Способ измерения магнитного поля магниторезистивным датчиком Советский патент 1984 года по МПК G01R33/02 

Изобретение относится к магнитным измерениям и может использоваться в низкотемпературной электротехнике.

Известен способ измерения магнитного поля магниторезистивным датчиком, в котором датчик помещают в исследуемое магнитное поле, а напряженность поля определяют по величине относительного приращения сопротивл1ения магниторезистора 13.

Недостатками способа являются температурная нестабильность нулевого сигнала и низкая чувствительность определяемая лишь увеличением магнитосопротивления материала датчика в магнитном поле.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ измерения магнитного поля двумя магниторезистивными датчиками, в котором датчики запитывают

периодическим разнополярным напряжением одинаковой амплитуды, синхронно с ним создают поле подмагничивания, получая при этом периодические чередования положительных и отрицательных приращений сопротивлеНИИ датчиков, по величине которых определяют величину магнитного поля С2.

СЗднако этот способ сложён в реализации, требует два датчика, блок подмагничивания, схемы модуляции и детектирования выходногр сигнала, при этом его чувствительность при температурах ниже 10 К такая же, как и при 300 К и не превышает чувствительности известного способа.

Цель изобретения - повышение чувствительности способа измерения магнитного поля магниторезистивным датчиком при рабочих температурах ниже 10 К.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения магнитного поля магниторезистивным датчиком, в котором датчик запитывают периодическим напряжением, а величину магнитного поля определяют по величине относительного приращения сопротивления датчика, датчик охлаждают до температуры ниже 10 К и поочередно запитывают напряжением с меньшим значением на меньше, и с большим значением на 10-50% больше напряжения примесного пробоя материала датчика, а величину магнитного поля определяют по сумме относительного изменения сопротивления датчика в магнитном поле .при меньшем и при большем значениях напряжения запитки.

Увеличение чувствительности в предлагаемом способе объясняется тем, что.величина и характер изменения сопротивления магниторезистивного датчика при низких температурах в магнитном поле зависит от величины приложенного к датчику электрического поля, а именно в слабом электрическом поле, меньшем поля низкотемпературного примесного пробоя, сопротивление датчика в магнитном поле уменьшается (отрицательный магниторезистивный эффект), а в большем поле пробоя - увеличивается (положительный магниторезистивный эффект).

Граница подаваемого на датчик напряжения меньше на 30% напряжения примесного пробоя обусловлена уменьшением отрицательного магнитосопротивления при приближении к пробою, а на 90% - напряжением шумов. Граница больше на 10% обусловлена возможностью срыва пробоя магнитным полем при меньших полях, а на 50% перегревом датчика при приложении большего Напряжения.

Кроме уменьшения температурной нестабильности нулевого сигнала, связанной с возможностью усреднения измеряемого магниторезистивного эффекта известными устройствами благодаря питанию датчика периодическим напряжением, в предлагаемом способе происходит дополнительная компенсация температурной нестабильностТи, также приводящая к повышению пороговой чувствительности. Действительно, температурное увеличение (уменьшение,) сопротивления датчика лR/R g приводит к уменьшению (увеличению) относительного изменения его сопротивления маг-г нитным полем в области отрицательного магниторезистивного эффекта

ufT ЛЕЙ ЛНт

- И увеличению

«о о

(уменьшению) в области положительного магниторезистивного эффекта

лк;

4R R,

R,

о о о

Суммарное изменение сопротивления датчика будет равно

лК

.R; .

I

-D- t

ТГ

Пп I 1, 0 о

откуда видно, что температурное изменение сопротивления датчика суммируется с противоположными знаками , что приводит к уменьшению температурной нестабильности измерений.

На фиг.1 показана форма напряжения, которым запитывают магниторезистивный датчик; на фиг.2 - градуировочный график для датчика, изготовленного из п-арсенида галлия.

Примером практической реализации предложенного способа может служить измерение магнитного поля сверхпроводящего соленоида при Т 4,2 К магниторезистивным датчиком, изготовленным из п-арсенида галлия с концентрацией носителей 4,6«10 см. Напряженность поля низкотемпературного примесного пробоя в таком датчике 9 В/см. Датчик помещают в рабочий объем соленоида и на него периодически, подают напряжение, форма которого показана на фиг.1, обеспечивающее напряжен ость электрического поля в датчике 1 В/см и 10 В/см. Определяют относительное уменьшение сопротивления датчика магнитным поле при напряженности электрического поля 1 В/см и относитеjbHoe увеличение - при 10 В/см.Величину магнитног поля определяют по градуировочному графику (фиг.2) зависимости суммы относительного изменения сопротивления датчика магнитным полем в допробойном и послепробойном электрическом поле. Так, в магнитном поле напряженностью 3 кЭ относительное уменьшение сопротивления датчика при электрическом поле 1 В/см составляет 5% и увеличение при 10 В/см - 5% Сумма относительного изменения сопротивления датчика 10%, следовательно, абсолютная чувствительность в данном случае в два раза превышает чувствительность способов, основанных на определении магнитного поля по величине относительного увеличения сопротивления датчика в магнитном поле. Таким образом, предложенный способ обеспечивает измерение более слабых магнитных полей, чем известный способ.

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ МАГНИТОРЕЗИСТИВНЫМ ДАТЧИКОМ, В котором датчик запитывают периодическим напряжением, а величину магнитного поля определяют по величине относительного приращения сопротивления датчика, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности, датчик охлаждают до температуры ниже 10 К, и поочередно запитывают напряжением с меньшим значением на 30-90% меньше, и с большим значением на 10-50% больше напряжения примесного пробоя материала датчика, а величину магнитного поля определяют по сумме отноi сительного изменения сопротивления kn датчика в магнитном поле при меньшем и при большем значениях напряжения запитки. х ел к а: