如果小樣品(可近似為磁偶極子)在原點(diǎn)沿z軸作微小振動,放在附近的小線圈(軸向與z軸平行)將產(chǎn)生感應(yīng)電壓:

　　eg=Gδcosωt=km,

其中G=π0NA為線圈的幾何因74r3VSM的結(jié)構(gòu)子,ω為振動頻率,δ為振幅,m為樣品的磁矩,N和A為線圈的匝數(shù)和面積.原則上,可以通過計(jì)算確定出eg和m之間的比例系數(shù)k,從而由測量的感應(yīng)電壓得到樣品的磁矩.但這種計(jì)算很復(fù)雜,實(shí)際上是通過實(shí)驗(yàn)的方法確定比例系數(shù)k,即通過測量已知磁矩為m的樣品的感應(yīng)電壓eg,得到k=eg,這一過程稱為定標(biāo).定標(biāo)過程中標(biāo)樣的m具體參量(磁矩,,體積形狀和位置等)越接近待測樣品,定標(biāo)越準(zhǔn)確.

VSM測量采用開路方法,磁化的樣品表面存在磁荷,表面磁荷在樣品內(nèi)產(chǎn)生退磁場NM(N為退磁因子,與樣品的具體形狀有關(guān)).所以在樣品內(nèi),總的磁場并不是磁體產(chǎn)生的磁場H,而是H-NM.測量的曲線要進(jìn)行退磁因子修正,用H-NM來代替H.

樣品放置的位置對測量的靈敏度有影響.樣品沿著2個線圈的連線的方向(x方向)離開中心位置,感應(yīng)信號變大;沿其他2個方向(y和z方向)離開中心位置,感應(yīng)信號變小.中心位置是x方向的極小值及y和z方向的極大值,是感應(yīng)信號對空間最不敏感的位置,稱為鞍點(diǎn).鞍點(diǎn)附近的小區(qū)域稱為鞍區(qū).測量時,樣品應(yīng)放置在鞍區(qū)內(nèi),這樣可以使由樣品具有有限體積而引起的誤差最小.

基本的振動樣品磁強(qiáng)計(jì)由磁體及電源,振動頭及驅(qū)動電源,探測線圈,鎖相放大器和測量磁場用的霍爾磁強(qiáng)計(jì)等幾部分組成,如圖所示

振動頭用來使樣品產(chǎn)生微小振動.本儀器采用電磁驅(qū)動方式(揚(yáng)聲器結(jié)構(gòu)),這種振動方式結(jié)構(gòu)輕便,容易改變頻率和幅值,外控方便.為了避免振動通過電磁鐵傳遞到探測線圈引起干擾,振動頭采用雙振子結(jié)構(gòu),一個線圈與樣品桿連接,另一個線圈與和振動桿質(zhì)量相同的銅塊連接,2個線圈在磁場中相向振動,相位差為180°為了使.振動穩(wěn)定,還采取了穩(wěn)幅措施.在振動桿上固定1塊永磁體,永磁體與樣品一同振動.當(dāng)振動幅度發(fā)生變化時,放置在永磁體附近的1對探測線圈會探測到這一變化并反饋給驅(qū)動電源,驅(qū)動電源根據(jù)反饋信號對振動幅度作出調(diào)整,使振幅穩(wěn)定.因?yàn)檎駝宇^是強(qiáng)信號源,且頻率與探測信號頻率一致,故探頭與探測線圈要保持較遠(yuǎn)距離,用振動桿傳遞振動,又在振動頭上加屏蔽罩,防止產(chǎn)生感應(yīng)信號.振動頻率應(yīng)盡量避開50Hz及其整數(shù)倍,以避免產(chǎn)生干擾.振動頭可以在水平面內(nèi)以任意角度旋轉(zhuǎn),實(shí)現(xiàn)對樣品不同方向的測量.

磁體為電磁鐵,極面直徑為5cm,極間距為3cm,最大磁場可達(dá)1.5T.電磁鐵電源為直流穩(wěn)流電源,最大輸出電流為10A.磁場的測量采用霍爾磁強(qiáng)計(jì),共分4擋,最大量程為20T,最小分辨率為10-4T,采用核磁共振方法進(jìn)行校準(zhǔn).

磁矩的測量由探測線圈和鎖相放大器組成,1對探測線圈對稱地放置在電磁鐵的極面上,串連反接,這樣可以使由樣品振動產(chǎn)生的信號加強(qiáng),而由磁場的波動引起的以及其他非樣品產(chǎn)生的信號相抵消.采用這樣的探測線圈可以在中心位置產(chǎn)生鞍區(qū),方便測量.鎖相放大器有很高的放大倍數(shù),保證了VSM有較高的靈敏度.采用標(biāo)準(zhǔn)鎳球?qū)Υ啪剡M(jìn)行標(biāo)定。

振動樣品磁強(qiáng)計(jì)適合測試以下材料：亞鐵磁、反磁性材料、順磁材料和抗鐵磁材料，各向異性材料，磁記錄材料，磁-光學(xué)材料，稀土和過度元素、非晶金屬、高導(dǎo)磁率材料、金屬蛋白等形式的鐵磁物質(zhì)。弱磁，順磁等樣品雖然可以用振動樣品磁強(qiáng)計(jì)測量，但靈敏度是有所下降的。此外振動樣品磁強(qiáng)計(jì)還適用于塊狀、粉末、薄片、單晶和液體等多種形狀和形態(tài)的材料。