مقياس المغناطيسية ذو العينة المهتزة

📅 آخر تحديث: ٣١ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣١ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 15 صور
الموسوعة الحرة
مخطط VSM
إعداد VSM

مقياس المغناطيسية ذو العينة المهتزة (VSM) (يُشار إليه أيضًا باسم مقياس فونر المغناطيسي [ 1 ] / مقياس المغناطيسية التذبذبي) هو أداة علمية تقيس الخصائص المغناطيسية استنادًا إلى قانون فاراداي للحث الكهرومغناطيسي. اخترع سيمون فونر في مختبر لينكولن التابع لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا مقياس VSM عام 1955، ونشر عنه تقريرًا عام 1959. [ 2 ] كما ذُكر أيضًا من قِبل جي دبليو فان أوسترهوت [ 3 ] وبي جيه فلاندرز عام 1956. [ 4 ] تُوضع العينة أولًا في مجال مغناطيسي ثابت، وإذا كانت العينة مغناطيسية، فإنها ستُحاذي مغنطتها مع المجال الخارجي. يُولّد عزم ثنائي القطب المغناطيسي للعينة مجالًا مغناطيسيًا يتغير مع الزمن أثناء تحريك العينة لأعلى ولأسفل. ويتم ذلك عادةً باستخدام مادة كهرضغطية . يُحفّز المجال المغناطيسي المتناوب مجالًا كهربائيًا في ملفات الاستقبال الخاصة بمقياس VSM. [ 5 ] [ 6 ] يتناسب التيار طرديًا مع مغنطة العينة - فكلما زاد التيار المستحث، زادت المغنطة. ونتيجة لذلك، عادةً ما يتم تسجيل منحنى التخلف المغناطيسي [ 7 ] ، ومنه يمكن استنتاج الخصائص المغناطيسية للعينة.

جاءت فكرة العينة المهتزة من مقياس المغناطيسية ذي الملف المهتز الخاص بـ DO Smith [ 8 ] .

نظرة عامة نموذجية على مخطط تدفق القيمة

مبدأ العمل

تعتمد تقنية قياس المغناطيسية باستخدام عينة مهتزة على المبدأ الفيزيائي للحث الكهرومغناطيسي : عينة ذات عزم مغناطيسيμ{\displaystyle \mu }يوضع في مجال مغناطيسي متجانسب{\displaystyle \mathbf {B} }يتم اهتزاز العينة في المجال مع تحديد الموضعz(ت){\displaystyle z(t)}مما يؤدي إلى تغيير في التدفق المغناطيسي

Φ=∫أب⋅دأ=μ0∫أμ⋅دأ{\displaystyle \Phi =\int _{A}\mathbf {B} \cdot d\mathbf {A} =\mu _{0}\int _{A}\mathbf {\mu } \cdot d\mathbf {A} }

في ملف استشعار ذي مساحة مقطع عرضيأ{\displaystyle \mathbf {A} }،μ0{\displaystyle \mu _{0}}هي نفاذية الفراغ . ووفقًا لقانون فاراداي للحث الكهرومغناطيسي ، فإن التغير في التدفق المغناطيسي يتناسب طرديًا مع الجهد الكهربائي المستحث.

يوأناند=دΦدت=دzدتدΦدz{\displaystyle U_{\mathrm {ind} }={\frac {d\Phi }{dt}}={\frac {dz}{dt}}{\frac {d\Phi }{dz}}}.

العامل الأولدzدت{\displaystyle {\frac {dz}{dt}}}يعتمد هذا العامل بشكل مباشر على الجهاز، وبالتالي فهو معروف للمُجرِّب. أما العامل الثاني فهو يتناسب طرديًا معμ{\displaystyle \mu }يتم تحديد عوامل التناسب من خلال معايرة الإعداد.

لأنيوأناند∝μ{\displaystyle U_{\mathrm {ind} }\propto \mu }مع تحديد جميع العوامل الأخرى إما من الجهاز أو من خلال المعايرة، فإن قياس الجهد المستحث يعطي مباشرة العزم المغناطيسي للعينة. [ 5 ]

أجزاء من إعداد نموذجي لـ VSM

مخطط VSM مبسط
  • مغناطيس كهربائي/مصدر طاقة مبرد بشكل فعال
  • المضخم
  • هيكل التحكم
  • متر
  • واجهة الحاسوب
  • ملفات الاستشعار
  • جهاز إثارة الاهتزازات مع حامل العينة
  • مسبار هول (اختياري)

نموذج لإجراءات التشغيل

المصدر: [ 6 ]

  1. تثبيت العينة في حامل العينة
  2. تشغيل نظام إدارة تدفق القيمة
  3. قم بتشغيل برنامج الكمبيوتر لتهيئة النظام
  4. معايرة النظام
  5. تحسين النظام لـ M [ 6 ]
  6. معايرة مضخم القفل
  7. قم بإجراء القياسات وتسجيل البيانات

شروط فعالية منهجية تحليل تدفق القيمة

  1. يجب أن يكون المجال المغناطيسي قويًا بما يكفي لتشبع العينات بالكامل (وإلا فسيتم أخذ قياسات غير دقيقة).
  2. يجب أن يكون المجال المغناطيسي منتظمًا عبر مساحة العينة (وإلا فإن إضافة تدرجات المجال [ 7 ] [ 9 ] ستؤدي إلى قوة تغير الاهتزاز مرة أخرى مما يؤدي إلى نتائج غير دقيقة).

أهمية ملفات الالتقاط

تُمكّن هذه الخصائص جهاز قياس المغناطيسية الاهتزازية (VSM) من تعظيم الإشارة المُستحثة، وتقليل التشويش، وتوفير نقطة سرجية واسعة ، وتقليل الحجم بين العينة والمغناطيس الكهربائي لتحقيق مجال مغناطيسي أكثر تجانسًا في حيز العينة. [ 7 ] يمكن أن يختلف تكوين الملفات تبعًا لنوع المادة قيد الدراسة. [ 7 ]

العلاقة بالفيزياء

يعتمد مقياس القوة الدافعة الكهربائية على قانون فاراداي للحث الكهرومغناطيسي ، ويتم الكشف عن القوة الدافعة الكهربائية بواسطةε=شمالددت(بأجosϑ){\displaystyle \varepsilon =N{d \over dt}(BAcos\vartheta )}[ 9 ] حيث N هو عدد لفات السلك، و A هي المساحة، وϑ{\displaystyle \vartheta }الزاوية بين العمودي على الملف والمجال المغناطيسي. مع ذلك، غالبًا ما يكون كل من N و A غير ضروريين إذا تمت معايرة مقياس المغناطيسية الاهتزازية (VSM) بشكل صحيح. [ 9 ] من خلال تغيير قوة المغناطيس الكهربائي عبر برنامج حاسوبي، يتم مسح المجال الخارجي من قيمة عالية إلى منخفضة ثم العودة إلى قيمة عالية. [ 9 ] عادةً ما تتم هذه العملية تلقائيًا عبر برنامج حاسوبي، ويتم طباعة دورة من البيانات. يُثبّت المغناطيس الكهربائي عادةً على قاعدة دوارة [ 9 ] للسماح بأخذ القياسات كدالة للزاوية. يُطبّق المجال الخارجي موازيًا لطول العينة [ 9 ] ، وتطبع الدورة المذكورة حلقة التخلف المغناطيسي . بعد ذلك، باستخدام مغنطة معروفة لمادة المعايرة وحجم السلك، يمكن تحويل إشارة جهد المجال العالي إلى وحدات كهرومغناطيسية (emu) - وهي مفيدة للتحليل. [ 9 ]

المزايا والعيوب

تتميز أجهزة قياس المغناطيسية الاهتزازية (VSM) بدقة عالية حتى مقارنةً بأجهزة قياس المغناطيسية الأخرى ، ويمكن أن تصل دقتها إلى حوالي10-6{\displaystyle \displaystyle 10^{-6}}[ 7 ] تسمح أجهزة قياس المغناطيسية الاهتزازية (VSM) باختبار العينة بزوايا مختلفة بالنسبة لمغنطتها، مما يُمكّن الباحثين من تقليل تأثيرات العوامل الخارجية. [ 10 ] مع ذلك، لا تُعدّ أجهزة VSM مناسبة لتحديد منحنى المغنطة نظرًا لتأثيرات إزالة المغنطة التي تتعرض لها العينة. [ 10 ] كما أنها تتأثر بدرجة الحرارة، ولا يُمكن استخدامها مع العينات الهشة التي لا تتحمل التسارع (نتيجة الاهتزاز). [ 7 ] [ 9 ] [ 10 ]

انظر أيضاً

للمزيد من القراءة

مراجع

  1. ↑ رودريغيز، ليو؛ سابكوتا، أرجون؛ ألفارادو، جوناثان؛ تيت، جيتندرا س.؛ غيرتس، ويلهلموس ج. (2024-02-01). "النمذجة الحاسوبية لمقياس مغناطيسي ثلاثي المحاور لعينة مهتزة" . AIP Advances . 14 (2). doi : 10.1063/9.0000787 . ISSN 2158-3226 . 
  2. ↑ فونر، سيمون (1959). "مقياس مغناطيسي متعدد الاستخدامات وحساس للعينات المهتزة" . مجلة الأدوات العلمية . 30 (7): 548-557 . Bibcode : 1959RScI...30..548F . doi : 10.1063/1.1716679 .
  3. ↑ فان أوسترهوت، جي دبليو (1957-12-01). "طريقة سريعة لقياس القوة القسرية وغيرها من الخصائص المغناطيسية الحديدية لعينات صغيرة جدًا" . البحوث العلمية التطبيقية، القسم ب . 6 (1): 101-104 . doi : 10.1007/BF02920365 . ISSN 0365-7140 . 
  4. ↑ فلاندرز، بي جيه؛ غراهام، سي دي (1993-03-01). "تقنيات القياس المغناطيسي للتيار المستمر والترددات المنخفضة" . تقارير عن التقدم في الفيزياء . 56 (3): 431-492 . doi : 10.1088/0034-4885/56/3/002 . ISSN 0034-4885 . 
  5. 1 2 دودريل، براد؛ ليندموث، جيفري ر. (2021)، "قياس المغناطيسية باستخدام عينة مهتزة" ، في فرانكو، فيكتورينو؛ دودريل، براد (محرران)، تقنيات القياس المغناطيسي لتوصيف المواد ، تشام: دار نشر سبرينغر الدولية، ص 15-37 ، doi : 10.1007/978-3-030-70443-8_2 ، ISBN  978-3-030-70442-1تم الاطلاع عليه بتاريخ 11 يناير 2026
  6. 1 2 3 قسم الفيزياء في SWT. "مقياس المغناطيسية بالعينة المهتزة" (PDF) .
  7. ١ ٢ ٣ ٤ ٥ ٦ لوبيز-دومينغيز، ف.؛ كيسادا، أ.؛ غوزمان-مينغيز، ج.س.؛ مورينو، ل.؛ ليري، م.؛ سبوتورنو، ج.؛ جياكوموني، ف.؛ فرنانديز، ج.ف.؛ هيرناندو، أ.؛ غارسيا، م.أ. (٢٠١٨-٠٣-٠١). "مقياس مغناطيسي بسيط للعينات المهتزة للعينات الكبيرة" . مراجعة الأدوات العلمية . ٨٩ (٣): ٠٣٤٧٠٧. Bibcode : 2018RScI...89c4707L . doi : 10.1063/1.5017708 . hdl : 10261/163494 . ISSN 0034-6748 . PMID 29604780 .  
  8. ↑ سميث، د.و. (1956). "تطوير مقياس مغناطيسي ذي ملف اهتزازي" . مجلة الأدوات العلمية . 27 (261): 261-268 . رمز Bibcode : 1956RScI...27..261S . doi : 10.1063/1.1715538 .
  9. 1 2 3 4 5 6 7 8 بورجي، ويسلي؛ بيشان، مايكل جيه؛ جاغر، هربرت (10 يوليو 2003). "مقياس مغناطيسي بسيط لعينة مهتزة للاستخدام في دورة فيزياء المواد" . المجلة الأمريكية للفيزياء . 71 (8): 825-828 . Bibcode : 2003AmJPh..71..825B . doi : 10.1119/1.1572149 . ISSN 0002-9505 . 
  10. 1 2 3 "تفسير تحليل مقياس المغناطيسية الاهتزازي (VSM)" . analyzetest.com . 2021-03-16 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2021-05-14 .