Способ ориентирования магнитного поля радиоспектрометра Советский патент 1989 года по МПК G01N24/00 

1

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано при изучении магнито- анизотропных явлений в физике твердого тела, а также для ориентирования систем относительно внешних маг- нитнЪк полей.

Целью изобретения является повы- щение точности и уменьшение затрат времени на ориентирование магнитного поля радиоспектрометра относительно образца, а также обеспечение возможности ориентации магнитного поля радиоспектрометра относительно внешнего магнитного поля.

На фиг. 1 представлена зависимость интенсивности поглощения СВЧ мощности легкоосным антиферромагнетиком (АФМ) от величины магнитного поля Н и его направления, характеризуемого углом Ц ; на фиг. 2 - блое-схема устройства, реализующего способ ориентации;на фиг.З - зависимость сигнала на синхронном детекторе от величины угла tp .

В данном случае угол у характеризует отклонение направления магнитного поля, действующего на АФМ, от направления легкого намагничивания антиферромагнетика. Зависимость интенсивности поглощения Т от угла У

СО 00

ел оо

носит речка выраженный резонансный характер (фиг, 1) с шириной резонансного поглощения, взятой на полувысоте интенсивности . Малое зна- чение йц обеспечивает высокую чувствительность системы к отклонению угла от нулевого значения, соответствующего направлению магнитного поля вдоль оси легкого намагничивания

ЛФМ.

Система ориентирования для осуществления данного способа содержит (фиг. 2) приемник 1 спектрометра, блок 2 стабилизации резонансных ус- ловий по величине магнитного поля, катушки 3 основного магнитного поля спектрометра, катушки 4 компенсирующего магнитного поля, катушки 5 модуляции магнитного поля, блок 6 ста- билизации резонансных условий по направлению магнитного поля, катушки 7 дополнительного магнитного поля, катушки 8 модуляции угла ориентации магнитного поля, резонатор 9 и крис- талл 10 ромбического антиферромагне- тйка.

Блок 2 стабилизации резонансных условий по величине магнитного поля включает резонансный усилитель 11 на частоте модуляции основного магнитного поля СО, ; синхронньй детектор 12, переключатель 13, усилитель 14 мощности и генератор 15, генерирующий напряжение с частотой СО, .

Блок 6 стабилизации резонансных условий по направлению магнитного поля включает резонансный усилитель 16 на частоту модуляции дополнительного магнитного поля С0а , синхронный детектор 17, переключатель 18, усилитель 19 мощности, генератор 20 частоты Q/i , опорное сопротивление 21 и устройство 22 поворота, осуществляющее разворот системы катушек 3, 4, 5, 7 и 8 относительно резонатора 9 либо разворот системы катушек 3, 4 5, 7 и 8 с жестко закрепленным относительно них резонатором 9 вокруг вертикальной оси, проходящей через центр резонатора 9. Ось катушек 7 и 8 ортогонально закреплена относительно оси катушек 3, 4 и 5. Основное магнитное поле спектрометра и дополнительное модулируются с частотами W ($1 па сличающимися на несколько порядков (например, СО, 100 Гц,

С3, ЮО кПО.

При появлении тока в катушках 7 или 8 вдоль оси Y возникает магнитное поле Ни которое, складываясь с компонентой поля Ну, создаваемого катушками 3, 4 и 5, приводит к отклонению результирующего магнитного поля Н от оси X. Подавая на катушки 8 переменное напряжение с частотой С02 , можно иромодулировать вектор результирующего магнитного поля Н л по углу Су . Детектируемый синхронным детектором 17 сигнал зависит от величины угла Cf отклонения Н р от оси легкого намагничивания (ОШ) кристалла ЛФМ и имеет форму, представленную на фиг. 3. Если направление магнитного поля системы изменяется в интервале углов &Vpo вблизи ОЛН АФМ, то на выходе синхронного детектора 17 наблюдается сигнал, пропорциональный углу отклонения, который, будучи поданным через усилитель мощности 19 на катушку 7, создает дополнитепьное магнитное поле, параллельное оси Y,такое, что результирующее магнитное поле HR бу- деть иметь направление, совпадающее с ОЛН АФМ.

При этом на сопротивлении 21 возникает напряжение, пропорциональное ty , которое может быть подано на регистрирующий прибор, либо на устройство 22,поворачивающее магнит.

Способ ориентации осуществляется следующим образом.

Первоначально устанавливают значение основного магнитного поля спектрометра в пределах ширины $Н резонансной линии вблизи значения поля спии-флоп перехода . Вращая магнитную систему относительно резонатора, устанавливают угол ($ в пределах ширины ДСУрр вблизи нулевого значения первой производной по углу от поглощения СВЧ поля. Включение переключателя 13 обеспечивает срабатывание автоподстройки резонансных условий по величине магнитного поля. Включение переключателя 18 приводит к возникновению на выходе синхронного детектора 17 сигнала автоподстройки по углу су , и устройство 22 поворота системы поворачивает систему магнитных катушек до совпадения напряжения Но с осью легкого намагничивания АФМ.

Если вместо устройства 22 поворота магнита установить достаточно точЬ1

ный регистрирующей прибор (вольтметр) , то механически вращая систему магнитных катушек относительно резонатора и контролируя сигнал на сопротивлении 21, можно так же точно, как и в прототипе, выставить направление магнита вдоль ОЛН кристалла АФМ, но при этом значительно сокращается время, затрачиваемое на ориентацию.

Если сигнал автоподстройки угла подан на устройство 22, поворачивающее систему, то система автоматически занимает направление,при котором магнитное поле, создаваемое катушками 3 и 4, будет направлено вдоль ОЛН кристалла АФМ.

Если после ориентирования системы вдоль ОЛН кристалла АФМ резонатор жестко закрепить относительно магнитной системы, то система в целом может быть использована как чувствительный элемент к направлению внешнего магнитного поля.

При внешнем магнитном поле, направленном вдоль оси X (в данном случае и вдоль ОЛН кристалла АФМ), срабатывает автоподстройка величины магнитного поля. При этом сигнал автоподстройки по углу равен нулю и направление системы в пространстве сохраняется.

При внешнем магнитном поле, направленном ортогонально оси X (перпендикулярно ОЛН АФМ), возникает результирующее магнитное поле HR, отклоненное от ОЛН кристалла АФМ. При этом на выходе синхронного детектора 17 возникает сигнал, пропорциональный углу ( отклонения Н. от ОЛН, которьй, поступив на устройство 22 , поворота системы, поворачивает систему совместно с резонатором до тех пор, пока ОЛН кристалла АФМ не совпадает с осью внешнего магнитного поля.

Работу системы ориентации в случае направления внешнего магнитного поля при произвольном угле к ОЛН можно понять на предыдущих двух примерах, если разложить внешнее магнитное поле на две компоненты: одну вдоль ОЛН, а другую - ортогонально ей. Поворот системы осуществляется

586

только в том случае, если компонента вдоль оси Y отлична от нуля (магнит будет поворачиваться до тех пор, пока ОЛН не совпадет с направлением внешнего магнитного поля).

Таким образом, предлагаемый способ позволяет значитапьно сократить затраты времени на ориентацию за

счет обеспечения возможности автоматизации процесса ориентации. Кроме того, использование высокоанизотропных магнитных свойств антиферромагнетика обеспечивает высокую точность

ориентации магнитной системы.

Формула изобретения

1. Способ ориентирования магнит- ного поля радиоспектрометра, основанный на фиксировании спектра поглощения мощности СВЧ антиферромагнетиком, модулировании величины магнитного поля радиоспектрометра, соз- даваемого катушками, синхронно с частотой модуляции величины магнитного поля, детектировании сигнала антиферромагнитного резонанса (АФМР) и создании дополнительного магнитного поля, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и уменьшения затрат времени на ориентирование магнитного поля радиоспектрометра относительно образца, одно- временно с модулированием магнитного поля по величине, модулируют направление магнитного поля радиоспектрометра синхронно с частотой модуляции направления магнитного поля, и создают дополнительное магнитное поле, ортогональное магнитному полю системы, величина которого пропорциональна сигналу АФМР, продетектиро- ванному по частоте модуляции направ- ления.

20 Способ по п. отличающийся тем, что, с целью обеспечения возможности ориентации магнитного поля радиоспектрометра относи- тельно внешнего магнитного поля, фиксируют спектр поглощения мощности СВЧ антиферромагнетнка, жестко закрепленного относительно катушек радиоспектрометра .

Фиг1

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано при изучении магнитоанизотропных явлений в физике твердого тела, а также для ориентирования систем относительно внешних магнитных полей. Целью изобретения является повышение точности и уменьшение затрат времени на ориентирование магнитного поля спектрометра относительно образца, а также обеспечение возможности ориентации магнитного поля радиоспектрометра относительно внешнего магнитного поля. Способ включает регистрацию спектра поглощения мощности СВЧ антиферромагнетиком и стабилизацию резонансных условий по величине магнитного поля, производят стабилизацию резонансных условий по величине угла между направлением магнитного поля и осью легкого намагничивания антиферромагнетика за счет создания дополнительного магнитного поля, направленного ортогонально основному магнитному полю спектрометра. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Фиг Z

ФигЗ