COMS-Magview-磁場(chǎng)相機背后的秘密-磁光傳感器！

磁性材料的可靠使用需要精確的磁場(chǎng)分布信息，例如在生產(chǎn)過(guò)程中、作為質(zhì)量管理過(guò)程的一部分以及在研發(fā)領(lǐng)域中。磁光傳感器是無(wú)損檢測磁場(chǎng)分布的新方法。

圖1. 此圖代表不同階段的磁光傳感器：初始基板、涂有 MO 和反射層（從左到右）

現有磁場(chǎng)測量系統的原理基于磁場(chǎng)對傳感器內電壓和電流等電學(xué)參數產(chǎn)生不同物理效應。通過(guò)測量值和特定材料常數，可以分析磁場(chǎng)強度和通量密度。例如，在霍爾傳感器中，導電材料（如半導體材料）的霍爾效應會(huì )產(chǎn)生一個(gè)輸出電壓——霍爾電壓——其與磁通密度成正比。另一種廣泛使用的類(lèi)型是磁阻傳感器，它利用了傳感器材料阻力隨磁場(chǎng)變化而變化的特性，并因此提供了與施加的磁場(chǎng)相關(guān)聯(lián)的測量電壓。

圖2. 圖示法拉第旋轉的圖解，其中E=光振幅，d=透明介質(zhì)中的距離，B=樣品磁通密度，而B(niǎo)則是產(chǎn)生的法拉第旋轉。

Matesy GmbH位于德國耶拿，探索了一種新的磁光傳感器類(lèi)型（MO-傳感器）用于直接場(chǎng)可視化和測量。 Matesy引入了磁光學(xué)而非電磁效應進(jìn)行二維磁場(chǎng)分析。 磁光傳感器具有技術(shù)優(yōu)勢，即可以在整個(gè)磁表面上直觀(guān)地識別出磁場(chǎng)及其分布。 因此，可以執行實(shí)時(shí)的磁場(chǎng)分布分析，而不是使用需要在表面上精確定位的霍爾探針進(jìn)行耗時(shí)的“點(diǎn)對點(diǎn)"掃描。

圖3 磁光效應的示意圖

一、法拉第效應

磁光傳感器的原理是法拉第效應。它描述了通過(guò)磁光傳感器的線(xiàn)性偏振光的偏振平面的旋轉，該磁光傳感器暴露在磁場(chǎng)中，該磁場(chǎng)平行于應用光波的傳播方向。更具體地，線(xiàn)偏振光由具有相同頻率和相位的左圓偏振波和右圓偏振波疊加而成。當光通過(guò)施加與光波方向平行的磁場(chǎng)的 MO 介質(zhì)時(shí)，它會(huì )分散成兩個(gè)具有不同相速度的相反旋轉的圓偏振波。由于這兩個(gè)部分波的相移 - 光的偏振面的旋轉和每個(gè)分量的不均勻吸收 - 導致橢圓偏振波，這zui終是磁場(chǎng)強度的可分析現象，并允許有深入了解樣品的磁性。

圖4. 這是動(dòng)態(tài)范圍為 0.05 至 30kA/m 的 MO 傳感器在整個(gè)傳感器表面上的特性圖

二、傳感器晶片

為了實(shí)現準確的成像特性和zui 佳分辨率，耶拿的研發(fā)機構INNOVENT e.V.基于一種鉍取代稀土鐵石榴石化合物設計了單晶鐵磁層，其具有增強的磁光成像特性。傳感器層的制造過(guò)程是通過(guò)液相外延法實(shí)現的，這種方法非常適合在單晶石榴石襯底上應用微米級功能涂層。為了確保系統長(cháng)期功能，還在原始傳感器上沉積了一個(gè)附加鏡面和保護層。對于不同領(lǐng)域的應用，可以定制各種形狀和尺寸的傳感器。

三、磁場(chǎng)可視化

為了實(shí)現磁場(chǎng)的光學(xué)可視化，將磁光傳感器直接與磁性樣品材料接觸，并用偏振光源進(jìn)行照明。 光線(xiàn)穿過(guò)透明傳感器，被鏡面反射并再次通過(guò)傳感器。當經(jīng)過(guò)非互易MO介質(zhì)的雙倍程時(shí)，所述法拉第效應與雙層厚度成比例。

由于不同旋轉角度取決于局部磁場(chǎng)強度，分析極化模塊會(huì )生成一個(gè)強度對比圖案，該圖案與磁性材料的磁場(chǎng)分布成比例。結果是一幅視覺(jué)圖像，說(shuō)明了磁漂移場(chǎng)的二維交點(diǎn)。這種正常組件在X-Y平面上記錄和分析的圖像采集以及整個(gè)傳感器表面上同時(shí)進(jìn)行，在實(shí)時(shí)中發(fā)生，并且可以檢測和分析動(dòng)態(tài)磁場(chǎng)變化。

磁光傳感器是基于邁克爾-法拉第在1845年發(fā)現的法拉第效應，他認識到光通過(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)現是光和磁之間相互作用的di一個(gè)跡象，后來(lái)導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)現而產(chǎn)生的。法拉第效應描述的是旋轉的通過(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）。偏振面的旋轉角由以下方程定義

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，用于表示材料的特定旋轉強度。并且因材料不同而不同。因此，Verdet常數取決于光的波長(cháng)

四、 COMS-Magview系列磁場(chǎng)相機

COMS-Magview系列磁場(chǎng)相機是一種高分辨率、高精度的磁性材料、部件和表面測量和可視化系統，不僅可以使磁場(chǎng)和磁性結構可見(jiàn)，還可以測量磁通量密度。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(guān)察磁性材料的磁雜散場(chǎng)。對測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(zhù)的磁場(chǎng)高分辨率可視化成為可能！

1．測量原理

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

圖1. 磁光效應的示意圖

磁場(chǎng)可視化的基礎是利用法拉第效應的磁光傳感器技術(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。因為傳感器平面被只有幾微米厚的鏡面覆蓋，所以可以檢測到靠近測試樣本表面的雜散場(chǎng)。探測到的是測試試樣的磁場(chǎng)相對于磁光傳感器表面的法向分量。

2．尺寸型號

3．應用和傳感器類(lèi)型

A型傳感器

質(zhì)量檢查和幾何評估：

· 磁性編碼器

· 電工鋼板

· 法醫安全特性

· 剩磁

B/C型傳感器

表面檢測與定量分析:

· 具有強磁化的磁性編碼器

· 永磁體

· 聚合物粘合磁鐵

· 復合材料中的磁性粒子

· 超導材料

D型傳感器

調查和可視化：

· 軟磁

· 紙bi上的磁性墨水

· 文件中的的磁性墨水

E型傳感器

大磁場(chǎng)測量:

· 達1T的永磁體

· 大磁場(chǎng)多級磁鐵

4．技術(shù)規格

· 傳感器尺寸：zui大可達 45*60mm

· 測量時(shí)間：1s

· 幾何分辨率：zui大可達 15μm(取決于傳感器和相機)

· 實(shí)時(shí)顯示磁場(chǎng)，測量磁感應強度

· 用于圖像分析的Cmos-magview軟件

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