專(zhuān)利名稱(chēng)：一種磁性液體的磁二向色性測(cè)量?jī)x的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于材料科學(xué)、凝聚態(tài)物理實(shí)驗(yàn)設(shè)備領(lǐng)域。具體涉及磁性液體的磁二向色 性的測(cè)量。
背景技術(shù)：
磁性液體是一種液態(tài)功能材料。在外加磁場(chǎng)作用下，磁性液體會(huì)從光學(xué)各向同性 變?yōu)楣鈱W(xué)各向異性，以致于出現(xiàn)磁二向色性效應(yīng)在磁場(chǎng)作用下，偏振方向垂直于外磁場(chǎng)方 向的入射光(ο光)，與偏振方向平行于外磁場(chǎng)方向的入射光(e光)，兩者吸收不同的現(xiàn)象 稱(chēng)之為磁線(xiàn)二向色性，簡(jiǎn)稱(chēng)為磁二向色性。用于磁二向色性測(cè)量的磁性液體樣品通常為由 兩片玻璃夾墊片構(gòu)成薄盒，磁性液體裝入其間形成磁性液體薄膜。因?yàn)榇判砸后w的吸收不 同將造成透射不同，所以磁二向色性的表示可用ο光和e光的透射系數(shù)(透過(guò)薄膜樣品的 光強(qiáng)度與入射光的光強(qiáng)度之比)與磁場(chǎng)的關(guān)系的表示。然而玻璃片的清潔度會(huì)嚴(yán)重影響絕 對(duì)的透射光強(qiáng)度。所以磁性液體的磁二向色性采用ο光和e光的相對(duì)透射率(也稱(chēng)歸一化 透射率)與磁場(chǎng)的關(guān)系來(lái)表示。相對(duì)透射率T為加場(chǎng)后、前的透射率也稱(chēng)絕對(duì)透射率之比， 即 式中Ici為入射光強(qiáng)，Ia、Ib分別為加場(chǎng)后、前的透射光強(qiáng)度。從上式可知，相對(duì)透 射率即為加場(chǎng)后、前的透射光強(qiáng)度之比。通常采用的磁二向色性的表示方法及相應(yīng)的測(cè)量方法有兩種(1)基于0光(或e光)各在加場(chǎng)后的透射系數(shù)測(cè)量，通過(guò)ο光和e光的磁場(chǎng)作用 下的透射系數(shù)的比較表示磁二向色性。這種方法中的透射系數(shù)是絕對(duì)透射強(qiáng)度與入射光強(qiáng) 之比，從上所述可知玻璃樣品盒的清潔度帶來(lái)的誤差可能較大。(2)分別測(cè)量ο (或e光)加場(chǎng)前、后的絕對(duì)透射率(即Ia/I0和Ib/I0)，然后進(jìn)行 計(jì)算得到相對(duì)透射率。由ο光和e光的相對(duì)透射率來(lái)表示磁二向色性。這種方法中因采用 了同一樣品在加場(chǎng)后、前的絕對(duì)透射率之比，因而消除了玻璃樣品盒清潔度造成的絕對(duì)透 射率誤差對(duì)磁二向色性表示的影響。但在這種方法中，因需分別測(cè)量加場(chǎng)前、后的絕對(duì)透射率所以較為麻煩。以上兩種方法中都不能避免電源波動(dòng)、溫度波動(dòng)、光線(xiàn)干擾、磁場(chǎng)干擾及光源不穩(wěn) 出現(xiàn)的外界干擾對(duì)測(cè)量的影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明基于為準(zhǔn)確地反映磁性液體的磁二向色性，應(yīng)可靠測(cè)定ο光和e光的相對(duì) 透射率的特點(diǎn)，采用差動(dòng)測(cè)量的原理，設(shè)計(jì)構(gòu)成磁性液體的磁二向色性測(cè)量?jī)x，用于直接、 準(zhǔn)確測(cè)量磁性液體的ο光和e光的相對(duì)透射率。本發(fā)明的技術(shù)方案如下
磁性液體的磁二向色性測(cè)量?jī)x主要包括光源L、分束鏡C、第一偏振器A1、第二偏振 器A2和第三偏振器Α3、λ /4波片B、亥姆霍茲線(xiàn)圈Μ、檢測(cè)樣品S1、參考樣品S2、第一光電探 頭D1和第二光電探頭D2、差動(dòng)放大器H、亥姆霍茲線(xiàn)圈電源Ε、計(jì)算機(jī)控制及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng) PC。所述分束鏡C設(shè)置于光源L發(fā)射光束的前方，將光源L發(fā)射的光束分成光強(qiáng)相等 的對(duì)比光束和檢測(cè)光束；所述第一偏振器~、λ /4波片B和第三偏振器A3依次設(shè)置于檢測(cè)光束的前方，第 一偏振器~的透振方向與λ/4波片B的光軸的夾角為45°，檢測(cè)光束通過(guò)第一偏振器~、 和λ /4波片B后成為圓偏振光，再通過(guò)A3調(diào)整后成為線(xiàn)偏振光；所述亥姆霍茲線(xiàn)圈設(shè)置于第三偏振器A3的前方，其軸線(xiàn)與檢測(cè)光束垂直相交，通 過(guò)調(diào)整第三偏振器A3的透振方向與M的軸線(xiàn)平行或垂直，得到偏振方向平行磁場(chǎng)的ο光或 偏振方向垂直于磁場(chǎng)的e光；所述檢測(cè)樣品S1設(shè)置于亥姆霍茲線(xiàn)圈磁場(chǎng)的中間位置，第一光電探頭D1S置于亥 姆霍茲線(xiàn)圈M的測(cè)量端，第一光電探頭D1的接受面與測(cè)量光束的光路垂直。檢測(cè)光束依次通過(guò)第一偏振器~、λ/4波片B、第三偏振器A3、亥姆霍茲線(xiàn)圈M及 檢測(cè)樣SS1后進(jìn)入第一光電探頭Dp第一光電探頭D1的輸出信號(hào)為I。'。所述第二偏振器A2設(shè)置于對(duì)比光束的前方，對(duì)比樣品S2設(shè)置于第二偏振器A2的 前方，第二光電探頭D2設(shè)置于對(duì)比樣品S2的前方，第二光電探頭仏的接受面與對(duì)比光束的 光路垂直。對(duì)比光束依次通過(guò)第二偏振器A2、對(duì)比樣品S2、第二光電探頭D2。第二光電探頭 D2的輸出信號(hào)為I。。所述第一光電探頭D1和第二光電探頭D2的輸出端與差動(dòng)放大器H的輸入端連接， 并由差動(dòng)放大器對(duì)其輸出信號(hào)進(jìn)行差動(dòng)放大；差動(dòng)放大器H的輸出端與計(jì)算機(jī)控制及數(shù)據(jù) 處理系統(tǒng)PC連接，計(jì)算機(jī)控制及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)PC的輸出端與亥姆霍茲線(xiàn)圈電源E連接；所述檢測(cè)樣品S1和參考樣品S2的制作工藝一致、結(jié)構(gòu)尺寸一致、物理性能相同。本測(cè)試儀的工作方式如下(1)檢測(cè)光束首先通過(guò)第一偏振器A1和λ/4波片WA1的透振方向與B的光軸固 定為45° )后成為圓偏振光，再透過(guò)第三偏振器A3使之成為偏振方向可以與場(chǎng)垂直或與場(chǎng) 平行的線(xiàn)偏振光=A3的透振方向與亥姆霍茲線(xiàn)圈軸線(xiàn)平行得到偏振方向平行于磁場(chǎng)的線(xiàn)偏 振光(ο光)；A3的透振方向與亥姆霍茲線(xiàn)圈軸線(xiàn)垂直則得到偏振方向垂直于磁場(chǎng)的線(xiàn)偏振 光(e光)。(2)在零場(chǎng)下，轉(zhuǎn)動(dòng)第二偏振器^可以調(diào)整I。或轉(zhuǎn)動(dòng)第一偏振器A1與λ/4波片 B(注A1與B必須聯(lián)動(dòng)以保證兩者的相對(duì)取向45°不變，從而使由B出來(lái)的光束始終為圓 偏振光)可以調(diào)整I。'，使差動(dòng)放大器H的輸出信號(hào)(正比于ΔΙ)為零，即ΔΙ = I。' -Ic =0。然后將I。'通道關(guān)掉，于是從H的輸出為Ι。(= I。')，進(jìn)入計(jì)算機(jī)PC紀(jì)錄。(3)加上磁場(chǎng)后，差動(dòng)放大器的輸出信號(hào)為ΔΙ = I' -I。乒0。因T = I' /Ic'= I' /I。= (Ι。+ΔΙ)/Ι。= 1+ΔΙ/Ι。。于是由加場(chǎng)后的ΔΙ及加場(chǎng)前的I?？傻玫絋= Γ / Ic'。I'和V為被測(cè)樣品加場(chǎng)后、前的光透射強(qiáng)度，即為Ia、ib，其比值Γ /Ic'消掉了 樣品盒對(duì)光透射強(qiáng)度的影響。本發(fā)明可直接測(cè)量偏振方向平行外磁場(chǎng)方向的e光或偏振方向垂直于外場(chǎng)方向的O光的相對(duì)透射系數(shù)。并且當(dāng)電源波動(dòng)、溫度波動(dòng)、光線(xiàn)干擾、磁場(chǎng)干擾及光源不穩(wěn)出現(xiàn) 外界干擾f(i)時(shí)，有ΔΙ = (I' +f (i))-(Ic+f (i)) = I' -Ic即兩路信號(hào)同時(shí)波動(dòng)，干擾被抑制，保證了相對(duì)透射率T = Γ /Ic= 1+ΔΙ/Ι。的精確測(cè)量。因此，本發(fā)明具有抗干擾能力強(qiáng)、可靠性好、靈敏度高的優(yōu)點(diǎn)。其關(guān)鍵部件都是利 用現(xiàn)有的成熟技術(shù)，可以滿(mǎn)足磁性液體磁二向色性的測(cè)量。此測(cè)試儀中，在光電探頭D1前 加一偏振器A4可進(jìn)行磁致雙折射效應(yīng)的測(cè)量。


圖1是本測(cè)量?jī)x的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本測(cè)量?jī)x的原理圖。圖中L.光源，現(xiàn)用波長(zhǎng)為632. 8nm的He-Ne激光器。C. 50% 分束鏡。A1, A2和A3.分別為第一、第二和第三偏振器。B. λ/4 波片。Μ.亥姆霍茲線(xiàn)圈(產(chǎn)生磁場(chǎng))。S1.檢測(cè)樣品。S2.對(duì)比樣品。Dl和D2.分別為第一和第二光電探頭。H.差動(dòng)放大器。Ε.亥姆霍茲線(xiàn)圈電源。PC.計(jì)算機(jī)控制及處理系統(tǒng)。
具體實(shí)施例方式參見(jiàn)圖1和圖2，本測(cè)試儀的結(jié)構(gòu)和工作原理如下光源L (激光器)發(fā)出一束直徑約Imm的光束，經(jīng)50%分束鏡C后平均分成強(qiáng)度相 等的兩路偏振光，一路為檢測(cè)光路，另一路為對(duì)比光路。第一偏振器A1的透振方向與λ/4波片B的光軸的夾角為45°。檢測(cè)光通過(guò)第一 偏振器~和λ/4波片B后成為圓偏振光，再通過(guò)第三偏振器A3調(diào)整后成為線(xiàn)偏振光。聯(lián) 動(dòng)A1和B可調(diào)整所通過(guò)的光強(qiáng)度。產(chǎn)生磁場(chǎng)的亥姆霍茲線(xiàn)圈M的軸線(xiàn)與檢測(cè)光路垂直相 交。通過(guò)調(diào)整第三偏振器A3的透振方向與亥姆霍茲線(xiàn)圈M的軸線(xiàn)平行或垂直，可得到偏振 方向平行磁場(chǎng)的ο光或偏振方向垂直于磁場(chǎng)的e光。檢測(cè)樣品S1放置在亥姆霍茲線(xiàn)圈M的 中心的位置。在亥姆霍茲線(xiàn)圈M的測(cè)量端設(shè)置第一光電探頭D1, D1的接受面與光路垂直。對(duì)比光路的前端為第二偏振器A2，調(diào)整A2的角度可調(diào)整所通過(guò)的光強(qiáng)度。末端為 第二光電探頭D2,D2的接受面與光路垂直。在第二偏振器A2和第二光電探頭仏之間放置參 考樣品S2。被測(cè)樣品與對(duì)比樣品的制作工藝一致、結(jié)構(gòu)尺寸一致、物理性能相同，可以互換。在測(cè)量光路沒(méi)有加磁場(chǎng)時(shí)，調(diào)整第二偏振器A2或聯(lián)動(dòng)調(diào)整A1和B2使之透過(guò)參考 樣品S2和檢測(cè)樣品S1的光信號(hào)強(qiáng)度是一致的，因此在差動(dòng)放大器H的輸出信號(hào)為零，關(guān)掉檢測(cè)光路的信號(hào)，所得差動(dòng)放大器的對(duì)比光路信號(hào)I。x即為未加場(chǎng)的檢測(cè)光路信號(hào)I。'。通 過(guò)調(diào)節(jié)亥姆霍茲線(xiàn)圈電源可使亥姆霍茲線(xiàn)圈產(chǎn)生所需強(qiáng)度的磁場(chǎng)，引起檢測(cè)樣品S1的物理 變化，透射檢測(cè)樣品的光信號(hào)隨之改變，在差動(dòng)放大器H的輸出端就相應(yīng)有一個(gè)電信號(hào)。此 信號(hào)送入計(jì)算機(jī)控制及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)PC，自動(dòng)完成測(cè)量、顯示、分析、處理過(guò)程，給出精確的 測(cè)量結(jié)果。 若在第一光電探頭D1前加第四偏振器A4還可進(jìn)行磁雙折射效應(yīng)測(cè)量。
權(quán)利要求
一種磁性液體的磁二向色性測(cè)量?jī)x，其特征在于它包括光源L、分束鏡C、第一偏振器A1、第二偏振器A2和第三偏振器A3、λ/4波片B、亥姆霍茲線(xiàn)圈M、檢測(cè)樣品S1、參考樣品S2、第一光電探頭D1和第二光電探頭D2、差動(dòng)放大器H、亥姆霍茲線(xiàn)圈電源E、計(jì)算機(jī)控制及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)PC；所述分束鏡C設(shè)置于光源L發(fā)射光束的前方，將光源L發(fā)射的光束分成光強(qiáng)相等的對(duì)比光束和檢測(cè)光束；所述第一偏振器A1、λ/4波片B和第三偏振器A3依次設(shè)置于檢測(cè)光束的前方，第一偏振器A1的透振方向與λ/4波片B的光軸的夾角為45°，檢測(cè)光束通過(guò)第一偏振器A1、和λ/4波片B后成為圓偏振光，再通過(guò)A3調(diào)整后成為線(xiàn)偏振光；所述亥姆霍茲線(xiàn)圈設(shè)置于第三偏振器A3的前方，其軸線(xiàn)與檢測(cè)光束垂直相交，通過(guò)調(diào)整第三偏振器A3的透振方向與M的軸線(xiàn)平行或垂直，得到偏振方向平行磁場(chǎng)的o光或偏振方向垂直于磁場(chǎng)的e光；所述檢測(cè)樣品S1設(shè)置于亥姆霍茲線(xiàn)圈磁場(chǎng)的中間位置，第一光電探頭D1設(shè)置于亥姆霍茲線(xiàn)圈M的測(cè)量端，第一光電探頭D1的接受面與測(cè)量光束的光路垂直；所述第二偏振器A2設(shè)置于對(duì)比光束的前方，對(duì)比樣品S2設(shè)置于第二偏振器A2的前方，第二光電探頭D2設(shè)置于對(duì)比樣品S2的前方，第二光電探頭D2的接受面與對(duì)比光束的光路垂直；所述第一光電探頭D1和第二光電探頭D2的輸出端與差動(dòng)放大器H的輸入端連接，并由差動(dòng)放大器對(duì)其輸出信號(hào)進(jìn)行差動(dòng)放大；差動(dòng)放大器H的輸出端與計(jì)算機(jī)控制及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)PC連接，計(jì)算機(jī)控制及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)PC的輸出端與亥姆霍茲線(xiàn)圈電源E連接；所述檢測(cè)樣品S1和參考樣品S2的制作工藝一致，以使兩者的結(jié)構(gòu)尺寸一致、物理性能相同。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁性液體的磁二向色性測(cè)量?jī)x，其特征在于所述光源L采 用激光器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁性液體的磁二向色性測(cè)量?jī)x，其特征在于所述分束鏡C 采用50%分束鏡。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁性液體的磁二向色性測(cè)量?jī)x，其特征在于在第一光電探 頭D1前加第四偏振器A4可進(jìn)行磁雙折射效應(yīng)測(cè)量。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種磁性液體的磁二向色性測(cè)量?jī)x，其主要包括光源L、分束鏡C、第一偏振器A1、第二偏振器A2和第三偏振器A3、λ/4波片B、亥姆霍茲線(xiàn)圈M、檢測(cè)樣品S1、參考樣品S2、第一光電探頭D1和第二光電探頭D2、差動(dòng)放大器H、亥姆霍茲線(xiàn)圈電源E、計(jì)算機(jī)控制及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)PC。本測(cè)量?jī)x采用差動(dòng)測(cè)量的原理，直接測(cè)量偏振方向平行外磁場(chǎng)方向的e光或偏振方向垂直于外場(chǎng)方向的o光的相對(duì)透射系數(shù)，具有抗干擾能力強(qiáng)、可靠性好、靈敏度高的優(yōu)點(diǎn)，其關(guān)鍵部件都是利用現(xiàn)有的成熟技術(shù)，可以滿(mǎn)足磁性液體磁二向色性的測(cè)量。
文檔編號(hào)G01N21/19GK101887011SQ201010209090
公開(kāi)日2010年11月17日 申請(qǐng)日期2010年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月24日
發(fā)明者劉曉東, 李建, 林躍強(qiáng), 苗華 申請(qǐng)人:西南大學(xué)