Устройство для измерения амплитуды импульсного магнитного поля и способ,его реализующий Советский патент 1982 года по МПК G01R33/07 

(Sl) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ АМПЛИТУДЫ ИМПУЛЬСНОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ и СПОСОБ ЕГО РЕАЛИЗУЮЩИЙ

1

Изобретение относится к магнитоизмерительной технике и может быть использовано для измерения амплитуды импульсного магнитного поля.

Известен датчик Холла, выполненный в виде структуры типа металл диэлектрик - полупроводник (металлокисел-полупроводник), в котором металл выполняет роль затвора относительно полупроводника. Изменение потенциала затвора приводит к появлению тонкого проводящего инверсионного слоя на поверхности датчика. Малые толщины инверсионных слоев обуславливают увеличение отношения ЭДС Хслла и ЭДС индукционной наводки т.

К недостаткам можно отнести то, что повышение точности измерения вышеуказанным путем ограничено. Кроме того, для регистрации мак.имального значения импульсной ЭДС, необходимо создание достаточно сложной радиоэлектронной схемы.

Известен способ непосредственного измерения датчиком Холла импульсного магнитного поля путем регистрации импульсного напряжения Холла 2.

Недостатком способа является большая .погрешность измерения, вследствие наличия на выходных электродах ЭДС индукционной наводки, уровень которой при малых длительностях импульсов может превышать

0 величину ЭДС Холла. Кроме того, компенсация возникающей в выходной цепи датчика индукционной наводки сложна, вследствие необходимости согласования не только амплитуды, но и фазы

15 и частоты сигналов, при этом, вследствие частотной зависимости полного сопротивления цепи компенсации, осуществима только при фиксированных значениях частот магнитного поля,

20 кроме того, практически не всегда применима, например-при измерении амплитуды одиночных и редкоповторяющихся импульсов. При больших длинах 39 подводящих проводов (порядка 100 м) площади индукционных петель, как правило, оказываются очень большими (порядка 20-80 ). Это приводит к увеличению уровня паразитной наводки, что при заданной точности ком пенсации связано с увеличением абсо лютчного уровня нескомпенсированной части наводки, и следовательно, с уменьшением точности измерения. Цель изобретения - повышение точ ности измерения. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения амплитуды импульсного магнитного по ля, содержащем датчик Холла с токовыми и холловскими электродами, выполненными в виде полупроводниковой пластины, нанесенной на слой диэлект рика, в него введен слой ферромагнит ного материала, на котором укреплен слой Диэлектрика. Цель достигается согласно способу реализующему устройство, заключающемуся в том, что предварительно раз магничивают слой ферромагнитного материала, а ЭДС Холла измеряют по окончании воздействия импульса магнитного поля. На фиг, 1 показана схема структуры во время воздействия импульса магнитного поля с напряженностью на фиг. 2 - то же, по окончании воздействия этого импульса; на фиг. 3 схема включения структуры при исполь зовании в качестве активной проводящей пластины Холла инверсионного слоя полупроводника; на фиг, 4 - гра фик зависимости уровня постоянного холловского напряжения от амплитуды. Схема структуры ферромагнетик диэлектрик - проводник во время воздействия импульса магнитного поля с амплитудой напряженности Н (фиг.1) состоит из монокристаяпической полупроводниковой пластины 1, слоя диэлектрика 2 (так как в качестве монокристаллической пластины используется эпитаксиальный слой, то в качестве диэлектрика выступает полуизолирующая подложка), ферромагнитного материала 3. При воздействии на структуру импульса с амплитудой напряженности Н в ферромагнитном материале 3 возникает индукция , По окончании воздействия импульса с амплитудой Н/( индукщ я в ферромагнитном материале 74 3 уменьшится до значения остаточной индукции Ву,(фиг.2). В разомкнутом воздушн ом зазоре, находящемся между полюсами намагниченного ферромагнитного материала, возникнет индукция Bj, которая приводит к возникновению постоянной во времени ЭДС Холла и, по которой определяется макси-. мальное значение амплитуды импульса магнитного поля. Схема включения структуры (фиг.З) при использовании в качестве активной проводящей пластины Холла инверсионного слоя полупроводника, т,е, на токовые электроды подано напряжение питания, с холловских электродов снимается ЭДС Холла, а на ферромагнитный материал подано смещение напряжения, ферромагнитный материал используется в качестве затвора, потенциал которого отличен от потенциала полупроводника. Данный способ измерения амплитуды импульсного магнитного поля можно применять и при использовании в качестве активной пластины датчика обь1чных монокристаллических слоев, В этом случае ферромагнитный материал может быть непроводящим. Ферромагнитный материал наиболее целесообразно использовать в форме плоской пластины с размерами, совпадающими с размерами активной пластины, так как при этом остаточная индукция будет пронизывать всю площадь активной пластины датчика. Повышение уровня измеряемой ЭДС Холла при такой форме магнитного материала можно достичь за счет применения высокоэрцитивных сплавов. Создание структуры металл - диэлектрик - полупроводник осуществляется известными методами, например напылением ферромагнитного сплава на окисную изолирующую пленку, осажденную на поверхность полупроводника. Выбор ферромагнитного материала и его толщина определяется формой петли гистерезиса, необходимой для обеспечения возможности измерения в заданном диапазоне магнитных полей. Экспериментальное определение амплитуды магнитного поля проводится по предварительно снятым калибровочным кривым зависимости уровня поспостоянного холловского напряжения от амплитуды, в частности (фиг,) для импульса магнитного поля с длительностью t , 59 Опробование способа ведется путе монтажа на эпитаксиальном датчике Холла с размерами активной области 10 X 5 А0,01 мм ферромагнитного материала с размерами 5 л (3-10) мм . Определение максимальной амплиту ды импульсов магнитного поля прямоугольной и пилообразной формы данны способом производят на кремниевых пластинах Холла с использованием Si О в качестве диэлектрика и магнит но-твердого сплава Си-Mi-Со типа Кунико-1. Погрешность измерения не зависит от временных параметров импульса при исследованных длительностях свыше 10 с и определяется в основном погрешностью снятия калибровочной кривой и f(H), равной 0,5 в диапазоне 1-10 кЭ. Регистрация ЭДС Холла осуществляется микровольтметром постоянного напряжения. Использование предлагаемого способа позволяет полностью устранить погрешность измерения, связанную с наличием индукционной наводки и существенно упростить схему регистрации. 7 Формула изобретения 1.Устройство для измерения амплитуды импульсного магнитного поля, содержащее датчик Холла с токовыми и холловскими электродами, выполненный в виде полупроводниковой пластины, нанесенной на слой диэлектрика, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введен слой ферромагнитного материала, на котором укреплен слой диэлектрика. 2.Способ, реализующий устройстВОПОП.1, отличающийся тем, что предварительно размагничивают слой ферромагнитного материала, а электродвижущую силу Холла измеряют по окончании воздействия импульса магнитного поля Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Вайсе Г. Физика гальванрмагнитных полупроводниковых приборов и их применение. М., Энергия, 197, с. 83-85. 2.Кобус Л., Тушинский И.Я. Датчики Холла и магниторезисторы. М., Энергия, 1971, с. 218.

Фиг. /

t/j.ffKS

ZOOISO10050- 0

1-W

Hj.Alfi

5-Ю

J-/ фиг.