Устройство для измерения параметров цилиндрических тонких магнитных пленок Советский патент 1976 года по МПК G01R33/12 

Изобретение относится к области неразрушающего контроля качества и -свойств ферромагнитных |материалоВ и предназначено для измерения параметров цилиндрических тонких магнитных пленок (ЦТМП). Известны устройства для измерения магнитных свойств феррО|Магнитных пленок, в кото,рых для исследования магнитных параметров цилиндрических ферромагнитных лленок используется ад&ридиальный и экваториальный и Магнитооптические эффекты Керрм В этих устройствах .используется динамический метод измерения, что лозволяет непосредственно наблюдать петли гистерезиса на экране осциллОГрафа, снятые при «амапничивании участков пленки вдоль легкого и трудного -направлений. Из этих петель опреде. коэрцитивную силу (Не) и поле анизотронии (Нк). Однако о-пределение пара.метров участков ЦТМП на экране осциллографа по нетлям гистерезиса, а также наблюдение сигнала считывания € пленки на экране осциллографа в известных устройствах приводит к тому, что процесс измерения при этом длителен и T04HOiCTb его зависит от фиксации оператором контрольных точек на экране осциллографа. Известен так}ке прибор для измерения пол1Я анизотропии (Пк) участков цилиидрических тонких магнитных пленок, содержащий генератор синусоидального напряжения, усилитель мощности, проходной датчик и избирательный усилитель, соединенные последовательно, а также модулятор, выход которого Подключен к усилителю -мощности, и блок регистрации {2. Однако неоднозначиость моменто-в сраба тывания спусковой схемы сравнения блока регистрации от текущего значения амплитуды напряжения третьей гармоники при одних и тех же значениях ноля анизотропии участков пленки из-за разброса их магнитных свойств (индукции В), определяющих амплитуду текущего значения наиряжения третьей гармоники вторичной э. д. с., не обеспечивает достаточной точности результатов контроля. Цель изобретения - повышение точностн. Достигается это тем, что устройство для измерения параметров цилиндрических тонких магнитных пленок, содержащее генератор синусоидального напряжения, усилитель мощности, Проходной датчик и избирательный усилитель, соединенные последовательно, -i также модулятор, выход которого подключет к усилителю мощности, и блок регистрации, снабжено последовательно соединенными фор мирователе.м управляющего напряжения, управляемым ключом, последовательно соединенными вторым формирователем управляющего напряжения н Вторы,м источником нама ГН1 Ч1-1 вающего тока, причем «ход первого формирователя подключе/н к выходу избирательного усилителя, вторые входы управляемых -ключей подключены к Выходу усилителя мощ.ности, -выход л-ервого ключа, соединенный с входОМ второго фо-рмир.ователя подключен к одному входу блока регистрации, а выход другого ключа нодключен к другому входу бл-ока регИСтрацнн, один выход истоминка яамагнИчивающего тока подключен к входу модулятора, а другой выход источника намарничнвающего тока и выход блс-ка регистрации ;ладключены к 1контролируемо.му образцу.

На фиг. 1 нриведеиа блок-схема устройства; иа фиг. 2, а нзображена кривая нагмагннчи-вания нленки -но оси легкого амагн 1чивания и график из1менен:ия магнитных полей по этой крнвой при измерении коэрцитивной силы (Н-с) и на фиг. 2, б-кривая намагнич-ивания нленки по оси трудного намагничи-ва1ШЯ и график из-менения :во времени амплитуды синусоидального намагничиваюш его поля: -на фиг. 3 приведена временная диаграмма напряж-ений в различных функциональных узлах устройства, поясняющая работу схемы.

Блок-схема устройства (-см. фиг. 1) содержит генератор -сидусоидального налряжениу, /, усилитель 1МОИДНОСТН 2, проходной датчик 3, избирательный усилитель 4, модулятор 5, п-ервый формирователь упрачляю.щего напряжения 6, иервый упразляемый ключ 7, второй фо-рмирователь управляющего напряжения 5, второй управляемый ключ 9, источник намагничи-вающего тока JO, блок регистрации Л и схему включения образца ЦТМП 12 с контактными зажимами 13 и 14, образцом ЦТМП J6 и резистором 16.

Устройство работает следующим образом.

С помощью источника намагничивающего тока 10 создается импульс кругового магнитнаго ноля вокруг образ-ца ЦТМП в нанравЛ6НИИ легкого намагничиваиия (см. фи-г. 2, а) и намагничивающего плеику до насыщения 3 одно из устойчивых состояний, а также запускается модулятор 5, осуществляющий .пилообразную модуляцию намаг ичивающего тока.

G помощью генератора Л усилителя мощности 2 и датчика 3 создается переменное СЕнусаидальное иоле (см. фиг. 2, б), перемагничивающее испытуемые участки пленки, при иомещении образца ЦТМхП в отвер-стие датчи1ка, до насыщения вдоль трудной оси намагличивания.

-При воздействии на участок пленки намагничивающего ноля Нт индукция (В) в ней будет из.меняться по гармоническо.му закоиу только на линейном участке жривой намагничивани.я. На втором участке кривой (в насыщении) индукция в пленке не будет изменяться по -гар;м-0)НИческОМу закону и в ее составе появятся гармонические составляющие. В составе -иапряжения вторичной обмотки

датчика 3 также лоявятся высшие гармоники, из которых наибольшей амплитудой обладает третья гармоиика.

Момент появления в составе индукции участков пл-енки и в напряжении вторичной об.мотки датчика 3 высших гармони/к при нере-магничиваиии пленок синусоидальным нолем вдоль трудной оси нама-гни-чивания до насыщения свидетельствует о величине намагничивающего поля, равного полю алязотропии.

Дл.я измерения используется напряжение, пропорциональное намгничивающему току, создающему е яроходн-ом датчике 3 -намагничивающее ноле, и регистрируется амплитуда этого на.нряжен-ия в момент, когда намагн чивающее поле при перемагничивании участков пленки до насыщения в трудном нааравлепии достигает значения, рав,но-го нолю а;;. зотропии участков плешои и в составе напряжения вторичной об-мотки датчика лоявляются .гармонические составляющие, и,з которых выделяется третья га-р1моника и фиксируется начало непрерывното роста амплитуды ее текущ.его значен1ия.

Так как намапничивающее поле лри перемагничивании участков плеН|КИ до насыщ&ния вдоль трудной oiCH намагничивания изменяется по амллитуде, вследствие модуляции намагничивающего тока (см. фиг. 2,6), то его величина в определенный .момент достигает значения, равного полю анизотропии.

Постоянный ток регулируемой вели п-щы с выхода блока регистрации 1J иоступает в образец ЦТМП и создает круговое магнитное пол-е иротивоположной нолярн-ости импульсному полю, -созданному током источника 10. Происходит разрушение остаточной индукции илеики вдоль оси легкого намагничивания (см. фиг. 2, и) и уменьшение напряжения третьей гармоники вто-ричной э. д. с.

При разрушении до иуля остаточной иидукции нленки ло оси легкого намагничивания постоянным полем регулируемой величины, перемагничивания пленки по оси трудного намагничивания переменным синусоидальным полем не происходит н гармонических составляющих в индукции пленки не появляется. Гармонических составляющих во вторичной э. д. с., обусловленных потоком перемагничивания нлен-ки, также -не появляется.

Таким образом момент отсутствия гармонических составляющих в индукции плен-ки и во вторичной э. д. с. при леремагвичивалии пленки -синусоидальным нол-ем по оси трудного на-магничивания и -разрушении до нуля остаточной индукции пленки оостоянным -полем ло оси легкого яамагн-нчиващия свидетельствует о величине разрушающего поля, равного ко-эрцитивной силе пленки (см. фиг. 3, в).

Напряжение, пропорциоиальное намагничивающему току с -выхода усилителя мощности 2, иоступает на вход управляемых ключей 7 и 9, к-оторые в зависимости от условий работы формирователей 6 и 8, пропускают или задерживают -прохождение этого напряжения па соответствующие входы блока регистрации 11.

Для азтоматн-вской регистрации амплитуды напряжения, прапорционального иамагнячивающему току, когда пама гничизающес поле достигает значения, равного яолю анизотролни (Нс) плепки, а также регистрации TOiKa, создающего iKpyrosoe поле .по оси легкого иамагничивакия и разрущающее до остаточную индукцию .пленки вдоль этой оси и соогветствующее коэрцитивной силе (Нс) нленки, третья гармо ника из «агпряжения вторичной обМотки датчика 3 выделяется и усиливается из5ирательпы:М уси.тителем 4, цреобразуется формирователем 6 в напряжение, управляющее работой ключа 7, причем олорный уровень этого напряжения определяется началом пепрерьгеното роста амплитуды текущего значения нааТряжения третьей гармоники.

При отсутствии напряжения третьей гар1Мопик1И .иа выходе избирательного усилителя 4 управляемый ключ 7 открыт и напряжение, пропорциональное на.матничи.вающему току с выхода усилителя мощности 2 через ключ 7 поступает ла формирователь 8 и на один из входов блока регистрации //. |При этом на выходе формирователя 8 иоязитея уиравляющее напряжение (см. фиг. 3, е), которое закроет (КЛЮЧ 9, н напряжение с выхода усилителя мощности 2 через ключ 9 .на другой вход блока регистраци.и 11 проходить не будет.

При воздейст1В(ии .на управляемый ключ 7 упра.вляющего напряжения с выхода формирователя 6 (см. фиг. 3, г), прохождение через ключ 7 напряжения, пропорционального намагничивающему току с выхода усилителя 2, прекращается (см. фиг. 3, д).

Амплитуда сигнала на выходе управляемого клЕОча 7 (см. фит. 3, д в момент начала непрерывного роста ам-плитуды текущего значения третьей гар.мо.ними вторичной э. д. с. соответствует величине намагничивающего поля, равного полю анизотропии участков пленки.

Этот сигнал является синусоидальным и при непрерывной мо.дуля:ции намагничивающего тока с меняющейся амплитудой, т. е. повторяет форму напряжения на входе управляемого 1ключа 7. Сигнал измеряется в блоке регистрации // схемой измерения выходного вольтметра (амплитудного), который реатирует иа среднее значение амплитуды каждого .поступившего с выхода управляемого ключа 7 уровня сигнала и зарегистрирует наибольщее его значение в .момент начал.непрерывного роста амплитуды текущего значения папряжен.ия третьей гармоники вторичной э. д. с. Прп непрерывной модуляции нама.гничивающего тока измерение сигнала «а овыходе управляемого ключа 7 происходит с частотой модуляции.

образом поле анизотропии (Нк) участков цилиндрических тонких магнитных

ПленО|К числецно paiBHo амплитуде намагпи1:и:вающего поля в момент появления в палряжен.ии вторич.ной обмотки датчика 3 третьей гармоники и начала непрерывного роста

а.м.пл.итуды ее текущего з.начения после поязлепия ее на -выходе избирательного усилителя 4 .и из.меряется через измерение амплитуды напряжения пропо.рционального намагнич.Ивающе.му току.

В то время как ключ 7 закрывается, ключ

9 открывается, так ка.к после закрывания ключа 7 управляющего напряжения на выходе формирователя 8, которое воздействует на ключ 9, не будет (см. ф.иг. 3, е).

5 Напряжение с выхода усилителя мощности 2 через открытый ключ 9 поступает в блок регистрации -Ы (см. фит. 3, ж), где преобразуется в постоянный ток и с выхода блок.1 регистрации // подается в образец ЦТМП /5

0 (см. фиг. 3, з). Этот ток создает 1круговое поле .по оси легкого на;ма1гпичивания и противоположное полярности импульсного поля, созданного током источника 10. Поле постоя1Н;ного тока разрущает остаточную индукци1с

5 пленки вдоль оси легкого намагничивания (см. фиг. 2, а), что приводит .к уменьшению нанряжения третьей гармоники вторичной э. д. с. на выходе избирательного усилителя 4 (см. фиг. 3,0). При разрущенаш до нуля

30 остаточной индукции пленки (см. фиг. 2, а), по оси легкого иамагнич.иваиия, иерематничивания пленки но оси трудного на матничиванпя переменным синусоидальным полем не происходит и напряжение третьей гармоники

5 вторичной э. д. с. на выходе избирательного усилителя 4 уменьщается до нуля (см. фиг. 3, б). При этом управляющее напряжение на выходе формирователя 6 отсутствует и ключ 7 открывается. Напряжение с выхода усилителя мощности 2 через ключ 7 поступает на формирователь 8, на выхо.де которого появляется управляющее напряжение, и закрывает ключ 9. Прохождение нанряжения с выхода усилителя мощности 2 на блок регистрации

5 и через ключ 9 прекращается и круговое иоле, разрушающее остаточную ипдукцию пленки по оои легкого намагн.ичИ|Ва|Ния исчезает. Образец ЦТМП 15 готов ,к на.магничиванию его ПО оси легкого намагничивапия

0 импульсом поля, создаваемого током от источника 10.

Амплитуда тока на выходе блока регистрации // В момент уменьшения до нуля напр.яжения третьей гармоники .вторичной э. д. с.

55 на выходе избирательного усилителя 4 соответствует 1величиЦе поля, .разрушающего о.статочпую намагниченность пи оси легкого намагничивания, равного коэрцитивной силе (Нс) участков пленки.

0 Этот ток измеряется в блоке регистрации через измерение пропорциональной ему амплитуды неременного синусоидального напряжен.ия, которое измер.яется в блоке регистрации 11 схе;М.ой выходного вольтметра, .кото5 рый реагирует на среднее значение каждого поступившего с выхода упрЭгЕляемого ключа 9 уровня сигнала и зарегистрирует наибольшее его значение в момент умепьшения до нуля напряжения третьей гармоники вторичной э. д. с. на выходе «збирательпого усилителя 4. При непрерывной модуляции намагвичаваюшего тока измерение сигнала на выходе ключа 9 происходит с частотой модуляции. Таким образом коэрцитивная сила (Не) участков цилиндрических топких магниъных пленок численно ра;В;на амллитуде кругового поля постоянного тока, иЗ|Меняюш,егося по величине, в момент уменьшения напряжения третьей гармоники вторичной э. д. с. на выходе избирательного усилителя 4 до нуля, и определяется посредством измерения амилитуды напряжения, пропорционального току, создающему круговое поле и разрушающее до нуля остаточную индукцию пленки но оси легкого намагничивания. Таким образом измеренные блоком регистрации // значения сигналов .на выходах управляемых клюией 7 :и 9 по графикам или таблицам переводятся в величины измеряемых поля анизотропии (Нк) и коэрцитивной силы (Не) или отсчитываются по отградуировавным щкалам стрелочных Приборов блока регистрации 11. Формула л 3 о б р е т .е н и я Устройство для измерения параметров цилиндрических тонких магнитных пле1;ок, содержащее генератор синусоидального напряжения, усилитель мощности, проходной датчик и избирательный усилитель, соедипенпые последовательно, а также модулятор, выход которого подключен к усилителю мощности, и блок регистрации, отличающеес я тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено последовательно соединенными формирователем управляющего папряжекия, управляемым ключом, .последовательно соединенными вторым форМИро.вателед управляющего напряжения и вторым ключом, источником намагничивающего тока, причем вход первого формирователя подключен к выходу избирательного усилителя, вторые входы управляемых ключей подключены к выходу усилителя мощности, выход первого ключа, который соединен с входом второго формирователя, под1ключеп к одному входу блока регистрации, а выход другого ключа подключен к другому входу блока регистрации, выход истояника намагничивающего тока подключен к входу .модулятора. Источ.ники информации, принятые во в-нимание при экспер.тизе заявки: I. «Приборы и техника эксперимента. № 2, 1970, стр. 225-226. 2. «Пр.иборы И техника эксперимента, № 4, 1972 г., стр. 261 (прототип).

I,/с Hi

LJ

(T

1

%г./

a

I r 1 i

-Yyi«

mmm

„ « ,f i;/ J J У

r il

J

1

I M --fAV. L- ffiWrw rI-T I-J

Wx

U

U6

лг.