Магнитооптический гистериограф Советский патент 1981 года по МПК G01R33/12 

(54) МАГНИТООПТИЧЕСКИЙ ГИСТЕРИОГРАФ

Изобретение относится к магнитоизмеритепьной технике,в частности к магнитооптическим гистериографам для регистрации динамической кривой намагничивания, основанным на магнитооптических эффектах Фарадея и Керра, и может использоваться при исследовании магнитных свойств макро- и микроучастков образцов различных кла сов ферромагнетиков, для исследования магнитных свойств тонких маГнитных пленок, пластин и поверхностных слоев массивных образцов, а также пр метрологической аттестации стандартных образцов магнитных и магнитоопти ческих материалов. Известен магнитооптический гистериограф для непосредственной регистрации кривой намагничивания, содержащий источник неполяризованного све та, поляризатор, намагничивающую сис тему, преобразователь напряженности магнитного поля в электрический сигнал, двухлучевую поляризационную гши My, два приемника излучения, генератор намагничивающего тока и регистрирующий тракт, состоящий из суммирующе-разностного блока, селективного усилителя, настроенного на частоту перемагничивания, синхронного детектора с большой постоянной времени, детектрра, усилителя-ограничителя и двухкоординатного регистратора. Источник неполяризованного света связан через поляризатор с образцом и через двухлучевую поляризационную призму с двумя приемниками излучения, выходы которых соединены с суммирующе-разностным блоком, присоединенным через селективный усилитель и синхронный детектор к Y-входу двухкоординатного регистратора. При этом выход преобразователя напряженности магнитного поля в электрический сигнал, подключенный через нама ничивайщую систему к генератору намагничивающего тока, соединен через детектор с Х-входом двухкоординатного регистратора и через усилитель-ограт1чиель - с опорным входом синхронного етектора l,

Этот гистериограф позволяет непосредственно регистрировать кривую намагничивания,Однако результат измерения отягощен методической погрешностью, связанной с тем, что первая гармоника устанавливаемого сигнала сдвинута по фазе относительно перемагничивающего тока. При этом фазовый сдвиг не остается постоянным во время регистрации кривой намагничивания и возникающая погрешность тем болыуе, чем более прямоугольна петля гистериза испытуемого образца. Для исключения методической систематической погрешности (достигающей 100% обычно регистрируют кривые намагничивания для набора последовательных значений фазы сигнала на опорном входе синхронного детектора с большой постоянной времени.При этом огибающая кривых является приближенно верной кривой намагничивания. Исключениеметодической погрешности требует больших затрат времени, причем необходимая . точность измерения не достигается, поскольку возникает погрешность при проведении огибающей за сч%т построения и дрейфа сигнала, составляющая lCf-20%. Таким образом, недостатками известного гистериографа являются низкая точность и большие затраты времени, необходимые для проведения измерения.

Цель изобретения - повышение точности и сокращение времени измерений.

Эта цель достигается за счет того, что магнитооптический гистериограф, содержащий источник неполяризованного света и оптически связанные с ним поляризатор, двухлучевую поляризационную призму и два приемника излучения, подключенные ко входам суммирующеразностного блока, выход которого че-. рез селективный усилитель и синхронный детектор соединен с одним из входов -двухкоординатного регистратора, преобразователь напряженности магнитного поля в электрический сигнал, выход которого подключенный через намагничивающую систему к генератору,, соединен через детектор с другим входом двухкоординатного регистратора и со входом усилителя-ограничителя, снабжен последовательно соединенными

вторым синхронным детектором, усилителем постоянного тока, управляемым фазосдйигаюпщм блоком и 90-градусным фазосдвигающим блоком, причем второй вход управляемого фазосдвигающего блока соединен с выходом усилителя-ограничителя, а выход - с опорным входом первого синхронного детект тора, сигнальный вход второго синхрон-ного детектора соединен с сигнальным входом первого синхронного детектора.

На чертеже приведена структурная схема магнитооптического гистериографа.

Гистериограф содержит источник 1, неполяризованного света, оптически связанный через поляризатор 2 с образцом 3, помещенным в намагничивающую систему 4, соединенную с генератором 5 намагничивающего тока и через двухлучевую поляризационную призму 6 - с двумя фотоприемниками 7 излучения, подключенными ко входам суммирующеразностного блока 8, выход которого через селективный усилитель 9 соединен с сигнальным входом первого синхронного детектора 10, Выход селективного усилителя .9 подключен к сигнальному входу второго синхронного детектора 1I, соединенного через усилитель 12 постоянного тока с управляющим входом управляемого фазосдвигаюн1;его блока 13, выход которого через 90-градусный фазосдвигающий блок 14 соединен с опорным входом второго синхронного детектора 11 и с опорным входом первого синхронного детектора 0, выход которого подключен к Y-Бходу двухкоординатного регистратора 15, Выход преобразователя 16 напряженности магнитного поля в электрический сигнал через усилитель-ограничитель 17 соединен с управляемым фазосдвигающим блоком 13 и через детектор 18 - с Х-входом двухкоординатного регистратора 15.

Устройство работает следующим образом.

Поток неполяризованного света от источника проходит через поляризатор 2 и падает на образец 3, помещенный в намагничивающую систему 4,в .которой с помощью генератора 3 создается напряженность магнитного поля, меняющаяся по синусоидальному закону с медленно увеличивающейся амплитудой. -Отраженный .от образца поток излучения Через двухлучевую поляризационную призму 6 падает на два фотоприемника 7, которые преобразуют его в электрический сигнал, поступающий в суммирующе-разностный блок 8, который обеспечивает снижение погрешностей, обусловлен1№1х шумами источника света и фотоприемников и дрейфом выходного сигнала. С выхода суммирующе-разностного блока 8 сигнал через селективный усилитель 9 поступает на входы первого и второго синхронных детекторов 10 и 11, причем сигнал с выхода второго синхронного детектора 11 через усилитель 12 постояного тока поступает на управляющий вход управляемого фазосдвигающего блока 13, который изменяет фазу сигналов, поступающих на опорный вход первого синхронного детектора 10 непосредственно, а на опорный вход второго синхронного детектора 1} - чечерез 90-градусный фазосдвигающий блок 14 так, чтобы выходное напряже,тгае второго синхронного детектора 11 стремилось к нулю. Поскольку опорные напряжения на синхронных детекторах 10 и 11 сдвинуты друг относительно друга на 90, то на выходе первого синхронного детектора 10 напряжение будет максимальным; оно подается на Y-вход двухкоординатного регистратора 15. Сигнал, пропорциональный мгновенному значению напряженности маг нитного поля, снимаемый с преобразователя 16 напряженности магнитного поля в электрический сигнал, подается на управляемой фазосдвигающий бло 13 через усилитель-ограничитель 17, на Х-вход двухкоординатного регистратора 15 - через детектор 18.

По сравнению с известным магнитооптическим гистериографом, благодаря автоматизации процесса исключения методической погрешности, время, затрачиваемое на получение кривой цамагничивания материала, уменьшается

в 30-50 раз, а погрешность, связанная с графическим построением кривой и дрейфом сигнала - в 10-15 раз.

Формула изобретения Магнитооптический гистериограф, содержащей источник неподяризованного света и оптически связанные с ним поляризатор, двухлучевую поляризационную призму и два приемника излучения,

подключенные ко входам суммирующе-р зностного блока, выход которого через селективньш усилитель и синхронный детектор соединен с одним из входов двухкоординатного регистратора, преобразователь напряженности магнитного поля в электрический сигнал, выход которого подключенный через намагничи ваюшую систему к генератору, соединен через детектор с другим входом двух0 координатного регистратора и со входом уснлнтеля-ограничителя, о т л ич а ю ц; и и с я тем, что, с целью повьшения точности и сокращения времени измерений, он снабжен последовательно соединеннь ми вторым синхронным детектором, усилителем постоян- кого тока, управляемым фазосдвигающим блоком и 90-градусным фазосдвига ющим блоком, причем второй вход уп. равляемого фазосдвигающего блока соединен с выходом усилителя-ограничителя, а выход - с опорным входом первого синхронного детектора, сигнальный вход второго синхронного детектора соединен с сигналь}П: 1М входом первого синхронного детектора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Глаголев С. Ф. Червинский М,М. Магнитополяриметр Керра для определения локальии.х Динамических магннт ньпс характеристик. Труды метрологических институтов СССР. Исследования в области магнитных измерений. Энергия, 1979, вып. 233(293), с,31.