JPH02501592A - 磁力計 - Google Patents
磁力計Info
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- JPH02501592A JPH02501592A JP63506523A JP50652388A JPH02501592A JP H02501592 A JPH02501592 A JP H02501592A JP 63506523 A JP63506523 A JP 63506523A JP 50652388 A JP50652388 A JP 50652388A JP H02501592 A JPH02501592 A JP H02501592A
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- JP
- Japan
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- magnetometer
- tube
- magnetometer according
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- Pending
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
- G01R33/12—Measuring magnetic properties of articles or specimens of solids or fluids
- G01R33/1215—Measuring magnetisation; Particular magnetometers therefor
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
発明の名称
磁力計
産業上の利用分野
本発明は、物体の磁力を測定するための磁力計に関する。
技術的背景
本発明は、振動状態にすることが可能な舌状部材の自由端部に固定された測定す
べき試料に作用し強さが時間の経過によって周期的に変化する不均一な磁界を有
する磁力計であって。
該舌状部材の振動が評価回路に接続された少なくとも1つの圧電要素によって検
出可能であり。
該評価回路は、圧電信号の振幅を検出するための測定増幅器と1周期的に変化す
る磁界を形成するコイル装置に電力増幅器を介して接続された低周波ゼネレータ
とを備え。
前記試料が補償電流ループによって囲続されるようにした形式のものに関する。
このような補償電流ループを有しない磁力計が。
’Review or 5cientific Instruments’ 5
1(5) 、 1980年5月、612.613ページに記載されており、金線
およびグラスファイバからなる舌状部材の振動振幅が。
圧電要素によって検出されることによって、極めて小さな試料の磁気モーメント
を量的に測定することが可能である。圧電要素の出力信号が位相判別増幅機に供
給され、この増幅機の出力信号が測定信号を表わす。
この公知の装置の振動振幅、したがって出力信号は。
測定すべき磁気モーメントの大きさだけでなく、使用材料の弾性、振動体の慣性
、および磁界勾配の大きさならびに周波数に依存する。この理由から、この公知
の磁力計では、磁気モーメントの湿度による依存性を把握せずに、顕微鏡的に小
さな試料の量的な測定だけを行うことが可能である。
応用固体物理に対するフラウンホフエル研究所の活動報告書、 1984年、1
36ページから、電流ループの磁気モーメントによって圧電信号を補償すること
が知られている。しかしながら、これを実際にどのようにして実施し得るかにつ
いては、活動報告書から知ることができない。
発明により解決しようとする課題
本発明の基本的な目的は、この従来の技術から出発して、異なる温度において、
数ミリメートルの範囲の寸法を有する試料でも、磁気モーメントを量的に測定す
ることが可能な、冒頭に述べた形式の磁力計を提供することである。
発明による課題の解決手段
この目的は2本発明によれば、磁界の周波数を舌状部材のそれぞれの共振周波数
に追従調整することが可能な自動周波数調整回路によって、低周波ゼネレータが
制御され、磁気モーメントを量的に測定するための測定信号として、補償電流ル
ープを流れる補償直流電流の大きさを検出することが可能であり、その際試料の
磁気モーメントしたがって舌状部材の励起が補償されるようにすることによって
達成される。
作用及び効果
舌状部材の振動の零調整によって測定が行なわれることによって、測定増幅機の
出力信号の振幅と無関係に、したがって装置の振幅に影響をおよぼす量と無関係
に、試料の磁気モーメントを量的に測定することが可能である。励起周波数を基
準周波数に同調させることによって、広い温度範囲にわたって磁気モーメントを
極めて高い感度で測定することができる。
本発明の好適な実施例において、試料が石英中空シリンダの内部にあり、この石
英中空シリンダの縦軸が双方の磁極の間の磁界方向に延び、石英中空シリンダ上
に補償電流ループとして細い金線の巻線を有する針金ループが巻かれている。石
英中空シリンダと共に振動される舌状部材は、磁界を発生する電磁石の双方の極
の間の空隙部に突出したクライオスタットの尾部に設けられる。
測定増幅器は、特に補償電流ループを備えた第1の調整回路用の第1の出力端子
を有する位相判別増幅器として構成されている。位相が90°ずれた信号用の位
相判別増幅器の第2の出力端子は、第2の調整回路にある自動周波数調整装置の
スイッチング回路の入力を制御し、第2の調整回路が、低周波ゼネレータの励起
周波数を、常に振動系の共振周波数に同調し得るようにされている。
本発明の適切な構成および実施態様は、請求の範囲の従属項にさらに詳細に示さ
れている。
図面の簡単な説明
次に1本発明の実施例を1図によって一層詳細に説第1図は調整回路のブロック
結線図と共に概略的に示された本発明による磁力計。
第2図は一部断面による側面図で示された磁力計のクライオスタット。
第3図は第4図の線■−■に沿ったクライオスタット尾部の縦断面図。
第4図は第3図の線IV−IVに沿ったクライオスタット尾部の断面図。
第5図は一部断面側面図で示された磁気センサの舌状部材。
第6図は磁力計の舌状部材および石英中空シリンダの振動方向における磁力計の
磁気センサの舌状部材の正面図である。
好適な実施の態様(実施例)
第1図において電子構成要素のブロック結線図と共に概略的に示されている磁力
計は、勾配コイル3.4上に設けられ、これらの勾配コイル3.4は、電流の流
された状態において、低周波増幅器5から供給される勾配コイル3.4の供給電
流に相応して1強さが時間的に正弦波状に変化する磁界勾配を磁極片1.2の間
に形成する。低周波増幅器5は、低周波ゼネレータ(発振器)6の出力端子に接
続されている。低周波ゼネレータ6によって形成可能な励起周波数は、10ない
し100Hzの間の領域にあり、したがって2時間的に変化する磁界が、勾配コ
イル3,4の間において同一の周波数で振動する。
磁極片1.2の間の中央に、試料用の試験空間としての役割を行う石英中空シリ
ンダ7があり、そこの磁気モーメントは一定である必要がある。磁界勾配によっ
て、磁気モーメントおよび磁界勾配に依存した大きさの力が2石英中空シリンダ
7に固定された試料に作用する。したがって、勾配コイル3,4への交流の供給
によって2強さおよび方向か周期的に変化する力が。
磁極片1および20間の結合線に沿って試料に作用する。
石英中空シリンダ7は、舌状部材8の前方の自由端部に固定され、この舌状部材
8は、磁気的な励起によって振動するように励起され9石英中空シリンダ7と反
対側の端部において磁器からなる剛性の保持管9によって固定されている。
舌状部材8は1石英中空シリンダ7と結合された2つの石英細管10.11から
なり、この石英細管は1石英中空シリンダ7と反対側の端部において、圧電セラ
ミックス材料からなり圧電要素として舌状部材8の振動運動を検出する役割を行
う平板12.13に結合されている。
舌状部材8が振動したときに出力導線18.19に互いに逆位相の信号が生じる
ように、圧電要素として作用する平板12.13が電荷・電圧変換器16.17
の入力端子と導線14.15によって接続されている。
逆相信号が減算手段20の双方の入力端子に供給され。
したがって逆相信号が加算され、入力信号に比べて大きな出力信号が出力端子2
1に生じ、その場合、出力導線18.19にある同じ位相のノイズ信号は抑止さ
れる。
舌状部材8の励起周波数と同一の必要な基準周波数を位相判別増幅器22が使用
し得るようにするため、出力端子21が基準入力端子23を介して低周波ゼネレ
ータ6に接続された位相判別増幅器22(ロックイン増幅器)の入力端子と接続
されている。
位相判別増幅器22は、第1の出力端子24と、90°だけ位相のずれた信号用
の第2の出力端子25とを有している。舌状部材8が振動したとき、第1の出力
端子24に直流電圧信号が生じ、この大きさは、試料の磁気モーメントに依存す
る舌状部材8の振動振幅に依存する。
位相判別増幅器22の第1の出力端子24が、第1のスイッチ26を介して比例
積分要素29と接続されている。
第2の出力端子25が、第2のスイッチ27を介して自動周波数調整回路28に
接続され、この回路によって低周波発振器6の励起周波数が変化可能である。
第1のスイッチ26が開かれているときに第2のスイッチ27が閉路された場合
、調整回路が閉成し、この回路が、励起周波数を、舌状部材8を包囲する磁気セ
ンサの共振周波数に調整する。共振周波数は、試料の質量および温度に応じて1
例えば40ないし80Hzの範囲にある。共振現象が生じると、舌状部材8が最
大の変位を生じ、したがって第1の出力端子24における振幅が最大値に達する
。これに対して、第2の出力端子25における信号は、同調された位相状態にお
いて零である。
例えば温度変化によって、舌状部材8を有する磁気センサの共振条件の変化が生
じた場合、舌状部材8の励起と振動との間の位相関係が変化し、これは、第2の
出力端子25における偏位方向に応じてそれぞれ零と異なる正または負の信号で
識別可能になる。この信号は。
第2のスイッチ27が閉路したときに自動周波数調整回路28に達し、この回路
は、最初の位相関係すなわち磁気センサの励起周波数と固有周波数との間の共振
が再び生じるまで、それぞれの信号符号によって与えられる方向に低周波ゼネレ
ータ6の励起周波数を追跡する。
励起周波数の共振周波数への同調および次に説明する方法による磁気モーメント
の測定のための第1のスイッチ26ならびに磁気センサの共振条件への同調のた
めの第2のスイッチ27の交互の操作によって1例えば5ないし350K ”C
の広い温度範囲にわたって、試料の磁気モーメントを極めて高い感度で温度に依
存して測定することが出来る。
第1のスイッチ26に接続された比例積分要素29が電流調整要素30に給電し
、その電流は電流測定装置31によって測定することができ9石英中空シリンダ
7の外側に巻かれたワイヤループ33に導線32を通して補償電流を供給する。
ワイヤループ33によって形成された磁気モーメントは1巻き方向および電流方
向が選択されている場合、試料の磁気モーメントの補償によって。
磁気センサの舌状部材8に作用する交番力の補償を行う。補償が強くされるほど
1石英中空シリンダ7の振動振幅が減少し、完全に補償された場合、舌状部材8
の偏位が生じなくなり、出力端子24における直流電圧信号が零になる。出力端
子24における信号およびワイヤループ33を通る補償電流の相互の依存性によ
って。
閉じられた調整回路が成立し、その目的は、出力端子24における信号およびワ
イヤループ33を通る電気的な補償電流の零検出によって、舌状部材8による磁
気センサに作用する力を補償し、偏位を零に調整することである。
したがって、出力端子24における信号の零調整後に。
調整回路の休止状態において、試験空間のまわりのワイヤループ33を通る電流
を測定し、試験空間の幾何学的な寸法を測定するだけで、試験空間内の試料の磁
気モーメントを測定することができる。そのためには。
交番作用における磁界勾配によって生じる限り、空の試料保持器の磁気モーメン
トを無負荷測定によって測定する必要があり、全体のモーメントから差し引く必
要がある。
上述の測定装置は、測定が零調整によって行なわれるため、振幅に影響をおよぼ
す量と無関係に、試料の磁気モーメントを量的に測定することができる。
電流調整要素30にゼネレータ34が設けられ、これは第1のスイッチ26が開
かれているときに、第3のスイッチ35を閉路することによって電圧を供給する
か、または付加的な磁気モーメントを発生するため、第3のスイッチ35を介し
て電流調整要素30に接続することができる。 ゛
スイッチ2B、27.35の操作、および電流測定装置31からの電流値の読出
しは2図示されていない計算機によって行うことができ、したがって磁力計の自
動操作が可能である。
第1図において磁極片1,2の領域に示された磁気センサは、第2図において知
見されるクライオスタット37の尾部36にあり、これはヘリウム貫流クライオ
スタットとして構成することができる。第2図において。
勾配コイル3.4を備えた磁極片1,2の間の空隙部に尾部36が突出している
状態が知見される。クライオスタット37はクライオスタット外管38を備え、
この外管は1図示されていない空気緩衝器(ダンパ)上に置かれたコンクリート
板39と結合されている。第2図においてコンクリート板39の上方に冷却剤流
入口40および冷却剤流出口41が示されており、これらは。
冷却剤管路42.43を介して1尾部36の上方のクライオスタット外管38の
下部にある熱交換器44に接続されている。
クライオスタット外管38の上端部には2重量物48を振動が少なくなるように
支えるための、ばね48.47によって記号的に図示された2段式のばね装置を
備えたばね箱45があり1尾部36に設けられた磁気センサを支持する第1図に
関連してすでに述べられた保持管9が。
ばね箱45に固定されている。
第3図に、さらに細部を示すためのクライオスタット37の尾部3Bの拡大され
た断面図が示されている。この場合、前述の構成要素は、第1図及び第2図にお
いて付された参照符号と同一の参照符号が付されている。
第3図から判るように、クライオスタット37の尾部36は、クライオスタット
外管38の下端部にフランジ部50を介して結合された外管49からなっている
。ガラスファイバ強化合成樹脂からなる外管49の内部に、熱遮蔽管51があり
、この構造は、勾配コイル3,4によって金属管に形成されクライオスタット内
に振動を生じ磁気センサに誘導障害をおよぼすおそれのある渦電流の発生を防止
する。熱遮蔽管51は1例えばプレキシグラス(Plexiglass)でつく
られた厚さの薄い管52からなり、これは1尾部3Bのその他の管と共に第4図
において断面図で示されており1例えば0.55 mの直径を有する密接して巻
かれたラッカー絶縁銅線53によって囲繞され、第3図において部分的に示され
ているように。
管52の縦軸に沿って、わずかに(軽く)螺旋上に延びている。銅線53の位置
は、この銅線とほぼ直角に延びた紐54によって巻き留められている。
銅線53の下端部は、半径方向に内側へ90@曲げられ。
ねじ止めされた2枚のテフロン板55.56の間に締め付けて留められている。
銅線53の上部の線端部は、止めリング57とフランジリング58との間に締付
けられ、このリングによって遮蔽管51がクライオスタット37の対応するフラ
ンジ59に組付けられている。この装置は、一方において。
遮蔽管51の全長に沿った必要な熱伝導を保証するが。
他方において、互いに絶縁された針金の直径より大きな直径を有する電流通路(
Strombahnen)の成立を阻止する。
第3図および第4図から判るように、同様にガラスファイバ補強合成樹脂からな
るクライオスタット内管60が、遮蔽管51の内部にある。クライオスタット内
管60は、約lθミリバールの圧力のヘリウムガスで満たされている。クライオ
スタット内管60の内部に2つの銅の樋状帯81.62が延びており、これは冷
却管の役割を行い、クライオスタットの熱交換器44と熱的に良好に結合されて
いる。銅の樋状帯61.62の形状は、第4図に示された断面図から明確に知る
ことができる。銅の樋状帯61.82の間に形成された長手方向間隙は、第3図
の図面に平行に延び、したがって電磁石の磁極片1゜2の間の磁力線に沿って延
びている。
第5図および第6図は、クライオスタット60の内部に設けられ第1回および第
3回にも示された磁気センサを、著しく拡大して示している。
第5図に、平らにされ磁器接合部材63として形成された保持棒9の下端部が示
されている。平らにされた磁器接合部材63に、平板12.13の上端部が接着
されている。さらに、熱センサ65を取付けるための石英からなる熱感知管64
が固定されている。平板12.13は圧電セラミックス材料からなり1例えば7
0關X 1.6+mXO,65mmの寸法を有している。下端部の幅の広い側に
それぞれ銀電極を備えた平板12.13に1石英細管10゜11が固定され、そ
の外径は1■鳳であり、その内径は0.7amである。石英細管10.11は、
測定されるべき試料を収容するために使用される2例えば6m11の内径を有す
る石英中空シリンダ7の外壁部にまで延びている。
石英中空シリンダ7の外壁部に設けられたワイヤループ33が、第5図に明確に
示されており、その捩じられた導線(対)68が石英細管10に沿って敷設され
ている。ワイヤループ33および捩じられた導線68は。
0.05mmの直径を有するラッカー絶縁された金線からなっている。湾曲時に
圧電効果によって生じる電荷を取り出すのに使用される。圧電平板12.13の
幅の広い側に設けられた銀電極は、導線14.15および同じ電位にある内側の
銀電極用の共通の導線69に接続されている。磁気センサの振動可能部分を表わ
す第5図及び第6図に示された舌状部材8の長さは、約10cmである。
国際調査報告
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1.振動状態にすることが可能な舌状部材の自由端部に固定された測定すべき試 料に作用し強さが時間の経過によって周期的に変化する不均一な磁界を有する磁 力計であって, 該舌状部材の振動が評価回路に接続された少なくとも1つの圧電要素によって検 出可能であり,該評価回路は,圧電信号の振幅を検出するための測定増幅器と, 周期的に変化する磁界を形成するコイル装置に電力増幅器を介して接続された低 周波ゼネレータとを備え, 前記試料が補償電流ループによって囲続されるようにした形式のものにおいて, 磁界(3,4)の周波数を舌状部材(8)のそれぞれの共振周波数に追従調整す ることが可能な自動周波数調整回路(28)によって,低周波ゼネレータ(6) が制御され, 磁気モーメントを量的に測定するための測定信号として,補償電流ループ(33 )を流れる補償直流電流(30,31)の大きさを検出することが可能であり, その際試料の磁気モーメントしたがって舌状部材(8,10,11,12,13 )の励起が補償されるようにしたことを特徴とする磁力計。 2.測定増幅器が位相判別増幅器(22)であり,その第1の出力端子(24) が,補償電流ループ(33)に給電するための信号を供給することを特徴とする ,請求項1記載の磁力計。 3.位相判別増幅器(22)が,90°だけ位相のずれた信号用の第2の出力端 子(25)を有し,この出力端子が自動周波数調整回路(28)に接続されるこ とを特徴とする,請求項2記載の磁力計。 4.前記第1,第2両方の出力端子(24,25)の出力導線に,交互に操作可 能なスイッチ(28,27)が夫々接続されることを特徴とする,請求項3記載 の磁力計。 5.舌状部材(8)が,逆位相に接続された2つの圧電要素(12,13)と結 合され,これらの圧電要素がそれぞれ電荷・電圧変換器(16,17)に接続さ れ,舌状部材(8)が振動したとき,電荷・電圧変換器(16,17)の出力端 子に互いに逆位相の信号が生じ,これらの信号が減算手段(20)に供給され, 減算手段(20)の出力信号が測定増幅器(22)に対する入力信号を形成する ことを特徴とする,請求項1ないし4のいずれかに記載の磁力計。 6.補償電流ループ(33)が,電流測定装置(31)および電流調整要素(3 0)によって制御され,その制御電圧が,測定増幅器(22)の出力端子に接続 された比例積分要素(29)によって形成可能であることを特徴とする,請求項 1ないし5のいずれかに記載の磁力計。 7.電流調整要素(30)が第2の入力端子を有し,この入力端子に,付加的な モーメントを起生し補償を行うための直流電圧(34)を供給し得ることを特徴 とする,請求項6記載の磁力計。 8.舌状部材(8)が,その自由端部に,測定すべき試料を収容し固定するため の中空シリンダ(7)を有し,その周囲に,補償電流ループとして,1巻または 数巻の巻線を有する導電材料からなるループ(33)が,設けられることを特徴 とする,請求項1ないし7のいずれかに記載の磁力計。 9.石英中空シリンダ(7)が,圧電セラミックス材料からなり保持管(9)の 前端部に固定された互いに平行に延びる平板(12,13)と,互いに平行に延 びる2つの石英細管(10,11)を介して,結合されることを特徴とする,請 求項8記載の磁力計。 10.熱センサ(65)を有する熱感知管(64)が,平板(12,13)及び 石英細管(10,11)と平行に,石英中空シリンダ(7)の近くまで延びるこ とを特徴とする,請求項9記載の磁力計。 11.舌状部材(8)が,クライオスタット(37)の尾部(36)に設けられ ることを特徴とする,請求項8ないし10のいずれかに記載の磁力計。 12.舌状部材(8)がクライオスタット内管(60)の内部に設けられ,半径 方向に向かい合った2つの冷却樋状帯(61,62)が,クライオスタット内管 (60)の内部に設けられることを特徴とする,請求項11記載の磁力計。 13.クライオスタット内管(60)と外官(49)との間に,熱遮蔽管(51 )が設けられることを特徴とする,請求項12記載の磁力計。 14.遮蔽管(51)が,薄肉の非導電管(52)であり,その上に,多数の絶 縁銅線(53)が大きく斜めに軽く螺旋状に巻かれることを特徴とする,請求項 13記載の磁力計。 15.銅線(53)の端部が,管(52)の端面倒の近くで90°曲げられ,そ れぞれ2つの円板(55,56)またはリング(57,58)の間に,互いに電 気的に絶縁されて締付けられることを特徴とする,請求項14記載の磁力計。
Applications Claiming Priority (2)
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