Способ определения напряженности статического периодического магнитного поля Советский патент 1989 года по МПК G01N27/72 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения и контроля остаточной индукции (В ) магнитных носителей записи в виде лент, проволок, дисков и барабанов.

Целью изобретения является повьше- ние .точности и производительности способа.

На фиг. 1 приведена схема устройства для реализации способа; на фиг.2 распределение индукции в магнитном носителе и намагниченности в магнитной пленке; на фиг. 3 - зависимость величины электрического сигнала iv на выходе фотоприемиика от времени t.

Устройство, реализующее способ, содержит записывающую головку 1, сое- .диненную с генератором записи 2, лен- топротяжный механизм 3, электромаг- ,нит 4, источник поляризованного све- :Та 5, линзу 6, полупрозрачное зеркало 7, линзу 8, оптический анализатор 9, фотоприемник 10, связанньш своим вы- ходом с компаратором 11, прижимное устройство 12. .

На магнитном носителе 13 (например магнитной ленте) с помощью головки 1 и генератора записи 2 записыва- ют сйгналограмму периодическим магнитным полем- в форме меавдра с напряженностью, превышающей коэрцитивную силу магнитного носителя.

С помощью прижимз1ого устройства 12 приводят в контакт с рабочей поверхностью носителя 13 прозрачную магнитную пленку 14, нанесенную на прозрачную подложку 15 и имеющую перпендикулярную .анизотропию и период d собственной доменной структуры, близкий к длине волны Д записи, соответствующей периоду исследуемого магнитного поля. Воздействуют па магнитную пленку 14 однородным магнитным полем Н, создаваемым электромагнитом 4 и направленным по нормали к поверхности магнитной пленки 14. Напряженность магнитного поля Н устанавливают на уровне, не превышающем поля насыщения Hjjnмагнитной пленки 14, которое, в свою очередь, не должно превышать коэрцитивную силу Hf. материал магнитного носителя 13.

С помощью источника поляризован- ного света 5 и полупрозрачного зеркала 7 освещают магнитную пленку 14 со стороны, противоположной поверхности контакта с магнитным носителем 13,

пучком плоскополяризованного света и фокусируют его па поверхности контакта магнитной- пленки 14 и магнитного носителя 13 с помощью линзы 6 до апертуры, по крайней мере, на порядок меньше длины волны Д записи.

В результате на поверхности контакта формируется световое пятно диаметром .4 Д /10.

Отраженньй от поверхности контакта светбвой поток проходит через полупрозрачное зеркало 7 и с помощью линзы 8 фокусируется н-а приемную площадку фотоприемника 10.

С помощью анализатора 9 выделяют из отраженного пучка света компоненту с поляризацией, отличающейся от поляризации падающего пучка, и преобразуют выделенную компоненту в электрический сигнал фотоприемником 10. С помощью лентопротяжного механизма 3 перемещают магнитньй носитель 13 относительно магнитной пленки 14 с постоянной скоростью V и одновременно фотоприегдаиком IО регистрируют величину электрического сигнала.

В процессе записи на магнитном носителе 13 формируется периодическая сигналограмма в виде меандра с длиной волны Д и амплитудой :t В (см. фиг, 2 а, б). Под действием полей рассеяния сигпалограммы в магнитной пленке 14, находящейся в контакте ti магнитным носителем 13, период с1 доменной структуры становится равным длине волны Л записи (см, фиг. 2а,в).

Дпя совпадения периода d доменной структуры с длиной волны А записи необходимо, чтобы период собственной доменной структуры магнитной пленки был соизмерим с длиной записи А, тохпдина магнитной пленки . меньше длины волпы записи, а намагниченность насыщения магнитной пленки М была по крайней мере на порядок меньше индукции насьш;ения Б. магнитного носителя записи, которая составляет 100-1000 Гс. Эти условия легко выполняются, например, при использовании эпитаксиальньгх. пленок ферритов-гранатов, намагниченность насыщения которых может быть сделана сколь угодно малой путем разбавления окта- эдрической подрешетки с ионами Fe диамагнитными ионами Са или Желательно, чтобы снизу толщина магнитной пленки была ограничена значением 5-10 мкм, соответственно длина волны записи должна удовлетворять условию ci5-10 мкм. Собственный период доменной структуры пленок эпита сиальных ферритов-гранатов толщиной

9С 10 мкм лежит в пределах 1-100 мкм, что ограничивает максимальные значения длины волны записи величиной

X1000 мкм. В отсутствие внешнего магнитного поля () домены с ТЛ +Mj и М Мс имеют одинаковую ширину, т.е. d - Д (сплошные

линии на фиг. 2в). При воздействии внешнего однородного магнитного поля Н с напряженностью, не превышающей коэрцитивной силы Hj-i, материала носителя записи, распределение индукции носителе остается неизменным (см. фиг. 2б), а распределение намагниченности в магнитной пленке приобретает вид, показанный пунктиром на фиг. 2в так как ширина доменов с , возрастает, а с MjUH убывает. Разность ширины доменов при заданной напряженности магнитного поля Н и данной длине волны записи зависит только от остаточной индукции В носителя записи.

При перемещении носителя записи относительно магнитной пленки с постоянной скоростью V вынужденная доменная структура в магнитной пленке таюке будет перемещаться синхронно с сигналограммой В результате этого в области светового пятна будут последовательно находиться домены с Н +MS и М что будет приводить .к периодическому изменению угла поворота плоскости поляризации света от значения , к значению где т)ср удельное фарадеевское вращение, а h j,- толщина пленки. При выделении из отраженного пучка света компоненты с поляризацией, отличающейся от поляризации исходного пучка, на выходе анализатора будут наблюдаться периодические изменения светового потока Ф между значениями Фд,с(кс и . Абсолютные значения Ф,аи. и

Ф,„„, а также отношение

/Фмикоп м а U.C

ределяются углом поворота плоскости поляризации света в пленке 2л), а также взаимной ориентацией плоскостей пропускания поляризатора и анализатора.

Оптимал.ьными являются следующие условия: угол между плоскостями пропускания поляризатора и анализатора

должен быть близким к 45°, а значение л) должно, лежать в пределах от 20 до

30°. При этом значения Ф и Ф..ик

макс будут составлять соответственно Ь293% и 18-7% от исходного светового потока, а отношение (./Ф„ц„ 4, 6-1 3,8. При использовании в качестве источника плоскополяризованного света стандартных лазеров с выходной мощностью 10 мВт это обеспечивает увереннзто регистрацию значений Ф,„цн с помощью стандартных фотодиодов и фотоумножителей. Значения .,Ь 20-30° легко реализуются (на длине волны

0,6328 А) в пленках висмутсодержащих ферритов-гранатов толщиной мкм. Регистрация периодических измерений светового потока осуществляется

стандартным фотоприемником 10 (например, фотоэлектронным умножителем или фотодиодом).

, Электрический сигнал на выходе фотоприемника ф, пропорциональный вход

ному cвeтoвo з потоку, имеет вид, показанньш на фиг. 3 (сплошные линии при пунктир при ). Конечная длительность фронта 2фи среза t импульсов фототока 1ф обусловлена 30 конечным размером с сфокусированного светового пучка, причем С(.Л . Максимально допустимый диаметр светового пятна определяется из условия

Е

0

сА(й-)ми

нн

(I)

минимальная шигде (d-),. (H,J рина узких доменов устойчивой вынужденной доменной структуры, достигаемая при максимально допустимом значении напряженности однородного магнитного поля . Результаты экспериментов показывают, что неустойчивость (коллапс) уз45 ких доменов в пленках наблюдается при , , 1А , поэтоьгу условие (1) может быть переписано в виде

,1Л.(2)

Если условие (1) не выполняется, то при значениях Н, близких к H(,,jCBe-. товое пятно в определенные моменты времени будет перекрывать целиком узкий домен и часть соседних широких

доменов, в результате чего временная зависимость фототока i ф не будет адекватно воспроизводить распределение намагниченности в магнитной пленке.

Разность длительностей периодов Л-Г, соответствующих ({ и , составляет

д€ (d4-dJV- ddV (3)

Измеренное значение л t при фиксированной напряженности магнитного поля Н опреде:шется только средним (по тол1цине магнитной пленки) значе- нием максимальной напряженности Z - ко.мпоненты период иеского магнитного поля Hd2, так как

, Д . Н .4d ,. arcs in --- ,

дЛс.

/i.

fv

Н

arcsin. -- Hdz

В свободном пространстве периодически изменяющееся вдоль одной коорди- наты (например, вдоль оси у) магнитное поле IIJ, создаваемое любым материальным объектом с плоской поверхностью (парагшельной плоскости ),

удовлетворяет уравнением магнитостатики, откуда следует, что

--- 91Г н H,HmeL . /Т sin(-,- у)-ё cos (- y)j .

. (4)

В формуле (4) предполагается, что свободным является полупространство Z70.

Если магнитная пленка имеет толщину .h J, и отдалена от поверхности мтериального объекта зазором Z, то

2

(Z)e ™

J-(,

1(1-е

).

откуда следует,-что для определения

максимальной напрялсенности периодического магнитного поля на расстоянии Z от создаюи;его его материального объекта можно пользоваться формулой

Hdz(Z)

Н

г1Г

гтг.

- /Изменяя зазор между магнитной плен- кой и поверхностью материального объекта (), можно определять зависимость HcJ2(Z), т.е. производит топо- графирование периодического магнитного поля,

Наряду с высокой точностью измерений, преимуществом данного способа по сравнению с прототипом является измерение параметров магнитного но

5

0

5

0

5

0

5

сителя заниси в реальном масштабе времени, что позволяет контролировать магнитньй носитель записи непосредственно в процессе его изготовления.

Формула изобретения

Способ определения напряженности статического периодического магнитного поля, включающий помещение в исследуемое магнитное поле прозрачной магнитной пленки, имеющей перпендикулярную анизотропию и периодическую доменную структуру, освещение магнитной пленки пучком плоскополяризованного света со стороны, противолежащей источнику исследуемого периодического магнитного поля, и воздействие на магнитную пленку од.юродным магнитным полем, направлен1ым по нормали к поверхности пленки, о т л и- ч. а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения точности и произзодитель- ности способа, на магнитную пленку воздействуют ненасыщенным однородным магнитным полем, направленным по нормали к поверхности пленки, пучок плоскополяризованного света фокусируют на поверхность магнитной пленки до апертуры по крайней мере на порядок меньшей периода исследуемого магнитного поля, перемещают магнитную пленку с постоянной скоростью относительно источника исследуемого магнитного поля, регистрируют отраженньш от поверхности магнитной пленки пзгчок света, вьщеляют из отраженного пучка света компоненту с поляризацией, не совпадающей с поляризацией падающего пучка света, преобразуют выделенную компоненту отраженного света в электрический сигнал, измеряют разность временных интервалов, соответствующих максимальной и минимальной величинам электрического сигнала, а напряженность исследуемого магнитно- .го поля определяют по формуле

Н 15 fvjf

Т

Hdz(Z) г, . «Vdr

е - Jsin -:-

причем 0, lO;i,

где Н - напряженность однородного

магнитного поля;

/I - период исследуемого магнитного поля;

d - период собственной доменной структуры магнитной, пленки; h - толщина магнитной пленки;

91396761

- скорость перемещения магнит- й С

ной пленки;

- расстояние от магнитной пленки до источника исследуемого магнитного поля;

JO

разность временных интервалов соответствующих максимальной и минимальной величинам ЗЯек- трического сигнала.

Изобретение может быть использовано для измерения н контроля остаточной индукции магнитных носителей (МН) записи в виде лент, проволок, дисков, барабанов. Способ определения напряженности статического периодического магнитного поля (МП) реа, . лизован в устройстве. На магнитную пленку 14 воздействуют ненасыщенным однородным МП, создаваемым электромагнитом 4, направленным по нормали к поверхности магнитной гшенки 14, фокусируют с помощью линзы 6 на поверхность контакта магнитной пленки 14 и МН 13 пучок плоскополяризованного света до апертуры, на порядок меньшей периода исследуемого МП, перемещают МН 13 с постоянной скоростью относительно источника исследуемого МП,-выделяют с помощью анализатора 9 из отраженного пучка света компоненту с поляризадией, не совпадающей с поляризацией падакядего пучка света, и преобразуют выделенную компоненту в электрический сигнал фотоприемннком 10, измеряют разность временных интервалов, соответствующих максимальной и минимальной величинам электрического сигнала и определяют напряженность исследуемого МП по расчетной формуле. Способ имеет высокую точность измерения и позволяет контролировать МН 13 записи непосредственно в процессе его изготовления, например, с помощью за- писывающей головки 1, 3 ил. с «Л СО О) ф

fic 8

-1

f

Фиё.

/WO

фие.5

-

6