由于振动诊断具有诊断结果准确可靠和便于实时诊断等诸多优点，因而它成为应用最广泛、最普遍的诊断技术之一。特别是近年来，随着振动信号采集、传输以及分析用仪器技术性能的提高，更进一步地促进了振动诊断技术在机械故障诊断中的应用。ψ称为简谐振动的相位，是时间t的函数，单位为rad。表5.2根据振动后果选择振动监测参数测量参数选择的另一个问题是振动信号统计特征量的选用。......
2023-06-22
振动样品磁强计的应用与研究
【摘要】：图8-7振动样品磁强计的结构原理图振动样品磁强计是以感应法为基础并配用近代电子技术发展起来的一种新型磁测仪器。因此，振动样品磁强计中只需要考虑基波成分。由于振动样品磁强计测得的是相对信号而不是绝对信号，所以每次使用前必须对仪器进行定标。目前已有各种商品化的振动样品磁强计可供选择，适用于磁性粉末、超导材料、磁性薄膜、各向异性材料、磁记录材料、块状、单晶和液体等各种磁性材料的测量。
图8-7 振动样品磁强计的结构原理图
振动样品磁强计（vibrating sample magnetometer，VSM）是以感应法为基础并配用近代电子技术发展起来的一种新型磁测仪器。它的基本工作原理是运用电磁感应原理，结构原理如图8-7所示。把待测的样品放置在探测线圈的中心位置，然后施加一个恒定的外磁场，并使待测样品以一定的频率和振幅作轻微的振动。由于待测样品的不停振动，探测线圈中会产生感应电动势，这个感应电动势的大小和样品的振动频率、振幅以及磁矩成正比。因此，在待测样品的振动频率和振幅恒定的情况下，我们可以通过测量探测线圈中感应电动势的大小，计算出待测样品磁矩的大小。另外，通过计算机绘制出的磁滞回线（如图8-1所示）可以读出样品的矫顽力Hc、磁化强度Ms和剩磁Mr。VSM分为两类：一类是样品在均匀磁场中做小幅振动，振动方向垂直于磁场。这类VSM得到的感应信号与被测样品磁矩成正比，不需要进行积分处理。因此多用于在一般电磁铁产生的磁场下测量物质磁性。另一类是样品在磁场中做大幅振动，振动方向与磁场方向平行。这类VSM的感应信号与被测样品磁矩不直接成正比，需经过积分。
对于一被磁化了的样品，在远处可将其视为磁偶极子，如该样品按一定方式振动，就等同于磁偶极子在振动。于是，放置在样品附近的检测线圈内就有磁通量的变化，从而产生感应电压，该感应信号来源于被磁化的振动样品在周围产生的周期性变化磁场。若把小样品近似看作磁偶极子，则测量线圈中感应电动势是具有基波和各级谐波成分的频谱信号。通过理论推导可知，在由基波线圈几何因子所确定的位置和线圈长度范围内，二次谐波在串联反接的线圈对中的感应电动势等于零。又由于样品振幅很小（约0.1 mm），其它高次谐波的作用可忽略不计。因此，振动样品磁强计中只需要考虑基波成分。这样可得振动样品磁强计的测量方程为
其中，Vx为线圈输出电压的有效值；Mm为样品的磁矩；k为振动样品磁强计的灵敏度，可由比较法测定，又叫振动样品磁强计的校准或定标。比较法是用饱和磁化强度σs已知的标准样品进行比较测定k。若标准样品的质量为ms，装入磁强计中的振动输出信号为Vs=kmsσs，则k=
。校准后，将质量为mx的被测样品替换标准样品。在振动输出为Vx时，样品的比磁化强度为
为了确保样品符合磁偶极子条件，使测量结果更符合于理论的计算，样品到线圈的中心间距r与样品磁化方向的长度l之间应满足r 2≫
。在测量线圈横截面内磁场平均值可用中心点磁场表示的近似下，线圈的直径要非常小，如内径不超过5 mm。两个测量线圈的总匝数必须一样，约为1 000匝。考虑到线圈中的感应电动势在样品所处的磁场中心位置附近有个非敏感区（鞍点区），线圈与样品的距离也要满足一定条件。减小线圈间的距离可使测量线圈的输出信号增大，但鞍点区将缩小。如果采用四线圈制探测时鞍点区比双线圈大些，但灵敏度会降低。
振动样品磁强计的测量方法有两种：绝对法和差值法。绝对法是根据测量方程由电压Vx直接测量样品的比磁化强度或磁矩的方法。这种方法容易受系统的机械稳定性、振源频率稳定性、反馈电路稳定性和放大器线性度的影响。差值法在磁强计振动杆中部装一个磁矩已知的基准样品，并在样品两侧对称安装一对串联反接的基准线圈，用以产生基准信号与测量信号进行差值比较，就可消除共有的干扰信号。这种方法可以避免频率和振幅波动引入测量误差。由于振动样品磁强计测得的是相对信号而不是绝对信号，所以每次使用前必须对仪器进行定标。通过对标准样品的测量得到比例系数，从而才能确定待测样品的磁学参数。
目前已有各种商品化的振动样品磁强计可供选择，适用于磁性粉末、超导材料、磁性薄膜、各向异性材料、磁记录材料、块状、单晶和液体等各种磁性材料的测量。可完成磁滞回线、起始磁化曲线、退磁曲线及温度特性曲线、等温剩磁曲线（isothermal remanent magnetization curve，IRM）和直流退磁剩磁曲线（direct current demagnetization remanence curve，DCD）的测量，并可以精确测量顺磁到软磁材料的磁粉体磁化率、居里点、磁化曲线及磁性与温度的关系。
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2023-11-23
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