磁性材料在人工制造和研究中的應(yīng)用已大大增加。磁性測(cè)量和測(cè)試應(yīng)用的重要性將繼續(xù)上升，相應(yīng)的技術(shù)趨勢(shì)，如新能源汽車(chē)、機(jī)器人、小型化和自動(dòng)化技術(shù)，以及有前途的磁性材料(例如，聚合物粘結(jié)磁體和磁性形狀記憶合金)。與此同時(shí)，對(duì)用于靜態(tài)和動(dòng)態(tài)磁測(cè)量應(yīng)用的傳感器的需求不斷增長(zhǎng)，已經(jīng)將現(xiàn)有的傳感器技術(shù)推向了它們的極限。磁光傳感器技術(shù)為磁測(cè)量與測(cè)試領(lǐng)域提供了全新的視角。

一、磁光傳感器

磁性材料的可靠使用需要在制造、質(zhì)量控制和研發(fā)過(guò)程中準(zhǔn)確掌握磁場(chǎng)的分布、強(qiáng)度和方向信息。建立的磁場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)的原理是基于不同的物理效應(yīng)。所有這些系統(tǒng)的一個(gè)共同特點(diǎn)是分析電參數(shù)的變化，如電壓和電流。參數(shù)測(cè)量能力取決于傳感器的設(shè)計(jì)，并根據(jù)應(yīng)用磁場(chǎng)的性質(zhì)而改變。測(cè)量的電學(xué)值和特定的材料常數(shù)使傳感器能夠確定磁場(chǎng)的通量密度和強(qiáng)度。例如，對(duì)于霍爾傳感器，導(dǎo)電材料(如半導(dǎo)體材料)中的霍爾效應(yīng)引起一個(gè)電壓(稱為霍爾電壓)直接取決于磁通密度。

圖1.磁光(MO)介質(zhì)中光與磁場(chǎng)的相互作用；畫(huà)出光的偏振面在經(jīng)過(guò)MO介質(zhì)前后旋轉(zhuǎn)的差異，以作比較

磁阻性場(chǎng)傳感器也得到了廣泛的應(yīng)用。原理是基于傳感器材料的電阻變化作為應(yīng)用磁場(chǎng)的函數(shù)。磁阻傳感器利用電阻的變化(通過(guò)電壓測(cè)量)來(lái)確定磁場(chǎng)強(qiáng)度。

相比之下，磁光傳感器(MO-sensor)是基于法拉第效應(yīng)而不是電效應(yīng)來(lái)分析磁場(chǎng)。

磁光傳感器的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是可以直接在磁性材料表面上方立即獲得測(cè)量數(shù)據(jù)，這取決于傳感器的尺寸。因此，對(duì)磁場(chǎng)分布的實(shí)時(shí)測(cè)量可以進(jìn)行，而不需要耗時(shí)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)掃描，如使用霍爾傳感器所需要的。

二、MO-sensor的工作原理

磁光傳感器是基于邁克爾-法拉第在1845年發(fā)現(xiàn)的法拉第效應(yīng)，他認(rèn)識(shí)到光通過(guò)透明介質(zhì)時(shí)，外部施加的磁場(chǎng)會(huì)改變光波，這取決于磁場(chǎng)。這一發(fā)現(xiàn)是光和磁之間相互作用的第一個(gè)跡象，后來(lái)導(dǎo)致了麥克斯韋方程的建立，其中包括將光描述為電-磁波。經(jīng)典物理學(xué)中的電-磁相互作用的基本原理就是通過(guò)這些發(fā)現(xiàn)而產(chǎn)生的。法拉第效應(yīng)描述的是旋轉(zhuǎn)的通過(guò)磁體的偏振光的偏振面（振動(dòng)面）的影響下的光學(xué)介質(zhì)。與光波傳播方向平行的外部磁場(chǎng)（圖1）。偏振面的旋轉(zhuǎn)角由以下方程定義

β= V ?d ?B

其中（指MO傳感器） 與外部磁場(chǎng)B的靜態(tài)磁通密度成比例，d是光在MO介質(zhì)中通過(guò)的距離，V是特定材料的Verdet常數(shù)，用于表示材料的特定旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度。并且因材料不同而不同。因此，Verdet常數(shù)取決于光的波長(zhǎng)和MO材料特定的折射率。

圖2.不同制造階段的磁光（MO）傳感器：（從左到右）初始基片，涂有MO層，涂有反射層。

三、磁場(chǎng)的可視化

磁光傳感器技術(shù)是一種用于磁場(chǎng)分析和可視化的繪圖方法。為了對(duì)磁場(chǎng)進(jìn)行光學(xué)可視化，MO-傳感器被放置在與感興趣的磁性材料的直接接觸中，并用偏振光進(jìn)行照明。光線穿過(guò)透明的MO-傳感器層，被鏡面涂層反射，并再次通過(guò)MO-傳感器層。來(lái)自傳感器的平面旋轉(zhuǎn)的結(jié)果光被檢測(cè)出來(lái)，可以分析出與雙通道層厚度成比例的法拉第效應(yīng)。

基于每個(gè)波的不同旋轉(zhuǎn)角度，通過(guò)分析器-極化濾波模塊創(chuàng)建一個(gè)強(qiáng)度對(duì)比圖像，它代表了被測(cè)材料的磁場(chǎng)分布的精確圖形（圖3）。其結(jié)果是一個(gè)光學(xué)圖像，代表了測(cè)試對(duì)象的磁雜散場(chǎng)的兩個(gè)方向的切面。沿著測(cè)試對(duì)象磁場(chǎng)的X-Y平面的磁屬性映射是在整個(gè)傳感器尺寸上實(shí)時(shí)和同時(shí)進(jìn)行的。因此，磁場(chǎng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)變化都可以被可視化和分析。

在傳感器的同一側(cè)進(jìn)行照明和檢測(cè)提供了一個(gè)技術(shù)優(yōu)勢(shì)，即功能側(cè)可用于快速、方便的測(cè)試對(duì)象定位。

圖3.磁光效應(yīng)的示意圖

磁光傳感器已經(jīng)不僅僅是傳統(tǒng)磁場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)的替代品了。對(duì)更高的材料質(zhì)量和制造質(zhì)量的需求不斷增長(zhǎng)，需要新的直接測(cè)試和測(cè)量方法，而這些方法使用其他技術(shù)是不容易做到的。因此，像cmos-MagView這樣的MO測(cè)量系統(tǒng)是快速、可靠地分析和顯示雜散磁場(chǎng)的首選。此外，在許多領(lǐng)域，它們?yōu)檠芯?、投資和制造磁性材料提供了創(chuàng)新方法。下面我們簡(jiǎn)單介紹一下昊量光電全新推出的COMS-Magview系列磁場(chǎng)相機(jī)！

四、COMS-Magview系列磁場(chǎng)相機(jī)

COMS-Magview系列磁場(chǎng)相機(jī)是一種高分辨率、高精度的磁性材料、部件和表面測(cè)量和可視化系統(tǒng)，不僅可以使磁場(chǎng)和磁性結(jié)構(gòu)可見(jiàn)，還可以測(cè)量磁通量密度。CMOS-MagView是一種用于磁場(chǎng)光學(xué)可視化的創(chuàng)新設(shè)備。高度工程化的磁光傳感器技術(shù)可以直接以高光學(xué)分辨率觀察磁性材料的磁雜散場(chǎng)。對(duì)測(cè)試樣品的磁光分析提供了關(guān)于場(chǎng)極性、場(chǎng)均勻性、磁性材料的分布和磁化特性的具體信息，讓看不見(jiàn)摸不著的磁場(chǎng)高分辨率可視化成為可能！

1．測(cè)量原理

磁光原理是基于法拉第效應(yīng)。它描述了線偏振光在穿過(guò)透明介質(zhì)時(shí)的平面旋轉(zhuǎn)。當(dāng)光通過(guò)磁光介質(zhì)時(shí)，偏振的不同旋轉(zhuǎn)角度取決于局部磁場(chǎng)強(qiáng)度，從而產(chǎn)生可以視覺(jué)評(píng)估的對(duì)比度差異。因此，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)傳感器表面上準(zhǔn)靜態(tài)磁場(chǎng)的直接、實(shí)時(shí)可視化。

圖1.磁光效應(yīng)的示意圖

磁場(chǎng)可視化的基礎(chǔ)是利用法拉第效應(yīng)的磁光傳感器技術(shù)。該傳感器在傳感器平面上產(chǎn)生一個(gè)二維的磁場(chǎng)圖像。因?yàn)閭鞲衅髌矫姹恢挥袔孜⒚缀竦溺R面覆蓋，所以可以檢測(cè)到靠近測(cè)試樣本表面的雜散場(chǎng)。探測(cè)到的是測(cè)試試樣的磁場(chǎng)相對(duì)于磁光傳感器表面的法向分量。

2．尺寸型號(hào)

3．應(yīng)用和傳感器類型

A型傳感器

B/C型傳感器

D型傳感器

E型傳感器

4．技術(shù)規(guī)格

·傳感器尺寸：蕞大可達(dá) 45*60mm

·測(cè)量時(shí)間：1s

·幾何分辨率：蕞大可達(dá) 15μm(取決于傳感器和相機(jī))

·實(shí)時(shí)顯示磁場(chǎng)，測(cè)量磁感應(yīng)強(qiáng)度

·用于圖像分析的Cmos-magview軟件

關(guān)于Matesy

Matesy GmbH 是一家位于耶拿大學(xué)城中心的創(chuàng)新技術(shù)公司。該公司成立于 2008 年，是研發(fā)機(jī)構(gòu)“ INNOVENT Technology Development ”的衍生公司，專注于 磁場(chǎng)的可視化表征和生成。此外，Matesy 將磁性用于各種應(yīng)用，例如：磁性標(biāo)記顆粒和物體的三維定位、人體胃腸道靶向藥物釋放、安全特性的智能檢查和材料開(kāi)發(fā)

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審核編輯黃昊宇