磁性测量手册

书籍目录

译者序

前言

作者简介

书中用到的单位、符号和常数

第1章磁性测量导论1

第2章磁性测量基础6

2.1历史背景6

2.2主要概念8

2.2.1磁场强度H，磁通量Φ和磁感应强度B8

2.2.2磁化强度M10

2.2.3磁极化强度J11

2.2.4磁导率μ11

2.2.5磁化系数χ12

2.2.6磁阻R13

2.3铁磁材料的磁化过程13

2.3.1磁畴结构13

2.3.2磁化曲线15

2.3.3磁滞回线16

2.4各向异性和纹理19

2.4.1磁晶各向异性19

2.4.2纹理21

2.4.3形状各向异性23

2.5电磁损耗25

2.5.1磁化轴功率损耗25

2.5.2旋转磁化下的功率损耗28

2.6磁场对材料物理性质的影响31

2.6.1磁致伸缩和其他的磁弹效应31

2.6.2磁致电阻35

2.6.3磁光现象38

2.6.4磁致热效应41

2.7磁共振42

2.7.1旋磁比和拉莫尔旋进42

2.7.2核磁共振44

2.7.3电子自旋共振46

2.7.4铁磁共振48

2.7.5欧佛豪瑟（欧氏）共振48

2.7.6穆斯堡尔效应共振50

2.8超导效应在磁性测量中的应用51

2.8.1超导电特性和磁特性——迈斯纳效应51

2.8.2约瑟夫逊效应53

2.8.3超导量子干涉仪54

2.8.4量子霍尔效应56

2.9磁学的主要定律57

2.9.1毕奥萨伐尔定律57

2.9.2安培环路定律59

2.9.3法拉第感应定律60

2.9.4洛伦兹力61

2.9.5坡印廷矢量62

2.9.6麦克斯韦方程63

2.9.7单一磁场的计算65

2.10磁性的物理原理69

2.10.1磁场和磁矩69

2.10.2磁场和能带结构的态密度74

2.10.3弱磁性——反磁性和顺磁性76

2.10.4强磁性——铁磁性80

2.10.5混合磁性——反铁磁性和亚铁磁性83

2.10.6非晶和纳米晶材料88

2.10.7磁畴和畴壁90

2.11磁滞95

2.11.1磁化过程95

2.11.2磁滞的雷利模型101

2.11.3磁滞的StonerWohlfart模型103

2.11.4磁滞的Preisach模型106

2.11.5磁滞的Jiles—Atherton模型109

2.11.6励磁曲线和磁滞回线的近似111

2.12磁场的源112

2.12.1亥姆霍兹线圈112

2.12.2长螺线管114

2.12.3强磁场的源116

2.12.4任意波形的磁场源119

2.13测试材料的样品和电路124

2.13.1B和H值的测量124

2.13.2环形铁心126

2.13.3爱波斯坦方圈129

2.13.4单一薄片和单一细长条的测试器131

2.13.5二维空间的测量样品135

2.13.6开路样品136

2.14磁屏蔽138

2.14.1磁场的污染138

2.14.2磁场屏蔽139

2.14.3主动磁屏蔽——磁场的消除141

2.14.4磁屏蔽室142

参考文献144

第3章磁性材料152

3.1软磁材料的一般知识152

3.1.1性质和分类152

3.1.2纯铁156

3.2硅铁电工钢158

3.2.1常规晶粒取向SiFe钢158

3.2.2HiB晶粒取向电工钢164

3.2.3SiFe非取向电工钢167

3.2.4非常规铁基合金172

3.3镍基和钴基合金176

3.3.1镍铁合金（坡莫合金）176

3.3.2钴铁和钴铁镍合金178

3.4非晶和纳米晶合金180

3.4.1非晶态软磁材料（玻璃合金）180

3.4.2纳米晶软磁性材料184

3.5软铁188

3.5.1锌化锰和锌化镍铁氧体188

3.5.2铁氧体在微波中的应用192

3.6硬铁磁材料193

3.6.1总论193

3.6.2铝镍钴合金197

3.6.3硬磁铁氧体198

3.6.4稀土硬磁铁氧体199

3.7特殊磁性材料203

3.7.1磁性薄膜203

3.7.2铁磁流体和磁流变液体208

参考文献208

第4章磁传感器212

4.1总论212

4.1.1磁场传感器分类212

4.1.2磁传感器性能213

4.2感应传感器219

4.2.1导论219

4.2.2空心线圈与铁心线圈220

4.2.3空心线圈传感器设计220

4.2.4铁心线圈传感器设计223

4.2.5线圈传感器的频率响应224

4.2.6线圈传感器连接的电子电路226

4.2.7移动线圈传感器229

4.2.8梯度传感器229

4.2.9洛可夫斯基（Rogowski）线圈231

4.2.10其他传感器233

4.2.11线圈传感器作为磁性天线235

4.3磁通门传感器239

4.3.1工作原理239

4.3.2磁通门传感器的性能242

4.3.3磁通门传感器的设计244

4.3.4多传感器系统（罗盘和梯度磁力计）246

4.3.5磁通门传感器的电路248

4.4磁阻和磁阻抗传感器252

4.4.1磁致电阻总体介绍252

4.4.2AMR磁场传感器254

4.4.3多层GMR磁场传感器264

4.4.4自旋阀式的巨磁阻磁场传感器268

4.4.5旋转—从属隧道巨磁阻磁场传感器274

4.4.6巨磁阻抗效应传感器279

4.5霍尔效应传感器285

4.5.1霍尔效应的物理原理285

4.5.2霍尔传感器的设计287

4.5.3霍尔传感器的性能290

4.5.4集成霍尔传感器293

4.5.5基于霍尔效应的半导体磁阻器295

4.6SQUID(超导量子干涉仪)传感器297

4.6.1SQUID传感器的工作原理297

4.6.2SQUID传感器的设计和特性300

4.6.3SQUID磁力计303

4.7共振传感器及磁力计306

4.7.1概述306

4.7.2测量强磁场的NMR磁力计308

4.7.3测量弱磁场的NMR磁力计310

4.7.4光泵传感器及磁力仪314

4.7.5双重（欧佛豪瑟）共振磁力计319

4.8其他的磁场传感器320

4.8.1磁致伸缩和维甘德效应320

4.8.2其他理论和新理论323

参考文献326

第5章磁性材料的测试339

5.1软磁材料的交流测试339

5.1.1我们通常测试什么？339

5.1.2软磁材料的标准测试345

5.1.3单片和单条测试仪347

5.1.4在线测试设备350

5.1.5磁性材料的中频和高频测试353

5.1.6磁性材料参数的局部测量357

5.1.7旋转功率损耗367

5.1.8二维磁性能374

5.1.9各向异性和纹理379

5.2软磁性材料的直流测试388

5.2.1模拟和数字磁通计388

5.2.2软磁性材料的点对点直流测试392

5.2.3软磁性材料的连续准静态测试394

5.2.4用于软磁性材料测试的磁导计395

5.3硬磁性材料的测试397

5.3.1闭合磁路中硬磁性材料的测试397

5.3.2开磁路硬磁性材料的测试399

5.3.3脉冲磁场方法402

5.4磁性材料测试的特殊方法404

5.4.1测磁方法404

5.4.2可视测磁方法408

5.4.3其他扫描系统417

5.4.4磁致伸缩效应和其他磁力学效应的研究420

参考文献426

第6章磁场测量及其应用436

6.1环境磁场436

6.1.1地球磁场436

6.1.2航天研究441

6.1.3磁性勘察和测量444

6.1.4罗盘与航行450

6.1.5电磁污染454

6.2磁场测量的应用459

6.2.1磁体探测：磁特征459

6.2.2机械传感器463

6.2.3电传感器468

6.3磁性诊断472

6.3.1磁性成像472

6.3.2磁性无损检测482

6.3.3医学中的磁学487

参考文献493

作者简介

目前，磁设备的应用很广泛，但国内全面系统介绍现代磁性测量技术的权威书籍却很少。本书收集紧跟科技发展的信息广泛涵盖了磁性测量领域的多个主题。

本书首先从容易理解的磁性测量基本知识开始，综合述评了现代磁性材料测量发展的现状，如软磁性材料、硬磁性材料和薄膜磁性材料。然后，全面描述了常用磁性测量传感器，包括感应、磁通门、霍尔、磁阻、磁共振、超导量子干涉仪（SQUID）、磁致伸缩和磁光等传感器，并给出了详细的实现电路和测试结果等应用实例。最后讨论了磁性测量用于材料无损检测和探测方面的应用，包括医学磁性诊断、磁考古学和磁成像。

本书是一本全面的磁性测量书籍，既适合从事磁测量的专业人员，也适合具备很少专业知识的读者，能帮助读者在令人费解的专业术语中畅游，为有效地解决电磁装置设计中的难题提供参考。本书既可以作为从事与磁性材料和磁测量有关的研发、生产相关技术人员的参考书籍，也可作为测量及检测技术相关专业研究生和本科生的教学参考书。

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