申請(qǐng)?zhí)枺?01710022269.3
       申請(qǐng)人：吉林大學(xué)
       發(fā)明人：張濤 李政 韓冰 陳祥文

       摘要： 本發(fā)明涉及一種高壓下物質(zhì)居里溫度的測(cè)量系統(tǒng)及其測(cè)量方法，該系統(tǒng)中樣品放置在金剛石對(duì)頂砧的金屬封墊中央的樣品腔內(nèi)，金剛石對(duì)頂砧的兩個(gè)金剛石壓緊樣品；激光器的光束經(jīng)金剛石對(duì)頂砧聚焦于樣品；激勵(lì)線圈連接交流源的兩個(gè)電極，感應(yīng)線圈套在金剛石對(duì)頂砧的其中一個(gè)金剛石上并靠近樣品；補(bǔ)償線圈與感應(yīng)線圈平行放置在激勵(lì)線圈內(nèi)部并且兩者串聯(lián)反接；鎖相放大器由交流源提供參考信號(hào)，同時(shí)接收感應(yīng)線圈和補(bǔ)償線圈的磁感應(yīng)信號(hào)并進(jìn)行放大和檢測(cè)；樣品溫度測(cè)量裝置布置在靠近樣品的位置；鎖相放大器和樣品溫度測(cè)量裝置的輸出連接到信號(hào)采集及處理裝置。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了高壓下對(duì)物質(zhì)居里溫度點(diǎn)的測(cè)量，拓寬了高壓下磁性測(cè)量的可測(cè)量參數(shù)的范圍。        主權(quán)利要求：1.一種高壓下物質(zhì)居里溫度的測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于包括激光器(11)，金剛石對(duì)頂砧(13)，由激勵(lì)線圈(21)、感應(yīng)線圈(22)、補(bǔ)償線圈(23)和交流源(24)組成的信號(hào)探測(cè)部分，由樣品溫度測(cè)量裝置和鎖相放大器(34)組成的信號(hào)測(cè)量部分，信號(hào)采集及處理裝置(41)；樣品(1)放置在金剛石對(duì)頂砧(13)的金屬封墊(135)中央的樣品腔(1351)內(nèi)，金剛石對(duì)頂砧(13)的兩個(gè)金剛石壓緊樣品(1)；激光器(11)的光束經(jīng)金剛石對(duì)頂砧(13)其中一個(gè)金剛石托塊上的觀測(cè)窗口聚焦于樣品(1)；激勵(lì)線圈(21)連接交流源(24)的兩個(gè)電極，感應(yīng)線圈(22)套在金剛石對(duì)頂砧(13)的其中一個(gè)金剛石上并靠近樣品(1)；補(bǔ)償線圈(23)與感應(yīng)線圈(22)平行放置在激勵(lì)線圈(21)內(nèi)部并且兩者串聯(lián)反接；鎖相放大器(34)由交流源(24)提供參考信號(hào)，同時(shí)接收感應(yīng)線圈(22)和補(bǔ)償線圈(23)的磁感應(yīng)信號(hào)并進(jìn)行放大和檢測(cè)；樣品溫度測(cè)量裝置布置在靠近樣品(1)的位置；鎖相放大器(34)和樣品溫度測(cè)量裝置的輸出連接到信號(hào)采集及處理裝置(41)。
       2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓下物質(zhì)居里溫度的測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于所述感應(yīng)線圈(22)和補(bǔ)償線圈(23)關(guān)于激勵(lì)線圈(21)中心對(duì)稱，并且兩者的繞制參數(shù)一致。
       3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓下物質(zhì)居里溫度的測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于所述樣品溫度測(cè)量裝置采用熱電偶(33)，熱電偶(33)貼在金剛石對(duì)頂砧(13)的靠近樣品(1)的位置，其輸出連接到信號(hào)采集及處理裝置(41)。
       4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓下物質(zhì)居里溫度的測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于所述樣品溫度測(cè)量裝置采用光譜儀(35)，光譜儀(35)的光路對(duì)準(zhǔn)金剛石對(duì)頂砧(13)另一個(gè)金剛石托塊的觀測(cè)窗口，其輸出連接到信號(hào)采集及處理裝置(41)。
       5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓下物質(zhì)居里溫度的測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于還包括電磁鐵、特斯拉計(jì)(31)；樣品(1)、金剛石對(duì)頂砧(13)和信號(hào)探測(cè)部分布置在電磁鐵的兩個(gè)極頭(121、122)之間的空間；特斯拉計(jì)(31)的霍爾探頭固定安置在電磁鐵的一個(gè)極頭上，且其輸出連接到信號(hào)采集及處理裝置(41)。
       6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高壓下物質(zhì)居里溫度的測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于還包括溫度傳感器(32)；溫度傳感器(32)固定安置在電磁鐵的一個(gè)極頭上，其輸出連接到信號(hào)采集及處理裝置(41)。
       7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的高壓下物質(zhì)居里溫度的測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于所述電磁鐵的兩個(gè)極頭(121、122)對(duì)準(zhǔn)金剛石對(duì)頂砧(13)的頂部，電磁鐵的兩個(gè)極頭(121、122)上分別打孔(1211、1221)，兩個(gè)孔(1211、1221)分別對(duì)準(zhǔn)金剛石對(duì)頂砧(13)兩個(gè)金剛石托塊上的觀測(cè)窗口；樣品溫度測(cè)量裝置采用光譜儀(35)，光譜儀(35)的光路對(duì)準(zhǔn)金剛石對(duì)頂砧(13)另一個(gè)金剛石托塊的觀測(cè)窗口，其輸出連接到信號(hào)采集及處理裝置(41)。
       8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高壓下物質(zhì)居里溫度的測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于所述激光器(11)采用Nd:YLF激光器；補(bǔ)償線圈(23)與感應(yīng)線圈(22)均采用漆包線繞制，漆包線直徑為5μm-90μm，K在2-15之間，N在10-50之間，K為線圈在軸向上的總層數(shù)，N為線圈在徑向上的總匝數(shù)；激勵(lì)線圈(21)為300匝，使用80μm的銅漆包線繞制，激勵(lì)線圈(21)的內(nèi)徑為10mm，厚度為1mm；樣品(1)距離感應(yīng)線圈(22)的最小距離為400-500μm；交流源(24)輸出的正弦波的幅值為10V峰值，頻率是4kHz；金屬封墊(135)采用無(wú)磁的厚度為250μm的鎢片切割而成，金屬封墊(135)的樣品腔(1351)直徑為140μm，高70μm。
       9.一種利用如權(quán)利要求5上述高壓下物質(zhì)居里溫度的測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量高壓下物質(zhì)居里溫度的方法，其特征在于包括下述步驟：
       步驟一：首先在常壓下，保持壓強(qiáng)不變，采用激光器(11)對(duì)樣品(1)加熱；同時(shí)打開(kāi)交流源(24)將交流磁場(chǎng)施加到樣品(1)，電磁鐵的直流磁場(chǎng)為零，用鎖相放大器(34)測(cè)量補(bǔ)償線圈(23)和感應(yīng)線圈(22)的電壓信號(hào)V；樣品溫度測(cè)量裝置測(cè)量樣品(1)的溫度T，樣品溫度測(cè)量裝置和鎖相放大器(34)將測(cè)得的溫度T和電壓信號(hào)V傳給信號(hào)采集及處理裝置(41)，由信號(hào)采集及處理裝置(41)進(jìn)行處理，作出V-T曲線；
       步驟二：觀察上面得到的V-T曲線，找到電壓信號(hào)V隨溫度變化的突變點(diǎn)Tc，將Tc作為樣品(1)在常壓下的居里溫度；
       步驟三：增大金剛石對(duì)頂砧(13)對(duì)樣品(1)施加的壓強(qiáng)，在每個(gè)壓強(qiáng)下重復(fù)步驟一～步驟二的測(cè)量過(guò)程，即可得到不同壓強(qiáng)P下，居里溫度Tc的變化曲線:Tc-P。
       10.根據(jù)權(quán)利要求9所述高壓下物質(zhì)居里溫度的測(cè)量方法，其特征在于還包括下述步驟：
       (1)觀察V-T曲線，找到電壓信號(hào)V隨溫度變化的突變點(diǎn)Tc后，取兩個(gè)溫度點(diǎn)T1和T2，T1        (2)利用激光器(11)對(duì)樣品(1)加熱，分別在T1和T2的溫度下，打開(kāi)交流源(24)，將交流磁場(chǎng)和電磁鐵產(chǎn)生的直流磁場(chǎng)同時(shí)施加到樣品(1)；
       (3)逐漸改變直流磁場(chǎng)的大小，并用特斯拉計(jì)(31)測(cè)量直流磁場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度H；此時(shí)信號(hào)采集及處理裝置(41)根據(jù)鎖相放大器(34)測(cè)得的電壓信號(hào)V和特斯拉計(jì)(31)的直流磁場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度H繪制T1和T2溫度下的V-H曲線；
       (4)利用信號(hào)采集及處理裝置(41)根據(jù)公式①計(jì)算出T1和T2溫度下的直流磁場(chǎng)Hdc的增量磁化率
       其中S為鎖相放大器的增益系數(shù)，k＇為感應(yīng)線圈(22)中任意一匝線圈在軸線方向上從基準(zhǔn)線圈開(kāi)始計(jì)算的層序數(shù)，n＇為感應(yīng)線圈(22)中任意一匝線圈在徑線方向上從基準(zhǔn)線圈開(kāi)始計(jì)算的匝序數(shù)，K是感應(yīng)線圈(22)在軸線方向上的層數(shù)，N為感應(yīng)線圈(22)徑線方向上的匝數(shù)(K×N即為線圈的總匝數(shù))，f是激勵(lì)線圈(21)所在回路電流的頻率，μ0為真空磁導(dǎo)率，Rin為感應(yīng)線圈(22)基準(zhǔn)匝線圈的半徑，D為用于繞制感應(yīng)線圈(22)所用銅線的直徑，n是激勵(lì)線圈(21)的匝密度，i表示激勵(lì)線圈(21)所在回路電流的幅值，h0為感應(yīng)線圈(22)基準(zhǔn)匝線圈距離樣品(1)的距離，v是樣品的體積；
       (4)利用信號(hào)采集及處理裝置(41)根據(jù)公式②計(jì)算出T1和T2溫度下的磁化強(qiáng)度Mrev(H)：
       (5)根據(jù)磁化強(qiáng)度Mrev(H)和特斯拉計(jì)(31)測(cè)得的磁場(chǎng)強(qiáng)度H繪制出T1和T2溫度下的磁化強(qiáng)度Mrev(H)隨磁場(chǎng)強(qiáng)度H的變化曲線；若在T1溫度下，樣品呈現(xiàn)鐵磁性，同時(shí)，在T2溫度下，樣品呈現(xiàn)順磁性，則確定Tc為樣品的居里溫度點(diǎn)。