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

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

圖2. 圖示法拉第旋轉(zhuǎn)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則是產(chǎn)生的法拉第旋轉(zhuǎn)。

Matesy GmbH位于德國耶拿，探索了一種新的磁光傳感器類型（MO-傳感器）用于直接場可視化和測量。Matesy引入了磁光學(xué)而非電磁效應(yīng)進(jìn)行二維磁場分析。磁光傳感器具有技術(shù)優(yōu)勢，即可以在整個磁表面上直觀地識別出磁場及其分布。因此，可以執(zhí)行實時的磁場分布分析，而不是使用需要在表面上精確定位的霍爾探針進(jìn)行耗時的“點對點”掃描。

圖3.磁光效應(yīng)的示意圖

一、法拉第效應(yīng)

磁光傳感器的原理是法拉第效應(yīng)。它描述了通過磁光傳感器的線性偏振光的偏振平面的旋轉(zhuǎn)，該磁光傳感器暴露在磁場中，該磁場平行于應(yīng)用光波的傳播方向。更具體地，線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(dāng)光通過施加與光波方向平行的磁場的 MO 介質(zhì)時，它會分散成兩個具有不同相速度的相反旋轉(zhuǎn)的圓偏振波。由于這兩個部分波的相移 - 光的偏振面的旋轉(zhuǎn)和每個分量的不均勻吸收 - 導(dǎo)致橢圓偏振波，這最終是磁場強(qiáng)度的可分析現(xiàn)象，并允許有深入了解樣品的磁性。

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

二、傳感器晶片

為了實現(xiàn)準(zhǔn)確的成像特性和最佳分辨率，耶拿的研發(fā)機(jī)構(gòu)INNOVENT e.V.基于一種鉍取代稀土鐵石榴石化合物設(shè)計了單晶鐵磁層，其具有增強(qiáng)的磁光成像特性。傳感器層的制造過程是通過液相外延法實現(xiàn)的，這種方法非常適合在單晶石榴石襯底上應(yīng)用微米級功能涂層。為了確保系統(tǒng)長期功能，還在原始傳感器上沉積了一個附加鏡面和保護(hù)層。對于不同領(lǐng)域的應(yīng)用，可以定制各種形狀和尺寸的傳感器。

三、磁場可視化

為了實現(xiàn)磁場的光學(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。光線穿過透明傳感器，被鏡面反射并再次通過傳感器。當(dāng)經(jīng)過非互易MO介質(zhì)的雙倍程時，所述法拉第效應(yīng)與雙層厚度成比例。

由于不同旋轉(zhuǎn)角度取決于局部磁場強(qiáng)度，分析極化模塊會生成一個強(qiáng)度對比圖案，該圖案與磁性材料的磁場分布成比例。結(jié)果是一幅視覺圖像，說明了磁漂移場的二維交點。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傳感器表面上同時進(jìn)行，在實時中發(fā)生，并且可以檢測和分析動態(tài)磁場變化。

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)識到光通過透明介質(zhì)時，外部施加的磁場會改變光波，這取決于磁場。這一發(fā)現(xiàn)是光和磁之間相互作用的第一個跡象，后來導(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)的通過磁體的偏振光的偏振面（振動面）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（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B的靜態(tài)磁通密度成比例，d是光在MO介質(zhì)中通過的距離，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

四、COMS-Magview系列磁場相機(jī)

COMS-Magview系列磁場相機(jī)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(tǒng)，不僅可以使磁場和磁性結(jié)構(gòu)可見，還可以測量磁通量密度。CMOS-MagView是一種用于磁場光學(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。對測試樣品的磁光分析提供了關(guān)于場極性、場均勻性、磁性材料的分布和磁化特性的具體信息，讓看不見摸不著的磁場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(yīng)。它描述了線偏振光在穿過透明介質(zhì)時的平面旋轉(zhuǎn)。當(dāng)光通過磁光介質(zhì)時，偏振的不同旋轉(zhuǎn)角度取決于局部磁場強(qiáng)度，從而產(chǎn)生可以視覺評估的對比度差異。因此，實現(xiàn)了整個傳感器表面上準(zhǔn)靜態(tài)磁場的直接、實時可視化。

圖1.磁光效應(yīng)的示意圖

磁場可視化的基礎(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)生一個二維的磁場圖像。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。探測到的是測試試樣的磁場相對于磁光傳感器表面的法向分量。

2．尺寸型號

3．應(yīng)用和傳感器類型

質(zhì)量檢查和幾何評估:

A型傳感器

·磁性編碼器

· 電工鋼板

· 法醫(yī)安全特性

·剩磁

表面檢測與定量分析:

B/C型傳感器

·具有強(qiáng)磁化的磁性編碼器

·永磁體

·聚合物粘合磁鐵

·復(fù)合材料中的磁性粒子

·超導(dǎo)材料

調(diào)查和可視化:

D型傳感器

· 軟磁

· 紙幣上的磁性墨水

·文件中的的磁性墨水

大磁場測量:

E型傳感器

· 達(dá)1T的永磁體

·大磁場多級磁鐵

4．技術(shù)規(guī)格

·傳感器尺寸：最大可達(dá) 45*60mm

·測量時間：1s

·幾何分辨率：最大可達(dá) 15μm(取決于傳感器和相機(jī))

·實時顯示磁場，測量磁感應(yīng)強(qiáng)度

·用于圖像分析的Cmos-magview軟件