Гистериограф Советский патент 1987 года по МПК G01R33/14 G01R33/07 

Изобретение относится к средствам измерений свойств магнитных материалов и предназначено в основном для снятия динамической петли гистерезиса тонких магнитных пленок.

Известен гистериограф, который содержит намагничивающую систему в виде двойного симметричного ярма с размещенными на нем обмотками, подключенными к генератору переменного тока, и два датчика Холла с соответствующими измерительными трактами и графопостроителем. Обмотка намагничивания расположена на симметричном ярме так, что при ее запитке перемен- ным током основной магнитный поток, вызываемый магнитодвижущей силой этой обмотки с током, пронизывает боковые

последних намагничивающее образец магнитное поле. Напряженность намагничивающего магнитного поля измеряется датчиком Холла, размещенным в зазоре одного из боковых стержней ярма l ...

При подключении обмотки ярма к генератору переменного тока магнитный поток в центральном стержне ярма отсутствует, если в зазоре его бокового; стержня отсутствует испытываемый образец, так как магнитная система в зтом случае сбалансирована. При этом на датчик Холла, который установлен в зазоре центрального стержня ярма и предназначен для измерения магнитной индукции в испытываемом образце, не действует переменное магнитное намагничивающее поле. Следовательно, вторая половина ярма с.расположенными на нем секциями обмотки является в этом гистериографе элементом компенсации непосредственного влияния намагничивающего ма-гнитного поля на датчик магнитной индукции в образце. Внесение в зазор одного из боковых стержней ярма испытьтаемого магнитного образца, приводит к разбалансу магнитной системы за счет уменьВ узел 1 намагничивания помещают испытываемый образец 2. Катушка 3 узла намагничивания подключена к выходу генератора 4 переменного синусоидального Toica. Напряженность намагничивающего образец поля измеряется посредством датчика 5 Холла, а индукция в испытываемом образце 2 - посредством 6 датчика. Оба датчика запи- тываются от генератора 7 разнополяр- ных прямоугольных импульсов. Выходы датчиков 5 и 6 Холла подключены к входам соответствующих измерительных усилителей 8, выходы которых подсоешения магнитного сопротивления этого

зазора. Это приводит к появлению маг- 0 динены к сигнальным входам фазочувст- нитного потока в центральном стержне вительных детекторов 9, выходные нап- ярма, амплитуда которого пропорциональна магнитной индукции в испытьгоае- мом образце.

ряжения которых подводятся посредством полосовых фильтров 10, к входам регистрирующего прибора 11. Опорные 55 входы фазочувствительных детекторов

Сигналы, снимаемые с каждого из . 9 соединены с выходом генератора 12 датчиков Холла, являются аналогами опорных однополярных импульсов удво- магнитной индукции в образце и напря- енной частоты, синхронизируемого ге

0

0

женности действующего на него магнитного поля. ..

Недостатком известного гистерио- графа является его низкая точность, которая не позволяет производить регистрацию динамической петли гистерезиса тонких магнитных пленок при толщине последних менее сотых долей миллиметра.

Цель изобретения - повьшение точности гистериографа.

Поставленная цель достигается тем, что гистериограф, содержащий намагничивающую обмотку, подключенную к генератору переменного тока, два датчика Холла, выходы которых соединены с входами усилителей переменного тока, элемент компенсации и регистрирующий прибор, введены два фазочув- ствительных детектора, два полосовых фильтра и синхронизируемый генератор опорных импульсов, выход которого соединен с опорными входами фазочувст- вительных детекторов, причем выходы фазочувствительных детекторов соединены с соответствзтощими полосовыми . фильтрами, выходы которьпс подключены к входам регистрирующего прибора, а сигнальные входы фазочувствительных детекторов подключены к выходам усилителей переменного тока.

На фиг. 1 изображена блок-схема гистериографа; на фиг. 2 - осциллограммы сигналов в гистериографе, по- 5 ясняющие принцип его работы.

В узел 1 намагничивания помещают испытываемый образец 2. Катушка 3 узла намагничивания подключена к выходу генератора 4 переменного синусоидального Toica. Напряженность намагничивающего образец поля измеряется посредством датчика 5 Холла, а индукция в испытываемом образце 2 - посредством 6 датчика. Оба датчика запи- тываются от генератора 7 разнополяр- ных прямоугольных импульсов. Выходы датчиков 5 и 6 Холла подключены к входам соответствующих измерительных усилителей 8, выходы которых подсое5

0

0

5

0 динены к сигнальным входам фазочувст- вительных детекторов 9, выходные нап-

нератором питания датчиков. Для минимизации непосредственного влияния намагничивающего поля на датчик 6 индукции В испытуемом образце используется элемент 13 компенсации этого влияния.

Устройство работает следующим образом.

При подключении катушки 3 узла 1 намагничивания к генератору 4 пере- менного тока создается периодическое перемагничивающее образец магнитное поле. Для измерения напряженности намагничивающего образец поля используют датчик 5 Холла. Датчик Холла 6 используют для измерения индукции в испытательном образце. Этот датчик размещается в намагничивающем узле так, чтобы влияние н.амагничивающего поля на датчик при отсутствии испыты ваемого образца было минимальным.

Осциллограммы на фиг. 2 для наглядности приведены для двух различных моментов времени и справедливы для процессов происходящих как в тракте измерения напряженности намагничивающег поля,так ив тракте измерения магнитной индукции виспытьшаемом образце.

Осциллограммы а соответствуют случают, когда положительные импуль- сы управляющего тока датчика совпадают с максимумами положительных значений напряженности намагничивающего поля, действующего на один из датчиков Холла, ипи с максимальными зна- чениями индукции в образце, действующей на второй датчик Холла, соответственно. Осциллограммы i соответствуют ситуации, противоположной первой.

Генератор 7 питания датчиков 5 и 6 вырабатывает разнополярные прямоугольные импульсы равной амплитуды период Т ; следования которых квазиравен периоду повторения генератора 4 переменного тока, а следовательно, почти равен периоду колебаний напряженности Т( намагничивающего поля и индукции в образце 2 (фиг. 2а, б). При запитке управляющим током Iu(t)

датчиков Холла и воздействии на них переменного намагничивающего магнитного поля или поля рассеяния образца соответственно в их выходных сигналах присутствуют три составляющие: остаточное напряжение U датчика Холла (фиг. 2а, б), которое может быть выражено зависимостью

UOCT

ROCT l)(t),

где

сопротивление небаланса пластины датчика Холла.

Это напряжение повторяет собой форму управляющего тока датчика, так как изменение направления управляющего тока датчика приводит к изменению полярности остаточного напряжения датчика j напряжение индукционной наводки Е„„, (фиг. 2а, б), возникающее за счет токосцепления датчика с. магнитным полем

т-1 О

Инд 9КВ

где S,

К6

d B(r.)

ТГ

эквивалентная площадь контура, образованного конструктивными элементами датчика Холла-,

B(t) - магнитная индукция действующего на датчик магнитного поля;

холловское напряжение и, датчика (фиг. 2а, б), которое пропорционально управляющему току датчика и индукции действующего на него магнитного поля, т.е.

и y-i,,(t) B(t),

где J - чувствительность датчика.

5;

5

0

Поскольку изменение полярности импульсов управляющего тока датчиков в рассматриваемые промежутки времени сопровождается квазисинхронным изменением направления действующего на него магнитного поля, то холлов- :ское напряжение представляет собой в пределах рассматриваемых временных интервалов однополярные импульсы. Осциллограмма холловского напряжения, снятая за более длительный промежуток времени, представляет собой импульсную последовательность, модулированную по амплитуде. Форма огибающей импульсной последовательности повторяет собой форму индукции магнитного поля, действующего на датчик, ро в отличии от нее имеет значительно больший период повторения.

Результирующий сигнал (фиг. 2а,б) на выходе датчика, и на выходе усили- теля 8 представляет собой сумму трех перечисленных составляющих. Паразитные сигналы (индукционная наводка в цепях датчика Холла и его остаточное напряжение) изменяются с частотами О и «и соответственно,а огибающая холловского напряжения датчика изменяется во времени с разностной частотой этих сигналов, T.e.uw и, -соу.

5TI

С выходов усилителей 8 переменного тока эти напряжения подаются на сигнальные входы соответствующих амплитудных фазочувствительных детекторов 9, которые работают в ключевом режиме (фиг. 2а, б) поскольку на их опорные входы поступают однополярные импульсы, частота повторения которых вдвое больше частоты повторения импульсов управляющего тока датчиков. Опорные однополярные импульсы получают в генераторе 12 опорных импульсов синхронизируемом генератором 7. Осциллограмма 7а, б иллюстрирует фор му выходных напряжений фазочувствительных детекторов, представляющих собой сигналы типа меандр, смещенные

Редактор Е.Копча

Составитель И.Куницын

Техред В.Кадар Корректор М.Шароши

Заказ 2657/50Тираж 730 .Подписное

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, 4

207826

относительно нулевого (среднего) положения. Уровень смещения пропорционален холловской ЭДС датчика, на выходе соответствующего датчика опреде5 ляют измеряемую магнитную индукцию в исследуемом образце и напряженность намагничивающего его поля. Для получения полезной информации об измеряемых величинах необходимо вьщелить

JO из выходного сигнала составляющую с разностной частотой доз. Это осуществляется при помощи полосовых фильтров 10, которые настроены на разностную частоту Лео . Выходное напряжение по15 лосовых фильтров свободно от влияния остаточного напряжения датчика и индукционной наводки в его цепях.