Способ измерения неоднородности напряженности магнитного поля магнитоградиентным гальваномагниторекомбинационным датчиком Советский патент 1987 года по МПК G01R33/06 

Изобретение относится к области , магнитных измерений и предназначено для измерения градиентов напряженности и относительной неоднородности магнитного поля.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей способа путем измерения градиента напряженности магнитного поля.

На фиг.1 представлены перераспределения концентрации электронно-дырочных пар по сечению датчика с большими скоростями поверхностной рекомбинации в направлении силы Лоренца в однородном магнитном поле (кривая а) прк наличии градиента магнитного поля (кривая Ь), а в неоднородном магнитном поле при наличии неоднородного разогрева датчика в направлении силы Лоренца (кривая с); на фиг.2 - устройство для реализации предлагаемого способа.

Сущность способа состоит во взаимодействии термоградиентного магнито концентрационного и магнитоградиент- ного эффектов, При помещении полупроводникового магнитоградиентного датчика, выполненного в виде пластины с токовыми омическими контактами на торцах и имеющего области с повьшен- ными скоростями поверхностной рекомбинации, в переменное магнитное поле градиент которого направлен по нормали к этим граням .из-за перераспреде

ления электронно-дырочных пар (крива фиг.1), происходит изменение сопротивления датчика. При наличии градиента температуры между этими боковыми гранями происходит дополнительное перераспределение концентрации электронно-дырочных пар (кривая фиг.О, которое нелинейным образом зависит от градиента температуры и магнитног поля, причем изменение электропроводимости или сопротивления образца в переменном магнитном поле от взаимодействия этих эффектов не зависит

f-.Kb).

(р(Т,) - р(Т,))Н, +

прйН, (1)

где АН H(d) - H(-d), K(u)

ё31- (jy-.tJin.- 13„ libAlAl Tn +рУ + PlUpI 2и

13189462

Как видно из (1), изменение электропроводимости линейно зависит от Hj, и ДН. Всегда можно выбрать .такие темТ, + Т4

2

5 пературы Т и Т, (причем

- средняя температура дат« йен чтобы -т0,

10

При этом

йН Н

.i Bl ip. ElIil I eil2l

о п „ +

пр

(2)

где концентрации п,р и подвижности |и„ и jUp электронов и дырок определены при температуре Т,

В качестве материала для магнито- градиентных датчиков обычно используются полупроводники с собственной проводимостью (п р).

Поэтому для случая собственного полупроводника из (2) находим

Л.Н DilLl.- пЦгЛ HO п(Т,У

(3)

с

0

а так как п

(t)

чательно из (З) получаем

н - .

ехр

П;ехр(- окон6

Н,

- ехр

2К,Т,ТТ2 + fj

..Eiili.I-iLL 2K,, + ТЛ

(4)

где Ett. - щирина запрещенной зоны.

Устройство для реализации предлагаемого способа (фиг.2) содержит маг- ниточувствительный датчик 1, подключенный своими токовыми контактами 2 и 3 через ограничительный резистор 4 к источнику 5 тока, индикатор 6 напряжения, подключенный через фильтр 7 к магниточувствительному датчику 1. К поверхностям 8 и 9 магниточувстви- тельного датчика подсоединены термопары 10 и 11, которые подключены к измерительным приборам 12 и 13. Поверхности 8 и 9 магниточувствйтель- ного датчика находятся в тепловом контакте с радиаторами 14 и 15, один из которых является нагревателем и подключен к источнику 16 тока, а другой, через который течет вода или циркулирует охлажденный азотом воз- дух, является охладителем.

Измерения градиента напряженности магнитного поля и ее относительной неоднородности производятся следующим образом.

Магниточувствительный магнитогра- диентный датчик, вьшолненный из электронного германия с удельным сопротивлением см, размерами 8-42 мм и большими скоростями по-. верхностной рекомбинации на его гранях, находящимися в тепловом контакте с радиаторами 14 и 15, помещают в-переменное магнитное поле, градиент которого направлен по нормали к гра- ням с большими скоростями поверхностной рекомбинации. Измеряют изменение сопротивления датчика в неоднородном переменном магнитном поле при температуре Т, 320 К, которое оказалось uR 80 Ом, Далее, включая нагреватель и охладитель радиаторов 14 и 15, создают разность температур между

5 к, при этом среддатчика Т

ь

(Тл + т) сохраняется такой же

TO

320 К, Измеряют изменение сопротивления датчика в магнитном поле. В случае его увеличения разворачивают датчик вокруг своей оси на 180 так, чтобы изменение сопротивления в магнитном поле уменьшилось. Далее увеличивают разность температуры между гранями датчика до величины Т - Т 18 К, при которой изменение сопротивления датчика в неоднородном переменном магнитном поле становится рав- ньтм.нулю. Измеряют температуры на противоположных гранях, которые ока

зались Т, 311

К и Tj 329 К. Относительную неоднородность магнитного поля вычисляют rio формуле (4). Поскольку EJ 0,675, а КБ l,38it к Дж/К, получаем дН/Н 0,3,

5О 5

189464

Таким образом, использование пред- лагаемого способа дает возможность одним и тем же магниточувствительным датчиком измерять как градиент напряженности, так и его относительную неоднородность,-что расширяет функциональные возможности способа. Формула изобретения

Способ измерения неоднородности напряженности магнитного поля магии- тоградиентным гальваномагнитореком- бинационным датчиком, включающий регистрацию изменения падения напряжения на датчике при помещении его в

измеряемое поле, о тличающи и- с я тем, что, с целью расширения его функциональных возможностей, одну из боковых граней датчика, имеюйщх большую скорость поверхностной рекомбинации, нагревают, а другую охлаждают, поддерживают постоянной среднюю тем--. пературу датчика, увеличивают раз-; «ость температур этих граней до достижения нулевого значения изменения падения напряжения, а относительную неоднородность магнитного поля определяют из выражения

АН - J-i- 2К,Т, Т,

Ti - Т,

н.

- т т7

-ехр

с,- i il

2KJ,

Т. + Т,

где лН, HO - неоднородность и напряженность магнитного поля;

Tj и Т, - температуры на противоположных гранях магнито- градиентного датчика; Kg - константа Больцмана; Ед - ширина запрещённой зоны полупроводника,

И

п.

Фиг.1

Способ измерения неоднородности напряженности .магнитного поля (МП) магнитоградиентным гальваномагниторе- комбйнационным датчиком (МГД) заключается во взаимодействии термоградиентного магнитоконцентрационного и магнитоградиентного эффектов. Нагревают одну из боковых граней МГД, имеющую большую скорость поверхностной рекомбинации, а другую охлаждают. Уменьшением изменений падения напряжения на МГД при помещении его в МП поддерживают постоянной среднюю температуру МГД,увеличивают разность температур обеих граней МГД до достижения нулевого значения напряжения и определяют неоднородность МП из выражения ДН/Н, ехр .Т, . ( J/(, )- -ехр ,,Т(, )/(, где 4Н, Нд - неоднородность и напряженность МП; Т,Т - температуры на противоположных гранях МГД; Kg - константа Больцмана; Е - ширина запрещенной зоны полупроводника. Способ позволяет одним и тем же МГД измерять градиент напряженности и его относительную неоднородность. 2 ил. (Л

Составитель Г.Клитотехнис Редактор А.Гратилло Техред М.Ходанич Корректор Г.Решетник

2506/39

Тираж 730Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная,А

fe.2