磁性材料在人工制造和研究中的應用已大大增加。磁性測量和測試應用的重要性將繼續(xù)上升，相應的技術趨勢，如新能源汽車、機器人、小型化和自動化技術，以及有前途的磁性材料(例如，聚合物粘結磁體和磁性形狀記憶合金)。與此同時，對用于靜態(tài)和動態(tài)磁測量應用的傳感器的需求不斷增長，已經(jīng)將現(xiàn)有的傳感器技術推向了它們的極限。磁光傳感器技術為磁測量與測試領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)過程中準確掌握磁場的分布、強度和方向信息。建立的磁場測量系統(tǒng)的原理是基于不同的物理效應。所有這些系統(tǒng)的一個共同特點是分析電參數(shù)的變化，如電壓和電流。參數(shù)測量能力取決于傳感器的設計，并根據(jù)應用磁場的性質(zhì)而改變。測量的電學值和特定的材料常數(shù)使傳感器能夠確定磁場的通量密度和強度。例如，對于霍爾傳感器，導電材料(如半導體材料)中的霍爾效應引起一個電壓(稱為霍爾電壓)直接取決于磁通密度。

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

磁阻性場傳感器也得到了廣泛的應用。原理是基于傳感器材料的電阻變化作為應用磁場的函數(shù)。磁阻傳感器利用電阻的變化(通過電壓測量)來確定磁場強度。

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

磁光傳感器的技術優(yōu)點是可以直接在磁性材料表面上方立即獲得測量數(shù)據(jù)，這取決于傳感器的尺寸。因此，對磁場分布的實時測量可以進行，而不需要耗時的點對點掃描，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，他認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。法拉第效應描述的是旋轉的通過磁體的偏振光的偏振面（振動面）的影響下的光學介質(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強度。并且因材料不同而不同。因此，Verdet常數(shù)取決于光的波長和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、磁場的可視化

磁光傳感器技術是一種用于磁場分析和可視化的繪圖方法。為了對磁場進行光學可視化，MO-傳感器被放置在與感興趣的磁性材料的直接接觸中，并用偏振光進行照明。光線穿過透明的MO-傳感器層，被鏡面涂層反射，并再次通過MO-傳感器層。來自傳感器的平面旋轉的結果光被檢測出來，可以分析出與雙通道層厚度成比例的法拉第效應。

基于每個波的不同旋轉角度，通過分析器-極化濾波模塊創(chuàng)建一個強度對比圖像，它代表了被測材料的磁場分布的精確圖形（圖3）。其結果是一個光學圖像，代表了測試對象的磁雜散場的兩個方向的切面。沿著測試對象磁場的X-Y平面的磁屬性映射是在整個傳感器尺寸上實時和同時進行的。因此，磁場的靜態(tài)和動態(tài)變化都可以被可視化和分析。

在傳感器的同一側進行照明和檢測提供了一個技術優(yōu)勢，即功能側可用于快速、方便的測試對象定位。

圖3.磁光效應的示意圖

磁光傳感器已經(jīng)不僅僅是傳統(tǒng)磁場測量系統(tǒng)的替代品了。對更高的材料質(zhì)量和制造質(zhì)量的需求不斷增長，需要新的直接測試和測量方法，而這些方法使用其他技術是不容易做到的。因此，像cmos-MagView這樣的MO測量系統(tǒng)是快速、可靠地分析和顯示雜散磁場的首選。此外，在許多領域，它們?yōu)檠芯俊⑼顿Y和制造磁性材料提供了創(chuàng)新方法。下面我們簡單介紹一下昊量光電全新推出的COMS-Magview系列磁場相機！

四、COMS-Magview系列磁場相機

COMS-Magview系列磁場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(tǒng)，不僅可以使磁場和磁性結構可見，還可以測量磁通量密度。CMOS-MagView是一種用于磁場光學可視化的創(chuàng)新設備。高度工程化的磁光傳感器技術可以直接以高光學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。它描述了線偏振光在穿過透明介質(zhì)時的平面旋轉。當光通過磁光介質(zhì)時，偏振的不同旋轉角度取決于局部磁場強度，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靜態(tài)磁場的直接、實時可視化。

圖1.磁光效應的示意圖

磁場可視化的基礎是利用法拉第效應的磁光傳感器技術。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．技術規(guī)格

·傳感器尺寸：蕞大可達 45*60mm

·測量時間：1s

·幾何分辨率：蕞大可達 15μm(取決于傳感器和相機)

·實時顯示磁場，測量磁感應強度

·用于圖像分析的Cmos-magview軟件

關于Matesy

Matesy GmbH 是一家位于耶拿大學城中心的創(chuàng)新技術公司。該公司成立于 2008 年，是研發(fā)機構“ INNOVENT Technology Development ”的衍生公司，專注于 磁場的可視化表征和生成。此外，Matesy 將磁性用于各種應用，例如：磁性標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發(fā)

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審核編輯黃昊宇