Устройство для измерения напряженности магнитного поля Советский патент 1984 года по МПК G01R33/32 G01R33/05 

к,

Фиг.1 I Изобретение относится к магнитным измерениям, в частности для измерения и контроля магнитного по.ля в миниатюрных и сверхминиатюрных магнитных системах, а также измерения пространственньк характеристик поля в магнитных системах для запоминающих устройств на цилиндрически магнитных Доменах, твердотельных СБ приборов и т.п. Известно устройство для измерени напряженности магнитного поля соде жащее магнитооптический активный элемент, оптические поляризатор и анализатор, шкалу отсчета. Устройст во использует эффект поворота плоскости поляризации света в магнитооптически активной среде (эффект .Фарадея), размещенной между оптическими поляризаторами и анализатором fj .. Известное устройство не может . быть использовано для измерения полей в миниатюрных магнитных систе мах и не может обеспечить высокий пространственной разрешающей способ ности. Это связано с тем, что в устройстве используется явление вра ния плоскости поляризации света, пр шедшего через чувствительный элемент (эффект Фарадея), что требует обязательного присутствия поляризую щей и анализирующей оптики,, располо женной вблизи магниточувствительног элемента. При згменьшении габаритов магниточувствительного элемента до со.тых долей миллиметра конструктивн и технологически очень трудно изготовить таких же размеров оптические элементы и обеспечить их необходиму ориентацию. Использование жесткой системы с разнесенными источником света, маг-нитооптическим чувствительным элементом, фокусирующей поляризующей и анализирующей оптикой, фотоприемНИКОМ не позволяет снимать простран ственное распределение магнитного поля, поскольку перемещение измерительного устройства приводит к разъюстировке системы из-за значительной длины базы датчик-прибор и малых размеров чувствительного эл мента, что приводит к появлению сис тематических ошибок. Наиболее близкИм к изобретению является устройство, содержащее дат чик из магнитооптически активного 6 материала, поляризаюр, анализатор и оптическую систему, в состав которой входит световод; регистрирующий прибор 2 . Известное устройство также не обеспечивает достаточной точности измерений, поскольку его минимально достижимые размеры ограничены возможностями технологической операции полировки с высокой степенью чистоты торцов датчика и.выдерживания их строгой плоскопараллельности, а также техническими возможностями изготовления поляризующей и анализирующей оптики.. Цель изобретения - повышение точности измерений при одновременном уменьшении габаритов. . Цель достигается тем, что в устройстве для измерения напряженности магнитного поля, содержащем, источник оптического излучения, магниточувствительный элемент и фотоприемник, лежащие на одной, оси, магниточувствительный элемент выполнен в виде отрезка световода прямоугольной формы, на широкую стенку которого нанесена изотропная ферромагнитная пленка, обладающая экваториальным эффектом Керра,, имеющая оптический контакт со световодом и выполнен- . ная в форме круга, диаметр которого численно равен величине пространственной разрешающей способности. На фиг. 1 изображена блок-схема устройства для измерения напряженности магнитного поля; на фиг. 2 - график зависимости д1 1(н). Устройство содержит источник 1 оптического излучения, отрезок прямоугольного световода 2, изотропную ферромагнитную пленку 3, обладающую экваториальным эффектом Керра, имеющую форму круга, фотоприемник 4, лежащие на одной оси, устройство располагается таким образом, чтобы ферромагнитная, обладающая экваториальным эффектом Керра, пленка 3 находилась в той же точке пространства, где необходимо измерить напряженность магнитного поля. Устройство работает следующим образом Пучок света от источника 1 излучения направляется в отрезок прямоугольного световода 2. Проходя по прямоугольныму световоду свет испытывает полное внутреннее отражение от его стенок, а также отражение от участка стенки световода с нанесенной ферромагнитной пленкой 3 и с выхода прямоугольного световода 2 попадает в фотоприемний 4. При помещении устройства в магнитное поле, направленное по оси, перпендикулярной оси световода и лежащей в плоскости нанесенной на светодиод пленки, коэффициент, отражения участка стенки световода с нанесенной пленкой для света, имеющего поляризацию Е , перпендикулярную плоскости пленки, за счет экваториального эффекта Керра будет меняться. Изменение коэффициента отражения пропорционально величине индукции магнитного .поля в ферромагнитной пленке зависит от направления вектора индукции магнитногополя и приводит к изменению интенсивности света, регистрируемого фотоприемником. После калибровки устройства в известном . магнитном поле (например, с помощью катушек Гельмгольца) по полученной характеристике изменения интенсивности света, регистрируемого фотолриемником 41 в/зависимости от напряженности внешнего магнитного поля Н Л f (н) (фиг. 2), путем обратных отсчетов можно производить измерение напряженности неизвестного поля, Н } ( bt ). Необходимый диапазон измерения напряженности магнитного поля J)H может достигаться путем, изменения толщины нанесенной ферромагнитной пленки, а также выбросом типа материала. Так рабочий диапазон устройства с пленко из пермаллоя 79НМ толщиной 2000 А составлявJ 0-1 Э, при толщине плен ки 25000 А - О - 5 Э. При замене пленки на никелевую рабочий диапазон составляет соответственно О -.30 Эй О - 100 Э и вьшге. . Поскольку устройство измеряет только одну компоненту магнитного поля, а именно составляющую , перпендикулярную оси световода, то для обеспечения одинаковой пространственной разрешающей способности и обеспечения постоянства возмущения поля для случая произвольной его ориентации в плоскости .X, у (в частности, для вращающегося поля в магнитной системе для запоминающих.устройств -. на цилиндрических магнитных доменах) ферромагнитная пленка выполнена в форме круга и не должна иметь явно ; выраженной оси легкого намагничивания, т.е. быть неориен ированной. Пространственная разрешающая способность устройства определяется геометрическими размерами нанесенной на широкую стенку световода ферромагнитной пленки и для случая круговой формы пленки разрешающая способность численно равна диаметру круга и может достигать сотых миллиметров и меньше при применении фотолитрграфических методов нанесения пленки. Таким образом, устройство позволяет измерять напряженность магнитно- го поля с высокой пространственной разрешающей способностью, достигающей с оть1х долей миллиметра, обеспечивает постоянство разрешающёй способности и возмущения Поля, при произвольной ориентации в плоскости пленки исследуемого магнитного поля, позволяет производить измерения в различных диапазонах -напряженности магнитного поля без ухудшения пространственной разрешающей способности, позволяет существенно уменьшить габариты устройства JB упростить его Конструкцию за счет исключения поляризующей и анализирующей оптики.

Фиг.2

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НАПРЯЖЕННОСТИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ, содержащее источник оптического излучения, магниточувствительный элемент и фотоприемник, лежащие на одной оси, отличающееся тем, что, с целью повьшения точности измерений при одновременном уменьшении его габаритов, магниточувствительный элемент выполнен в виде отрезка световода прямоугольной формы, на широкую стенку которого нанесена изотропная ферромагнитная штенка, обладающая экваториальным эффектом Керра, имеющая оптический i контакт со световодом и выполненная в форме круга, диаметр которого (Л численно равен величине пространс ственной разрешающей способности.