Магнитооптический гистериограф Советский патент 1984 года по МПК G01R33/14 

Изобретение относится к магнитным измеренййм, в частности к магнитооптическим гистериографам для регистрации динамической петли гистерезиса, основанным на эффектах Керра и Фарадея, и может быть использовано для изучения магнитных свойств макро- и микроучастков образцов различных классов ферромагнтиков.

Известен магнитооптический гистериограф для регистрации динамических петель гистерезиса, основанный на эффектах Фарадея и Керра содержащий источник излучения, поляризатор , намагничивающую систему для перемагничивания образца с преобразователем напряженности магнитного поля в электрический сигнал, генератор переменного тока, анализатор, приемник излучения, предварительный широкополосный усилитель, двухкоординатный регистратор (осциллограф) С 1

Однако такой магнитооптический гистериограф обладает рядом недостатков. Ему свойственны значительная аддитивная погрешность регистрации, обусловленная шумами источника и приемника излучения, попадающими в широкую полосу пропускания регистрирующей системы, а также ограниченный сверху частотный диапазон перемагничивания образцов из-за необходимости расширения полосы пропускания регистрирующего тракта при увеличении частоты перемагничивания и соответствующего возрастания аддитивной погрешности.

Наиболее близким к изобретению п техни хеской сущности является магнитооптический гистериограф, в котором использован метод оптического стробирования с разовой коммутацией для регистрации динамических петель гистерезиса, содержащий оптически связанные источник излучения, поляризатор, анализатор и приемник излучения, последовательно соединенные генератор переменного тока, намагничивающий блок и преобразователь напряженности магнитного поля в электрический сигнал, последовательно соединенные стробоскопический преобразователь, синхронизатор и коммутатор, подключенный к управляющему входу источника излучения, а также последовательно соединенные узкополосный усилитель синхронный детектор и регистратор, второй .вход которого подключен к выходу стробоскопического преобразователя, вторым входом соединенного с первым входом коммутатора, при этом выход преобразователя напряженности Магнитного поля в электрический сигнал подключен к выходу стробоскопического преобразователя,

а выход приемника излучения - к входу узкополосного усилителя С2.

Однако известному гистериографу свойственна неудовлетворительная точность, обусловленная широким частотным спектром импульсного потока излучения, создающим помеху на частотах, близких к частоте регистраци

Уменьшение влияния помехи на результат измерения может быть достигнуто уменьшением полосы пропускания регистрирующей системы, однако это приводит к увеличению времени регистрации, а следовательно, и увеличению погрешности, обусловленной дрейфом выходного сигнала.

Цель изобретения - повьпиение точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в магнитооптический гистериограф, содержащий оптически связанные источник излучения, поляризатор, анализатор и приемник излучения, последовательно соединенные генератор переменного тока, намагничивающий блок и преобразователь напряженности магнитного поля в электрический сигнал, последовательно соединенные стробоскопический преобразователь, синхронизатор и коммутатор, подключенный к управляющему входу источника излучения, а также последовательно соединенные узкополосный усилитель, синхронный детектор и регистратор, второй вход .которого подключен к выходу стробоскопического преобразователя, вторым входом соединенного с первым входом коммутатора, при этом выход преобразователя напряженности магнитного поля в электрический сигнал подключен к выходу стробоскопического преобразователя, а выход приемника излучения - к входу узкополосного усилителя, дополнительно введены последовательно соединенные сумматор, делитель частоты, генератор пилообразного напряжения, фильтр нижних частот и компаратор, при этом первый и второй входы сумматора соединены соответственно с перВЕлм и вторым выходами синхронизатора, вход фильтра нижних частот подключен к второму входу компаратора, выход которого соединен с вторь входом синхронного детектора и третьим входом коммутатора.

На фиг.1 изображена структурная схема магнитооптического гистериографа; на фиг.2 - диаграмма формирования потока, падающего на приемник излучения.

f Магнитооптический гистериограф содержит оптически связанные источни 1 излучения, поляризатор 2, анализатор 3 и приемник 4 излучения, последовательно соединенные генератор 5 переменного тока, намагничивающий

блок 6 и преобразователь 7 напряженности магнитного поля в электрический.сигнал, последовательно соединенные стробоскопический преобразователь 8, синхронизатор 9 и коммутатор 10, подключенный к управляющему входу источника 1 излучения, а так.же последовательно соединенные узкополосный усилитель 11, синхронный детектор 12 и регистратор 13, второй вход которого подключен к выход стробоскопического преобразователя 8, вторым входом соединенного с первым входом коммутатора 10, При этом выход преобразователя 7 напряженности магнитного поля в электрический сигнал подключен к выходу стробоскопического преобразователя 8, а выход приемника 4 излучения - к входу узкополюсного усилителя 11, последовательно соединенные сумматор 14, делитель 15 частоты, генератор 16 пилообразного напряжения, фильтр 17 нижних частот и компаратор 18, при этом первый и второй входы сумматора 14 соединены соответственно с первым и вторым выходами синхронизатора 9, вход фильтра 17 нижних частот подключен к второму входу компаратора 18, выход которого соединен с вторым входом синхронного детектора 12 и третьим входом коммутатора 10, а также образец 19.

Магнитооптический гистериограф работает следующим образом.

Генератор 5 переменного тока вьграбатывает ток заданной частоты, который с помощью намагничивающего блока б. преобразуется в напряженность магнитного поля Н(фиг.2а), перемагничивающую испытуемый образец 19. В качестве намагничивающего блока 6 используется система катуше Гельмгольца, а в качестве генератора 5 переменного тока, усилитель мощности, подключенный к генератору переменного синусоидального напряжения. С выхода преобразователя 7 напряженности магнитного поля в электрический сигнал, например, образцового регистратора, переменное напряжение поступает на вход синхронизатора 9, который вырабатывает импульсы синхронизации с большой скважностью и частотой, равной частоте входного напряжения. Импульсы на первом и и втором и выходах синхронизатора 9 отличаются между собой лишь фазовьш сдвигом на 180° (фиг. 2 б, в), причем фазовый сдвиг импульсов синхронизации по отношегию к выходному напряжению медленно и монотонно изменяется. Время, в течение которого фазовый сдвиг изменяется на 360°, соответствует времени регистрации полной петли

гистерезиса. С одного из выходов синхронизатора 9 импульсы гоступают на опорный вход стробоскопического преобразователя 8, который преобразует сигнал с выхода преобразо5 вателя 7 напряженности магнитного поля в медленно меняющееся напряжение, величина которого пропорциональна мгновенному значению Н в момент действия импульса син10 хронизации. Таким образом выходной сигнал стробоскопического преобразователя 8 повторяет форму входного сигнала, но период выходного сигнала равен времени -регистрации

5 петли гистерезиса. Далее выходной сигнал поступает на Х-вход двухкоординатного регистратора 13. Кроме того, с обоих выходов синхронизатора 9 импульсы поступают на

Q коммутатор 10 и через сумматор 14 на делитель 15 частоты. Коэффициент деления делителя 15 частоты устанавливается оператором и представляет собой нечетное число (2п-1), следо5 вательно, выходные импульсы делителя

15 Цд (фиг.2 г) 16 следуют с частотой в (2п-1)/2 раз ниже частоты следования импульсов синхронизации. Под действием этих импульсов генератор 16 пилообразного напряжения вы0рабатывает пилообразное напряжение (фиг. 2 д), которое сравнивается компаратором 18 с постоянной составляющей этого напряжения, получаемое с помощью фильтра 17 нижних частот.

Выходное напряжение компаратора 18 U2 (фиг.2 е) представляет собой прямоугольные имп льсы с длительностью, равной половине периода и следующие с частотой в (2п-1)/2 раз ниже час0 тоты следования импульсов синхронизации. Этим напряжением управляется коммутатор 10, который поочередно с частотой управляющего сигнала подает импульсы с выходов син5 хронизатора 9 на синхронизирующий вход импульсного источника 1 излу7 чения. В качестве импульсного источника 1 излучения используется лазер непрерывного действия с

Q электрооптической ячейкой Поккельса. Излучаемые импульснЕлм источником 1 импульсы излучения Ф (фиг.2 ж) проходят через поляриза- . тор 2 и падают на образец 19. Азимут - поляризации отраженных от образца

19 импульсов изменяется по отношению к азимуту поляризации падающих импульсов на угол V, прямо пропорциональный величине мгновенной намагниченности М (фиг.2 з) освещен0 ного участка образца 19, причем . знак угла V меняется с частотой выходного напряжения коммутатора 10. После прохождения анализатора 3 изменение азимута поляризации им5 пульсов излучения преобразуется

в изменение интенсивности Ф {фиг.2 и). Приемник 4 излучения преобразует падающий на него поток излучения в электрический сигнал, из которого узкополосным усилителем

11выделяется и усиливается напряжение (Изменяющееся с частотой выходного напряжения компаратора 18, детектируется синхронным детектором

12и подается на У-вход двухкоординатного регистратора 13. Выходное напряжение синхронного детектора

12 повторяет форму периодического с частотой перемагничивания изменения намагниченности освещенного

участка образца 19, но период этого напряжения равен времени регистрации петли гистерезиса.

Таким образом, при регистрации динамической петли гистерезиса исключается помеха в диапазоне частот 0,5-1,5 частоты регистрации. Тем самым достигается повышение точности измерений. Магнитооптический гистериограф позволяет регистрировать динамические петли гистерезиса в широком диапазоне частот перемагничивания и значительно снизить погрешность измерения параметров магнитных материалов.

МАГНИТООПТИЧЕСКИЙ ГИСТЁРИрГРАФ, содержащий оптически связанные источник излучения, поляризатор, анализатор и приемник излу- . чения, последовательно соединенные генератор переменного тока, намагничивающий блок и преобразователь напряженности магнитного поля в электрический сигнал, последовательно соединенные стробоскопический преобразователь, синхронизатор и коммутатор,,подключенный к управляющему входу источника излучения, а также последовательно соединенные узкополосный усилитель, синхронный .детектор к регистратор,второй вход которого подключен к выходу стробоскопического преобразователя, вторым входом соединенного с первым входом коммутатора при этом выход преобразователя напряженности магнитного поля в электрический сигнал подключен к выходу стробоскопического преобразователя, а выход приемника излучения - к входу узкополосного усилителя, отличающийся тем,ЧТО, с целью повышения точности измерений, в него i дополнительно введены последовательно соединенные сумматор, делитель (Л частоты, генератор пилообразного напряжения, фильтр нижних частот, и компаратор, при этсм первый и второй входы сумматора соединены соответственно с первым и вторым выходами синхронизатора, вход фильтра нижних частот подключен к второму входу компаратора, выход которого соединен с вторым входом синхронного детектоX) ра и третьим входом коквиутатора. D1 :о

I I I

I/

I I 11 t

Фцъ.1