本發(fā)明涉及磁電材料的測試，尤其是涉及一種屏蔽線圈式的微型動態(tài)法磁電效應(yīng)測試裝置。

背景技術(shù)：

材料的磁電效應(yīng)通常指的是施加磁場，材料產(chǎn)生電極化的效應(yīng)。反過來，施加電場產(chǎn)生磁極化的物理效應(yīng)稱為逆磁電效應(yīng)。產(chǎn)生的電極化除以施加磁場的值，稱為材料的磁電轉(zhuǎn)換系數(shù)，是衡量材料的磁電效應(yīng)的大小的一個性能指標(biāo)。

最早磁電效應(yīng)是在cr2o3單晶體^[1-4]中被發(fā)現(xiàn)的，后來一大類單相的化合物都被發(fā)現(xiàn)具有磁電效應(yīng)。磁電效應(yīng)和材料的晶體學(xué)對稱性、d軌道電子的排布都有關(guān)系，通常要求化合物同時具有鐵磁或者反鐵磁性，以及壓電效應(yīng)。至今為止，只有很少的十幾種化合物中被發(fā)現(xiàn)具有磁電效應(yīng)，而且通常要在很低的溫度下才能被檢測到。這是因為這些化合物的鐵磁居里溫度或者反鐵磁奈爾溫度都比較低，低于居里溫度/奈爾溫度才能具有鐵磁、反鐵磁性。另一大類具有磁電效應(yīng)的材料是通過復(fù)合磁致伸縮材料和壓電材料產(chǎn)生的。這類復(fù)合型的磁電效應(yīng)是一種間接效應(yīng)，實現(xiàn)過程是施加磁場導(dǎo)致磁致伸縮材料發(fā)生磁致伸縮效應(yīng)，產(chǎn)生的應(yīng)變傳遞給壓電材料，壓電材料產(chǎn)生電極化(電壓)。磁致伸縮材料和壓電材料都很容易在室溫下獲得，因此復(fù)合型的磁電效應(yīng)很容易在室溫下實現(xiàn)。

磁電效應(yīng)的檢測具有很多不同原理，大致可以分為兩大類，一類是靜態(tài)法^[5]，一類是動態(tài)法^[6-8]。靜態(tài)法的原理是直接利用磁電效應(yīng)的定義來檢測，即施加一個直流磁場hdc，測量樣品產(chǎn)生的電極化(或者極化電荷累積產(chǎn)生的電壓v)。靜態(tài)法十分簡單直接，但是實際實現(xiàn)有一定技術(shù)困難。主要原因在于電極化屬于靜電電荷積累，對測量線路的絕緣度要求很高。實際上檢測線路都有一定的直流電阻，材料本身也會有一定的電阻，因此采用靜態(tài)法測量到的電極化很容易通過線路和材料本身形成漏電流通道，導(dǎo)致測量結(jié)果隨時間發(fā)生明顯衰減。為了避免這一缺陷，后來出現(xiàn)了動態(tài)法，即在一個大直流偏置磁場hdc上，疊加一個很小的微擾磁場dh，然后通過電荷放大器測量產(chǎn)生的電極化，或者通過高阻抗電壓表測量電極化累積產(chǎn)生的電壓dv。采用動態(tài)法具有明顯的優(yōu)勢，大直流偏置磁場產(chǎn)生的電極化迅速被衰減，而小微擾磁場通常是正弦變化的交變磁場，可以連續(xù)地激勵樣品產(chǎn)生連續(xù)的電荷/電壓輸出，大大降低了對測量儀表的絕緣度的要求。可以說，靜態(tài)法測到的原始的v～hdc關(guān)系，動態(tài)法測得的是dv/dh～hdc關(guān)系。

動態(tài)法是目前比較穩(wěn)定和準(zhǔn)確的磁電效應(yīng)測量方法，一般產(chǎn)生微小交變磁場dh的裝置是電磁線圈，可以是螺線管或者亥姆赫茲線圈；產(chǎn)生大直流磁場hdc的裝置是電磁鐵或者永磁體；用于檢測電極化或者電壓的裝置是電荷放大器、鎖相放大器或者示波器。電磁線圈在產(chǎn)生磁場的同時，會引入顯著的空間電場，在樣品上產(chǎn)生虛假的電荷信號。因此，非常必要對樣品進行屏蔽，屏蔽空間電場，只允許磁場對樣品產(chǎn)生激勵，消除空間電場產(chǎn)生的信號。在以往的技術(shù)中，都是對樣品進行屏蔽，屏蔽材料是非磁性的導(dǎo)體，如銅、鋁。屏蔽裝置可以是一定厚度的接地的非磁性金屬盒子，即法拉第圓筒，也可以是簡單地用箔片對樣品進行包裹，并使屏蔽層良好地接地。為了獲得較大的樣品空間，電磁線圈一般要設(shè)計成直徑5cm以上，以容納樣品和屏蔽裝置。

參考文獻：

[1]astrovd.themagnetoelectriceffectinantiferromagnetics.[j].sovphysjetp,1960,11:708-709.

[2]astrovd.magnetoelectriceffectinchromiumoxide.[j].sovphysjetp,1961,13:729-733.

[3]folenv,radog,etal.anisotropyofthemagnetoelectriceffectincr2o3.[j].physicalreviewletters,1961,6:607.

[4]radog,folenv.observationofthemagneticallyinducedmagnetoelectriceffectandevidenceforantiferromagneticdomains.[j].physicalreviewletters,1961,7:310.

[5]weiw,jingjingy,etal.singledcmagneticfieldtunableelectromechanicalresonanceinterfenol-d/pzt/terfenol-dtrilayercomposites.[j].journalofmagnetismandmagneticmaterials,2014,366:40-43.

[6]施展,佟永帥,etal.一種磁電材料磁電回線的作圖方法,cn102520380a[p/ol].2012-06-27].

[7]施展,鄧數(shù)文,etal.一種磁電材料磁學(xué)性能同步測試裝置,cn103344926a[p/ol].2013-10-09].

[8]施展,曾德武,etal.一種連續(xù)施加掃描磁場的磁電回線測試方法及其裝置,cn101788653a[p/ol].2010-07-28].

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供可以微型化，便于嵌入低溫系統(tǒng)的一種屏蔽線圈式的微型動態(tài)法磁電效應(yīng)測試裝置。

本發(fā)明設(shè)有電磁線圈、屏蔽罩、電磁線圈引線、樣品底座、磁電信號引線；所述電磁線圈引線和磁電信號引線均為屏蔽的同軸電纜，所述屏蔽罩包裹電磁線圈，屏蔽罩與電磁線圈引線和磁電信號引線的外層地線相連，電磁線圈引線的兩個接頭分別與電磁線圈的兩個接頭相連；帶有屏蔽罩的電磁線圈固定在樣品底座上，樣品底座的中心放置磁電樣品，磁電樣品的兩個電極分別與磁電信號引線的兩個接頭相連，樣品底座外接低溫系統(tǒng)；電磁線圈引線外接信號源，磁電信號引線外接電荷/電壓檢測儀表。

所述電磁線圈的直徑可為20mm。所述樣品底座的直徑可為25.4mm。

本發(fā)明改變以往的電磁屏蔽方式，從屏蔽樣品改為屏蔽線圈，以提高樣品空間。

本發(fā)明的主要技術(shù)效果如下：

1)通過屏蔽電磁線圈的方式，有效屏蔽了電磁線圈產(chǎn)生的電場。

2)有效增加了樣品空間，減小了電磁線圈的設(shè)計尺寸。

3)可以作為獨立檢測單元與低溫系統(tǒng)有效地配合，測量低溫下的磁電效應(yīng)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例的結(jié)構(gòu)組成方框圖。

圖2為本發(fā)明實施例的結(jié)構(gòu)組成示意圖。

圖3為本發(fā)明實施例測得的磁電轉(zhuǎn)換系數(shù)dv/dh隨外加直流磁場hdc的變化趨勢。

具體實施方式

以下實施例將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的說明。

參見圖1和2，本發(fā)明實施例設(shè)有電磁線圈1、屏蔽罩2、電磁線圈引線3、樣品底座4、磁電信號引線5；所述電磁線圈引線3和磁電信號引線4均為屏蔽的同軸電纜，所述屏蔽罩2完全包裹電磁線圈1，屏蔽罩2與電磁線圈引線3和磁電信號引線5的外層地線相連，電磁線圈引線3的兩個接頭分別與電磁線圈1的兩個接頭相連；帶有屏蔽罩2的電磁線圈1固定在樣品底座4上，樣品底座4的中心放置磁電樣品a，磁電樣品a的兩個電極分別與磁電信號引線5的兩個接頭相連，樣品底座4外接低溫系統(tǒng)；電磁線圈引線3外接信號源c，磁電信號引線5外接電荷/電壓檢測儀表b。所述電磁線圈3的直徑為20mm。所述樣品底座4的直徑為25.4mm。所述低溫系統(tǒng)可采用quantumdesign公司生產(chǎn)的低溫磁場系統(tǒng)。本發(fā)明測得的磁電轉(zhuǎn)換系數(shù)dv/dh隨外加直流磁場hdc的變化趨勢參見圖3。