高精度M-Hヒステリシス特性の自動測定プログラム

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"Cおよびベーシックなどの言語では1ヶ月程度要すると予測されるプログラム開発期間は、グラフィカルで直感的に理解し易いLabVIEWを用いたことで1週間程度とすることができました。"

- 野田 憲司氏, 九州大学 大学院 システム情報科学府 松山研究室

The Challenge:
DMMの測定精度を上げ、さらに印加磁界の調節に対しフィードバック制御を行うことで十分な精度で測定できるプログラムを作成することを課題とした。

The Solution:
グラフィカルインターフェースに優れているLabVIEWによるプログラムを採用した。

Author(s):
野田 憲司氏 - 九州大学 大学院 システム情報科学府 松山研究室

【背景】
VSMとは、試料振動型磁力計(Vibrating Sample Magnetometer)のことであり、均一磁場中においた試料を一定の周波数・振幅で振動させ、試料近辺に配置した検出コイルに誘起される起電力を検出することにより、試料の磁化特性を測定する装置である。VSMの測定では、試料を一定の振動数、振幅で振動させる。試料の振動に伴い、試料中を通る磁束が変わり、コイルに起電力Vcoilが誘起する。

   Vcoil = 2πf CmA sin(2πf t)

Vcoilはコイルに発生した誘導起電力、f は振動数、C は定数、m は磁化、A は振幅、t は時間である。この関係から、Vcoilを測定することにより磁化m を求めることができる。


我々の研究室にあるVSM測定装置はN88BASICによる自動測定を行ってきたが、測定精度が粗いために体積の小さなサンプルでは信号が小さく十分な測定が出来ないことが問題であった。また、今後の測定を行っていくうえで、Windows98では安定した動作が難しいため、今回LabVIEWによる自動測定プログラムの構築を行った。次に、このシステムを構築するうえでLabVIEWを用いた理由について説明する。研究室において学生は修士で卒業する場合が多く、研究室に所属する期間としては約3年と短い。そのためプログラムを作った本人以外が見てもある程度分かるプログラムを作る必要がある。そこでグラフィカルインターフェースに優れているLabVIEWによるプログラムを採用した。

【課題】
従来のシステムではDMMのアベレージングも適切でなく、また印加磁界の調節に対してフィードバック制御を行っていないため測定精度に難点があった。さらに測定後のデータ補正を行っていないため後に各自で補正作業を行う必要があった。そこで今回、DMMの測定精度を上げ、さらに印加磁界の調節に対しフィードバック制御を行うことで十分な精度で測定できるプログラムを作成することを課題とした。

【ソリューション】
システム構成
図2にシステムの構成図を示す。まず磁界発生コイルにバイポーラ電源によって電流を印加することで磁界を発生させるが、今回のプログラムでは発生させた磁界をガウスメータで測定し、その値を参照することでさらに目標値に近接させるようなフィードバック制御を行っている。また、各磁界での磁化をVSM装置からDMMで読み取っている。この時DMMのアベレージングに加え、複数回の読み取り値の差がある一定以内に落ち着くように待機時間を調節している。

使用機器及びソフトウェア
DC Source(定電圧源)、DMM 2台(磁界、磁化測定)、バイポーラ電源、ガウスメータ

【結果】
このプログラムによって測定したFe薄膜のVSM測定結果を図3に示す。図3(a)が従来のプログラムで測定した結果であり、非常に測定精度が荒く、体積の小さなサンプルではノイズが多く、ゼロ磁場付近の残留磁化が測定できていない。図3(b)に本プログラムによる測定結果を示す。先ほどノイズに埋もれていたヒステリシス特性が鮮明に測定することができている。

【まとめ】
従来システムでは測定することができなかった体積の小さいサンプルに対しても十分な精度で測定することに成功した。Cおよびベーシックなどの言語では1ヶ月程度要すると予測されるプログラム開発期間は、グラフィカルで直感的に理解し易いLabVIEWを用いたことで1週間程度とすることができた。また、一般的に煩雑なGUIの作成が、LabVIEWでは極めて簡単に行えるため、プログラムやコンピュータの操作に不慣れなユーザーにも簡単に操作できるプログラムの開発が短期間でできた。

Author Information:
野田 憲司氏
九州大学 大学院 システム情報科学府 松山研究室

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