Магнитометр Советский патент 1983 года по МПК G01R33/02 

1

Г

Изобретение относится к области магнитных измерений и может использоваться в радиопрокшошейности при изготовлении магнитометров для измерения магнитных -полей при криогенных температурах.

Известен магнитометр, содержащий полупроводниковый магяиторезйстивный датчик магнитного поля, источник питания и измеритель сигнала датчика Г1

Недостатком устройства является низкая стабильность нулевого сигнала и невысокая чувствительность, определяемая лишь увеличением в магнитном поле сопротивления магнитореэистивного датчика.Известен также мазжитометр с повышенной стабильностью нулевого сигнала, содержащий магниторезйстивный датчик с дополнительными электродами, шунтирующими поле Холла и попеременно подключаемыми, например с помощью . реле, к различным нагрузкам,-источник питания и блок регистрации , J.

Недостатком известного магнитометра является невысокая чувствительность, в том числе и при криогенных температурах, принципиально не могущая превышать чувствительность выше

54) МАГНИТОМЕТР

описанного так как для измерения величины магнитного поля в нём используется тот же физический эффект, а именно, изменение сопротивления датчика в магнитном поле.

цель изобретения - увеличение чувствительности и уменьшение .температурной нестабильности нулевого

10 сигнала при рабочих температурах ниже 10 К.

Поставленная цель достигается тем, что в магнитометр, содержащий магниторезйстивный датчик магнитно15го поля, источник питания и блок регистрации, дополнительно включены два нагрузочных резистора, включенные между источником питания и магниточувствительными элементами,

20 и суммирующий блок, выход которого . подключен к блоку регистрации, один из входов суммирукяаего блока подключен к точке соединения магниточувствительного элемента и нагрузоч25ного резистора, а другой вход подсоединен к выходу источника питания.

Магниторезйстивный датчик выполнен на изолирукяцей подложке в виде двух магнйточувствительных элементов из

30 разных полупроводниковых материалов,, расположенных по обе стороны подложки . На фиг. 1 схематически изображен вариант выполнения принципиального элемента магнитометра - датчика магнитного поля{ на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - функциональная схема магнитометра. Датчик магнитного поля (фиг. 1. и 2J представляет собой подложку 1 из полуизолирующего арсенида галлия с сопротивлением около 10 Ом-см и размерами 2-2«0,5 мм, на противоположных сторонах которой известными методами, например газовая или жид.костная эпитаксия, выращены два магмиточувствительных элемента 2 и 3 из Арсенида галлия и-тира с концентрацией носителей 410см . Для подключения датчика к устройству на магниточувствительных элементах известными способами, например, вжиганием сплава индия с оловом в потоке водорода, сформированы омические контакты 4. Магнитометр (фиг. 3) содержит опи санный датчик 5 магнитного поля, источник б питания с первым выходом 7 с напряжением меньшим и вторым вы ходом 8 с напряжением большим напря жения примесного пробоя магниточувст вительного материала датчика, первый 9 и второй 10 нагрузочные резисторы с сопротивлениями, согласованными с сопротивлениями магниточувствительных элементов, суммирующее устройст во 11 и блок 12 регистрации. Первый элемент 2 датчика магнитного поля 5 соединен с первымвыходом 7 источни 6 питания через первый нагрузочный резистор 9, а второй элемент 3-е вторым выходом 8 через второй нагру 3очный резистор 10, один вход суммирующего устройства 11 подключен к второму элементу 3 датчика магнитного поля 5, а второй - к нагрузочному резистору 9 первого элемента 2 датчика магнитного поля 5, выход суммирующего устройства 11 соединен с блоком 12 регистрации. Устройство работает следующим об разом. Сопротивление первого элемента 2 датчика магнитного поля 5, подключенного к первому выходу 7 источник 6 питания с напряжением, меньшим на пряжения примесного пробоя, в магнитном поле уменьшается, а сопротив ление второго элемента 3, подключен ного к второму выходу 8 источника 6 питания с напряжением, большим примесного пробоя, увеличивается. Это приводит соответственно к уменьшени и увеличению падения напряжения на элементах 2 и 3 датчика, а также к равному увеличению, и уменьшению падения напряжения на их нагрузочных резисторах 9 и 10. Увеличение падения напряжения на втором элементе 3 датчика 5 магнитного поля суммируется с увеличением падения напряжения на первом нагрузочном резисторе 9 первого элемента 2 датчй«#ка 5 магнитного поля с помощью суммирующего устройства 11 и регистрируется блоком регистрации 12. Величину магнитного поля определяют по градуировочному графику зависимости изменения суммы падений напряжений на элементах датчика от магнитного поля. При использовании в качестве ис точника б питания источника постоянного тока, а в качестве суммирующего устройства 11 устройства, позволяющего суммировать уменьшение падения напряжения на первом элементе 2 датчика с увеличением падения напряжения на втором элементе 3 датчика, магнитометр может быть реализован без нагрузочных резисторов 9 и 10. Увеличение чувствительности магнитометра и уменьшение температурной нестабильности нулевого сигнала достигается тем, что величину магнитного поля определяют по сумме изменений падений напряжений на элементах датчика, к которым приложено напряжение, меньшее и большее напряжения примесного пробоя. Чувствительность первого элемента 2 датчика 5 магнитного поля, к которому приложено электрическое поле, меньшее поля пробоя, и сопротивление которого в магнитном поле уменьшается, 9(Г 5 , а чувствительность второго элемента 3, к которому приложено электрическое поле, большее поля пробоя, и сопротивление которого уве Так как величину личивается,5 магнитного поля определяют по сумме изменения падения напряжения на элементах датчика 2 и 3, то чувствительность датчика магнитного поля S т.е. выше прототипа. Кроме уменьшения температурной нестабильности нулевого сигнаЛа, связанной с возможностью усреднения известными устройствами при питании элементов датчика переменным напряжением, в предлагаемом датчике независимо от вида питающего напряжения происходит дополнительное уменьшение температурной нестабильности нулевого сигнала. Действительно, изменение температуры датчика любыми дестабилизирующими факторами приводит к изменению сопротивления его элементов ДЯ-г, а следовательно, и падения напряжения на нихйи-г- Тогда температурное увеличение (уменьшение) падения напряжения на первом