振动样品磁强计（VSM）：物质磁性的测定

如果将一个开路磁体置于磁场中，则此样品外一定距离的探测线圈感应到的磁通可被视作外磁化场及由该样品带来的扰动之和。多数情况下测量者更关心的是这个扰动量。

在磁测领域，区分这种扰动与环境磁场的方法有很多种。例如，可以让被测样品以一定方式振动，探测线圈感应到的样品磁通信号因此不断快速的交变，保持环境磁场等其他量不做任何变化，即可实现这一目的。这是一种用交流信号完成对磁性材料直流磁特性测量的方法。因为在测试过程中，恒定的环境磁场可以直接扣除，而有用信号则可以通过控制线圈位置，振动频率、振幅等得以优化。

振动样品磁强计（VSM）正是基于上述理论。VSM 是一种高灵敏度的磁矩测量仪器，它采用电磁感应原理，测量在一组探测线圈中心以固定频率和振幅作微振动的样品的磁矩。对于足够小的样品，它在探测线圈中振动所产生的感应电压与样品磁矩、振幅、振动频率成正比。在保证振幅、振动频率不变的基础上。用锁相放大器测量这一电压，即可计算出待测样品的磁矩。

振动样品磁强计（VSM）的基本原理基于法拉第电磁感应定律，并通过振动样品在磁场中产生的感应信号来测量材料的磁性。当振荡器将功率输出到驱动线圈时，驱动线圈带动连接的振动杆以角频率 ω 作等幅振动，从而使处于外加磁场 H 中的被测样品同频率振动。该磁化样品在空间中产生的磁偶极场会随振动而变化，相对于不动的检测线圈来说，这种变化引发检测线圈内产生频率为 ω 的感应电压。

振荡器的输出电压还会反馈给锁相放大器作为参考信号。在锁相放大器中，被测信号与参考信号同频、同相，从而经过放大和相位检测，输出一个正比于样品总磁矩的直流电压 V^J_out。同时，另一个正比于外加磁场 H 的直流电压 V^H_out 也会被检测出（通常为取样电阻上的电压或高斯计的输出电压）。将 V^J_ou 和 V^H_out 绘制成图，即可得到样品的磁滞回线或磁化曲线。

通过测得样品的体积、质量或密度等参数，结合磁滞回线，可以获得样品的诸多内禀磁性特性。如果预先知道样品的退磁因子 N，则可以进一步从实测曲线中求出材料的磁感应强度 B 和内磁化场 Hi，以及技术磁滞曲线。这一方法使得 VSM 能够计算出诸如剩磁 Br、矫顽力 Hc以及最大磁能积 (BH)max 等关键磁性参数，从而实现对材料磁特性的深入分析。

振动样品磁强计主要由电磁铁系统、样品强迫振动系统和信号检测系统组成。

下图所示的为两种类型的 VSM 原理结构示意图，两者的区别仅在于：（1）前者为空芯线圈（磁场线圈）在扫描电源的激励下产生磁场 H，后者则是由电磁铁和扫描电源产生磁场 H。因此，前者为弱场而后者为强场；（2）前者的磁场 H 正比于激磁电流 I，故其 H 的度量将由取样电阻 R 上的电压标注，而后者由于 H 和 I 的非线性关系，H 必须用高斯计直接测量。

为使样品能在磁场中做等幅强迫振动，需要有振动系统推动。系统应保证频率与振幅稳定。显然适当的提高频率和增大振幅对获取信号有利但为防止在样品中出现涡流效应和样品过分位移。频率和幅值多数设计在 200Hz 和 1mm 以下。

低频小幅振动一般采用两种方式产生：一种是用马达带动机械结构传动；另一种是采用扬声器结构用电信号推动。前者带动负载能力强并且容易保证振幅和频率稳定，后者结构轻便，改变频率和幅值容易，外控方便，受控后也可以保证振幅和频率稳定。

在测量过程中，希望探测线圈能有较大的信噪比，同时要求样品在重复测量中取放位置的偏差在一定空间内不影响输出信号大小。前者能够提供测量必要的灵敏度，后者则是保证测量精度和重复性的重要条件。因此探测线圈形状和尺寸的选择是震动样品磁强计的重要关键之一。

信号的电动势为线圈到样品间距离 r 的灵敏圈数。因此减小距离 r，增强样品与线圈的耦合，将会使灵敏度大为提高。但是随着距离的减小，样品所在位置的偏差对信号影响就会越大，对样品取放位置的重复性要求就会更加苛刻。可以使用成对的线圈对称的放置在样品两边是这种情况得到改善。

材料，得到矫顽力（衡量材料抵抗磁场变化的能力），剩磁（移除外部磁场后材料保留的磁性），饱和磁化强度（材料能达到的最大磁化水平），常见于各种铁磁、亚铁磁、反铁磁、顺磁和抗磁材料中。一般应用于以下几个领域：

测量稀土永磁材料的磁性能，如磁化强度、矫顽力、磁能积等。

测量铁氧体材料的磁性能，如磁化强度、磁滞回线、退磁曲线等。

测量非晶和准晶材料的磁性能，如磁化强度、磁滞回线、退磁曲线等。

测量超导材料的磁性能，如磁化强度、磁滞回线、退磁曲线等。

测量各类物质的内禀磁特性，如磁化强度、居里温度、矫顽力等。

测量不同形状的磁性材料的磁性能，如磁化强度、磁滞回线、退磁曲线等。