Способ измерения величины и знака компоненты вектора индукции постоянного магнитного поля и устройство для его осуществления Советский патент 1989 года по МПК G01R33/95 

Фиг.1

Изобретение -относится к области техники измерений, в частности к области техники магнитных измерений с использованием полупроводниковых магниточувствительных приборов.

Цепь изобретения - уменьшение порога чувствительности измерения. ; Согласно способу измерения величи- |ны и знака компоненты вектора индукции постоянного магнитного поля пу тем воздействия измеряемым магнитным полем на гальваномагииторекомбинацй- оиный резистор, пропускании через резистор переменного электрического тока и регистрации величины и знака амплитуды постоянного напряжения пе- ременньй ток через резистор пропускают частотно модулированным, после чего блокируют прохождение тока через резистор на модулирующей частоте выделяют переменное напряжение на резисторе на модулирующей частоте, синхронно с фазой модулирующей частоте детект ируют переменное напряжение на модулирующей частоте, а о величине и знаке измеряемой компоненты судят по величине и 3Haity амплитуды детектированного постоянного напряжения, причем среднюю частоту СЭ модулированной частоты переменного тока и модулирующую частоту й)ц выбирают из соотношенот

QB 1,2 5 /Т„ « WM i CO

в j

где Гц - время релаксации изменения сопротивления резистора в магнитном поле;

Т„ наименьшее время колебаний iамплитуды постоянного напряжения на резисторе в отсутствие мапштного

поля, :

в предлагаемое устройство для из- |мере1шя величины и знака компоненты век-тора индукции постоянного магнитного поля, содержащее гальваномагни- торекомбинационный резистор, источник переменного электрического тока и измеритель постоянного напряжения, введены источник переменного напряжения, заграждающий фильтр, селектив- ньй усилитель и синхронный детектор. Источник тока выполнен с управляемой напряжением частотой. Йсточш1к напряжения соединен с входом.управления частотой источника тока и с управляю- ;щим входом детектора, фильтр подклго- чей между выходом источника тока и резистором, выход усклитепя соединен

o

s

0

5

0

5

0

5

0

5

с сигнальным входом детектора. Выход детектора соединен с входом измерителя напряжения, причем фильтр и усилитель настроены на частоту источника напряжения.

На фиг. I представлена блок-схема устройства для реализации предлагаемого способа; на фиг. 2 - временные диаграммы работы устройства; на фиг. 3 - частотные характеристики устройства.

Устройство содержит последовательно соединенные источник 1 переменного злектрического тока, заграждагадий фильтр 2 и гальваномагниторекомбина- ционный резистор 3, параллельно к которому подключен селективный усилитель 4, синхронньй детектор 5, ь;- вход и выход которого подсоединены к выходу усилителя 4 и входу измерителя 6 напряжения соответственно. Управляющие входы источника I и детектора 5 подсоединены к выходу источника 7 переменного напряжения.

Способ реализуется следующим образом.

При воздействии на резистор 3 магнитным полем и пропускании через него nepeijieHHoro электрического тока из источника } с некоторой частотой СЭ (циклической) на резисторе возникают кроме переменного напряжения два постоянных напряжения с амплитудами Ufl и Ug. Первое напряжение U,, паразитное, имеет место и в отсутствии магнитного поля, не поддается компенсации вследствие временного дрейфа его амплитуды и нелинейности вольт- амперной характеристики резистора. Указанный Дрейф амплитуды Up(t), где t - время, характеризуется сравнительно большими временами, наименьший из которых Т„ составляет секунды. Вторая амплитуда Ug является исключительно следствием магнитного поля и пропорциональна компоненте индукции. Обнаружено, что при определенных условиях Uf, и Ug по разному зависят от частоты тока Через резистор. Это различие характеризуется различными граничными частотами cOg и сОя зависимостей Ug(fo) и )„ (со) (фип. За). Граничная частота сОп в зависимости и„(сО) при достаточно больших амплитудах тока определяется BpeMetieH пролета инжектированных из токовых контактов резистора носителей заряда мех коитактного рассюя- ния2г„ Ь /(и1„К„), где 1д -амплитуда тока; RO - сопротивление резистора в отсутствие магнитного поля; (К - ам- биполярная подвижность носителей заряда; L - расстояние между токовыми контактами резистора вдоль линий тока. Граничная частота Ua в зависимости и(со)

,„, R, можно .достичь условия .„и, соответственно, условия Wg«. 20

определяется временем с- установления диффузионного равновесия носителей заряда в направлении действия силы Лоренца, т.е. в направлении перпендикулярном /D, где d -расстояние между поверхностями резистора, перпендикулярными направ- яению силы Лоренца; D - коэффициент диффузии носителей заряда. Подбирая d, L, I

СО„. Используя это обстоятельство, частоту переменного тока через резистор модулируют переменным напряжением

(фиг. 2а) источника 7 частотой 0« (Т - период) в области частот , ОЭв (фиг. 36), в которой, амплитуда U практически не зависит от частоты тока, а амплитуда Ug от нее зависит наиболее круто (фиг. 2а). Последнее имеет место в окрестности часто-га Q, приблизительно удовлетворяющей равенству cOgCg . Выбирая частоту (j}ff много больше величины 2 /T ii , но меньше частоты СО , в результате того, что частотно модулированный ток (фиг. 26) пропускают через заграждающий фильтр, настроенный на частоту И ил На этой частоте (ЫдО возникает переменное напряжение только при воздействии на него маг- нитным полем (фиг. 2в). Это переменное напряжение выделяют из других гармоник переменного тока селектив.ным усилителем 4 (фиг. 2г), затем детектируют синхронно с напряжением источника 7 (фиг. 2д) и измеряют величину и знак постоянного напряжения измерителем 6. .

Таким образом, предлагаемые способ измерения и устройство для его . ; осуществления, основанные на обнаруженной специфике характеристик галь- ваномагниторекомбинационного резистора, позволяют уменьшить порог чувствительности магнитных измерений.

Q

15

35

40

30 .

-

„

45

5844

Формула нзоб ре тения

1 . Способ изкгрения величины и знака компоненты вектора индукции постоянного магнитного поля, состоя- щий в воздействии измеряемым магнит- , ным полем на гальваномагниторекомби- национный резистор, пропускании через него переменного тока и регистрации Q величины и знака падения постоянного

5

напряжения на резисторе, о т .л и - чающийся тем, что, с целью уменьшения порога чувствительности измерения, переменньй ток модулируют по частоте, синхронно с фазой модулирующей частоты детектируют переменное напряжение на гапьваномагни- торекомбннационном резисторе и величину и знак измеряемой компоненты определяют по величине и знаку амплитуды детектированного напряжения, причем среднюю частоту О модулированной. частоты переменного тока и модулирующую частоту СОц выбирают из соотношения

а)

uiy

1,27Л

.cWe,

5

0

где cJg - время релаксации изменения сопротивления гальваномагнитореком бинационного резистора в магнитном поле;

0 наименьшее время колебат1Й амплитуды постоянного напряжения на гальваномагниторекомбинационном ре- зисторе в отсутствии магнитного поля. . 2. Устройство для измерения величины и знака компоненты вектора индукции постоянного магнитного поля, содержащее гальваномагнитореком- бинационный резистор, источник переменного тока и измеритель постоянного напряжения, о тли ч ающ е ее я тем, что в него введены источник переменного напряжения, загражданщий фильтр, селективный усилитель и синхронньй детектор, причем источник переменного тока выполнен iс управляемой напряжением ч астотой, выход источника пере- менного тока через заграждающий фильтр соединен с входом гальваномагниторе- комбинационного реэистора, выход ко торого соединен через последовательно включен1а1е селективный усилитель и синхронньй детектор.с входом измерителя постоянного напряжения, управляющие входы источника переменного

тока и синхронного детектора соеди- нены с выходом источника переменного напряжения.

5

Изобретение относится к области техники магнитных измерений с использованием полупровод1шковых магнито- чувствительных приборов. Цель изобретения - уменьшение порога чувствительности измерений. Устройство для реализации способа содержит источник 1 переменного электрического тока, заграждающий фильтр 2, галь- ваномагниторекомбинационный резистор 3, селективный усилитель 4, синхронный детектор 5, измеритель 6 напряжения, источник 7 переменного напряжения, Предпоженный способ измерения, основанньй на обнаруженной специфике характеристик гальваномагни- торекомбинационкого резистора, поз- воляет существенно уменьшить порог ч- чувствительности магт1тных измерений. 2 с.п. ф-лы, 3 ил. (Л

и).

Шд-(

Физ. J

Фиг.2.

T.t