的电压一定时 在正向磁场的作用下 B电流 反向磁场时 B电流磁敏二极管工作电压和灵敏度随温度升高而下降 通常需要补偿 通常规定硅管的使用温度为 40 85 而锗管则现定为 40 65 2磁信号测量技术 2 2磁场测量原理和元件 5 磁敏二极管 磁敏三极管磁敏三极管结构原理NPN型磁敏三极管是在弱P型近本征半导体上 用合金法或扩散法形成三个结 即发射结 基极结 集电结所形成的半导体元件 图2 6 33NPN型磁敏三极管的结构和符号a 结构b 符号 r N N c e H H P b c e b a b i 如图 在长基区的侧面制成一个复合速率很高的高复合区r 长基区分为输运基区和复合基区两部分 2磁信号测量技术 2 2磁场测量原理和元件 5 磁敏二极管 磁敏三极管 N N N c c c y y y e e e r r r x x x P P P b b b N N N a b c 图2 6 34磁敏三极管工作原理示意图 a H 0 b H H c H H 1 运输基区 2 复合基区 1 2 2磁信号测量技术 2 2磁场测量原理和元件 5 磁敏二极管 磁敏三极管 b 5mA Ib 4mA Ib 3mA Ib 2mA Ib 1mA Ib 0mA IC 1 0 0 8 0 6 0 4 0 2 0 2 4 6 8 10 VCE V mA VCE V Ib 3mAB 0 Ib 3mAB 0 1T 2 4 6 8 10 1 0 0 8 0 6 0 4 0 2 0 IC mA 磁敏三极管伏安特性曲线 Ib 3mAB 0 1T 2磁信号测量技术 2 2磁场测量原理和元件 5 磁敏二极管 磁敏三极管三极管的磁电特性 B 0 1T Ic mA 0 5 0 4 0 3 0 2 0 1 1 5 2 3 4 1 2 3 图2 6 363BCM磁敏三极管电磁特性 在弱磁场作时 曲线近似于一条直线 在弱磁场作用时 曲线近似于一条直线 2磁信号测量技术 2 2磁场测量原理和元件 5 磁敏二极管 磁敏三极管三极管的温度特性 2磁信号测量技术 2 2磁场测量原理和元件 6 磁共振法物质的磁性 物质的磁性来源于组成物质中原子的磁性 1 电子的自旋 2 电子的轨道运动 核外电子的运动相当于一个闭合电流 具有一定的轨道磁矩 3 原子核的磁矩 材料的磁性主要来源于电子的轨道磁矩和自旋磁矩 原子核的磁矩很小 不足电子的千分之一 通常可以略去不计 电子成对时 磁矩互相抵消 原子或分子无磁矩 当电子为单个时原子或分子有磁矩 2磁信号测量技术 2 2磁场测量原理和元件 6 磁共振法物质在磁场中 1分子固有磁矩会在外磁场的作用下产生旋转 方向与外磁场一致 产生一个附加磁场 2绕核旋转的电子产生的磁矩 受外磁场的作用 产生一个以外磁场方向为轴的附加转动 称电子进动 产生一个附加磁矩 方向与外加磁场方向相反 3绕外加磁场方向旋转的频率与外加磁场的强度有关 由于阻尼作用 进动角度渐小 进动角频率 旋磁比磁动量 角动量B 磁场强度 2磁信号测量技术 2 2磁场测量原理和元件 6 磁共振法磁共振在垂直于外磁场的方向上加一高频电磁场 当其频率与进动频率一致时 就会从交变电磁场中吸收能量以维持其进动 固体对入射的高频电磁场能量在上述频率处产生一个共振吸收峰 称之为磁共振吸收 产生磁共振的磁矩是顺磁体中的原子 或离子 磁矩 则称为顺磁共振 若磁矩是原子核的自旋磁矩 则称为核磁共振 若磁矩为铁磁体中的电子自旋磁矩 则称为铁磁共振 核磁矩比电子磁矩约小3个数量级 故核磁共振的频率和灵敏度比顺磁共振低得多 同理 弱磁物质的磁共振灵敏度又比强磁物质低 2磁信号测量技术 2 2磁场测量原理和元件 6 磁共振法共振法测磁场强度如理用水中的氢原子中核磁共振原理做成的磁敏元件 B 23 4874fnT或f 4257 8THz 2磁信号测量技术 2 2磁场测量原理和元件 6 磁共振法 用质子旋进式磁敏传感器测量外磁场的主要优点是 精度高 一般在 0 1 10 nT范围内 稳定性好 因 p是一常数 其值只与质子本身有关 它的值与外界温度 压力 湿度等因素均无关 工作速度快 可直读外磁场nT值 绝对值测量 2磁信号测量技术 2 2磁场测量原理和元件 7 磁光克尔效应自然光偏振光光是一种特殊电磁波 将电矢量方向定为光的振动方向 光矢量在空间分布不对称就是光的偏振 自然光在垂直光线的平面内各个方向的振动的概率均等 当它透过一种只能横向振动的光才透过的镜片后得到的光称为偏振光 2磁信号测量技术 2 2磁场测量原理和元件 7 磁光克尔效应磁光克尔效应当线偏振光被磁化了的铁磁体表面反射时 反射光将是椭圆偏振的 且以椭圆的长轴为标志的偏振