СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ МАГНИТНОГО МОМЕНТА ОБРАЗЦОВ НА СКВИД-МАГНИТОМЕТРЕ Российский патент 2014 года по МПК G01R33/35 

Описание патента на изобретение RU2530463C2

Изобретение относится к устройствам для измерения переменных магнитных величин и может быть использовано при проведении магнитных измерений в следующих областях: физика магнитных явлений, палеомагнетизм, биомагнетизм.

СКВИД-магнитометр (магнитометр со сверхпроводящим квантовым интерференционным датчиком) представляет собой прибор для измерения магнитных полей и их градиентов. Его действие основано на эффекте Джозефсона [Кларк Дж. Принципы действия и применение СКВИДов. - ТИИЭР, 1989, т.77, №8, с.118-137].

Известен способ измерения магнитного момента образцов на СКВИД-магнитометре, при котором образец на держателе продвигается через приемные катушки сверхпроводящего градиентометра, вторичная катушка которого индуктивно связана со СКВИДом. При этом происходит изменение магнитного потока, величина которого зависит от положения образца. Расположению образца по центру первой и второй приемных катушек соответствует два пика в выходном сигнале магнитометра. Величина обоих пиков измеряется цифровым вольтметром, а из суммарной величины пиков, определяющей число квантов магнитного потока, производится вычисление величины магнитного момента образца [Бароне А., Патерно Дж. Эффект Джозефсона: физика и применения: Пер. с англ. - М.: Мир, 1984. - 640 с.; С.510-512] (прототип).

Недостатком известного способа является его высокие трудоемкость и сложность, так как для проведения одного измерения магнитного момента образца необходимо сначала произвести измерение величины каждого из двух пиков, затем провести ряд математических действий: определить суммарную величину пиков, сопоставить ее с числом квантов магнитного потока и, наконец, с учетом вклада в сигнал от держателя вычислить величину магнитного момента образца.

Техническим результатом изобретения является усовершенствование и упрощение методики измерения магнитного момента образцов на СКВИД-магнитометре.

Технический результат достигается тем, что в способе измерения магнитного момента образцов на СКВИД-магнитометре, включающем механическое передвижение образца, новым является то, что перед началом измерения образец помещают на удалении от приемных катушек вверху, на выходе магнитометра устанавливают нулевое напряжение, затем образец передвигают вниз в положение несколько ниже верхней приемной катушки, при этом регистрируют максимальную величину U^y выходного напряжения магнитометра, исходя из которой определяют магнитный момент М образца по формуле

M=k·UМАХд,

где k - калибровочная константа, Мд - вклад от держателя образца.

Сущность изобретения поясняется с помощью графических материалов. На фиг.1 представлена схема СКВИД-магнитометра. На фиг.2 приведена зависимость сигнала магнитометра от положения образца.

СКВИД-магнитометр содержит криостат 1, заполненный хладагентом 2, сверхпроводящий квантовый интерференционный датчик (СКВИД) 3, индуктивно связанный посредством вторичной катушки 4 со сверхпроводящим трансформатором 5 магнитного потока, приемные катушки 6, 7 которого включены по схеме градиентометра и расположены соосно с антидьюаром 8, в котором находится на держателе 9 исследуемый образец 10. Магнитное поле создается соленоидом 11. Соленоид 11, трансформатор 5, нижняя часть антидьюара 8 и СКВИД 3 заключены в сверхпроводящий экран 12 внутри криостата 1. СКВИД 3 подключен к электронному блоку 13, который своим выходом подключен к вольтметру 14. Выход блока 13 является выходом СКВИД-магнитометра.

Измерение магнитного момента образцов на СКВИД-магнитометре проводится следующим образом.

Криостат 1 заполняется хладагентом 2. Антидьюар 8 осуществляет тепловую развязку между хладагентом 2 и образцом 10, нагревом внутренней части антидьюара 8 устанавливается требуемое значение температуры образца 10. Пропусканием электрического тока через соленоид 11 устанавливается требуемое значение магнитного поля. Магниточувствительным датчиком магнитометра является СКВИДЗ. Экран 12 экранирует элементы устройства от внешних электромагнитных помех. Градиентометрическое включение приемных катушек 6,7 способствует подавлению помех, вызванных вариациями магнитного поля и микрофонным эффектом.

Исследуемый образец 10 с помощью держателя 9 помещается на удалении от приемных катушек 6, 7 вверху (положение А). Посредством переключения режимов в блоке 13 на его выходе устанавливается нулевое напряжение. Существует несколько способов установить нулевое напряжение на выходе магнитометра. Один из таких способов заключается в обнулении интегратора, входящего в состав электронного блока 13, например, путем кратковременного замыкания между собой обкладок интегрирующего конденсатора. Гораздо более совершенен способ с применением в составе электронного блока 13 специального устройства для установки пуля, выполненного на основе устройства выборки-хранения и дифференциального усилителя [RU 2246119 С1, кл. G01R 33/035, опубл. 10.02.2005].

Затем образец 10 на держателе 9 механически передвигается вниз в положение несколько ниже верхней приемной катушки 6 (положение Б). По мере перемещения образца 10 происходит изменение магнитного потока через катушки 6, 7, величина которого зависит от местоположения образца 10 (см. фиг.2). Наведенный сигнал передается во вторичную катушку 4 трансформатора 5, преобразуется СКВИДом 3 и поступает в электронный блок 13, в котором усиливается и проходит обработку. Напряжение U на выходе блока 13 регистрируется вольтметром 14. Выходной сигнал U магнитометра пропорционален изменению магнитного потока.

Когда образец 10 располагается по центру катушки 6, выходное напряжение магнитометра достигает своей максимальной величины UMAX. Из величины UMAX определяется магнитный момент М образца в соответствии с выражением

M=k·UМАХд,

где k - калибровочная константа, Мд - вклад от держателя образца.

Константа k определяется при калибровке магнитометра. Калибровка производится либо по образцу с известным магнитным моментом, либо по эталонной катушке с током. Вклад Мд от держателя определяется при измерении пустого держателя при условиях, идентичных условиям измерения исследуемого образца.

Похожие патенты RU2530463C2

название год авторы номер документа
СКВИД-МАГНИТОМЕТР ДЛЯ ФОТОМАГНИТНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 2012
  • Великанов Дмитрий Анатольевич
RU2515059C1
Способ определения напряжённости намагничивающего поля в магнитометрах со сверхпроводящим соленоидом 2015
  • Великанов Дмитрий Анатольевич
RU2613588C1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПАРАМЕТРОВ ВЕЩЕСТВА 1989
  • Силантьев А.В.
  • Алексеев Н.И.
SU1632171A1
Устройство для измерения магнитного потока 1988
  • Алексеев Николай Иванович
  • Силантьев Анатолий Владимирович
SU1684759A1
Держатель образца для СКВИД-магнитометра типа MPMS 2019
  • Великанов Дмитрий Анатольевич
RU2735000C1
Держатель образца для СКВИД-магнитометра типа MPMS 2019
  • Великанов Дмитрий Анатольевич
RU2726268C1
СКВИД-МАГНИТОМЕТР НА ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ПЛЕНКАХ 2000
  • Югай К.Н.
  • Муравьев А.Б.
  • Югай К.К.
  • Скутин А.А.
  • Сычев С.А.
  • Серопян Г.М.
  • Канев Е.А.
RU2184407C1
ПРИМЕНЕНИЕ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИ ДОПУСТИМОГО, КОРПУСКУЛЯРНОГО ФЕРРИМАГНИТНОГО ИЛИ ФЕРРОМАГНИТНОГО МАТЕРИАЛА, СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ МАГНИТОМЕТРИЧЕСКОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ, ПРОЦЕСС ОБНАРУЖЕНИЯ ИЗМЕНЕНИЙ, ПРИМЕНЕНИЕ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИ ДОПУСТИМЫХ ПАРАМАГНИТНЫХ, СВЕРХПАРАМАГНИТНЫХ, ФЕРРОМАГНИТНЫХ ИЛИ ФЕРРИМАГНИТНЫХ ЧАСТИЦ, УСТРОЙСТВО ФОРМИРОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ 1992
  • Йо Клавенесс
  • Торфинн Эге
  • Скотт М.Роклейдж
RU2137501C1
МАГНИТОМЕТР 1973
SU361452A1
КВАДРУПОЛЬНЫЕ ДЕТЕКТОРЫ МИН 1998
  • Гречишкин В.С.
  • Гречишкина Р.В.
RU2157002C2

Иллюстрации к изобретению RU 2 530 463 C2

Реферат патента 2014 года СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ МАГНИТНОГО МОМЕНТА ОБРАЗЦОВ НА СКВИД-МАГНИТОМЕТРЕ

Изобретение относится к устройствам для измерения переменных магнитных величин и может быть использовано при проведении магнитных измерений в следующих областях: физика магнитных явлений, палеомагнетизм, биомагнетизм. В способе измерения магнитного момента образцов на СКВИД-магнитометре, включающем механическое передвижение образца, новым является то, что перед началом измерения образец помещают на удалении от приемных катушек вверху, на выходе магнитометра устанавливают нулевое напряжение, затем образец передвигают вниз в положение несколько ниже верхней приемной катушки, при этом регистрируют максимальную величину UMAX выходного напряжения магнитометра, исходя из которой определяют магнитный момент М образца по формуле: М=k·UMAX-Mд, где k - калибровочная константа, Мд - вклад от держателя образца. Техническим результатом изобретения является усовершенствование и упрощение методики измерения магнитного момента образцов на СКВИД-магнитометре. 2 ил.

Формула изобретения RU 2 530 463 C2

Способ измерения магнитного момента образцов на СКВИД-магнитометре, включающий механическое передвижение образца, отличающийся тем, что перед началом измерения образец помещают на удалении от приемных катушек вверху, на выходе магнитометра устанавливают нулевое напряжение, затем образец передвигают вниз в положение несколько ниже верхней приемной катушки, при этом регистрируют максимальную величину UMAX выходного напряжения магнитометра, исходя из которой определяют магнитный момент М образца по формуле
M=k·UМАХд,
где k - калибровочная константа, Мд - вклад от держателя образца.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2014 года RU2530463C2

"Физические методы исследования конструкционных наноматериалов", учебно-методический комплекс дисциплины, Введенский В.Ю., МИСиС, Москва 2010, стр
Раздвижной паровозный золотник со скользящими по его скалке поршнями и упорными для них шайбами 1922
  • Трофимов И.О.
SU147A1
"XXXVI совещание по физике низких температур, Санкт-Петербург, 2-6 июля 2012, тезисы докладов"
"Исследование магнитных свойств монокристаллов CoSi", В.Н
Нарожный,
В.Н
Краснорусский, стр.

RU 2 530 463 C2

Авторы

Великанов Дмитрий Анатольевич

Даты

2014-10-10Публикация

2012-12-19Подача