基于永磁恒定磁场激励的起始磁化曲线测量

现有起始磁化曲线测量系统需绕制励磁线圈和感应线圈,在线应用受限.为此,本文提出了一种基于永磁恒定磁场激励的起始磁化曲线测量原理并搭建了相应测量系统.该系统采用永磁磁化器作为激励磁源,以对称磁化方法在圆柱棒状构件上激励出随轴向位置变化的恒定磁场作为激励磁场;采用阵列霍尔探头测量构件表面不同提离下的轴向和法向磁感应强度;并基于多项式外推法和磁场高斯定理外推法,推算构件与空气分界面上的轴向和法向磁感应强度;进一步地,根据分界面上的磁感应强度获取构件的起始磁化曲线.系统测量结果表明,在永磁恒定磁场激励下,无须励磁线圈和感应线圈即可方便地获取棒状构件的起始磁化曲线,测量误差小于10%,测量误差标准差小于0.01,重复性较好.该系统可为便捷地在线测量棒状构件起始磁化曲线提供新途径.     

基于时空变换恒定磁化的起始磁化曲线推算方法

起始磁化曲线作为铁磁材料磁学特性的重要表征, 研究其获取方法具有重要意义. 现有方法采用随时间变化磁场作为激励磁场, 通过改变激励磁场大小, 逐步改变试件内的磁场及磁感应强度并进行测量以得到起始磁化曲线, 效率较低, 准备繁琐. 为此, 本文从基本的磁学物理定理出发, 提出一种基于时空变换的起始磁化曲线推算方法. 该方法以细长棒状试件或环形试件作为被测试件; 采用恒定磁化在被测试件内产生空间变化磁场作为激励磁场; 通过测量试件表面的磁场值来推算试件内磁场值, 从而获取铁磁材料起始磁化曲线. 直流线圈恒定磁化环形和棒状试件仿真实验验证了该方法的理论正确性. 进一步地, 考虑实际应用限制因素的推算结果表明了该方法在实际应用中是可行的, 可为探索新的起始磁化曲线测量方法提供理论指导.     

托卡马克聚变堆中环向磁场超导线圈的磁弹性弯曲与稳定性

本文针对托卡马克装置中超导载流磁体的磁弹性弯曲与稳定性问题，运用Ｂｉｏｔ－Ｓａｖａｒｔ定律和曲梁弯曲理论，给出了其环向磁场的超导载流线圈结构在自身电流产生的磁力作用下的磁弹性力学模型。所得到的控制方程反映了磁场与线圈变形之间的非线性耦合作用，全面描述了结构的轴向拉伸、绕轴扭转、面内弯曲和面外弯曲等各种变形模式。本文采用半解析半数值方法对控制方程进行了定量求解，获得了有关线圈形变和内力分布的定量结果。通过其面外弯曲变形与外加电流的非线性关系，应用Ｓｏｕｔｈｗｅｌ图，给出了线圈在磁弹性相互作用下发生磁弹性失稳的临界电流值，并讨论了临界电流随环向磁场线圈个数变化的规律     

Co基金属纤维不对称巨磁阻抗效应

以直径32 μm的熔体抽拉Co基非晶金属纤维为研究对象, 分析了该纤维不同激励条件下的巨磁阻抗(giant magneto impedance, GMI)效应. 实验结果表明: 这类纤维的GMI效应具有不对称性特点, 即 AGMI (asymmetric GMI)效应. 同时, 发现AGMI效应随激励条件不同而变化, 随交流频率或者激励幅值升高而逐渐增强; 当存在一定偏置电压时, AGMI效应大幅增强. 通过研究纤维的磁化过程, 分析了Co基金属纤维的AGMI效应. 由于Co基熔体抽拉纤维具有螺旋各向异性以及磁滞的存在使得GMI效应具有不对称性, 频率升高或者激励电流幅值增加有利于壳层畴环向磁化, AGMI增强. 当在纤维两端施加偏置电压时, 偏置电流诱发环向磁场增强了环向磁化, AGMI效应提高; 偏置电压较低时磁场响应灵敏度提高, 同时磁化翻转向高场移动, 阻抗线性变化对应的直流磁场区间增大. 这一方面拓宽了GMI传感器工作区间及灵敏度, 另一方面不利于获得更大的磁场响应灵敏度. 10 MHz (5 mA)激励时, 施加1 V强度的偏置电压后, 对应的磁场灵敏度从616 V/T 提高至5687 V/T; 偏置电压为2 V时, 灵敏度降低到4525 V/T. 因此, 可以通过适当提高环向磁场的方法获得大的磁场响应灵敏度及阻抗变化线性区域.     

磁记忆检测的力磁耦合型磁偶极子理论及解析解

磁偶极子理论在缺陷漏磁场解释中被成功广泛使用.由于磁荷密度等参数不易定量,磁偶极子理论在应用中常常进行归一化处理,被认为不适用于对应力相关的磁记忆信号做量化分析.本文通过建立力磁耦合型磁偶极子理论模型,以适用于分析磁记忆检测中应力对磁信号的影响.基于铁磁学理论确定应力和磁场联合作用下的等效场强度,基于弱磁化状态的一阶近似,获得了各向同性铁磁材料微弱环境磁场下的应力磁化解析解.结合磁信号二维问题中矩形和V形磁荷分布假定,建立了光滑与破坏试件表面磁信号、矩形和V形表面缺陷所诱导磁信号的力磁耦合型磁偶极子理论分析模型,并获得其解析解.基于力磁耦合型磁偶极子理论的解析解,对拉伸实验中试件破坏前后的信号差异、矩形和V形表面缺陷诱导磁信号,以及磁信号的影响因素和规律等进行了详细分析.理论研究表明,基于本文理论模型的解析解可实现对磁记忆检测中的一些基本实验现象和规律的解释.     

均匀磁场中磁性液体的磁表面张力系数实验研究

基于特殊性能的磁性液体增设了综合性设计性实验项目,根据项目式教学法初步实现了以学生自我训练为主的教学模式.本文设计了磁性液体磁表面张力系数智能测试仪,研究了均匀磁场中4种不同类型磁性液体的磁表面张力系数随磁感应强度的变化规律.随外加磁场磁感应强度的增强,磁性液体的磁表面张力系数增大,主要是磁场增强了磁性颗粒之间的相互作用力.磁感应强度相同时,载液质量对磁性液体的磁表面张力系数影响较大,载液质量越小,单位体积内融入的磁性颗粒数量越多,导致磁性液体的磁表面张力系数越大.表面活性剂种类对磁性液体磁表面张力系数的影响也较大,由于油酸对磁性颗粒的吸附作用比PBSI-941表面活性剂强,油酸官能团较早吸附在磁性颗粒表面,限制了磁性颗粒进一步长大,导致MFO-4磁性液体磁表面张力系数较小.     

Fe-Ga磁致伸缩材料的磁学特性研究

通过电阻应变片法得到其磁致伸缩系数随磁感应强度的变化关系.由磁滞回线以及磁导率随磁场变化关系可以得到该Fe-Ga磁致伸缩材料为软磁材料,几乎没有剩磁、矫顽力.     

消磁场对纳米铁磁线磁畴壁动力学行为的影响

为了实现基于磁畴壁运动的自旋电子学装置, 掌握磁畴壁动力学行为是重要争论之一.研究了在外磁场驱动下L-型纳米铁磁线磁畴壁的动力学行为. 通过微磁学模拟,在各种外磁场的驱动下考察了纳米铁磁线磁畴壁的动力学特性; 在较强外磁场的驱动下, 在不同厚度纳米线上考察了纳米线表面消磁场对磁畴壁动力学行为的影响. 为了进一步证实消磁场对磁畴壁动力学的影响, 在垂直于纳米线表面的外磁场辅助下分析了磁畴壁的动力学行为变化. 结果表明, 随着纳米线厚度和外驱动磁场强度的增加, 增强了纳米线表面的消磁场的形成, 使得磁畴壁内部自旋结构发生周期性变化, 导致磁畴壁在纳米线上传播时出现Walker崩溃现象. 在垂直于纳米线表面的外磁场辅助下, 发现辅助磁场可以调节消磁场的强度和方向. 这意味着利用辅助磁场可以有效地控制纳米铁磁线磁畴壁的动力学行为.     

铁磁多层膜中的力致磁电阻效应

通过研究外应力场下铁磁多层膜系统中的自旋结构,讨论了系统磁电阻对外应力的依赖关系.结果表明,外应力能够诱发磁电阻效应,且其磁电阻紧密依赖于外应力的大小和方向.一般地对铁磁性层间耦合,其磁电阻与外应力之间的关系紧密地依赖于两铁磁层的磁致伸缩系数以及磁晶各向异性之差异.具体地,大小一定的外应力由磁易轴向磁难轴旋转的过程中,磁电阻先缓慢增大后急剧减小,在磁难轴附近变化较敏锐,并出现峰值.外应力方向一定时,磁电阻随应力的增大先敏锐增强后缓慢减小,且应力方向偏离磁易轴越远,变化趋势越显著.特别地,当外应力完全垂直于磁易轴时,应力大小的变化会引起磁电阻翻倍.而外应力场介于8πM/5≤H_λ≤18πM/5时,磁电阻会随应力的旋转单调上升,并在磁难轴附近急剧增强,产生GMR效应;对反铁磁性层间耦合,其GMR效应对应力大小和方向的响应近似地相反于铁磁性层间耦合情形. 关键词： 铁磁/非磁/铁磁三层膜 自旋结构 磁电阻 应力场     

交变电流调制下磁光材料介电常数对螺线管内部轴向磁场的影响

基于磁光调制的方位测量系统的关键技术是磁光调制技术,交变电流驱动的含磁光材料螺线管内轴向磁场的精确表达至关重要,但是目前关于磁光材料参数特性对磁场的影响研究甚少。以磁光材料TGG晶体为例,研究了TGG介电常数变化对螺线管内部轴向交变磁场的影响。首先,当螺线管内部磁光材料的介电常数不变时,利用麦克斯韦方程建立正弦波调制下螺线管内部轴向交变磁场模型;然后根据TGG的材料构成,通过分子模拟软件VASP获得TGG的介电常数随调制信号频率变化的函数;最后将此变化函数引入到已经建立的交变磁场模型中,获得TGG介电常数变化对正弦波调制下螺线管内部轴向交变磁场的影响。结果表明:随着调制信号频率的增加,TGG晶体的介电常数减小,造成螺线管内部轴向磁场幅值衰减变缓、磁场相移衰减中的急速衰减阶段提前,且衰减速率更快。该研究思路与方法为进一步研究磁光材料对螺线管内部磁场、方位失调角测量精度的影响提供了参考。     

基于螺线盘聚焦径向电子束的理论分析与仿真研究

对径向电子束在浸没式聚焦条件下的传输特性进行了理论分析,得到了束流传输过程中轴向扩张幅值与外加引导磁场强度之间的解析表达式。阐述了螺线盘在空间中任意一点产生磁场的理论,给出了通以相反方向电流的螺线盘之间磁场的分布规律。设计了一种基于螺线盘聚焦径向电子束的引导磁场系统,并对电子束的传输特性进行了仿真研究,结果表明径向电子束能够在设计的引导磁场系统下实现束流的稳定传输。     

Domain wall dynamics and Hall effect in eddy current loop in amorphous ferromagnetic wire with small helical anisotropy

Small helical anisotropy was induced in amorphous ferromagnetic Co_68.2Fe_4.3Si_12.5B₁₅ wire by current annealing and simultaneous application of tensile stress and torsion. Presence of helical anisotropy was confirmed by measurement and analysis of the circular magnetic flux versus axial magnetic field hysteresis loops. These measurements also showed that a single domain wall between circular domains can be created by placing the wire in a sufficiently high inhomogeneous magnetic field generated by Helmholtz coils with opposite currents. The domain wall velocity versus axial driving field was measured. The results show that the basic dynamic properties (magnitude of the wall mobility, field interval in which linear dependencies between velocity and field are observed, accelerated increase of the velocity for higher fields) are very similar to those obtained for the domain wall between circular domains driven by a constant circular field. The Hall effect was detected in the eddy current loop generated by the moving domain wall.     

基于边界元方法的超导核磁共振成像设备高阶轴向匀场线圈优化算法

在磁共振成像设备中,为了消除目标区域内的高阶谐波磁场分量,传统方法采用无源匀场,但该方法匀场精度较低,针对性较差,适用于全局匀场,而有源匀场则可以通过优化线圈分布来产生所需要的特定的磁场分布.但是,由于匀场线圈线型的复杂度会随着线圈阶数的增加而增加,难以满足设计需要,因此本文提出了一种用于磁共振成像超导匀场线圈系统的多变量非线性优化设计方法.该方法基于边界元方法,将匀场线圈所产生的磁场与目标磁场之间的偏差作为目标函数,线匝间距、线圈半径等作为约束条件,通过非线性优化算法,得到满足设计要求的线圈分布.通过一个中心磁场为0.5 T的开放式双平面磁共振成像超导轴向匀场线圈的设计案例,说明本方法具有计算效率高、灵活性好的特点.     

Interaction of separated ferromagnetic domains in a hole-doped manganite achieved by a magnetic field

We report the change in the magnetic microstructure with the application of a magnetic field to a hole-doped manganite La0.81Sr0.19MnO3 in the mixed-phase state, in which ferromagnetic and paramagnetic phases coexist. In situ observations by electron holography have revealed that the applied magnetic field generates a "channel" of the magnetic flux in the paramagnetic phase region, thereby connecting the separated ferromagnetic domains. The magnetic flux density of this channel is estimated at 0.33 T, which is comparable with that of the ferromagnetic domains. The connection of the separated ferromagnetic domains appears to promote the conduction in the mixed-phase state as predicted for many manganites exhibiting the magnetoresistance effect.     

2维静磁场多参量微动粒子群优化算法

提出一种微动粒子群优化算法,针对2维静磁场多参量优化问题,在给出轴上目标轴向磁感应强度分布曲线的前提下,可以得到趋近于该分布曲线的磁结构。该算法分为前后两阶段:第一阶段采用前后试探法(微动),同时也参照最优粒子的信息;第二阶段采用基本粒子群优化算法。微动粒子群优化算法可以发挥多核计算机在工程设计上的潜力,而且即使粒子数目很少,也能不断趋近目标解。     

Theoretical basis of the design of magnetic field generator for DCvacuum circuit breakers

The magnetic field generator (MFG) for producing the transverse magnetic field switching off the direct current in the vacuum chamber is presented. The method of calculating generator coils inductance for different geometrical dimensions and various systems of coils connections, assuming the maximization of the magnetic flux density value in the contact gap and the maximization of the vacuum chamber switching ability, is presented. The possibilities of MAG program for designing magnetic field generators is described     

Magnetic nanostructures as amplifiers of transverse fields in magnetic resonance

We introduce the concept of amplifying the transverse magnetic fields produced and/or detected with inductive coils in magnetic resonance settings by using the reversible transverse susceptibility properties of magnetic nanostructures. First, we describe the theoretical formalism of magnetic flux amplification through the coil in the presence of a large perpendicular DC magnetic field (typical of magnetic resonance systems) achieved through the singularity in the reversible transverse susceptibility in anisotropic single domain magnetic nanoparticles. We experimentally demonstrate the concept of transverse magnetic flux amplification in an inductive coil system using oriented nanoparticles with uni-axial magnetic anisotropy. We also propose a composite ferromagnetic/anti-ferromagnetic core/shell nanostructure system with uni-directional magnetic anisotropy that, in principle, provides maximal transverse magnetic flux amplification.