Магнитооптический гистериограф Советский патент 1982 года по МПК G01R33/14 

1

Изобретение относится к магнитоизмерительной технике, в частности к магнитооптическим гистериографам для регистрации динамической петли гистерезиса, основанным на магнитооптических эффектах Керра и Фарадея, и может быть использовано для изучения магнитных свойств макро- и микроучастков образцов различных классов ферромагнетиков: тонких магнитных пленок, пластин и поверхностных слоев массивных образцов.

Известен магнитооптический гистериограф, основанный на эффекте Керра, содержащий источник излучения, поляризатор, намагничивающую систему для пёремагничивания образца с преобразователем напряженности ма|- нитного поля в электрический сигнал, генератор переменного тока, анализатор, приемник излучения, предварительный широкополосный усилитель, двухкоординатный регистратор Сll.

Недостатком такого гистериографа является низкая точность.

Известен также магнитооптический гистериограф, содержащий соединенные последовательно, генератор переменного тока, намагничивающую систему с образцом и преобразователь напряженности .магнитного поля в электрический сигнал, приемник излучения,оптически связанный через ана- лизатор, азимутальный модулятор-компенсатор, образец и поляризатор с импульсным источником излучения, генератор модуляционного тока, выход которого соединен с модуляционной обмоткой азимутального модуляторакомпенсатора, а через включенные последовательно синхронный детектор, усилитель постоянного тока, компенсационную обмотку азимутального модулятора-компенсатора подключен к шунту и к У-входу двухкоординатного регистратора , Х-входом соединенного с выходом стробоскопического преобразователя, первый вход которого подключен к преобразователю напряженности магнитного поля в электрический сигнал, а второй вход - к вхо 5 ду импульсного источника излучения и к выходу синхронизатора

Недостатком известного магнитооптического гистериографа также явля- щ ется низкая точность.Цель изобретения - повышение точности.

Поставленная цель достигается тем, что в магнитооптическом гистериогра- . фе, содержащем соединенные последовательно генератор переменного тока, намагничивающую систему с образцом и преобразователь напряженности магнитного поля в электрический сигнал, приемникизлучения, оптически связанный через анализатор, азимутальный модулятор-компенсатор, образец и поляризатор с импульсным источником излучения, генератор модуляционного то- ка, выход которого соединен с модуляционной обмоткой азимутального модулятора-компенсатора, а через включенные последовательно синхроннь|й детектор, усилитель постоянного тока, компенсационную обмотку азимутального модулятора-компенсатора подключен к шунту и к У-входу двухкоординатного регистратора, Х-входом соединенного с выходом стробоскопического преобразователя, первый вход которого подключен к преобразователю напряженности магнитного поля в электрический сигнал, а второй вход - к входу импульсного источника излучения и к выходу синхронизатора, синхронизатор выполнен в виде дифференциатора, блока взятия модуля,.управляемого аттенюатора, интегратора, генератора пилообразного напряжения, компаратора, формирователя, источника опорного напряжения, при этом шунт через соединенные последовательно дифференциатор, блок взятия модуля, управляемый аттенюатор, к другому входу которого подключен источник опорно- 50 го напряжения, интегратор, компаратор, формирователь, подключен к выходу синхронизатора, к другому входу компаратора подключен выход генератора пилообразного напряжения, вхо-55 дом соединенного с преобразователем Напряженности магнитного поля в электрический сигнал.

На фиг. 1 предста.влена схема магнитооптического гистериографа/ на фиг, 2 - временные диаграммы

Гистериограф содержит генератор 1 переменного тока, намагничивающую систему 2 с образцом 3 и преобразователем k напряженности магнитного поля в электрический сигнал, стробоскопический преобразователь 5, двухкоординатный регистратор б, импульсный источник 7 излучения, поляризатор 8, генератор 9 модуляционного тока, азимутальный модулятор-компенсатор 10, синхронный детектор 11, предва-. рительный узкополосный усилитель 12, приемник 13 излучения, усилитель 14 постоянного тока, синхронизатор 15, включающий в себя дифференциатор 1б, блок 17 взятия модуля, управляемый аттенюатор 18, источник 19 опор ного напряжения, интегратор 20, формирователь 21, генератор 22 пилообразного напряжения, компаратор 23, а также анализатор 2k и шунт 25

На фиг, 2 приведены диаграммы, где: 2б - характер изменения напряженности магнитного поля намагничивающей системы 2, 27 - напряжение на выходе генератора 22 пилообразного напряжения, 28 - напряжение на выход интегратора 20, 29 - импульсы на выходе импульсного источника 7 излучения, 30 - намагниченность освещенного участка образца 3, 31 - напряжение на выходе генератора 9 модуляционного тока, 32 - импульсы излучения на выходе анализатора 2, 33 напряжение на выходе предварительного узкополосного усилителя 12, З напряжение на шунте 25о

Магнитооптический гистериограф работает следующим образом.

Генератор 1 переменного тока вырабатывает периодический ток заданной частоты, ко.торый с помощью намагничивающей системы 2 преобразуется в напряженность магнитного поля И (фиг„ 2-26), перемагничивающего испытуег:ый образец 3 В качестве намагничивакядей системы 2 может исполь зоваться, например система катушек Гельмгольца или электромагнит, а в качестве генератора 1 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 стробоскопического преобразователя 5 и генератор 22 пилообразного напряжения, который вырабатывает пилообразное напряжение Up (фиг 2-27) с частотой, равной или в целое число раз меньшей частоты входного напряжения; оно поступает на первый входкомпаратора 8 На второй вход компаратора 8 поступает медленно-нарастающее напряжение DM (фиго 2-28) с выхода интегратора 20„ В момент равенства напряжений на входах компаратора В-.на еГо выходе происходит перепад напряжения по которому формирователь 21 вырабатывает импульс синхронизации Этот импульс поступает на опорный вход стробоскопического преобразователя 5, а на его выходе вырабатывается постоянное напряжение, величина которого равна мгновенному значению входного напряжения в момент действия импульса синхронизации; это напряжение поступает на Х-вход двухкоординатного регистратора 6„ Кроме того, импульсы I синхронизации управляют импульсным

источником 7 излучения, в качестве которого используется, например оптический квантовый генератор непрерывного действия с электрооптической ячейкой Яоккельса, его импульсы излучения ф1 (фиго 2-29) проходят через поляризатор 8 и падают на образец Зо Азимут поляризации импульсов излучения, отраженных от образца 3, изменяется по отношению к азимуту падающих импульсов на угол, прямо пропорциональный величине мгновенной намагниченности Ь (фиг, 2-30) освещенного участка образца 3. Далее они проходят через азимутальный модулятор-компенсатор 10, в качестве которого может использоваться, например магнитооптическая ячейка Фарадея, с модуляционной обмоткой, питающейся переменным напряжением и (фиг, 2-31) от генератора 9 модуляционного тоКа, в качестве которого используется, например усилитель мощности, подключенный к выходу генератора переменного напряжения После прохождения анализатора 2k импульсы излучения ф имеют форму, показанную на фиг, 2-32о Приемник 13 излучения преобразует импульсы излучения в электрический сигнал, первая гармоника 11.) (фиг, 2-33) частота азимутальной модуляции которого пропорциональна мгновенной намагниченности. Эта гармоника усиливается предварительным узкополосным усилителем 12, детектируется синхронным детектором 11, на опорный вход которого поступает напряжение с выхода генератора 9 модуляционного тока усиливается усилителем 1 постоянного тока и поступает на компенсационную обмотку азимутального модулятора-компенсатора 10, Эта обмотка включается таким образом, чтобы поворот плоскости поляризации в рабочем теле магнитооптической ячейки (Ьарадея был равен по величине с точностью ;ДО статической ошибки и противоположен по знаку повороту плоскости поляризации импульсов излучения за счет мгновенной намагниченности образца. Таким образом, ток в компенсационной обмотке прямо пропорционален мгновенной намагниченности образца в момент действия импульса излучения. Напряжение Uy (фиг.) , пропорциональное току компенсации, снимается с шунта 25 и подается на V-вход двухкоординатного регистратора 6 и вход дифференциатора 16. Выходное напряжениедйфференциатьра 1б прямо пропорционально скорости входного, а после блока 17 взятия модуля не зависит от направления скорости, под действием этого напряжения управляемым аттенюатором 18 изменяется входное напряжение интегратора 20, которое задается источником 19 опорного напряжения. Таким образом, скорость изменения выходного напряжения интегратора 20 при увеличении скорости изменения напряжения на шунте 25 уменьшается, а следовательно, уменьшается и скорость изменения фазового сдвига им 1ульсов излучения по отно1иению к напряженности магнитного пол), а это в свою очередь приводит к уменьшению скорости изменения напряжения на шунте 25 и наоборот,

ТакиМ образом, осуществляется автоматическое изменение скорости изменения фазового сдвига импульсов излучения (на крутых участках петли гистерезиса скорость уменьшается, а на пологих увеличивается/, при этом значительно уменьшается динамическая погрешность регистрации и тем самым повышается точность измерения параметров динамической петли гисте резиса. Формула изобретения Магнитооптический гистериограф, содержащий соединенные последовател но генератор переменного тока, намагничивающую систему с образцом.и преобразователь напряженности магни ного поля в электрический сигнал, приемник излучения, оптически связанный через анализатор, азимутальный модулятор-компенсатор, образец поляризатор с импульсным источником излучения, генератор модуляционного тока, выход которого соединен с модуляционной обмоткой азимутального модулятора-компенсатора, а через включенные последовательно синхронные детектор, усилитель постоянного тока, компенсационную обмотку азимутального модулятора-компенсато ра подключен к шунту и к У-входу двухкоординатного регистратора, Xвходом соединенного с выходом строб скопического преобразователя, первый вход которого подключен к преобразователю напряженности магнитно го поля в электрический сигнал, а второй вход - к входу импульсного и точника излучения и к вйходу синхронизатора, отличающийс я тем, что, с целью повышения точности, синхроиназтор выполнен в виде дифференциатора, блока взятия модуля, управляемого аттенюатора, интегратора, генератора пилообразного напряжения, компаратора, формирователя, источника опорного напряжения, при этом шунт через соединённые после- . довательно дифференциатор, блок.взятия модуля, управляемый аттенюатор, к другому входу которого подключен источник опорного напряжения, интегратор, компаратор, формирователь, подключен к выходу синхронизатора, к другому входу компаратора подключен выход генератора пилообразного напряжения, входом соединенного с пре образователем напряженности магнитного поля в электрический сигнал„ Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1„ Глаголев С.Ф. о Червинский МоМ„ Магнитополяриметр Керра для определения локальных динамических магнитных характеристик. Труды метрологических институтов СССР. 1979 вып. 233(293;, с, 31-35о 2, Авторское свидетельство СССР ,по заявке 1Г13217652/18-21, кл„ G 01 R 33/1, 17.02о80.

5

4l

ААШ

I I II II I I

/Л Л

XX ЧХ ЧУ ЧУ

Аг. А..

«

л

i

л

/г

/л

VX V/