在之前文章中，我們介紹了磁力計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)及其一些主要應(yīng)用。今天我們將更進(jìn)一步，看看最常見(jiàn)的磁力計(jì)類型。

標(biāo)量磁力計(jì)

標(biāo)量磁力計(jì)對(duì)磁場(chǎng)的數(shù)值進(jìn)行精確測(cè)量。每種類型都基于不同的物理現(xiàn)象：

霍爾效應(yīng)：感應(yīng)施加磁場(chǎng)時(shí)電導(dǎo)體上感應(yīng)的電壓可以完美地用于測(cè)量磁場(chǎng)

質(zhì)子進(jìn)動(dòng) (PPM)： 利用核磁共振測(cè)量磁場(chǎng)中質(zhì)子的共振，測(cè)量線圈中由于其重新定向而產(chǎn)生的電壓

Overhauser：類似于霍爾效應(yīng)和質(zhì)子進(jìn)動(dòng)磁力計(jì)，但使用射頻信號(hào)來(lái)極化電子自旋

用于地球物理應(yīng)用的 Overhauser 磁力計(jì)。圖片由Gem System 提供

矢量磁力計(jì)

電感：通過(guò)測(cè)量樣品在變化的磁場(chǎng)中在某些檢測(cè)線圈中感應(yīng)的電流來(lái)測(cè)量某些粒子的偶極矩

磁通門(mén)：由磁環(huán)芯和至少兩個(gè)線圈繞組組成：驅(qū)動(dòng)繞組和感應(yīng)繞組

磁通門(mén)磁力計(jì)繞組。圖片由倫敦帝國(guó)理工學(xué)院提供

霍爾效應(yīng)： 產(chǎn)生與磁場(chǎng)成正比的電壓，并提供有關(guān)其模塊和方向的信息；廣泛用于傳感應(yīng)用而不是表征磁性材料

微機(jī)電系統(tǒng) (MEMS)：使用光學(xué)手段在微觀尺度上檢測(cè)共振結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)

MEMS 磁力計(jì)價(jià)格便宜且易于使用。圖片由Sparkfun Electronics 提供

梯度磁力計(jì)

雖然每個(gè)梯度磁力計(jì)都略有不同，但每個(gè)都大致具有相同的元素。首先，它們需要一個(gè)設(shè)備來(lái)產(chǎn)生一個(gè)已知的磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)可以是交替的或恒定的。其次，梯度磁力計(jì)需要交替梯度場(chǎng)的源。最后，它們還需要電子或光學(xué)裝置來(lái)檢測(cè)和測(cè)量合力。

它們也都具有諧振操作，因此當(dāng)達(dá)到最大幅度時(shí)，磁性樣品圍繞其諧振頻率移動(dòng)。

磁力計(jì)的另一個(gè)相關(guān)方面是磁場(chǎng)的方向。在一些磁力計(jì)中，例如 Zijlstra 的，交變場(chǎng)和直流場(chǎng)都是垂直對(duì)齊和定向的。相比之下，在 Foner 的磁力計(jì)中，樣品垂直于磁場(chǎng)振動(dòng)，這降低了必要設(shè)置的復(fù)雜性。

振動(dòng)簧片磁力計(jì)

Zijlstra于 1970 年推出了第一批交變梯度磁力計(jì)之一。旨在克服以前磁力計(jì)的局限性，測(cè)量磁性材料的完整磁滯曲線。

簧片磁力計(jì)由一根細(xì)線組成，在其末端附有一個(gè)非常小的樣品以進(jìn)行表征。有兩個(gè)反向串聯(lián)或差分耦合的線圈，以產(chǎn)生場(chǎng)梯度。該場(chǎng)在樣品上產(chǎn)生力，從而使簧片振動(dòng)。由于運(yùn)動(dòng)非常微妙，頻率被設(shè)置為等于簧片的機(jī)械共振，因此運(yùn)動(dòng)被放大并且更容易被檢測(cè)到。使用顯微鏡和頻閃燈觀察簧片的運(yùn)動(dòng)。當(dāng)通過(guò)線圈的電流恒定時(shí)，磁場(chǎng)也恒定；我們測(cè)量的運(yùn)動(dòng)與樣品的磁矩成正比。 

Zijlstra 的磁力計(jì)與以前的磁力計(jì)之間最顯著的區(qū)別是靈敏度和完全表征磁性材料的能力。要進(jìn)行完整的磁性表征，樣品需要非常小以避免出現(xiàn)缺陷，問(wèn)題在于能夠表征微米級(jí)樣品的磁力計(jì)只能表征一些磁特性，例如剩磁或磁化率，而不能表征完整的磁滯循環(huán).

振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì) (VSM)

大多數(shù)測(cè)量磁矩的設(shè)備都有一個(gè)檢測(cè)線圈，該線圈與產(chǎn)生交變磁場(chǎng)的線圈水平對(duì)齊。

振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì) (VSM)由 Foner 于 1959 年發(fā)明，引入了樣品運(yùn)動(dòng)垂直于施加的磁場(chǎng)的新穎性。Foner 降低了設(shè)置的復(fù)雜性，避免了對(duì)磁鐵的硬修改。

VSM 存在于許多實(shí)驗(yàn)室中，并且可以在市場(chǎng)上買(mǎi)到。

商用振動(dòng)樣品磁力計(jì) (VSM)。圖片由微感提供

組合交變磁場(chǎng)磁強(qiáng)計(jì)

還有第三類磁力計(jì)，它結(jié)合了先前磁力計(jì)的特點(diǎn)；它們是所謂的組合磁力計(jì)。他們?nèi)匀皇褂脙蓚�(gè)磁場(chǎng)；然而，它們不是只施加一個(gè)交替場(chǎng)和另一個(gè)恒定場(chǎng)，而是施加兩個(gè)交替場(chǎng)。與僅限于直流場(chǎng)的 VSM 或其他磁力計(jì)相比，最大的優(yōu)勢(shì)是在交流和直流中表征樣品。

其他磁力計(jì)產(chǎn)生的磁場(chǎng)的頻率等于樣品的機(jī)械共振頻率。組合磁力計(jì)產(chǎn)生兩個(gè)磁場(chǎng)，其差值等于共振頻率。由于其中一個(gè)磁場(chǎng)可以設(shè)置為 0 Hz，因此它可以完美地用作傳統(tǒng)的梯度磁力計(jì)。當(dāng)改變這兩個(gè)頻率時(shí)，該設(shè)備用作磁感受計(jì)，測(cè)量磁矩的高次諧波。這種磁力計(jì)是由馬德里技術(shù)大學(xué)的研究人員于 2015年發(fā)明的。