Магнитооптический гистериограф Советский патент 1982 года по МПК G01R33/12 

(5) МАГНИТООПТИЧЕСКИЙ ГИСТЕРИОГРАФ

1

Изобретение Относится к магнитоизмерительной технике, в частности к магнитооптическим гистериографам для регистрации динамической петли гистерезиса, основанным на эффекте Керра и Фарадея.

Известны магнитооптические гистериографы, содержащие источник света, поляризатор, блок перемагничивания, генератор переменного тока, анализатор, силитель и регистраторосциллограф 1 .

Однако точность измерения ими недостаточна.

Известен магнитооптический гистериограф для регистрации динамических петель гистерезиса, который по совокупности существенных признаков наиболее близок к изобретению. Гистериограф содержит намагничивающую систему с генератором переменного тока, переобразователем напряженности магнитного поля в электрический си1- нал и образцом, оптически связанным

через поляризатор с импульсным источником света и через анализатор с приемником излучения, и блок регистрации с предварительным узкополосным усилителем, синхронным детектором, синхронизатором, стробоскопическим преобразователем и двухкоординатным регистратором 2.

Известный гистериограф обладает значительной мультипликативной поtoгрешностью, обусловленной дрейфом источника излучения и фликкерным шу мом приемника излучения.

Цель изобретения - повышение томности измерений.

15

Эта цель достигается тем, что магнитооптический гистериограф, содержащий намагничивающий блок с генератором переменного тока, преобразователь напряженности магнитного

К поля в электрический сигнал, оптичес ки связанные импульсный источник света и поляризатор, анализатор и приемник излучения, последовательно соединенные с приемником излучения предварительный узкополосный усилиJ тель и синхронный детектор, последо вательно соединенные с намагничиваю щим блоком синхронизатор, стробоско пический преобразователь, второй вход которого связан с входом синхр низатора, выход - с входом двухкоор динатного регистратора, а второй вход импульсного источника света с выходом синхронизатора, снабжен азимутальным модулятором-компенсатором с шунтом, генератором модуляционного тока и усилителем постоянного тока, при этом анализатор усПэновлен в скрещенное с поляризатором положение, выход генератора модуляционного тока соединен с опорны входом синхронногодетектора и с мо дуляционной обмоткой азимутального модулятора-компенсатора, выход синхронного детектора через усилитель постоянного тока подключен к компенсационной обмотке азимутального модулятора компенсатора, к шунту которой присоединен вход У двухкоординатного регистратора. На фиг. 1 изображена структурная схема магнитооптического гистериографа, на фиг. 2 - временные диаграм мы напряженности перемагничиврющего поля, магнитооптического угла вращения и световых импульсов источника света, на фиг. 3 временные диаграммы потока излучения, падающего на приемник излучения. В магнитооптическим гистериографе (фиг.1) генератор 1 переменного тока присоединен к намагничивающему блоку 2 с образцом 3 и преобразователем 4 напряженности магнитного поля в электрический сигнал. Выход преобразователя соединен со входом синхронизатора 5 и с сигнальным входом стробоскопического преобразов,теля 6. Выход синхронизатора 5 подключен к опорному входу стробоскопического преобразователя 6 и к синхронизирующему входу импульсного источника света 7, который через поляризатор 8, образец 3, ази мутальный модулятор-компенсатор 9 модуляционная обмотка которого соединена -с генератором 10 модуляционного тока, анализатор 11 связан с приемником 12 излучения. Выход пр емника 12 через предварительный узкополосныйусилитель 13, синхронный детектор Tt, опорный вход которого связан с генератором 10 модуляционного тока, усилитель постоянного тока 15 и шунт 16 компенсирующей обмотки азимутального модуляторакомпенсатора 9 подключен ко входу У двухкоординатного регистратора 17, вход X которого соединен с выходом стробоскопического преобразователя 6. Гистериограф работает следующим образом. Генератор .1 переменного тока вырабатывает периодический ток заданной частоты, который с помощью намагничивающего блока 2 преобразуется в напряженность магнитного поля Н, перемагничивающего испытуе- мый образец 3- В качестве намагничивающего блока может использоваться, например, система катушек Гельмгольца, а в качестве генератора /переменного тока, например, усилитель мощности, подключенный к выходу генератора переменного синусоидального напряжения. С выхода преобразователя k напряженности магнитного поля в электрический сигнал, например образцового резистора, переменное напряжение поступает на вход синхронизатора 5, который вырабатывает импульсы синхронизации с большей скважностью и частотой, равной частоте входного напряжения, причем фазовый сдвиг импульсов синхронизации по отношению к входному напряжению медленно и монотонно изменяется (фиг.2). Время, в течение которого фазовый сдвиг изменяется на ЗбО°, соответствует времени регистрации полной петли гистерезиса. С выхода синхронизатора 5 импульсы поступают на опорный вход стробоскопического преобразователя 6, который преобразует сигнал с выхода преобразователя k напряженности .магнитного поля в медленно меняющееся напряжение, величина которого пропорциональна мгновенному значению напряженности магнитного поля в момент действия импульса синхронизации, Такимобразом, выходной сигнал стробоскопического преобразователя 6 повторяет форму входного сигнала, но период выходного сигнала равен времени регистрации петли гистерезиса. Кроме того, с выхода синхронизатора 5 импульсы поступают на синхронизирующий вход импульсного источника света 7, который вырабатывает, световые импульсы 1. В качестве источника света, например, может использоваться лазер непрерывного действия с электрооптической ячейкой Поккельса, Эти импульсы проходят через поляризатор 8 и падают на образец 3. Азимут поляризации световых импульсов, отраженных от образца, изменяется по отношению к азимуту поляризации падающих импульсов на угол Т , пропорциональный величине мгновенной ниченности освещенного участка образца (фиг.2). Далее световые импул сы проходят через азимутальный модулятор-компенсатор 9| в качестве которого может, например, использоваться магнитооптическая ячейка Фарадея, модуляционная обмотка кото рого питается от генератора 10 модуляционного тока в качестве которого может использоваться, например, усилитель мощности,подключенный к в ходу генератора переменного напряже ния.После прохождения через анализато .11 световые импул.ьсы имеют форму, показанную на фиг.З (причем фиг.Зсзсоответствует случаю, когда мгновенная намагниченность образца в мо мент действия импульса синхронизаци равна нулю,а фиг.З S - когда мгно венная намагниченность ОТЛична от нуля). Приемник 12 излучения преобразует световые импульсы в электрич кий сигнал, первая гармоника частот азимутальной Модуляции которого пропорциональна мгновенной намагниченности. Эта гармоника усливается предварительным узкополосным усилителем 13 и детектируется синхронным детектором 14 с большой постоянной времени. Напряжение с выхода синхро ного детектора 14 через усилитель п стоянного тока 15 поступает на компенсационную обмотку азимутального модулятора-компенсатора 9. Эта обмо ка включается таким образом, чтобы поворот плоскости поляризации в .рабочем теле магнитооптической ячейки Фарадея был равен по величине с точ ностью до статической ошибки и противоположе н по знаку поворота плоскости поляризации световых импульсов за счет мгновенной намагниченности образца. Таким обраэом, ток в компенсационной обмотке прямо пропорционален мгновенной намагниченно ти образца. Напряжение, пропорциональное току компенсации, снимается с шунта 16 и подается на вход У двухкоординатного регистратора 17. Предлагаемый магнитооптический гистерио.граф в сравнении с известными обеспечивает резкое снижение мультипликативной пЪг{ ешности в 1020 раз, поскольку в нем используется компенсационный способ регистрации, позволяющий избавиться от основных причин дрейфа сигнала - нестабильности источника света и фликкерных шумов приемника излучения. Аддитивная погрешность от шумов источника света и приемника излучения снижена в 8-10 раз, поскольку постоянная засветка приемника излучения уменьшается в десятки раз благодаря реализации возможности работы гистерио - рафа при скрещенных главных плоскостях пропускания поляризатора -и анализатора. В результате резкого увеличения точности, чувствительности и воспроизводимости результатов измерения возможно проводить изменения значительно (в 10 раз) меньших углов магнитооптического вращения при магнитном насыщении, что допускает проведение измерений . начальной магнитной проницаемости, регистрацию частных петель гистерезиса и т.д.для значительно более широкого класса магнитных материалов. Формула изобретения Магнитооптический гистериограф, содержащий намагничивающий блок с генератором переменного тока, преобразователь напряженности магнитного поля в электрический сигнал, оптически связанные импульсный источник света и поляризатор, анализатор и приемник излучения, последовательно соединенные с приемником излучения предварительный узкополосный усилитель, и синхронный детектор, последовательно соединенные с намагничивающим блоком синхронизатор,стробоскопический преобразователь, второй вход которого связан с входом синхронизатора , выход - с входом двухкоординатного регистратора, а второй вход импульсного источника света с выходом синхронизатора, о т л ичающийся тем , что, с целью повышения точности, гистериограф снабжен азимутальным модуляторомкомпенсатором с шунтом, генератором модуляционного тока и усилителем постоянного тока, при этом анализатор установлен в скрещенное споляризатором положение, выход генератора модуляционного тока соединен с опорным входом синхронного детектора и с модуляционной обмоткой модулятора-компенсатора, выход синхронного детектора через усилитель постоянного тока подключен к компенсационной обмотке азимутального модулятора-компенсатора, к шунту которой

присоединен вход У

двухкоординатного регистратора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

кл. G 01 R 33/12, 11.02.80.

2,Е, Sawatzky D.Нот,Apparatus for direct recording of nagnetooptic rotation and magnetic hysteresis. Rev. Sci. Jnstrunu ,1970, 41, №9, p.1284-1290.

Фиг. 2

{