Магнитооптический гистериограф Советский патент 1983 года по МПК G01R33/12 

(54) МАГНИТООПТИЧЕСКИЙ ГИСТЕРИОГРАФ

, Изобретение относится к магнитоизмерительной технике, в частности к магнитооптическим гистериографам для регистрации динамической петли гистерезиса, основанным на эффектах Керра и Фарадея, и может быть использовано для изучения магнитных свойств макрои микроучастков образцов различных классов ферромагнетиков. Известен магнитооптический гистери ограф, основанный на эффекте .Керра, содержащий источник излучения, поляриз тор, намагничивающую систему для пере магничивания образца с преобразователем напряженности магнитного поля в электрический сигнал, генератор переменного тока, анализатор, приемник юлучения, предварительный широкополосный усилитель, двухкоординатный регистраторОднако такой магнитооптический гистериограф характеризуется низкой точностью и ограниченным частотным диапазоном. Известен также магнитооптический гистериограф, содержащий соединенные последовательно генератор переменного тока, намагничивающий блок, преобразователь напряженности магнитного поля в электрический сигнал, общую шину, а . также синхронизатор, и стробоскопичес,кий преобразователь, входы которых подключены к преобразователю напряженности магнитного поля в электрический сигнал, импульсный источник излучения, оптически связанный с поляризатором и намагничивающим блоком, а также с анализатором и первым приемником иэ- . лучения, первый узкополосный усилитель, выход которого подключен к первому входу первого синхронного детектора, синхронизатор, выход которого соединен с вторым входом стробоскопического преобразователя, выходом подключенного к первому входу двухкоординатного регистратора 2 J . Не цосгагком данного магнитооптического гистерйографа является низкая точность. Цель изобретения - повьшение точности. Поставленная цепь достигается тем, что в магнитооптический гистериограф, содержащий соединенные последовательно генератор переменного тока, намагни чивающий .блок, преобразователь напряженности магнитного поля в электрический сигнал, а также синхронизатор и стробоскопический преобразователь, входы которых подключены к преобразователю напряженности магнитного поля в электрический сигнал, импульсный . источник излучения, оптически связанны с поляризатором и намагничивающим бло ком, а также с анализатором и первым приемником излучения, первый узкополос ный усилитель, выход которого подключен к первому входу первого синхронного детектора, синхронизатор, выход которого соединен с вторым входом , стробоскопического преобразователя, вы ходом подключенного к первому входу двухкоординатного регистратора, введены прерыватель, задающий генератор, . предварительный усилитель, управляем гй предварительный усилитель, второй прит емник излучения,-второй синхронный детектор, второй узкополосный усилител суммарный усилитель, дифференциальный усилитель, модулятор-компенсатор с компенсационной и модуляционной обмотками, шунт, генератор модуляционного тока,, усилитель постоянного тока, причем выход первого приемника излучения через предварительный усилитель подклю чен к первым входам дифференциального усилителя и суммарного усилителя, вторые входы которых подключены к выходу управляемого предварительного усилителя, управляющий вход которого- через второй синхронный детектор соединен с выходом генератора модуляционного тока, и с модуляционной обмоткой модулятора-компенсатора, оптически связанного с намагничивающим блоком и анализатором, другой вывод модуляционной обмотки соединен с общей шиной, второй вход второго синхронного детектора через второй узкополосный усилитель подключен к выходу суммарного усилителя, выход дифференциального усилителясоединен с входом первого узкополосного усилителя, второй .вход двухкоординатного регистратора через шунт соединен с общей щиной, а через последовательно соединенные компенсационную обмотку модулятора-компенсатора и усилитель постоянного тока - с выходом 884 синхронного детектора, выход задающего генератора соединен с вторым входом синхронного детектора а также через прерыватель, другим, входом .соединенны с выходом синхронизатора, подключен к входу источника излучения, второй выход анализатора через второй приемник излучения подключен к входу управляемого предварительного усилителя. Кроме того, анализатор выполнен двухлучевым. На фиг, 1 представлена схема магнитооптического гистериографа; на фиг. 2 диаграммы формирования сигнала. В магнитооптическом гистериографе генератор 1 переменного тока присоединен с намагничивающему блоку 2 с образцом 3 и преобразователем 4 напряженности магнитного поля в электрический сигнал. Выход преобразователя 4 напряженности магнитного поля в электрический сигнал связан с входом синхронизатора 5 и сигнальным входом стробоскопического преобразователя 6, к выходу которого присоединен Х-вход двухк:оординатного ; регистратора 7; выход задающего генератора 8 присоединен к управляющему входу прерывателя 9 и к опорному входу ьервогд синхронного детектора 1О, сигнальный вход которого через первый узкополосный усилитель 11 и дифференциальный усилитель 12 подключен к выходам предварительного усилителя 13 и управляемого предварительного усилителя 14, а .выход через усилитель постоянного тока 15 - к компенсационной обмотке модулятора-компенсатора 16, щунт 17 которого присоединен к V -входу двухкоординатного регистратора 7. Выход генератора 18 модуляционного тока подключен к модуляционной обмотке модулятора-компенсатора 16 и к опорному входу второго синхронного детектора 19, сигнальный вход которого через второй узкополосный усилитель 20 и суммарный усилитель 21 соединен с выходами предварительного усилителя 13 и управляемого предварительного усилителя 14, а выход -. с управляющим входом управляемого предварительного усилителя 14. Выход синхро.низатора 5 подключен к опорному входу стробоскопического преобразователя 6 и через прерыват;ель 9 к синхронизирующему входу импульсного источника 22 излучения, который оптически связан через поляризатор 23, образец 3, модулятор-компенсатор 16 и анализатор 24 с приемниками 25 и 26 Евлучения, присоединенными к предварительному усилителю 13 и управляемому предварительному усилителю 14. Магнитооптический гистериограф работает следукниим образом. Генератор 1 переменного тока вырабатывает ток заданной частоты, который с помощью намагничивающего блока 2 преобразуется в напряженность перемагничивакшего поля Н (фиг. 2 а), пере магничивактаую испытуемыйобразец 3. В качестве намагничивающего блока 2 используется например, система катушек Гельмгольца или электромагнит, а в качестве генератора 1 переменного тока; - усилитель мощности, подключен- ный к выходу генератора переменного синусоидального напряжения. С выхода преобразователя 4 напряженности магнитного поля в электрический сигнал, например образцового резистора, переме ное напряжение поступает на вход синхронизатора 5, который вырабатывает и пульсы синхронвзапии UQ(4)Hr. 2 б) с большой скважностью и частотой, равной частоте входного напряжения, причем фа зсюый сдвиг импульсов синхронизации по отношению к входному напряжению медленно и монотонно изменяется. Время, в течение которого фазовый сдвиг изменяется не 36О°, соответствует времени регистрации полной петли гистерезиса. С,выхода синхронизатора 5 импульсы поступают на опорный вход стробоскопического преобразователя 6, который преобразует сигнал с выхода преобразователя 4 напряженности магнитного поля в электрический сигнал в медленно менякшееся напряжение, величина которого пропорциональна мгновенному значению напряженности магнитног поля в момент действия импульса син;фонизашш. Таким образом, выходное напряжение стробоскопического преобразователя 6 повторяет форму,входного на пряжения, но период выходного напряжени равен времени регистрации петли гистер зиса. Далее это напряжение поступает на X-вход двузрсоординаТного регистрато ра 7. Кроме того, с выхода синхронизатора 5 импульсы поступают на прерыватель 9, который формирует скачки импульсов, следующие с частотой сигналов УЗГ (фиг. 2 в), вырабатываемых задающим генератором 8, под действием кото рых импульсный источник 22 излучения излучает световые импульсы Ф (фиг. 2г В качестве импульсного источника 22 т излучения может использоваться лазер непрерывного действия с электрооптической ячейкой Поккельса. Эти импульсь проходят через поляризатор23 и падают на образец 3. Азимут пол$фязааии импульсов излучения, отраженных от образца, изменяется по отношению к азимуту поляризации падающих импульсов на угол, пропорциональный величине мгновенной намагниченности Г (фиг. 2 Э ) освещенного участка образца. Далее импульсы излучения проходят через азимутал ный модулятор-компенсатор 16, в качестве которого может использоваться магнитооптическая ячейка Фарадея, модуляционная обмотка которого питаете от генератора 18 модуляционного тока, в качестве которого может использовать ся усилитель мощности, подключенный к выходу генератора переменного напряжения. После прохождения через анализатор 24 импульсы излучения преобразуют ;. приемниками 25 и 26 излучения в электрические сигналы, которые поступают на предварительный усилитель 13 и управляемый предварительный, усилитель 14. Первая гармоника Uj;(фиг. 2е) напряжения на выходе суммарного усили теля 21 с частотой сигнала . 29iO вырабатываемого генератором 18 модуляционного тока, пропорциональна разности чувствительности приемников.25 и 26 излучения. Эта гармоника усиливается вторым узкополосным усилителем 2О и детектируется рторым синхронным детектором 19. Его выходное напряженке изменяет коэффициент передачи управляемого предварительного усилителя таким образом, чтобы напряжение первой гармоники стремилось к нулю, тем самым обеспечивается равенство чувствительности обоих приемников 25 и 26 излучения с предварительным усилителем. Первая гармоника ид-(фйг. 2 з) напряжения ид(фиг. 2и ) на выходе дифференциального усилителя 12 с частотой, вырабатываемой задающим генератором 8f пропорциональна мгновенной намагниченности. Эта гормоника усиливается первым узкополосным усилителем 11 и детектируется первым синхронном детектором 10. Напряжение с выхода первс о синхронного детектора 1О через усилитель постоянного тсжа 15 поступает на компенсационную обмо1%у азимутального модулятора-компенсатора 16. Эта обмотка, включается таким образом, чтобы поворот плоскости поляризации в рабочем теле магнитооптической ячейки Фарещея был равен по величине с точностью до статической ошибки и противоположен по знаку повороту плоскости поляризации импульсов излучения за счет мгновенной намагниченности образца Г . Таким образом, ток в компенсационной обмЬтке прямо пропорционален мгновенной намагниченности образца. Напряжение, пропорциональное току компенсации снимается с шунта 17 и подается на Y вход двухкоординатного регистратора 7. Таким образом, осуществляется компенсационный способ регистрации с использованием амплитудной модуляции и двухлучевой оптической схемы, не чувствительной к двупреломлению в образце и рабочем теле модулятора-компенсатора, тем самым достигается повьпдение точности измерений. формула изобретения 1. Магнитооптический гистериограф, содержащий соединенные последовательно генератор переменного тока, намагничивающий блок и преобразователь напряженности магнитного поля в электрический сигнал, а также синхронизатор и стробоскопический преобразователь, входы которых подключены к преобразователю напряженности магнитного поля в электрический сигнал, импульсный источник излучения, оптически связанный с поляризатором и намагничивающим, блоком, а также с анализатором и первым приемником излучения, первый узкополос ный усилитель выход которого подключен к первому входу первого синхронного де тектора, синхронизатор, выход которого соединен с вторым входом стробоскопического преобразователя, выходом подключенного к первому входу двухкоординатного регистратора, отличающийся тем, что, с целью повыше- ния точности, в него введены прерьгоатепь, задающий генератор, предварительный усилитель, управляемый предварительный усилитель, второй приемник из.лучения, второй синхронный детектор, вт рой узкополосный усилитель, дифференшальный усилитель, модулятор-компенса тор с компенсаадоной и модуляционной 88.8 обмотками, шунт, генератор модуляционного тока, усилитель, постоянного тока, причем выход первого приемника излучения через предварительный усилитель подключен к первым входам дифференглиального усилителяи суммарного усилителя, вторые входы которых подключены к выходу управляемого предварительного усилителя, управляющий вход которого через второй синхронный детектор соединен с выходом генератора модуляционного тока и с модуляционной обмоткой модулятора-компенсатора, оптически связанного с намагничивающим блоком и -анализатором, другой вывод модуляционной обмотки-соединен с общей шиной, второй вход второго синхронного детектора через второй узкополосный усилитель подключен к выходу суммарного усилителя, выход дифференциального усилителя соединен с входом первого узкополрсного усилителя, второй вход двухкоординатного регистратора через шунт соединен с общей шиной, а через последовательно соединенные компенсационную обмотку модулятора-компенсатора и усилитель постоянного тока - с выходом синхронного детектора, выход задающего гене-ратора соединен с вторым входом синхронного детектора, а также через прерыватель, другим входом соединенный с выходом синхронизатора, подключен к входу источника излучения, второй выход анализатора через второй приемник излучения подключен к входу управляемого предварительного усилителя.. 2. Гистериограф, по п,1, отличающийся тем, что, анализатор .выполнен двухлучевым. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Глаголев С. Ф. Червинский М . М . Магнитополяриметр Керра для определения локальных динамических магнитных характеристик. Труды метрологических институтов СССР, 1979, вьш. 233(293) с. 31-35. 2.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2879685, 1Ш.Сч O1R 33/12, 11.02.80.

Vc

II I I I I I I I I I I II

1-11 I I I II 1-1

r

/

tfl

ufTTx.-T-T-...

r.

..f