Способ определения напряженности магнитного поля Советский патент 1992 года по МПК G01R33/32 

Изобретение относится к магнитометрии и предназначено для локального измерения напряженности слабых пространственно неоднородных магнитных полей.

Целью изобретения является расширение диапазона измеряемых значений напряженности магнитного поля и повышение точности измерений.

На чертеже приведена структурно-фун- кциональная схема устройства , реализующего способ.

Устройство содержит источник 1 светового излучения, регулируемый ослабитель 2, устройство 3 вращения плоскости поля- ризации, оптический затвор 4, объектив 5, слой б монокристаллического фотомагнитного материала, последовательно установленные на оптической оси светового пучка от источника 1, источник 7 зондирующего светового пучка, полупрозрачное зеркало 8, устройство 9 вращения плоскости поляризации, объектив 10,объектив 11,анализатор 12, фотоприемник 13, последовательно расположенные на оптической оси светового пучка от источника 7 зондирующего светового пучка, причем между объективами 10 и 11 расположен слой 6, регулируемый ослабитель 14 и фотоприемник 15, последовательно расположенные на оптической оси отклоненного полупрозрачным зеркалом 8 светового пучка от источника 7, дифференциальный усилитель 16, генератор 17 импульсов, запоминающий осциллограф 18, причем выходы фотоприемников 13 и 15 подключены к входам дифференциального усилителя 16, выход которого подключен к входу канала вертикального отклонения запоминающего осциллографа 18, первый выход генератора 17 импульсов подключен к входу оптического затвора 4, а второй - к входу канала горизонтального отклонения запоминающего осциллографа 18.

Устройство реализации способа работа- ет следующим образом.

С помощью магнитооптической схемы, включающей источник 7 зондирующего светового пучка, полупрозрачное зеркало 8, устройство 9 вращения плоскости поляризации, объективы 10 и 11, анализатор 12, фотоприемник 13, регулируемый ослабитель 14, фотоприемник 15, а также электрической схемы, включающей дифференциальный усилитель 16, генератор 17 импульсов и запоминающий осциллограф 18, осуществляется контроль изменений доменной структуры слоя 6 в процессе предварительного и дополнительного облучений и выбирается длительность предварительного облучения, необходимая для формирования в объеме слоя 6 однородного распределения наведенной анизотропии и соответствующей доменной структуры, а также длительности дополнительного облучения, достаточной для образования в объеме освещаемой локальной области зародыша новой магнитной фазы. Для этого линейно поляризованный зондирующий световой пучок от источника 7 зондирующего светового пучка, прошедший через последовательно расположенные полупрозрачное зеркало 8 и устройство 9 вращения плоскости поляризации, собирается объективом 10 и фокусируется на поверхности слоя 6 в пятно диаметром D. Плоскость поляризации зондирующего светового пучка ориентируют относительно кристаллографических осей слоя 6 с помощью устройства 9 фращения плоскости поляризации. Состояние поляризации прошедшего через слой 6 зондирующего светового пучка изменяется вследствие магнитооптических эффектов в соответствии с распределением намагниченности в освещаемом объеме слоя 6. Этот световой пучок собирается объективом 11 и направляется через анализатор 12 на фотоприемник 13. Часть зондирующего светового пучка отклоняется полупрозрачным зеркалом 8 и направляется через регулируемый ослабитель 14 на фотоприемник 15. Интенсивность световых потоков, достигающих фотоприемников 13 и 15. выравнивается с помощью регулируемого ослабителя 14 перед началом предварительного и дополнительного облучений. Форма электрического сигнала на выходе дифференциального усилителя 16 визуально наблюдается на экране запоминающего осциллографа 18, запуск развертки которого осуществляется управляющим импульсом с второго выхода генератора 17 импульсов и совпадает с началом предварительного и дополнительного облучений слоя 6.

Интенсивность зондирующего светового потока, достигающего фотоприемника 13. определяется распределением намагниченности в освещаемом объеме слоя 6. Перед началом предварительного и дополнительного облучений электрический сигнал на выходе дифференциального усилителя 16 равен нулю. Любые изменения доменной структуры в процессе предварительного или дополнительного облучения, в частности состояния доменной структуры слоя 6, соответствующие однородному распределению наведенной анизотропии в его объеме или моменту образования в объеме слоя 6 зародыша новой магнитной- фазы, приводят к появлению на выходе дифференциального усилителя 16 электрического сигнала, амплитуда которого отлична от нуля. Отсчет длительностей предварительного и дополнительного облучений, необходимых для формирования в объеме слоя 6 соответствующих доменных структур, осуществляется по экрану запоминающего осциллографа 18.

Формирование световых пучков, применяемых для предварительного и дополнительного облучений слоя 6, осуществляется оптической схемой, включающей источник 1 светового пучка, регулируемый ослабитель 2, устройство3 вращения плоскости поляризации, оптический затвор 4 и объектив 5. Световой пучок от источника 1 светового пучка, прошедший через последовательно расположенные регулируемый ослабитель 2, устройство 3 вращения плоскости поляризации и оптический затвор 4, собирается объективом 5 и фокусируется на пошерхно- сти слоя 6 в пятно диаметром D при реализации предварительного облучения или в пятно диаметром d при выполнении дополнительного облучения слоя 6. Соотношение между степенями фокусировки зондирующего, предварительного и дополнительного световых пучков на поверхности слоя 6: D D d. Выполнение этого условия обеспечивает однородное распределение наведенной анизотропии в объеме освещаемой

в процессе дополнительного освещения локальной области слоя 6, а также уверенную регистрацию изменений доменной структуры слоя 6 в процессе предварительного и

дополнительного облучений слоя 6.

Измерение напряженности магнитного пиля осуществляется в результате выполнения .следующей последовательности операций: предварительное облучение слоя 6

0 линейно поляризованным оптическим излучением, плоскость поляризации которого ориентирована вдоль первой оси легкого намагничивания слоя 6, ориентация слоя 6 до совпадения его второй ори легкого намаг5 ничивания с направлением измеряемого магнитного поля, дополнительное облучения слоя 6 линейно поляризованным оптическим излучением, плоскость поляризации которого ориентирована вдоль второй оси

0 легкого намагничивания слоя 6, измерение длительности дополнительного облучения, необходимого для формирования в освещаемом объеме слоя 6 зародыша новой магнитной фазы.

5 Предварительное облучение слоя 6 начинается с момента открывания оптического затвбра 4, происходящего после подачи управляющего импульса с первого выхода генератора 17 импульсов. Одновременно

0 происходит запуск развертки запоминающего осциллографа 18. Предварительное облучение слоя 6 приводит к появлению в его объеме наведенной анизотропии, ось которой совпадает с первой осью легкого

5 намагничивания слоя 6, и перестройке доменной структуры освещаемой области слоя 6. Характер такой перестройки зависит от исходного состояния доменной структуры слоя 6 и может быть различным. Тем не

0 менее, к моменту формирования в освещаемом объеме слоя 6 однородного распределения наведенной анизотропии изменения доменной структуры заканчиваются и уровень сигнала, формируемого с помощью

5 магнитооптической схемы и визуально наблюдаемого на экране запоминающего осциллографа 18, перестает изменяться в процессе дальнейшего облучения. Если тэ- кое состояние в освещаемом объеме слоя 6

0 не будет достигнуто в течение длительности управляющего импульса от генератора 17 импульсов, то описанная ранее операция повторяется вплоть до достижения состояния, при котором изменения доменной

5 структуры в процессе предварительного облучения наблюдаться уже не будут.

Ориентация слоя 6 до совпадения его второй оси легкого намагничивания с направлением измеряемого магнитного поля осуществляется в результате поворота в горизонтальной плоскости основания, на котором размещена оптическая схема устройства, до совпадения направления измеряемого магнитного поля с поверхностью слоя 6, а затем за счет поворота слоя 6 вокруг оптической оси светового пучка от источника 1 светового пучка до совпадения второй оси легкого намагничивания слоя 6 с направлением измеряемого магнитного поля. Для этого осуществляется измерение напряженности магнитного поля в различных направлениях. Вектор напряженности измеряемого магнитного поля будет совпадать с направлением, требующим минимальной длительности дополнительного облучения, необходимого для образования зародыша новой магнитной фазы.

После того, как в результате предварительного облучения в объеме слоя 6 монокристаллического фотомагнитного материала сформируется однородное распределение наведенной анизотропии, проводится дополнительное облучение слоя 6, которое начинается с момента открывания оптического затвора 4 после подачи управляющего импульса с первого выхода генератора 17 импульсов. Одновременно происходит запуск развертки запоминающего осциллографа 18. Дополнительное облучение слоя 6 приводит к появлению в его обьеме метастабильной области, в которой ось наведенной анизотропии совпадает с второй осью легкого намагничивания слоя 6, а намагниченность направлена вдоль первой оси легкого намагничивания слоя 6, и к появлению в объеме слоя 6 зародыша новой магнитной фазы -субобласти, в которой направление намагниченности совпадает с второй осью легкого намагничивания слоя 6. При образовании зародыша новой магнитной фазы на выходе дифференциального усилителя 16 появляется электрический сигнал, амплитуда которого отлична от нуля. Форма этого сигнала визуально наблюдается на экране запоминающего осциллографа 18. Длительность дополнительного облучения, необходимая для образования зародыша новой магнитной фазы, определяется интервалом времени между моментом начала развертки запоминающего осциллографа 18 и появлением на выходе дифференциального усилителя 16 сигнала, амплитуда которого отлична от нулевой. Отсчет этой длительности осуществляется на экране запоминающего осциллографа 18. Она тем больше, чем меньше напряженность измеряемого магнитного поля.

По измеренной таким образом длительности дополнительного облучения определяют напряженность измеряемого магнитного поля.

Для этого по зависимости напряженности поля зародышеобразования от длительности дополнительного облучения, необходимой для формирования зародыша, находят напряженность поля зародышеобразования, соответствующую измеряемой предложенным способом длительности до0 полнительного облучения. Измеряемая напряженность внешнего магнитного поля равна найденной таким образом напряженности поля зародышеобразования.

Приведенная конфигурация оптической

5 схемы устройства, реализующего данный способ, предполагает установку в ней слоя 6 монокристаллического фотомагнитного материала, вырезанного таким образом, чтобы первая и вторая оси легкого намагни0 чивания лежали в плоскости слоя 6. При другой ориентации оси легкого намагничивания по отношению к поверхности слоя 6 элемента оптической схемы, осуществляющей формирование оптических пучков для

5 предварительного и дополнительного облучений, устанавливают так, чтобы оптическая ось светового пучка от источника 1 светового пучка была нормальна к плоскости, в которой находятся первая и вторая

0 оси легкого намагничивания слоя 6.

Наклонное падение зондирующего светового пучка на поверхность слоя 6, реализуемое в приведенном устройстве, позволяет исключить попадание светового

5 пучка от источника 1 светового пучка на фотоприемник 13, т.е. в схему измерения длительности дополнительного облучения, где он является источником помех. Такая мера позволяет повысить надежность реги0 страции момента возникновения зародыша новой магнитной фазы. Если длина волны зондирующего оптического излучения лежит за пределами спектральной области, в которой материал слоя 6 обладает фото5 магнитными свойствами, то ориентация плоскости поляризации зондирующего светового пучка относительно кристаллографических осей слоя 6 может быть произвольной. Целесообразно выбирать ее такой,

0 чтобы получить максимальный магнитооптический сигнал в момент формирования зародыша новой магнитной фазы. Эта ориентация, в конечном счете, предопределяется выбранным слоем 6 монокри5 сталлического фотомагнитного материала и конфигурацией оптической схемы устройства. В противном случае оптимальной является ориентация плоскости поляризации зондирующего светового пучка вдоль осей трудного или промежуточного намагничивания. При таких ориентэциях плоскости поляризации влияние зондирующего светового пучка на процессы формирования и разрушения наведенной в течение дополнительного облучения слоя анизотро- пии минимально.

Расширение диапазона измеряемых значений напряженности магнитного поля достигается благодаря организации измерений, основанной на регистрации момента возникновения зародыша новой магнитной фазы и изменении в процессе измерений поля зародышеобразования материала слоя 6, которое позволяет реализовать условия, необходимые для формирования заро- дыша при любой сколь угодно малой напряженности магнитного поля. Повышение точности определения напряженности магнитного поля обусловлено реализацией измерений, при куоторых отсутствует необ- ходимость в определении величины угла вращения плоскости поляризации прошедшего через слой зондирующего излучения, а также свойствами самого слоя монокристаллического фотомагнитного мате- риала.

Формула изобретения 1. Способ определения напряженности магнитного поля, заключающийся в том, что через слой монокристаллического маг- нитного материала, помещенного в измеряемое магнитное поле, пропускают зондирующее линейно поляризованное оптическое излучение и анализируют состояние поляризации прошедшего илучения, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона и повышения точности измерений, слой монокристаллического магнитного материала, в качестве которого используют слой монокристаллического фо-

томагнитного материала, предварительно облучают линейно поляризованным оптическим излучением, плоскость поляризации которого ориентируют вдоль первой оси легкого намагничивания слоя, ориентируют слой монокристаллического фотомагнитного материала до совпадения второй оси легкого намагничивания слоя с направлением измеряемого магнитного поля, дополнительно облучают локальную область слоя монокристаллического фотомагнитного материала линейно поляризованным оптическим излучением, плоскость поляризации которого ориентируют вдоль второй оси легкого намагничивания слоя, измеряют длительность дополнительного облучения слоя монокристаллического фотомагнитного материала, необходимую для изменения состояния поляризации прошедшего через слой зондирующего излучения, и по значению этой длительности определяют напряженность измеряемого магнитного поля.

2. Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и и ся тем, что длину волны зондирующего линейно поляризованного оптического излучения выбирают вне спектральной области фотомагнитной чувствительности слоя монокристаллического фотомагнитного материала.

3. Способ по п.1.отличающийся тем, что длину волны зондирующего линейно поляризованного оптического излучения выбирают в спектральной области фотомагнитной чувствительности слоя монокристаллического фотомагнитного материала и ориентируют плоскость поляризации зондирующего оптического излучения вдоль осей трудного или промежуточного намагничивания слоя монокристаллического фотомагнитного материала.

Изобретение относится к магнитометрии и предназначено для локального измерения напряженности слабых пространственно неоднородных магнитных полей. Цель-расширение диапазона и повышение точности измерений. При реализации способа через слой 6 монокристаллического магнитного материала пропускают зондирующее линейно поляризованное излучение источника 7 и анализируют поляризационное состояние прошедшего излучения с помощью анализатора 12 и фотоприемника 13. Для достижения цели использую1 фотомагнитный монокристаллический материал, который предварительно облучают линейно поляри