亚星游戏官网-www.yaxin868.com

专利名称：一种磁性液体的磁二向色性测量仪的制作方法
技术领域：
本发明属于材料科学、凝聚态物理实验设备领域。具体涉及磁性液体的磁二向色 性的测量。
背景技术：
磁性液体是一种液态功能材料。在外加磁场作用下，磁性液体会从光学各向同性 变为光学各向异性，以致于出现磁二向色性效应在磁场作用下，偏振方向垂直于外磁场方 向的入射光(ο光)，与偏振方向平行于外磁场方向的入射光(e光)，两者吸收不同的现象 称之为磁线二向色性，简称为磁二向色性。用于磁二向色性测量的磁性液体样品通常为由 两片玻璃夹垫片构成薄盒，磁性液体装入其间形成磁性液体薄膜。因为磁性液体的吸收不 同将造成透射不同，所以磁二向色性的表示可用ο光和e光的透射系数(透过薄膜样品的 光强度与入射光的光强度之比)与磁场的关系的表示。然而玻璃片的清洁度会严重影响绝 对的透射光强度。所以磁性液体的磁二向色性采用ο光和e光的相对透射率(也称归一化 透射率)与磁场的关系来表示。相对透射率T为加场后、前的透射率也称绝对透射率之比， 即 式中Ici为入射光强，Ia、Ib分别为加场后、前的透射光强度。从上式可知，相对透 射率即为加场后、前的透射光强度之比。通常采用的磁二向色性的表示方法及相应的测量方法有两种(1)基于0光(或e光)各在加场后的透射系数测量，通过ο光和e光的磁场作用 下的透射系数的比较表示磁二向色性。这种方法中的透射系数是绝对透射强度与入射光强 之比，从上所述可知玻璃样品盒的清洁度带来的误差可能较大。(2)分别测量ο (或e光)加场前、后的绝对透射率(即Ia/I0和Ib/I0)，然后进行 计算得到相对透射率。由ο光和e光的相对透射率来表示磁二向色性。这种方法中因采用 了同一样品在加场后、前的绝对透射率之比，因而消除了玻璃样品盒清洁度造成的绝对透 射率误差对磁二向色性表示的影响。但在这种方法中，因需分别测量加场前、后的绝对透射率所以较为麻烦。以上两种方法中都不能避免电源波动、温度波动、光线干扰、磁场干扰及光源不稳 出现的外界干扰对测量的影响。

发明内容
本发明基于为准确地反映磁性液体的磁二向色性，应可靠测定ο光和e光的相对 透射率的特点，采用差动测量的原理，设计构成磁性液体的磁二向色性测量仪，用于直接、 准确测量磁性液体的ο光和e光的相对透射率。本发明的技术方案如下
磁性液体的磁二向色性测量仪主要包括光源L、分束镜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、亥姆霍兹线圈Μ、检测样品S1、参考样品S2、第一光电探 头D1和第二光电探头D2、差动放大器H、亥姆霍兹线圈电源Ε、计算机控制及数据处理系统 PC。所述分束镜C设置于光源L发射光束的前方，将光源L发射的光束分成光强相等 的对比光束和检测光束；所述第一偏振器~、λ /4波片B和第三偏振器A3依次设置于检测光束的前方，第 一偏振器~的透振方向与λ/4波片B的光轴的夹角为45°，检测光束通过第一偏振器~、 和λ /4波片B后成为圆偏振光，再通过A3调整后成为线偏振光；所述亥姆霍兹线圈设置于第三偏振器A3的前方，其轴线与检测光束垂直相交，通 过调整第三偏振器A3的透振方向与M的轴线平行或垂直，得到偏振方向平行磁场的ο光或 偏振方向垂直于磁场的e光；所述检测样品S1设置于亥姆霍兹线圈磁场的中间位置，第一光电探头D1S置于亥 姆霍兹线圈M的测量端，第一光电探头D1的接受面与测量光束的光路垂直。检测光束依次通过第一偏振器~、λ/4波片B、第三偏振器A3、亥姆霍兹线圈M及 检测样SS1后进入第一光电探头Dp第一光电探头D1的输出信号为I。'。所述第二偏振器A2设置于对比光束的前方，对比样品S2设置于第二偏振器A2的 前方，第二光电探头D2设置于对比样品S2的前方，第二光电探头仏的接受面与对比光束的 光路垂直。对比光束依次通过第二偏振器A2、对比样品S2、第二光电探头D2。第二光电探头 D2的输出信号为I。。所述第一光电探头D1和第二光电探头D2的输出端与差动放大器H的输入端连接， 并由差动放大器对其输出信号进行差动放大；差动放大器H的输出端与计算机控制及数据 处理系统PC连接，计算机控制及数据处理系统PC的输出端与亥姆霍兹线圈电源E连接；所述检测样品S1和参考样品S2的制作工艺一致、结构尺寸一致、物理性能相同。本测试仪的工作方式如下(1)检测光束首先通过第一偏振器A1和λ/4波片WA1的透振方向与B的光轴固 定为45° )后成为圆偏振光，再透过第三偏振器A3使之成为偏振方向可以与场垂直或与场 平行的线偏振光=A3的透振方向与亥姆霍兹线圈轴线平行得到偏振方向平行于磁场的线偏 振光(ο光)；A3的透振方向与亥姆霍兹线圈轴线垂直则得到偏振方向垂直于磁场的线偏振 光(e光)。(2)在零场下，转动第二偏振器^可以调整I。或转动第一偏振器A1与λ/4波片 B(注A1与B必须联动以保证两者的相对取向45°不变，从而使由B出来的光束始终为圆 偏振光)可以调整I。'，使差动放大器H的输出信号(正比于ΔΙ)为零，即ΔΙ = I。' -Ic =0。然后将I。'通道关掉，于是从H的输出为Ι。(= I。')，进入计算机PC纪录。(3)加上磁场后，差动放大器的输出信号为ΔΙ = I' -I。乒0。因T = I' /Ic'= I' /I。= (Ι。+ΔΙ)/Ι。= 1+ΔΙ/Ι。。于是由加场后的ΔΙ及加场前的I。可得到T= Γ / Ic'。I'和V为被测样品加场后、前的光透射强度，即为Ia、ib，其比值Γ /Ic'消掉了 样品盒对光透射强度的影响。本发明可直接测量偏振方向平行外磁场方向的e光或偏振方向垂直于外场方向的O光的相对透射系数。并且当电源波动、温度波动、光线干扰、磁场干扰及光源不稳出现 外界干扰f(i)时，有ΔΙ = (I' +f (i))-(Ic+f (i)) = I' -Ic即两路信号同时波动，干扰被抑制，保证了相对透射率T = Γ /Ic= 1+ΔΙ/Ι。的精确测量。因此，本发明具有抗干扰能力强、可靠性好、灵敏度高的优点。其关键部件都是利 用现有的成熟技术，可以满足磁性液体磁二向色性的测量。此测试仪中，在光电探头D1前 加一偏振器A4可进行磁致双折射效应的测量。


图1是本测量仪的结构示意图。图2是本测量仪的原理图。图中L.光源，现用波长为632. 8nm的He-Ne激光器。C. 50% 分束镜。A1, A2和A3.分别为第一、第二和第三偏振器。B. λ/4 波片。Μ.亥姆霍兹线圈(产生磁场)。S1.检测样品。S2.对比样品。Dl和D2.分别为第一和第二光电探头。H.差动放大器。Ε.亥姆霍兹线圈电源。PC.计算机控制及处理系统。
具体实施例方式参见图1和图2，本测试仪的结构和工作原理如下光源L (激光器)发出一束直径约Imm的光束，经50%分束镜C后平均分成强度相 等的两路偏振光，一路为检测光路，另一路为对比光路。第一偏振器A1的透振方向与λ/4波片B的光轴的夹角为45°。检测光通过第一 偏振器~和λ/4波片B后成为圆偏振光，再通过第三偏振器A3调整后成为线偏振光。联 动A1和B可调整所通过的光强度。产生磁场的亥姆霍兹线圈M的轴线与检测光路垂直相 交。通过调整第三偏振器A3的透振方向与亥姆霍兹线圈M的轴线平行或垂直，可得到偏振 方向平行磁场的ο光或偏振方向垂直于磁场的e光。检测样品S1放置在亥姆霍兹线圈M的 中心的位置。在亥姆霍兹线圈M的测量端设置第一光电探头D1, D1的接受面与光路垂直。对比光路的前端为第二偏振器A2，调整A2的角度可调整所通过的光强度。末端为 第二光电探头D2,D2的接受面与光路垂直。在第二偏振器A2和第二光电探头仏之间放置参 考样品S2。被测样品与对比样品的制作工艺一致、结构尺寸一致、物理性能相同，可以互换。在测量光路没有加磁场时，调整第二偏振器A2或联动调整A1和B2使之透过参考 样品S2和检测样品S1的光信号强度是一致的，因此在差动放大器H的输出信号为零，关掉检测光路的信号，所得差动放大器的对比光路信号I。x即为未加场的检测光路信号I。'。通 过调节亥姆霍兹线圈电源可使亥姆霍兹线圈产生所需强度的磁�。�引起检测样品S1的物理 变化，透射检测样品的光信号随之改变，在差动放大器H的输出端就相应有一个电信号。此 信号送入计算机控制及数据处理系统PC，自动完成测量、显示、分析、处理过程，给出精确的 测量结果。 若在第一光电探头D1前加第四偏振器A4还可进行磁双折射效应测量。
权利要求
一种磁性液体的磁二向色性测量仪，其特征在于它包括光源L、分束镜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、亥姆霍兹线圈M、检测样品S1、参考样品S2、第一光电探头D1和第二光电探头D2、差动放大器H、亥姆霍兹线圈电源E、计算机控制及数据处理系统PC；所述分束镜C设置于光源L发射光束的前方，将光源L发射的光束分成光强相等的对比光束和检测光束；所述第一偏振器A1、λ/4波片B和第三偏振器A3依次设置于检测光束的前方，第一偏振器A1的透振方向与λ/4波片B的光轴的夹角为45°，检测光束通过第一偏振器A1、和λ/4波片B后成为圆偏振光，再通过A3调整后成为线偏振光；所述亥姆霍兹线圈设置于第三偏振器A3的前方，其轴线与检测光束垂直相交，通过调整第三偏振器A3的透振方向与M的轴线平行或垂直，得到偏振方向平行磁场的o光或偏振方向垂直于磁场的e光；所述检测样品S1设置于亥姆霍兹线圈磁场的中间位置，第一光电探头D1设置于亥姆霍兹线圈M的测量端，第一光电探头D1的接受面与测量光束的光路垂直；所述第二偏振器A2设置于对比光束的前方，对比样品S2设置于第二偏振器A2的前方，第二光电探头D2设置于对比样品S2的前方，第二光电探头D2的接受面与对比光束的光路垂直；所述第一光电探头D1和第二光电探头D2的输出端与差动放大器H的输入端连接，并由差动放大器对其输出信号进行差动放大；差动放大器H的输出端与计算机控制及数据处理系统PC连接，计算机控制及数据处理系统PC的输出端与亥姆霍兹线圈电源E连接；所述检测样品S1和参考样品S2的制作工艺一致，以使两者的结构尺寸一致、物理性能相同。
2.根据权利要求1所述的磁性液体的磁二向色性测量仪，其特征在于所述光源L采 用激光器。
3.根据权利要求1所述的磁性液体的磁二向色性测量仪，其特征在于所述分束镜C 采用50%分束镜。
4.根据权利要求1所述的磁性液体的磁二向色性测量仪，其特征在于在第一光电探 头D1前加第四偏振器A4可进行磁双折射效应测量。
全文摘要
本发明公开一种磁性液体的磁二向色性测量仪，其主要包括光源L、分束镜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、亥姆霍兹线圈M、检测样品S1、参考样品S2、第一光电探头D1和第二光电探头D2、差动放大器H、亥姆霍兹线圈电源E、计算机控制及数据处理系统PC。本测量仪采用差动测量的原理，直接测量偏振方向平行外磁场方向的e光或偏振方向垂直于外场方向的o光的相对透射系数，具有抗干扰能力强、可靠性好、灵敏度高的优点，其关键部件都是利用现有的成熟技术，可以满足磁性液体磁二向色性的测量。
文档编号G01N21/19GK101887011SQ201010209090
公开日2010年11月17日 申请日期2010年6月24日 优先权日2010年6月24日
发明者刘晓东, 李建, 林跃强, 苗华 申请人:西南大学