Способ измерения постоянного магнитногопОля Советский патент 1981 года по МПК G01R33/02 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении веди-чины индук-. ции неоднородного постоянного магнит; ноге поля, а также при измерении величины ее квадрата и градиента. Известен способ измерения величин квадрата магнитной индукции,, реализованный в устройстве, основанный-на введении в измеряемое поле первичног преобразователя в виде двух датчиков Холла, соединенных каскадно, подаче токов питания, -кодировании и цифровой обработке выходных сигналов датчиков Холла 1. ОднакЗ при использовании этого способа для измерения квадрата средней индукции пространственно неоднородного магнитного поля имеет место погрешность измерения из-за различны величин магнитной индукции, воздейст вующей на отдельные датчики Холла. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является сдособ измерения постоянного магнитного поля, основанный на введении в измеряемое поле полевого магнитотранзистора со структурой металл-диэлект рик - полупроводник- - диэлектрик металл (МДПДМ), подаче постоянного тока питания магнитотранзистора, подведении к полевым электродам магнитотранзистора импульсов напряжения одинаковой амплитуды и противоположной полярности и регистрации величины амплитуды импульса выходного напряжения магнитотранзистора, по которой судят о величине средней индукции магнитного поля, а также изменении на противоположную полярности им- пульса напряжения, подводимого к одному из полевых электродов и регистрации величины амплитуды импульса выходного напряжения магнитотранзистора, по которой судят о ве.т1ичине градиента индукции магнитного поля. При этом, величина выходного напряжения магнитотранзистора в определенные моменты времени пропорциональна величине измеряемого магнитного поля или величине его градиента 2 , Однако функциональные возможности данного способа ограничены, так как не обеспечена возможность одновременного измерения трех параметров неоднородного постоянного поля - величины средней индукции, величины ее градиента и величины квадрата индукции с помощью одного гальваномагнитного

1;реоьраз овател я , Зто отрани чи нае фуп циональные возможности способа: и область его использования, например,споооб ме может быть использовар в масс-спеклрометрии, так как Мс;ссовые числа пропорциональны квадрату маг нитной Р:н,цукции .

Цель изобретения - увеличение тотности измерения.

Эта цель достигается тем, что в спОСобе измерения постоякногО маг-нит1-юго поля, основанном на введении Б измеряемое поле полевого .агнитотран зистора со структорой металл-дизлектPZK - полупроводник - лиэлектр1гк ;--. етал-Ч., подаче постоянного тока питания мгггЕтИтотранзксГора, полведении к п о л е в ы к э л е к т р од а. н м а г н и т о т р а н з и с лТ)ра импульсов напряжения одинакотзой алтпитуды и противоположной -палярь;ос( и и регистрации величины аглилиAyfljr i импульса выходного напряжения магнптотрапэистора. а- также; изменекии на противоположнук полярности г::мпульса напряжения, подводимого к одному из полевых электродов, и регистраиии величины амплитуды импульса пихолпого а 1ряк;ения магнитотра - знсчора керед изменением на прети-зопсложнуо полярности импульса напряжения, подводимого к одному поле3OMi эг:е -;троду,, запоминают велнч5-5ну ампля-туды , импульса выхОДкого напря)лО н и я м а Г н и т Ос р а к з и;:; тор а. г фо р мир -у ют кмпульсы противоположной поляркости ;-; о.цинагсозой амплитуды, величину ко-f орой -уст аи авли в ают пропорцией аль-:-1Ой эапомяекной вели-1зике, подводят о.СНовремечно сформированные им:пульсы к iTOJ7eBb;K электродам (чгнгнитотранэис-::ор.-:; л регистрируют вели-чину амплитуды выходно1о имп-ульса напряжения магнитотранзистора, по которой судят о величине ква.црата средней индукции ;.агни 7-и ОГс пол я ,

На фиг, 1 изображена структурная с;;-:ег-:а, поясняющая способ: па фиг,. 2 нремекнг-ле .г-рам1--ы, поясняюш.ие спо--соб ,

Схема,- ::ояс яющая способ (фи1-, 1) с-ос:тоит --З полевого магнито-транзистоtia 1 со с-гру металл-диэлектрик полупроводник - диэлектрик - мета-лл и исгоч-ник-.а. 2 постоянного тока питания, Мггнитотр-анзистор 1 имеет полеЕ1ы элек-гроды 3 и 4 .. Схема также содер-чгнт генератор 5 импульсного напря:;;евгия, с 1нхроннза.тор б, выходные приЗорь, 7 и 8,. запоминающее устройстве 9. через ключ 10 соединенное с выходом ма -китотранзргстора 1, а через г-:люч I соединенное со входом уси/гителя 12 с балансным выходом, при-чем вы;{оды усилителя 12 Ьоединенн с полевьп-.ги злектроддами 3 и 4„ Выход, ма г:-: и т о т р а н з и ст ор а 1 до ц ол н и т е л ь н о соеди -:ен со входог-л р егистрирующего прибор. 13. Магнитотранзистор 1 по-мегдается в измеряемое дагктлтное пона-: але i-того цикла измерения им)7ул:ьсом синхрош- , .атора 6 запускает--ся генератор 5; г: поь-ощью которого к полевым э.лектрс1дам 3 и 4 под.водятря импульсл:. нвпряжеьп я U(t), U( одинаковой ампли-гу.ды (.. и противоположной полярности. Длгггсльность этих импульсов устано лена TTptC г.це Т рэффективное время релаксации по.певого гал-ьваномагниторекомбинационного (ПГМР) эффекта; Т время записи информации на вы; :одной прибор 7, 8 или на прибор 13, При этом, после окончания переходного процесса на выходе магиитотранзистора 1 в результате ПГМР эффбкт;: устанавлияается величинг1 выходн-ого напряжения Uj. , причем

Ъ - пгмр-- , ,

г2

ПГМ1

коэОо. т, размерносПГМртью 1 /Т- А -;

в

средняя по ширине магнито-грг.:нзистора. i величина Мс.гнитпой индукции имеряемого ПОЛЯ;

I - величина тока исто1.гника 3 момент времени t.; -i-Tp с помощ синхронизатора б вырабатывается импульс запуска выходного прибора 7, который регистрирует величину U.t, - .пр С) порци о н ад ь н у ю и з мер я е мо и с ред н е и .магнитной индукции В . Величина rj|,j после регистраци запоминалась а запоминающем устро -:с-гве 9 (например RC интегратора) , .;ц-)дключаемом на время записи к выходу магнитотр.анзис-гора 1 с помоц-.ью ключа 10, управляемого синхронизатором б. После этого импульсом синхронизатора 6 на время, равное Q , включается ключ 1 и выходное напряжение п.| з апо1ч1инаюшего устройства через уси.читель 12 с бадансным выходом -подводится к пог/евым электродам 3 и 4. Таким образом формируются импульсы, подводимы к полевым эдектро.ла.м 3 и 4 в i-i-1-ом щп-сле ((фиг, 2) измерения квадрата В- измеряемой средней магнитной индукции ,

(ОРДа;:;но выражению (а) в J. -1- -ом цикле величина выходного напряжения --|з (,|--,f| -агнитотранзистпра 1 определяетс.я и3 выражен;-.я

---;Ь (-1 ч--) -Mimp -- -;а--b-i где .К,15. козффициен: перед.ачи усилителя 12, Согласно выра-жекияк (а) и (б) й.меем„

) К,;,.,: BS(в)

где К,,, КПГ-МР ,,; К;..

12 ---становлен сс-г.-тас

.С.ЛОВИК)

К ( K5.,j,р Л )i, при зтом; согласн6 выражению (в). К,..-...,; и в i -- 1--ОТ цикле в 13 р-егистРИр- -ется величина }-ы4-гл , пропорциопальная квадрату В средней магнит ной индукции о После этого, в начале (1 + 2)-ог цикла измерения,- на полевые электро 3 и 4 подводятся импульсы напряжени с одинаковой амплитудой и одинаковой полярностью (фиг. 2). При этом в магнитотранэисторе 1 проявля STCg магнитоградиентный (МГ) эффект Амплитуда устанавливается из условия насыщения сигнала МГ эффекта2) ,- + 2), (г) зависимости скорос тей поверхностной рекомбинации на г-р нях магнитотранзис тора 1, покрытых полевыми электрода ми 3 и 4, от U,, скорость поаерхнос ной рекомби 1ации н свободных гранях магнитотранзистора 1, Поэтому дейстэитбг:ьно выражение t() TsrradB- У В В О Л ь т о Б а я ма г н и т о ади ентная чувствительность магнитотранзистора 1, Вмм/т; grad В - поперечный гтэадиент ин лук ::-ти измеряемого магНИГ;;ОГО ПОЛЯ, ВеКТОр :;отО))ого перпендикулярный вектору В (фигч) . После окончания переходного процесса в (i т- 2)-ом полупериоде с помощью синхронизатора 6 вурабатьтвается импульс запуска выходногоприбора 8, регистрирующего- величину поперечного градиента индукции измеряемого магнитного поля grad В, При практическом осуществлении предлагаемого способа используются германиевые магнитотранзисторы 1, При ./1 100 В достигается величина магниточувствительности fjC VI г, л ,, МВММ величинаГц.у.айв30 В диапазонах индукции 0-100 мТ и ее градиента 0-10 -- нелинейность переммдаттэчных характеристик обоих каналов измерения не превышала 1%, быстродействие в основном определяется выходными приборами 7,8 и 13, так ка{с длительность собственных переходных процессов всех каналов имеет порядок 10 МКС. Предлагаемый способ, позволяет непосредственно определять три пара lieTpa измеряемого магнитного поля - среднюю индукцию, квадрат средней индукции и величину ее поперечного градиента с помощью одного полупроводникового измерительного sipGOrisaзователя. Следовательно, в способе исключаютоя погрешности, связанньте с неидентичностью двух первичных гальзаномагнитных преобразователей, которые используются в-известных способах, а также погрешности, связанные с процедурами вычислений, которые необходимы для определения величины индукции, ее квадрата и ее градиента по сигналам двух первичных преобразователей . изобретения Способ измерения постоянного магнитного поля, основанный на впеден,.; 3 измеряемое поле полевого магниггстранзистора со структурой металл диэлектрик - полупроводник - диэле ; рик - металл, подаче постоянного См питания магнитотранзистора, - подведе-нии к полевым электродам магнитотра зистора импульсов напряжения одпначг вой амплитуды и противоположной ности и регистрации величины ак1 ,ды импульса выходного напряжение; ;;: . нитотранзистора, а также иэл енен::. на противоположную полярност и са напряжения, подводимого к :-. из полевых электродоБ и рег:-с:р-- величины амплитуды имп -льса i--: ui : го напряжения маг:-;итотранз -5С:: op--i отличаюшкй СП . ;/,;. с целью уБеа {чення точггостл ;-. ияя, перед измeнeнкe чэ npoTvr.r.r локкую пол яркости импульса капря-.ния, подводимого к одному полевогм-.электроду, запоминают величин амг: литуды импульса выходного напряхекия магнитотранзистора, фор- --ру--с--;- :УТуЛЬОЫ противоположной к одинаковой амплитуды, ве71ич;;;л -./.:орой устанавливают пропорцисчалт,--г ; запомненной величине, подводят .5енно сформированные имщльсы к п:ле}зым электродам магнитотранзистора ;; регистрируют величину амплитуды вк ходного импульса напряжения магнитотранзистора, по которой судят о величине квадрата средней индукции мзгнктного поля. Источники информации, принятые во BE имaниe при экспертизе 1,Авторское свидетельстЕО СССР К 497541, кл, G 01 R 33/06, 1975. 2.Авторское свидетельство СССГ по заявке № 2666316/18-21, кл. G 01 R 33/02, G 01 R 33/06, 1979