Устройство для измерения градиентаМАгНиТНОгО пОля Советский патент 1981 года по МПК G01R33/22 

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения градиентов магнитных полей.

Известно устройство для обнаружения неоднородности магнитного поля, содержащее два полупроводниковых потокочувствительных элемента, соединенных параллельно между собой и последовательно с источником питания, причем боковые контакты элементов соединены с измерительным прибором.

При нахождении одного из потокочувствительных элементов в поле, инвертированном по отношению к остальному, по возникновению выходного напряжения определяют наличие магнитного поля противоположного направления

1.

Недостатком этого устройства является его нечувствительность к мальм градиентам в области сильных магнитных полей из-за стремления к на-, сыщению магнитосопротйвления потокочувствительных элементов.

Известно также устройство для измерения градиента магнитного поля, содержащее потокочувствительные полупроводниковые элементы и резисторы включенные по мостовой схеме, в одну диагональ которой включен регистрирующий прибор,а в другую - источник питания. При отсутствии магнитного поля, а также в однородном поле, сопротивления обоих высокочувствительных элементов одинаковы и показание измерительного прибора равно нулю. Корректировка нуля отсчета производится с помощью переменных резисторов-. При помещении полупровод0никовых элементов в исследуемое магнитное поле, сопротивление последних меняется, а при наличии градиента изменения различны, что и регистрирует измерительный прибор 2.

5

Недостатком устройства является его нечувствительность к малым градиентам сильных магнитных полей, обусловленная насыщением магнитосопротйвления потокочувствительных эле0ментов .

Цель изобретения - повышение чувствительности устройства к малым градиентам сильных магнитных полей.

Цель достигается тем, что в ус5тройство для измерения градиента магнитного поля, содержащее потокочувствительные полупроводниковые элементы и резисторы, включенные по мостовой схеме, в одну диагональ которой включен регистрирующий прибор, а в другую - источник прямоугольных им пульсов, дополнительно введены диод, линия задержки и кокмутатор, при этом источник импульсного напряжения подключен к одной диагонали моста через диод в прямом направлении, а к другой - через линию задержки и крмму1|атор включенные в измерительную диа гональ моста последовательно с Регистрирующим прибором. На чертеже показана схема устройства. Устройство состоит из двух полупроводниковых элементов магниторезисторов 1 и 2 и резисторов 3 и 4, соединенных по мостовой схеме, импульсного источника 5 прямоугольных импульсов , подключенного к одной диагонали моста через диод б, включен-. ный в прямом направлении, а к другой - через линию задержки 7 и коммутатор 8, включенные последовательно с регистрирующим прибором 9 в измерительную диагональ моста. Устройство работает следующим образом. , Пря прохождении импульса прямого тока от источника 5 через диод 6, на последнем накапливается заряд, котоЕИй рассасывается после окончания действия импульса. Величина накопленного заряда и скорость его рассасьюания будут зависеть от коэффициен та йнжекций диода б и .времени жизни инжектированных носителей. Этот накопленный заряд проявляется во внешней цейи как послеинжекционная ЭДС, скорость спада которой определяется рекомбинацией и утечкой носителей заряда через внешнюю цепь. В случае, если времена жизни неосновных носителей больше постоянной времени анеш ней цепи/ скорость спада послеинжек ционной ЭДС определяется следуюашм u(V)iXo)w(-), соотношением где и(о) - напряжение на диоде в момент окончания импульса прямого тока; Сд - барьерная емкость диода, обычно ра:вна 100-200|1ф; -аквйвалентное сопрЬтй&лейие цепи/ через которое происходит рассасывание заряда; , Л . /. -время задержки, задаваемое линией задержки Япя . германиевого диода, соетавляютее 20-100 мкС Значения сопротивлений 1 - 4 и q6faTHoro сопротивления диода б можно подобрать так, что скорость спада послеинжекцнонной ЭДС И (t) будет зависеть только от сопротивления маг ни торе зис торов 1 и 2 (1Ц,), тогда при фиксированном значении Ц, она будет экспоненциально зависеть от сопротив лений магниторезисторов 1 и . В слу чае отсутствия градиента исследуемого магнитного поля, в любой момент времени, задаваемый линией задержки 7и коммутатором 8, сопротивления магниторезисторов 1 и 2 одинаковы и показания регистрирующего прибора 9 равно нулю. При наличии градиента магнитного поля изменения сопротивлений, магниторезисторов 1 и 2 разЬичны, что и регистрирует прибор 9. 8сильных магнитных полях магнитосопротивления стремятся к насыщению, а так как послеинжекционная ЭДС экспоненциально зависит от магнитосопротивления (R() магниторезисторов 1 и 2, что незначительное.изменение последнего вызывает экспоненциальный рост выходного сигнала, что дает возможность измерять малые градиенты сильных магнитных полей. Послеинжекционная ЭДС И (t) быстро растет с ростом магнитосопротивления-в области, где . Таким образом, сверхлинейный рост выходного сигнала от магнитосопротивления (напряженности магнитного поля) будет сохраняться до значений его порядка . Такая сверхлинейная зависимость выходного сигнала от магнитосопротивления обеспечивает возможность, измерения малых градиентов сильных магнитных полей. При больших абсолютных значениях магнитной индукции, когда происходит значительное увеличение магнитосопротивления магниторезисторов 1 и 2, для измерения малых градиентов корректировку нуля отсчета производят уменьшением величины барьерной емкости (Сд) диода б и его обратного сопротивления с помощью небольшого смещения диода 6 в прямом .направлении или его подсветкой. Для точного измерения градиента магнитного поля необходимо, чтобы линейные размеры потокочувствительных полупроводниковых элементов были меньше, чем их базовое расстояние. Дпя существующих магниторезисторов, подбор их начального сопротивления осуществляют по длине полоски при приемлимых значениях ее ширины и толщины, Обычно длина пол1троводниковых полосок, используемых в магнитометрии, составляет мм. Уменьшение длины полоски приводит к малfcjM значениям её начального магнитосопротивления и соответственно к его незначительным изменениям в магнитном поле. . Данное устройство позволяет измерить малые градиенты при малых начальньах значениях сопротивления- магНИ орезистороВ из-за сверхлинейной зависимости выходного сигнала от магнитосопротивления в широком диапазоне значений и увеличении крутизны этой зависимости при уменьшении магнитосопротивления, такое преимущество позволяет уменьшить линейные размеры потокочувствительных элементов и повысить точность измерения градиентов магнитного поля, и тем са мьм, получить точное описание топографии исследуемого магнитного поля в широком интервале значений магнитной индукции. Формула изобретения Устройство для измерения градиент магнитного поля, содержгицее потокочувствительные полупроводниковью эле менты и резисторы, включенные по мое товой схеме, в одну диагональ .которо включен регистрирующий прибор, а в другую - источник прямоугольных иМпульсов, отличают ее с я тем что, с целью повышения чувствительности устройства к мальм градиентам сильных магнитных полей, в него дополнительно введены диод, линия задержки и коммутатор, при этом источник импульсного напряжения подключен к одной диагонали моста через диод в прямом направлении, а к другой через линию задержки и коммутатор, включенные в измерительную диагональ моста последовательно с регистрирующим прибором. Источники информации, принята е во внимание при экспертизе 1.Патент США 3973182, кл. 324-45, 1971, 2,Вайсе Г. Физика гальваномагнитных полупроводниковых приборов и их применение. Энергия, М, 1974, с. 265-267.