Способ измерения постоянной Холла листовых материалов Советский патент 1989 года по МПК G01N22/00 

Изобретение относится к измерительной технике, основано на исследовании параметров материалов с помощью электромагнитных волн микроволнового - диапазона и предназначено для определения электрофизических параметров листовых полупроводниковых материаов.

Цель изобретения - обеспечение fg неразрушающего измерения постоянной Холла листовых материалов произвольного поперечного сечения.

На чертеже представлена электрическая схема устройства для реализа- 15 ции способа измерения постоянной Холла листовых материалов.

Устройство для реализации предлагаемого способа содержит источник 1 электромагнитного, излучения, вентиль 20 2, измеритель 3 коэффициента стоячей волны с индикатором 4, фазовращатель 5, проходной измеритель 6 мощности волны типа Н10 прямоугольного волновода, фильтр 7 указанного типа волны, 25 первый 8 и второй 9 отрезки прямоугольного волновода, фильтр 10 волны типа Н1Л прямоугольного волновода, фильтр 11 верхних частот с граничной частотой ui г Ј 2ыи измеритель 12 30 мощности, Зазор между первым и вторым отрезками прямоугольных волноводов предназначен для размещения в нем листового материала 13.

Способ осуществляют следующим об- 35 разом,

Если в плоскости листового материала возбудить электромагнитной волной СВЧ-электрический ток плотностью, 40 равной

6 Ewcos(wt+M,), (1) где d- удельная электропроводность

листового материала; Е,,, - амплитуда напряженности 45 электрической компоненты поля электромагнитной волны, возбуждающей электрический ток в листовом материале} и , cf - соответственно циклическая |0 частота и начальная фаза напряженности электрической компоненты электромагнитного поля в плоскости листового материала;55

t - текущее время,

и воздействовать на листовой материал переменным магнитным полем той же частоты, направленным перпендикулярно ректору ппогнооти тока | с индукцией

Н Bmcos(u t+ lf), U) где Rь - амплитуда вектора индукции

магнитного поля; ц-„ - начальная фаза магнитной

индукции,

то в плоскости листового материала пластины возникает ЭДС Ёх, равная сумме двух составляющих: постоянной и переменной, изменяющейся с удвоенной частотой 2 и

Ё,Кн Вг-1у -КнВтбЕтсозЦ-М 1) +

+|кнВ Ет 2иС+ч 2+.(3)

Измерив переменную составляющую ЭДС Холла с частотой 2со- второе слагаемое в выражении (3), - коэффициент Холла RH можно определить из следующего соотношения:

п ОЫМ (

н BhldEMcos 2u)t+ t/J

Если ток возбуждать полем волны типа Н(0, а вместо внешнего поля магнитного поля использовать магнитную составляющую электромагнитного поля волны Нто прямоугольного волновода, перпендикулярную вектору плотности наведенного в материале тока, то ЭДС Холла удвоенной частоты возбудит волну типа Н, прямоугольного волновода - высший тип волны прямоугольного волновода, имеющий по узкой и широкой стенкам поперечного сечения прямоугольного волновода по одной вариации электрической компоненты электромагнитного поля.

Структура поля волны типа Н10прямоугольного волновода такова, что при одинаковой ориентации вектора электрической компоненты и, следовательно, возбуждаемого ею тока в материале направление вектора магнитной индукции в материале по сечению прямоугольного волновода вдоль широкой его стенки меняется дважды. Это обусловливает возбуждение в листовом материале в направлении, параллельном широкой стенке волновода, ЭДС Холла двух знаков, меняющихся с частотой, вдвое превышающей частоту изменения возбуждающего ее тока, что приводит к возбуждению двух полуволн электромагнитного поля по широкой стенке волновода.

14/

Граничное условие, требующее ори- етации векторл члоктрической компоненты поля по нормали к проводящей поверхности - гтенке яогпювода, формирует поле, наведенное ЭДС Холла, соответствующее волне типа Н прямоугольного волновода.

Условием, определяющим формирова- ние поля, возбуждаемого ЗДС Холла, в структуру волны типа II м прямоугольного волновода, как наиболее предпочтительную в рассматриваемой конфигурации, является преемственность ори- ентации и структуры магнитных компонент волн типа .и Н1Л прямоугольного волновода. Таким образом, при воздействии на листовой материал электромагнитным полем волны типа Н10 прямо- угольного волновода в нем возникает волна типа Н11 прямоугольного волновода с частотой, вдвое большей частоты волны типа Н1опрямоугольного волновода. Амплитуда электрической состав- ляющей и пропорциональная ей мощг ность волны типа Непрямоугольного волновода определяются, как следует из выражения (4), параметрами материала, выраженными через коэффициент Холла RH и удельную электропроводность 6 . Поэтому, измерив мощность волн типа Непрямоугольного волновода Рк1о и мощность волны типа Н ,, прямоугольного волновода Р цп постоянную Холла листового материала можно определить из соотношения, получаемого в результате преобразования выражения (4) :

abZ0PHli(2co)

)i-c-A-H-))oMTHii

up де & - удельная электропроводность 45

контролируемого материала; z 0 - волновое сопротивление свободного пространства; а,Ь - размеры широкой и узкой стенок соответственно поперечно- д го сечения первого и второго отрезков прямоугольного волновода ;

А - длина волны в свободном пространстве;55А - критическая длина волны типа Н 1, в прямоугольном волноводе; tt, i - абсолютная магнитная проницаемость и относительная магJQ152025зо

40

45

днитная проницаемость листового материала соответственно; К с - коэффициент стоячей волны лля волны типа Непрямоугольного волновода;

1ц - коэффициент пропускания листового материала для волны типа II прямоугольного волновода .

Измерение коэффициента Холла лис- товых материалов выполняется следующим образом. Листовой материал 13 с известной электропроводностью 4 помещают ь-ежду первым 8 и вторым 9 отрезками прямоугольного, волновода без зазоров и воздействуют на нее электромагнитными колебаниями с частотой ui от источника 1 электромагнитного излучения. Фиксируют значение мощности Р н 10 с помощью проходного измерителя 6 мощности и уровень мощности Рн „ по измерителю 12 мощности, добиваясь максимального его значения регулировкой фазовращателя 5, и измеряют коэффициент стоячей волны по напряжению К с с помощью измерителя 3 коэффициента стоячей волны. По измеренным значениям определяют по формуле (Ь) величину коэффициента Холла RH.

Формула изобретения

Способ измерения постоянной Холла листовых материалов, заключающийся в облучении листового материала электромагнитной волной и измерении ее мощности, отличающийся тем, что, с целью обеспечения неразрушающего измерения постоянной Холла листовых материалов произвольного поперечного сечения, листовой материал облучают с помощью прямоугольного волновода волной типа Н |с с частотой LJ, дополнительно измеряют мощность PHl волны типа Непрямоугольного волновода на частоте 2сои вычисляют постоянную Холла К нпо формуле

RH

- abz0PH,,(2co)

кс--;-р 1-(Т),вЫТмгде а,Ь - размеры широкой и узкой

стенок прямоугольного волновода ;

zo - волновое сопротивление свободного пространства;

5 14781056

6 - удельная проводимость лис-А н - критическая длина волны

тового материала;тата Непрямоугольного волр0, (л - абсолютная магнитная прони-новеда;

цаемость и относительная% длида волны в свободном

магнитная проницаемостьпространстве;

листового материала соот-Т н - коэффициент пропускания

ветственно;листового материала для

Кс - коэффициент стоячей вшшыволны типа Нп прямоуголь

для волны типа Непрямо- . Qного волновода,

угольного волновода;i

Изобретение относится к измерительной технике, основано на исследовании параметров материалов с помощью электромагнитных волн микроволнового диапазона. Цель изобретения - обеспечение неразрушающего измерения постоянной Холла листовых материалов произвольного поперечного сечения. Листовой материал 13 с известной электропроводностью σ помещают между отрезками 8 и 9 прямоугольного волновода без зазоров и воздействуют на него электромагнитными колебаниями с частотой ω от источника 1 электромагнитного излучения. Фиксируют значение мощности P_H10 с помощью проходного измерителя мощности 6 и уровень мощности P_H11 по измерителю мощности 12. Затем измеряют коэф.стоячей волны по напряжению К_с с помощью измерителя 3 коэф. стоячей волны. По измеренным значениям определяют по формуле величину коэффициента Холла P_H. 1 ил.