DE3806612A1 - Verfahren und vorrichtung zum erfassen einer magnetisierungskennlinie magnetischer duennschichten - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zum erfassen einer magnetisierungskennlinie magnetischer duennschichtenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erfassen der Magnetisierungskennlinien
von magnetischen Dünnschichten mit
hoher Geschwindigkeit. Es geht speziell um magnetische
Dünnschichten, wie sie in magnetischen Aufzeichnungsträgern
verwendet werden, z. B. in Magnetbändern, Magnetstreifen von
Magnetkarten oder Magnetplatten. Außerdem betrifft die
Erfindung eine Meßvorrichtung zum Erfassen der Magnetisierungskennlinien.
Im Zuge der Entwicklung der sogenannten Informationsgesellschaft
stellen magnetische Aufzeichnungsträger, wie z. B.
Magnetkarten, Magnetbänder oder Magnetplatten, einen beträchtlichen
Markt dar, von dem erwartet wird, daß er in
der Zukunft noch beträchtlich wächst. Um diese Aufzeichnungsträger
in großem Umfang bei geringen Kosten und guter
Produktqualität zuverlässig herstellen zu können, werden
umfangreiche Forschungs- und Entwicklungsanstrengungen gemacht.
Eine Meßvorrichtung zum Messen der Magnetisierungskennlinien
derartiger Aufzeichnungsträger ist ein Mittel,
welches diesen Bemühungen förderlich ist. Zum Beispiel gibt es ein
automatisches Aufzeichnungssystem für Gleichstrom-Magnetisierungskennlinien
(Modell 3257 der Yokogawa Electric Corporation
in Japan), und ferner gibt es ein automatisches
Aufzeichnungssystem für gleichstrommagnetisierte B-H-Kennlinien
(Modelle BHS-40, BHH-50 und BHU-60 der Firma Riken
Denshi K.K. in Japan). Diese käuflich erwerbbaren Systeme
dienen zum Aufzeichnen der Magnetisierungskennlinien derartiger
magnetischer Schichten in Form von Schichten auf
einem Magnetband.
Als Beispiel für das Erfassen der Magnetisierungskennlinie
mit derartigen Systemen soll ein Verfahren beschrieben
werden, das für die Magnetisierungskennlinien eines ringförmigen
Probenkörpers verwendet wird. Wenn ein magnetisches
Material oder ein zu untersuchender Gegenstand mit
einem Magnetfeld H magnetisiert (geladen) wird, ändert sich
die Dichte des magnetischen Flusses Φ des Materials entsprechend
der Intensität des Magnetfeldes H. Zeichnet man
das Magnetfeld H auf der Abszisse eines Koordinatensystems
und den magnetischen Fluß Φ auf der Ordinate auf, so erhält
man eine Magnetisierungskurve, die allgemein als Hystereseschleife
bekannt ist.
Nach Fig. 1 ist auf einen ringförmigen magnetischen Träger
100 eine Magnetisierungsspule 101 mit einer Anzahl von
Windungen N₁ auf der Primärseite gewickelt, während sich
auf der Sekundärseite eine Erfassungs- oder Detektorspule
102 mit einer Windungszahl N₂ befindet. In die Magnetisierungsspule
101 wird ein Sinussignal niedriger Frequenz von
einem niedrigfrequenten Oszillator 103 eingespeist. In
Serie zu der Magnetisierungsspule liegt ein Widerstand R₁.
Da man das Magnetfeld H in dem magnetischen Material 100
als proportional zu dem durch die Magnetisierungsspule 101
fließenden elektrischen Strom I₁ ansehen kann, so ergibt
sich bei einer Länge l des magnetischen Weges des magnetischen
Materials 100 die folgende Beziehung:
Der erzeugte magnetische Fluß Φ wird erhalten, indem man
die Ausgangsspannung V₂ der Detektorspule 102 integriert.
Die Ausgangsspannung V c läßt sich durch folgende Gleichung
(2) bestimmen:
Es gilt die folgende Gleichung (3):
Eine Magnetisierungskurve (Φ-H-Kurve) erhält man, indem man
die Spannungen V₁ und V c mißt. Zeichnet man die Spannung V₂
auf der Ordinate auf, so erhält man als Ausgangssignal
einen zu der magnetischen Permeabilität proportionalen
Wert.
Das Meßsystem für das magnetische Material basiert auf dem
obenerwähnten Prinzip, wie es z. B. in "Yokogawa Giho", Vol.
17, Nr. 2, Seiten 49-72, 1973, beschrieben ist. Obschon das
Meßsystem für universelle Anwendung ausgelegt ist und sich
für die Messung von Materialien hoher Permeabilität eignet,
z. B. von platten- oder blockförmigen Permanentmagneten,
magnetischem Pulver, magnetischen Dünnschichten und dergleichen,
ist dieses Meßsystem nicht frei von Problemen
hinsichtlich der Leistungsfähigkeit, der Handhabbarkeit und
insbesondere des Preises. Wird das System zum Ausmessen von
Magnetstreifen verwendet, die durch Wärmeübertragung oder
durch Aufbringen auf eine Papierkarte hergestellt werden,
so sollte eine Karte oder ein Ausweisheft, auf dem die
Magnetbänder aufgeklebt sind, oder aber eine Magnetkarte,
deren Oberfläche eine Magnetisierungskennlinie besitzt,
gemäß Fig. 2 ausgeschnitten werden, um eine Probe 110 der
magnetischen Dünnschichten zu erhalten. Die Größe der Probe
sollte an die Systemgröße angepaßt werden, und es sollte
eine Schichtanordnung von etwa 10 Karten vorhanden sein,
bevor man die Messung tatsächlich durchführen kann. Aus
diesem Grund ist das System äußerst mühevoll zu handhaben.
Außerdem kann man das System dann nicht anwenden, wenn die
Magnetkennlinien von Magnetstreifen gemessen werden sollen,
die in oder auf einer Karte integriert sind. Bislang war es
äußerst schwierig, den Absolutwert der Magnetisierungskennlinie
eines streifenförmigen magnetischen Materials, eines
plattenförmigen magnetischen Trägers oder dergleichen zu
erfassen.
Nach der Japanischen Industrienorm (JIS) B 9560-1979 sowie
6291-1986 gibt es ein Bezugs-Auswertungsverfahren für einen
Norm-Aufzeichnungsträger als Kompatibilitätsnorm. Diese
Auswerteverfahren beinhalten jedoch den Einfluß des Magnetfeldes
von dem Magnetkopf, so daß die Kennlinie eines speziellen
Mediums für sich nicht deutlich bestimmt werden
kann. Ein weiterer Nachteil bei diesem Stand der Technik
ist darin zu sehen, daß der Benutzer nicht die Möglichkeit
hat, den Sättigungsfluß, die Remanenz, die Haltekraft und
andere magnetische Eigenschaften aus der auf einem Papierblatt
mit einem X-Y-Schreiber aufgezeichneten Hysteresekurve
abzulesen und diese Größen zu berechnen, um die
Qualität der Magnetisierungskennlinie beurteilen zu können.
Dies ist äußerst aufwendig. Bislang wurde kein System entwickelt,
das in der Lage ist, die Verteilung der Magnetisierungskennlinien
eines magnetischen streifenförmigen Aufzeichnungsträgers
zu messen oder das in der Lage ist, die
Verarbeitungsfähigkeit solcher Magnetisierungskennlinienwerte
zu analysieren. Wenn das oben erläuterte Meßsystem
dazu verwendet wird, mehrere Punkte auf der magnetischen
Dünnschicht mit einem Magnetkopf (Einzelkopf) zu messen,
muß notwendigerweise ein Bewegungsmechanismus für den Magnetkopf
oder für das Medium vorhanden sein.
Es wurde bereits ein Verfahren zum Messen mit Hilfe mehrerer
Magnetköpfe (Mehrfachkopf) vorgeschlagen. Zum Beispiel werden
die Daten an einer ersten Stelle auf einer magnetischen
Dünnschicht in einer ersten Zeitspanne gemessen, ohne daß
der Kanal der Ausgangsspannung eines Mehrfachkopfes geschaltet
wird, und anschließend werden die Daten an einer zweiten
Stelle der magnetischen Dünnschicht gelesen. Dieses
Verfahren ist insofern nachteilig, als es relativ viel Zeit
für die Messung in Anspruch nimmt, wenn man nicht eine
hochfrequente Signalwelle als Erregungssignal benutzt.
Benutzt man jedoch ein hochfrequentes Signal, so werden
Wirbelströme in dem Aufzeichnungsträger während der Zeit
der Messung erzeugt. Diese Wirbelströme beeinflussen das
Meßergebnis. Das derzeitig verfügbare System ist äußerst
umfangreich in seiner Bauart, da die einzelnen Bauteile,
z. B. die Erregungseinrichtung, der Integrator für die Signalverarbeitung,
ein Aufzeichnungsgerät und weitere Teile,
einfach miteinander kombiniert sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung
oder zumindest Milderung der oben aufgezeichneten Probleme
ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erfassen einer Magnetisierungskennlinie
zu schaffen, womit automatisch und
rasch die Magnetisierungskennlinien-Verteilung einer magnetischen
Dünnschicht gemessen werden können, z. B. eines
magnetischen Aufzeichnungsträgers in Form eines Magnetbandes,
eines Magnetstreifens oder einer Magnetplatte, ohne
daß das Meßobjekt durch die Messung zerstört wird, z. B.
dadurch, daß eine Probe aus einem Magnetband herausgeschnitten
werden muß.
Hierzu schafft die Erfindung ein Verfahren gemäß dem Patentanspruch
1. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist im
Anspruch 8 angegeben.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung
anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine Skizze, die das Meßverfahren zum Erfassen
von Magnetisierungskennlinien im Stand
der Technik veranschaulicht,
Fig. 2 eine Skizze, die eine Probe einer magnetischen
Dünnschicht für eine Messung veranschaulicht,
Fig. 3 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung zum Erfassen einer Magnetisierungskennlinie,
Fig. 4 eine schematische Ansicht, die die Beziehung
zwischen einem Magnetkopf und einem Magnetfeld
verdeutlicht,
Fig. 5 und 6 graphische Darstellungen von Beispielen für
Magnetisierungskennlinien,
Fig. 7 bis 11 Ausführungsbeispiele von Magnetkopf-
Strukturen,
Fig. 12 und 13 Blockdiagramme einer Ausführungsform einer
erfindungsgemäßen Magnetisierungskennlinien-
Meßvorrichtung,
Fig. 14 eine perspektivische Ansicht eines als Differentialtyp-
Magnetkopf verwendeten magnetischen
Sensors,
Fig. 15 eine perspektivische Ansicht, die den Einsatz
des magnetischen Sensors veranschaulicht,
Fig. 16 ein Flußdiagramm, das die Arbeitsweise der
erfindungsgemäßen Magnetisierungskennlinien-
Meßvorrichtung wiedergibt,
Fig. 17A bis 17E Impulsdiagramme von Signalen an verschiedenen
Abschnitten des Meßdaten-Umsetzabschnittes,
Fig. 18 bis 20 sowie 24 Beispiele von graphischen Darstellungen auf
einer Anzeigevorrichtung,
Fig. 21 und 25 perspektivische Ansichten, die zeigen, wie
die in den Fig. 22 bzw. 26 dargestellten
magnetischen Sensoren verwendet werden,
Fig. 22 und 26 Ansichten weiterer Ausführungsbeispiele der
als Differentialtyp-Magnetkopf verwendeten
magnetischen Sensoren,
Fig. 23A eine Schnittansicht, die einen Kopfabschnitt
der in den Fig. 22 und 26 dargestellten
Anordnung entlang der Schnittlinie X-X
zeigt, und
Fig. 23B eine Schnittansicht, die einen Kopfabschnitt
der Anordnung nach den Fig. 22 und 26
entlang der Schnittlinie Y-Y veranschaulicht.
Fig. 3 veranschaulicht ein Meßprinzip anhand eines Aufbaus
gemäß der Erfindung. Ein Magnetkern 1 in Form des Buchstabens
H ist horizontal und vertikal symmetrisch strukturiert.
Auf den Magnetkern sind Primärspulen 2 und 3 mit der
Windungszahl N₁ in Serie geschaltet, und es sind Sekundärspulen
4 und 5 mit der Windungszahl N₂ vorgesehen. Die
Primärspulen 2, 3 und die Sekundärspulen 4, 5 sind separat
gewickelt. Ein Oszillator 6 gibt eine Dreieckwelle niedriger
Frequenz im Bereich von 1-10 Hz ab. Ein Spalt 1 A auf
der Detektorseite befindet sich unterhalb des Magnetkerns
1, während sich ein Spalt 1 B auf der detektorfreien Seite
oberhalb des Magnetkerns 1 befindet. Zwischen dem Oszillator
6 und der Primärspule 2 befindet sich ein elektrischer
Widerstand r, und die durch den Widerstand R hervorgerufene
Spannung V i wird von einem Verstärker 7 erhalten. Die
Ausgangsspannung V S der Sekundärspule 4 wird von einem
Verstärker 10 verstärkt, die Ausgangsspannung V SC der Sekundärspule
5 wird über einen Verstärker 11 erhalten. Die
Ausgangsspannungen V S und V SC werden einem Differenzverstärker
12 zugeführt, dessen Verstärkung ebenso wie die
Verstärkung der Verstärker 10 und 11 bei diesem Ausführungsbeispiel
den Wert "1" hat, um die Beschreibung zu
erleichtern. Die Querschnittsfläche des Magnetkerns 1 bei
den Spulen soll als S bezeichnet werden, die Querschnittsfläche
des Spaltes 1 A als S g , die Länge des magnetischen
Weges in dem Kern als l, die Spalt-Länge als l g , die Permeabilität
des Magnetkerns 1 als μ und die Permeabilität der
Luft als μ₀.
Zunächst soll das Magnetfeld beschrieben werden, das an dem
Spalt 1 A auf der Detektorseite erzeugt wird.
Wenn kein Medium in dem Spalt 1 A vorhanden ist, wird der
magnetische Fluß Φ durch nachstehende Gleichung (4) angegeben,
in der die magnetische Reluktanz des Magnetkerns 1 mit
R (=l/ μ s ) und die Reluktanz des Spaltes 1 A mit R g (=l g /
μ₀S g ) bezeichnet ist.
Das Magnetfeld H g des Spaltes 1 A beträgt
Für die Bedingung (μ₀S g /μ s )l«l g gilt die folgende
Gleichung (6):
Da V i =I · r, gilt zwischen dem Magnetfeld H g und der
Spannung V i die folgende Beziehung (7):
Wegen R«R g zeigt der magnetische Fluß Φ an dem Spalt
1 A eine Erweiterung, wie sie in Fig. 4 dargestellt ist, und
ein Teil des magnetischen Flusses erstreckt sich parallel
zur Längsrichtung des offenen Spaltes l g in der magnetischen
Dünnschicht 20. Wenn die magnetische Dünnschicht (dieser
Begriff bedeutet eine dünne Schicht oder auch speziell
einen dünnen Film) 20 von dem Spalt 1 A berührt wird und der
magnetische Fluß zu dieser Zeit als Φ bezeichnet wird, läßt
sich die elektromotorische Spannung V S der Sekundärspule 4
durch folgende Gleichungen (8) und (9) ausdrücken:
Wenn der magnetische Fluß als Φ C bezeichnet wird, läßt sich
die elektromotorische Spannung V SC der Sekundärspule 5 auf
der detektorfreien Seite folgendermaßen ausdrücken:
Deshalb wird das Ausgangssignal V D nach der Differenzbildung
durch den Differenzverstärker 12 ohne magnetische
Dünnschicht 20 entsprechend den Gleichungen (8) bis (10):
Bei Vorhandensein der magnetischen Dünnschicht
ergibt sich:
Da die Dreieckwelle niedriger Frequenz von dem Oszillator 6
an die Primärspulen 2 und 3 gelegt wird, nimmt der magnetische
Fluß Φ ab oder nimmt einfach zu. Wenn die Ausgangssignale
V D und V D 1 des Differenzverstärkers 12 in einen
Rechner übernommen und von einem geladenen Magnetfeld synchronisiert
werden, läßt sich, wenn man die Differenz gemäß
Gleichung (11) und Gleichung (12) berechnet, die Spannung
V D ′ auf der Grundlage eines Zuwachses des magnetischen
Flusses Φ wegen des Vorhandenseins der magnetischen Dünnschicht
20 berechnen. Es ist nicht notwendig, das Differenz-
Ausgangssignal V D in einen Rechner zu übernehmen,
sondern man betrachtet einfach V D 1 als V D ′, wenn das Ausgangssignal
des Differenzverstärkers 12 etwa Null ist, wenn
keine magnetische Dünnschicht 20 vorhanden ist, um eine
Groberfassung zu ermöglichen, und wenn das Ausgangssignal
V D Null wird, indem die Herstellungsgenauigkeit für den
Magnetkern 1 erhöht wird.
Wenn die Querschnittsfläche der magnetischen Dünnschicht 20
mit S₁ (=Dicke t×Breite W) bezeichnet wird, so ergibt
sich die magnetische Flußdichte B₁ entsprechend der
Gleichung (14):
Φ₁ - Φ = Φ′ = B₁ · S₁ (14)
Aus der Gleichung (13) leitet man folgende Gleichung (15)
ab:
Die Permeabilität μ₁ der magnetischen Dünnschicht 20 läßt
sich durch die Gleichung (16) darstellen. (Genauer gesagt,
die magnetische Suszeptibilität χ; μ₁=χ=m₁′-1, wobei
μ₁′ die wahre Permeabilität bedeutet.)
Durch das Aufaddieren der Daten bei jeder Magnetfeldintensität
in Gleichung (13) läßt sich eine Software-Integration
durchführen, es gilt nämlich folgende Gleichung (17):
Daraus leitet man die folgende Gleichung (18) ab:
Hierbei bezeichnet Δ t die Abtastperiodendauer; die Addition
wird für eine Periodendauer des geladenen Magnetfeldes H
durchgeführt.
Die obenerwähnte Software-Integration soll im folgenden
näher erläutert werden. Die in Fig. 5 dargestellte Kennlinie
I repräsentiert eine Änderung v(H) der Spannung V D ′
in Abhängigkeit des Magnetfeldes H gemäß Gleichung (13), und
ein beliebiger Punkt auf der Kennlinie I ist mit v i bezeichnet.
Die folgenden Integrationswerte ψ erhält man
dann, ausgehend vom Anfangswert v i , durch die Datenabtastung
Δ H.
Dann läßt sich der magnetische Fluß Φ i+n durch Korrigieren
der obigen Gleichung wie folgt berechnen:
Hierbei werden ψ i und ψ i+a als Werte angenommen, die
bezüglich der Hystereseschleife symmetrisch sind. Der Wert
ψ i ist nicht notwendigerweise ein Integrations-Anfangswert,
soweit er symmetrisch bezüglich eines Mittelschwerpunktes
ist. Der magnetische Fluß Φ i+n wird daher der integrierte
Wert gegenüber der horizontalen Achse H (Magnetfeld). Diese
Kennlinie ist daher in Fig. 5 mit II bezeichnet. Wenn die
Kennlinie I in Fig. 5 von V i aus integriert wird, kann man
die Kurve der Kennlinie II erhalten. Der Buchstabe n in der
Gleichung ist eine natürliche Zahl, die von dem Anfangswert
i für jede Abtastperiode Δ H gezählt wird. Die folgende
Beziehung gilt, wenn die Gleichung (20) in Beziehung gebracht wird
mit der Gleichung (18):
Fig. 6 zeigt eine Magnetisierungskurve (Hystereseschleife)
des so erhaltenen Magnetfeldes H und den magnetischen Fluß
Φ, wobei die Kennlinie II in Richtung der vertikalen Achse
verschoben ist.
Die Wicklung der Primärspule und der Sekundärspule auf dem
Magnetkern ist in keiner Weise auf die Beispiele nach Fig.
3 beschränkt, sondern man kann eine Struktur verwenden, bei
der ein Magnetkern 1 gemäß Fig. 3 in der Mitte der vertikalen
oder der horizontalen Achse gebogen ist. Man kann auch
die in Fig. 7 dargestellte Struktur verwenden, bei der die
Primärspule 30 auf einen Verbindungsarm 1 C des Magnetkerns
1 gewickelt ist. Wie Fig. 8 zeigt, können außerdem beide
Arme des Magnetkerns 1 nicht nur mit den Primärspulen 31
bis 34 in Reihe gewickelt werden, sondern auch mit der
Sekundärspule auf den Primärspulen 31 und 34. Alternativ
läßt sich der Magnetkern in zwei Teilkerne 40 und 41 unterteilen,
die voneinander durch en Abschirmungsmaterial 42
abgeschirmt sind, wie Fig. 9 zeigt. Der Magnetkern 40 kann
mit der Primärspule 43 und der Sekundärspule 44 gewickelt
sein, während der Magnetkern 41 mit der Primärspule 45
sowie der Sekundärspule 46 bestückt ist. Wie Fig. 10 zeigt,
kann man die Magnetkerne 50 und 51 vollständig teilen,
welche mit der Primärspule bzw. der Sekundärspule versehen
sind. Obschon beim oben beschriebenen Ausführungsbeispiel
der Primärspule ein Dreiecksignal zugeführt wird, kann man
auch ein Sinussignal verwenden. Das Integrieren des Differenz-
Ausgangssignals V DL läßt sich bewerkstelligen mit
Hilfe einer Integrierschaltung des CR-Typs, anstelle der
oben erläuterten Integration mittels Software. Wenn die
Differenz-Ausgangsspannung V D ohne die magnetische Dünnschicht
20 nicht vernachlässigt werden kann, läßt sich die
Genauigkeit dadurch verbessern, daß man den integrierten
Wert der Differenz-Ausgangsspannung V DL mit der magnetischen
Dünnschicht 20 und den integrierten Wert der Differenz-
Ausgangsspannung V D ohne die magnetische Dünnschicht
20 in einen Rechner übernimmt, und zwar synchronisiert mit
einem angelegten Magnetfeld, um die Differenz zwischen den
Signalen zu erhalten.
Form und Wicklung des Magnetkerns der Primär- und der Sekundärspule
können auch Fig. 11 entsprechen: eine Primärspule
601 ist auf einen Magnetkern 600 gewickelt, und
Sekundärspulen 604 und 605 sind auf Magnetkerne 602 und 603
gewickelt, die mit dem Kern 600 auf dessen beiden Seiten
verbunden sind, um die Form eines umgedrehten Buchstabens U
zu bilden.
Im folgenden soll eine Magnetisierungskennlinien-Meßvorrichtung
beschrieben werden, die von dem oben beschriebenen
Verfahren zum Erfassen einer Magnetkennlinie Gebrauch
macht.
Fig. 12 und 13 sind Blockdiagramme, die die Schaltung der
erfindungsgemäßen Magnetisierungskennlinien-Meßvorrichtung
veranschaulichen (im folgenden soll der Einfachheit halber
lediglich von "Meßvorrichtung" die Rede sein). Die
Schaltung enthält mehrere (bei dieser Ausführungsform acht)
magnetische Meßabschnitte 201 bis 208, die Magnetisierungskennlinien
der magnetischen Dünnschicht messen, z. B. der
Dünnschicht auf einem Aufzeichnungsträger in Form eines
Magnetbandes. Ein Meßdaten-Umsetzabschnitt 21 setzt die
Spannungssignale V D 1-V D 8, die von den magnetischen Meßabschnitten
201 bis 208 gemessen werden, in Digitalsignale
um. Er gibt außerdem das Dreieckssignal SD 2 zum Treiben der
Abschnitte 201 bis 208 aus. Ein Meßdaten-Analysierabschnitt
60 hat die Funktion, von dem Umsetzabschnitt 21 kommende
Digitalsignale mit Hilfe eines Rechners zu verarbeiten, um
die Magnetisierungskennlinien anzuzeigen, die so erhaltenen
Kennlinien zu beurteilen und eine Selbstdiagnose durchzuführen.
Im folgenden sollen die einzelnen Abschnitte im Detail
erläutert werden.
Die magnetischen Meßabschnitte 201 bis 208 sind einander
identisch aufgebaut. Jeder Abschnitt besitzt einen Magnetkopf
1 in Form eines Buchstabens H mit sowohl vertikal als
auch horizontal symmetrischem Aufbau. Der Magnetkopf besitzt
einen magnetischen Kern und einen damit einstückig
ausgebildeten Löschkern. Die einzelnen Magnetköpfe 1 der
Meßabschnitte 201 bis 208 sind in magnetischen Kopfabschnitten
211 bis 218 eines linearen Mehrfachkopf-Magnetsensors
200 enthalten, der in Fig. 14 gezeigt ist. Der
Mehrfachkopf-Magnetsensor 200 umfaßt einen Differentialtyp-
Magnetkopf. Dieser Mehrfachkopf-Magnetsensor 200 ist in der
Lage, die Magnetisierungskennlinien auf einem magnetischen
streifenförmigen dünnen Film oder einer dünnen Schicht 301
auf einer Magnetkarte 20 zu erfassen, wie sie in Fig. 15
dargestellt ist, und zwar erfolgt die Erfassung an acht
Stellen gleichzeitig. Da die magnetischen Meßabschnitte 201
bis 208 identischen Aufbau besitzen, soll sich die folgende
Beschreibung stellvertretend lediglich auf den Abschnitt
201 beziehen. Ein Magnetkern des Magnetkopfes 1 ist mit
Primärspulen 2 und 3 mit der Windungszahl N₁ in Reihe
gewickelt; Sekundärspulen 4 und 5 der Windungszahl N₂ sind
separat gewickelt. In die Primärspulen 2 und 3 wird ein
Dreieckssignal SD 2 niedriger Frequenz im Bereich von 1-10
Hz durch den Meßdaten-Umsetzabschnitt 21 über einen Verstärker
19 eingespeist. Unterhalb des Magnetkerns 1 befindet
sich der Spalt 1A auf der Detektorseite, während sich
oberhalb des Magnetkerns 1 ein Spalt 1 B auf der detektorfreien
Seite befindet. Die Ausgangsspannung V S der Sekundärspule
4 wird über einen Verstärker 10 geführt, während
die Ausgangsspannung V SC von der Sekundärspule 5 über den
Verstärker 11 geleitet wird. Die Ausgangsspannungen V S und
V SC werden auf einen Differenzverstärker 12 gegeben. Die
Verstärkung der Verstärker 10 und 11 sowie des Differenzverstärkers
1 sollen hier aus Gründen der Vereinfachung den
Wert "1" haben.
Das Meßprinzip des Magnetkopfes 1 läßt sich in ähnlicher
Weise berechnen, wie es bei dem oben beschriebenen Erfassungsverfahren
in Verbindung mit den Gleichungen (4) bis
(11) angegeben wurde. Der magnetische Fluß Φ wird einfach
erhöht oder verringert, wenn das Dreieckssignal SD 2 geringer
Frequenz von dem Meßdaten-Umsetzabschnitt 21 auf die
Primärspulen 2 und 3 gegeben wird. Die Ausgangsspannungen
V DA und V D 1 des Differenzverstärkers 12 werden von dem
Umsetzabschnitt 21 in Digitalsignale umgesetzt, in den
Meßdaten-Analysierabschnitt 60 übernommen, in Schreib/Lese-
Speichern (RAMs) 62 und 63 eines Speichers 61 gespeichert
und in einem angelegten Magnetfeld H synchronisiert. Daten
werden aus den Speichern 62 und 63 ausgelesen, um die
Differenz zwischen den Gleichungen (10) und (11) zu berechnen
und so die Ausgangsspannung V D ′ auf der Grundlage einer
Zunahme des magnetischen Flusses Φ aufgrund des Vorhandenseins
der magnetischen Dünnschicht 20 zu berechnen. Wenn
die Ausgangsspannung V DA des Differenzverstärkers 12 bei
fehlender magnetischer Dünnschicht 20 etwa Null ist und
eine Grob-Erfassung zulässig ist oder wenn die Fertigungsgenauigkeit
der Magnetkerne 1 verbessert ist, damit die
Ausgangsspannung V DA bei dem Wert Null liegt (dies geschieht
dadurch, daß die Kennlinien auf der Löschseite und
der Detektorseite vollständig miteinander übereinstimmen
oder V S =V SC ), so ist es nicht notwendig, die Differenz-
Ausgangsspannung V DA in den Meßdaten-Analysierabschnitt 60
zu übernehmen, so daß man die Spannung V D 1 als V DA ′ behandeln
kann:
Wenn die Querschnittsfläche der magnetischen Dünnschicht 20
den Wert S₁ hat (=Dicke d×Breite W ), läßt sich die
magnetische Flußdichte B₁ an dieser Stelle wie folgt ausdrücken:
Φ₁ - Φ = Φ′ = B₁ · S₁ (23)
Die nachstehende Gleichung läßt sich aus Gleichung (12)
ableiten:
Die Permeabilität μ₁ der magnetischen Dünnschicht 20 läßt
sich durch folgende Gleichung (25) ausdrücken:
Die Integration erfolgt durch Software in ähnlicher Weise,
wie es oben beschrieben wurde, indem Daten bei jeder Magnetfeldintensität
durch die Gleichung (22) wie folgt
addiert werden. Da die untengenannte Beziehung gilt, erhält
man die Gleichung (27) ähnlich der Gleichung (18):
Im folgenden soll der Meßdaten-Umsetzabschnitt 21 beschrieben
werden.
Der Meßdaten-Umsetzabschnitt 21 besitzt eine parallele
Eingabe/Ausgabe-Schnittstelle 17 für die Datenübertragung
in bezug auf den Meßdaten-Analysierabschnitt 60. Die
Steuersignale von der Schnittstelle 17 werden in einen
Dreieckwellengenerator 18 eingegeben, und eine generierte
Dreieckwelle SD 2 wird über einen Verstärker 19 in die
magnetischen Meßabschnitte 201 bis 208 eingegeben. Der
Dreieckwellengenerator 18 umfaßt einen Taktimpulsoszillator
80, einen Zähler 81, der mit dem Steuersignal SD 1 das
Zählen der Taktimpulse beginnt, einen Festspeicher (ROM)
82, der digitale Daten für die Dreieckwellen-Erzeugung
unter Adressen speichert, die dem vom Zähler 21 abgegebenen
Zählsignal entsprechen, und einen Digital/Analog-Umsetzer
(DAU) 83, der aus vorbestimmten Adressen des Festspeichers
82 ausgelesene digitale Daten in Analogsignale zur Aufbereitung
des Dreiecksignals SD 2 umsetzt. Außerdem ist ein
Multiplexer 24 vorgesehen, der die Aufgabe hat, die Spannungen
V D 1 bis V D 8 (wenn ein magnetischer dünner Film
vorhanden ist) und die Spannungen V DA bis V DH (wenn der
dünne magnetische Film nicht vorhanden ist) durch sukzessives
Schalten zu übernehmen. Der Multiplexer 24 wird durch
von dem Zähler 81 kommende Schaltsignale betätigt. Die
Spannungen V D 1 bis V D 8 sowie V DA bis V DH , die von dem
Multiplexer 24 nacheinander ausgegeben werden, werden von
einem Verstärker 13 verstärkt und auf eine Abtast- und
Halteschaltung 14 gegeben, welche die genannten Spannungswerte
V D 1 bis V D 8 sowie V DA bis V DH mit Zeitsteuersignalen
SH vom Zähler 81 des Dreieckwellengenerators 18 übernimmt,
um die Abtastdatenwerte SD 3 auf einen Analog/Digital-Umsetzer
15 zu geben. Der ADU 15 setzt die Abtastdaten SD 3 mit
vom Zähler 81 des Generators 18 kommenden Umsetz-Startsignalen
CONV in digitale Signale DS 1 um und überträgt die
Signale über die Eingabe/Ausgabe-Schnittstelle 17 zu dem
Meßdaten-Analysierabschnitt 60.
Im folgenden soll der Meßdaten-Analysierabschnitt 60 näher
erläutert werden.
Der Analysierabschnitt 60 enthält eine zentrale Verarbeitungseinheit
(CPU) 73, die Daten aus den RAMs 62 und 63 des
Speichers 61 ausliest und die Software-Integration
durchführt, einen Festspeicher (ROM) 69, der ein Steuerprogramm
und gegebenenfalls weitere Daten speichert, den RAM 62, der die
Differenz-Ausgangsspannungsdaten von dem Magnetkopf 1 speichert,
wenn eine magnetische Dünnschicht 301 an den Magnetkopf
1 gebracht wird, den RAM 63, der die Differenz-Ausgangsspannungsdaten
des Magnetkopfes 1 speichert, wenn keine
magnetische Dünnschicht 301 vorhanden ist, und schließlich
den Speicher 61, der andere Eingangsdaten speichert. Außerdem
ist eine Taktschaltung 64 vorgesehen, die für die
Daten-Anzeige oder die Zeit-Anzeige auf einer Anzeigevorrichtung
86 vorhanden ist. Eine GP-IB-Schnittstelle 22 und
eine Parallel-Eingabe/Ausgabe-Schnittstelle 70 sind ebenfalls
angeschlossen. Die GP-IB-Schnittstelle 22 ist an
einen GP-IB-Ausgangsverbinder 23 angeschlossen, während die
Parallel-E/A-Schnittstelle 70 mit einem Summer 72 versehen
ist, der bei Erfassung der Magnetisierungskennlinien einen
Ton erzeugt. Ein Ausgangsverbinder 71 für einen Drucker
dient zur Ausgabe der Magnetisierungskennlinien über einen
Drucker. Eine Steuerung 67 dient zum Ansteuern der Anzeige
68. Eine Tastatursteuerung 28 steuert die Dateneingabe über
eine Tastatur 29. Die Steuerung 67 ist an Video-RAMs 65 und
66 angeschlossen, die Bilder in Form von zwei Halbbildern
speichern.
Im folgenden wird der Betrieb der Meßvorrichtung unter
Bezugnahme auf das in Fig. 16 gezeigte Flußdiagramm erläutert.
Nach Einschalten der Netzspannung wird der akzeptierbare
Bereich für die Magnetisierungskennlinie der magnetischen
Dünnschicht 301 als Meßobjekt und der Bereich der Magnetisierungskraft
(e.g. 1000 Oe-10 000 Oe in zehn Stufen)
über Zifferntasten der Tastatur 29 eingegeben (Schritt S 1).
Diese eingegebenen Daten innerhalb des möglichen Eingabebereichs
werden in dem Speicher 62 des Meßdaten-Analysierabschnitts
60 gespeichert. Der Empfangsbereich oder akzeptierbare
Bereich der Daten umfaßt die obere und die untere
Grenze des magnetischen Sättigungsflusses Φ m (gesättigte
magnetische Flußdichte Bm), die Remanenz Φ r (magnetische
Restflußdichte Br), Koerzitivkraft Hc und das Rechteckverhältnis
D (=Φ r/Φ m=Br/Bm). Mittels der Tastatur 29 werden
(im Schritt S 2) die Betriebsarten ausgewählt. Wenn eine
Meß-Betriebsart ausgewählt wird, legt man die magnetische
Objekt-Karte 300 in einen (nicht gezeigten) Tisch der Meßvorrichtung
ein, und die magnetische Dünnschicht der Magnetstreifen
300 der Karte wird auf einem Marker positioniert
(Schritt S 3). Die Lage der magnetischen Dünnschicht
301, die es zu messen gilt, wird dahingehend überprüft, ob
sie nicht von der Soll-Lage abweicht, und dann werden die
Tasten betätigt. Der magnetische Sensor 200 wird auf der
magnetischen Dünnschicht 301 der Magnetkarte 300 in der in
Fig. 15 dargestellten Weise positioniert, und wenn von dem
Analysierabschnitt 60 Steuerdaten an den Umsetzabschnitt 21
geliefert werden, wird die Messung der Magnetisierungskennlinien
begonnen (Schritt S 4). Mit dem Steuersignal SD 1
beginnt der Zähler 81 hochzuzählen, und das Dreieckssignal
SD 2, das von dem DAU 83 durch Umsetzen der vorab in dem
Festspeicher 82 gespeicherten digitalen Daten, die von dem
Zählersignal adressiert werden, erzeugt wird, wird auf die
Primärspulen 2 und 3 jedes Magnetkopfes 1 der magnetischen
Meßabschnitte 201 bis 208 über den Verstärker 19 gegeben,
um zwischen dem Spalt 1A und dem Spalt 1 B jedes Magnetkopfes
1 das Magnetfeld H zu erzeugen. Die Sekundärspulen 4 und 5
erzeugen elektrische Spannungen im Verhältnis zu den zeitlichen
Änderungen des magnetischen Flusses durch den Magnetkern
1, und man erhält von den Verstärkern 10 und 11
sowie dem Differenzverstärker 12 Spannungssignale V D 1 bis
V D 8, die von dem Multiplexer 24 innerhalb des Umsetzabschnittes
21 fortlaufend ausgewählt werden, um der Abtast-
und Halteschaltung 14 zugeführt zu werden. Die Abtastdaten
SD 3 werden von dem ADU 15 in digitale Signale DS 1 umgesetzt
und über die Eingabe/Ausgabe-Schnittstelle 17 in den Meßdaten-
Analysierabschnitt 60 eingegeben.
Die graphische Darstellung in Fig. 17A veranschaulicht die
Wellenform der Zählimpulse, wie sie von dem Taktimpuls-
Oszillator 80 erzeugt werden, der Impulsverlauf nach Fig.
17B entspricht dem Dreieckssignal SD 2, das von dem DAU 83
in Abhängigkeit der Zählimpulse erzeugt wird, Fig. 17C
zeigt den Zustand der Kanalauswahl durch den Multiplexer
24, Fig. 17D zeigt Abtast- und Haltesignale SH, die in die
Abtast- und Halteschaltung 14 eingegeben werden, und Fig.
17E zeigt den Impulsverlauf des Umsetz-Startsignals, das an
den ADU 15 gelegt wird. Kurz gesagt, treibt der Zähler 81
den Festspeicher (ROM) 82 mit den Taktimpulsen gemäß Fig.
17A und veranlaßt ihn zur Erzeugung des Dreieckwellensignals
SD 2 gemäß Fig. 17B am Ausgang des DAU 83. Jedes
Mal, wenn eine bestimmte Zahl, z. B. "8", gezählt ist, wird
das Schaltsignal CS an den Multiplexer 24 gelegt, damit
dieser seinen Kanal umschaltet, wie aus Fig. 17C hervorgeht
(CH 1 → CH 2). Nach dem Umschalten werden die Abtast- und
Haltesignale SH, die auf eine Länge von beispielsweise
einem Taktimpuls erstreckt sind, von dem Zähler 81 an die
Abtast- und Halteschaltung 14 gegeben (Fig. 17D). Jedes der
Spannungssignale V D 1 bis V D 8, die von dem Multiplexer 24
über den Verstärker 13 in die Abtast- und Halteschaltung 14
gegeben wurden, werden von dieser Schaltung abgetastet und
gehalten. Dem ADU 15 wird ein A/D-Startsignal CONV zugeführt,
das gemäß Fig. 17E um einen Impuls verzögert ist,
und die Abtastdaten SD 3, die von der Schaltung 14 gehalten
werden, werden von einem Analogwert in einen Digitalwert
umgesetzt.
Wenn sämtliche Spannungssignale V D 1 bis V D 8 für jede bestimmte
Zeitspanne des Dreiecksignals in dem RAM 62 gespeichert
sind, wird der magnetische Sensor 200 von der magnetischen
Dünnschicht 301 entfernt. In ähnlicher Weise werden
die Spannungssignale V DA bis V DH für jede bestimmte Zeitspanne
des Dreieckssignals in dem RAM 63 gespeichert. Dann
werden die einander entsprechenden Signale aus den RAMs 62
und 63 voneinander subtrahiert. Als Meßwerte werden in dem
Speicher 61 die Hysteresekurve und die Magnetisierungskennlinien
Φ r (Br), Φ m (Bm), Hc und D gespeichert (Schritt S 5).
Die CPU 73 vergleicht die obengenannten Meßwerte mit
voreingestellten Bezugswerten, welche den akzeptierbaren
Wertebereich kennzeichnen, und bringt die Ergebnisse auf
der Anzeigevorrichtung 86 mit dem Hinweis "OK" oder "NG" in
Verbindung mit den Meßdaten, der Hysteresekurve usw. zur
Anzeige.
Die Verteilungskennlinien werden auf der Anzeige 68 in der
in Fig. 18 dargestellten Weise zur Anzeige gebracht, und
zwar basierend auf den Meßergebnissen, und sie werden über
die Steuerung 67 in den Video-RAMs 65 und 66 gespeichert.
Über die Schnittstelle 70 wird der Summer 72 aktiviert, und
wenn "OK" angezeigt wird, gibt der Summer 72 einen anhaltenden
Summton ab (Schritte S 6 und S 7). Wenn auf der Anzeigevorrichtung
68 hingegen "NG" angezeigt wird, so gibt der
Summer unterbrochene Pieptöne ab (Schritte S 6 und S 8).
Durch Ausführung des oben beschriebenen Ablaufs ist die
Vorrichtung in der Lage, die Magnetisierungskennlinien an
acht Stellen des Magnetstreifens 301 gleichzeitig mit Hilfe
der Magnetköpfe 211 bis 218 des magnetischen Sensors 200 zu
ermitteln, und die Magnetisierungskennlinien werden in dem
Speicher 61 gespeichert (Schritt S 9). Der Speicher 61 besitzt
eine Kapazität von 100 Datenwerten innerhalb des RAM,
und die Daten wrden chronologisch und sukzessive zusammen
mit den Meßzeitdaten von der Taktschaltung 64 in dem Speicher
abgelegt.
Die erfindungsgemäße Meßvorrichtung ist außerdem in der
Lage, die Magnetisierungskennlinien des Magnetstreifens 301
in der Gesamtheit durch folgende Schritte zu messen: der
magnetische Sensor 200 oder die Magnetkarte 300 wird um
jeweils einen vorbestimmten Längenabschnitt oder äquivalente
Schritte oder Schrittweiten der Magnetköpfe 211 bis 218
aus der in Fig. 15 dargestellten Erfassungsposition versetzt
(Schritt S 11), um wiederholt an den acht Stellen zu
messen und dadurch die Gesamtheit des Magnetstreifens 301
abzudecken. Es ist jedoch nicht immer notwendig, den gesamten
Streifen durch schrittweises Versetzen auszumessen,
falls und wenn das Abtasten von acht Stellen ausreicht.
Wenn die Betriebsartumschaltung nicht über die Eingabetastatur
festgelegt wird, verbleibt die Meßvorrichtung im
Wartezustand, um auf den nächsten Meßvorgang zu warten.
Nach dem Messen mehrerer Magnetkarten wird die Datenverarbeitungs-
Betriebsart I über die Tasteneingabe ausgewählt
(Schritte S 12 und S 2), und die CPU 73 berechnet die Protokolldaten
in dem Speicher 61 und bringt ein -R-Steuerdiagramm
der speziellen magnetischen Kennlinien zur Anzeige,
die gemäß Fig. 19A und 19B ausgewählt sind (z. B. handelt es
sich um den Wert Φ r an den von dem Meßkopf 211 gemessenen
Stellen). Die Anzeige erfolgt auf der Anzeigevorrichtung 68
(Schritt S 14). Das -R-Steuerdiagramm wird wie folgt aufbereitet:
die Gesamtanzahl N von Daten, die Größe n der
Gruppen und die Anzahl k der Gruppen werden als Vorbedingungen
festgelegt. Die Gesamtzahl N wird automatisch
dadurch bestimmt, daß die Datenwerte in dem Speicher 61
gezählt werden. Die Größe n bestimmt sich durch Eingabe
seitens des Benutzers (n=3, 4 oder 5). Die Zahl k ist der
Quotient k=N/n, der resultierende Bruchteil wird nicht
verwendet. Wenn z. B. N=98 und n=3, erhält man für k den
Wert "32", die Restdaten werden nicht benutzt. Man erhält
gemäß nachstehender Gleichung (28) den Mittelwert x einer
Gruppe:
Den Gesamtmittelwert des Mittelwertes für einzelne
Gruppen erhält man durch nachstehende Gleichung (29):
Die obere und die untere kritische Linie UCL bzw. LCL sind
wie folgt definiert:
Die Werte A₂ und D₄ erhält man aus der Tabelle 1:
Zeichnet man diese Daten in Form eines Graphen auf, so
erhält man eine Darstellung, wie sie in Fig. 19A gezeigt
ist, in der die horizontale Achse die Anzahl der Gruppen
angibt. Wenn n=3 und die Achse um jeweils "5" bis "33"
reicht, wird bei n=4 und n=5 die Einteilung um "5" bis
zu dem Wert "25" gewählt. Die vertikale Achse zeigt den
Wert an, wobei eine begrenzte Anzahl von Punkten für den
Abstand zwischen LCL und UCL festgelegt wird. Numerische
Werte sind für LCL, CL und UCL angegeben. Die Schwankung R
in einer Gruppe läßt sich durch folgende Gleichung (32)
bestimmen:
R j = x max - x min (32)
Der Gesamtmittelwert R der Schwankungen R sämtlicher
Gruppen läßt sich durch die Gleichung (33) bestimmen:
Die obere und die untere kritische Linie UCL bestimmen sich
durch die Gleichung (34):
UCL = D₄ (34)
Den Koeffizienten D₄ erhält man aus der Tabelle 1. Fig. 19
zeigt den Graphen der erwähnten Daten.
Wenn durch die Tasteneingabe (Schritt S 2) eine Datenverarbeitungs-
Betriebsart 2 ausgewählt wurde, berechnet die CPU
73 die Protokolldaten innerhalb des Speichers 61 (Schritt
S 15), und sie bringt das spezielle Hystogramm der ausgewählten
Magnetisierungskennlinien auf der Anzeigevorrichtung
68 zur Anzeige (z. B. Φ r an der von dem Magnetkopf 211
gemessenen Stelle) (Schritt S 18). Als Vorgabe sollte die
maximale Klassenzahl auf "10" für die horizontale Achse
eingestellt werden, und außerdem sollten die Bereiche auf
der vertikalen Achse automatisch auf drei Werte "80", "40"
und "20" eingestellt werden. Darüber hinaus sollte die
Einteilung auf der horizontalen Achse die Werte für x max
und x min anzeigen. Die Anzahl von Klassen k für die Klassifizierung
wird gemäß Gleichung (35) festgelegt:
Die Schrittweite H M , der Durchschnittswert und die Standardabweichung
σ werden durch die folgenden Gleichungen
(36), (37) und (38) berechnet
Wenn Daten in die obigen Gleichungen (35) bis (38) eingesetzt
und eine graphische Darstellung gezeichnet wird,
erhält man die in Fig. 20 gezeigte Darstellung.
Wenngleich bei dem obigen Ausführungsbeispiel der Magnetstreifen
301 auf der Magnetkarte 300 als Meßobjekt dient,
läßt sich mit dem magnetischen Sensor 400 als Magnetkopf
auf der Differenzseite gemäß Fig. 22 auch die Magnetisierungskennlinie
einer Plattenoberfläche einer flexiblen
Platte messen. Fig. 21 zeigt den Zustand des Erfassens der
magnetischen Dünnschicht einer flexiblen Platte oder
Scheibe 321, wobei ein magnetischer Sensor 400 einem Kopffenster
322 einer Hülle 320 genähert wird, welche die
flexible Platte 321 umhüllt, um die Magnetisierungskennlinien
der Plattenoberfläche zu messen.
Fig. 22 zeigt den Aufbau des magnetischen Sensors 400
perspektivisch. Ein magnetischer Kopfabschnitt 411 bis 419
dient zur Mehrkanal-Erfassung von magnetischen Kennlinien.
Innerhalb der magnetischen Kopfabschnitte 411 bis 418 sind
Magnetköpfe aufgenommen, die jeweils aus einem Magnetkern
431 bestehen, auf den eine Primärwicklung 432 und eine
Sekundärwicklung 433 aufgebracht sind, wie in Fig. 23A
gezeigt ist, die eine Querschnittansicht entlang der Linie
X-X in Fig. 22 ist. Der Magnetkopfabschnitt 419 (eine
Löschkopfeinheit) nimmt einen Magnetkopf (einen Löschkopf)
auf. Er enthält einen Löschkern 441, der mit einer Primärspule
442 und einer Sekundärspule 443 gemäß Fig. 23B,
die eine Querschnittansicht entlang der Linie Y-Y in Fig. 22
ist, gezeigt ist. Magnetköpfe der Magnetkopfabschnitte 411
bis 418 entsprechen der Magnetkopf-Detektorseite des oben
beschriebenen magnetischen Sensors 200, während der magnetische
Sensor des magnetischen Kopfabschnittes 419 der detektorfreien
Seite des Magnetkopfes entspricht. Die Magnetkopf-
Detektorseite der obenerwähnten magnetischen Meßabschnitte
301 bis 308 sind jeweils mit Magnetkopfabschnitten
411 bis 418 innerhalb des magnetischen Sensors 400 ausgestattet,
und der Magnetkopfabschnitt 419 ist doppelt als
detektorfreie Magnetkopfseite vorgesehen. An einer Stirnseite
des Gehäuses auf der Seite des Magnetkopfabschnittes
419 des magnetischen Sensors 400 ist eine Art Kerbe 420
vorgesehen, um eine Kollision zwischen den Enden der Hülle
320 und der Stirnseite des Sensors 400 zu vermeiden.
Mit Hilfe des den obigen Aufbau aufweisenden magnetischen
Sensors 400 lassen sich die Magnetisierungskennlinien der
flexiblen Platte 321 an acht Stellen linear und gleichzeitig
mit dem Blockaufbau, der dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel
ähnelt, messen. Bei diesem Ausführungsbeispiel
jedoch sind der Magnetkern und der Löschkern nicht
integriert zusammengefaßt, so daß das Ausgangssignal des
Löschkopfes 419 und die Ausgangssignale der Magnetköpfe 411
bis 418 separat zur Differenzverstärkung in den Differenzverstärker
eingegeben werden, wobei die Signale fortlaufend
von dem Multiplexer 24 durchgeschaltet, in digitale Signale
umgesetzt und in einem Speicher abgespeichert werden. In
anderen Worten: das Ausgangssignal des Löschkopfes 419 wird
im Betrieb geteilt benutzt. Die Verteilungskennlinien der
Meßergebnisse werden auf der Anzeigevorrichtung 68 gemäß
Fig. 15 dargestellt. Durch Drehen der flexiblen Scheibe 321
um jeweils einen vorbestimmten Winkel lassen sich die Magnetisierungskennlinien
der gesamten Oberfläche ausmessen.
Fig. 25 und 26 zeigen die Anwendung dieses Prinzips, d. h.,
die Trennung des Magnetkerns von dem Löschkern gemäß dem
oben beschriebenen Ausführungsbeispiel. Der Querschnitt
entlang der Linie X-X und der entlang der Linie Y-Y in Fig.
26 entspricht den Fig. 23A bzw. 23B.
Die Wicklung der Primärspulen und Sekundärspulen des Kerns
des Magnetkopfes 1 gemäß der vorliegenden Erfindung ist
nicht beschränkt auf die Beispiele nach den Fig. 3 und 23A,
23B, sondern man kann auch die in den Fig. 7 bis 11 dargestellten
Strukturen verwenden. Das Dreieckssignal niedriger
Frequenz wird nach den obigen Erläuterungen an die Primärspule
gelegt, es kann jedoch auch eine Sinuswelle oder eine
anders geformte Welle angelegt werden. Als Meßobjekte kommen
außer den oben erwähnten Magnetkarten und der flexiblen
Platte auch Magnetbänder, Magnetscheiben und optisch/magnetische
Platten in Frage. Der oben erläuterte magnetische
Sensor besitzt eine Achtkanal-Magnetkopfstruktur, jedoch
ist die Anzahl der Kanäle nicht auf diese Zahl beschränkt.
Anders als bei der Ausführungsform nach Fig. 22 ist die
Lage des Löschkopfes 419 nicht auf die Lage in der Nähe der
Kerbe 420 beschränkt.
Die Erfindung schafft ein einfach durchzuführendes Verfahren,
bei dem eine magnetische Dünnschicht in einfacher
Weise in Berührung oder in die Nähe mit einem Spalt eines
Differentialtyp-Magnetkopfes gebracht wird. Wenn das Integrationsverfahren
durch Software realisiert wird, um die Φ-
H-Kurve zu erhalten, werden Fehler aufgrund von Drifterscheinungen
eliminiert, so daß präzise Ergebnisse erhalten
werden. Die magnetische Dünnschicht muß vor der Messung
nicht behandelt werden, damit sie eine vorbestimmte Dicke
erhält.
Die Erfindung gestattet die Messung von Magnetisierungskennlinien
und die Verteilung der Magnetisierungskennlinien
einer magnetischen Dünnschicht mit lediglich einer Messung
(schnelle Messung an mehreren Punkten), indem in einfacher
Weise ein magnetischer Druck, ein Magnetband, eine flexible
Scheibe, eine Magnetscheibe, eine Magnetkarte oder dergl.
in eine geeignete Position bezüglich der Vorrichtung gebracht
wird. Da die erfindungsgemäße Vorrichtung das Ergebnis
der Beurteilung der Magnetisierungskennlinien über
einen Bildschirm oder mit Hilfe eines Summers zur Anzeige
bringen kann, reduziert sich die Anzahl der Prüfschritte
erheblich. Da die Erfindung außerdem ein Kanalumschaltverfahren
für die Magnetköpfe verwendet, kann die magnetische
Dünnschicht mit wiederholten Signalen niedriger Frequenz
erregt werden, wodurch die Einflüsse von Wirbelströmen auf
das Prüfergebnis praktisch ausgeschaltet werden. Die Erfindung
ermöglicht die zerstörungsfreie, direkte Messung eines
Meßobjektes, gestattet die Messung von Absolutwerten bei der
Prüfung von Magnetisierungseigenschaften von Magnetstreifen
und plattenförmigen Aufzeichnungsträgern oder dergl., um
auf diese Weise eine Bezugsgröße bei der Ermittlung der
Kompatibilität eines Mediums zu erhalten. Fügt man der
Vorrichtung einen Transportmechanismus oder eine Drehvorrichtung,
z. B. einen Schrittmotor, hinzu, so kann sie die
Verteilung der Magnetisierungskennlinien über einen gesamten
Streifen oder eine Plattenoberfläche ausmessen, die
Beschaffenheit des Prüfobjektes hinsichtlich der Qualität
unter Bezugnahme auf eine vorbestimmte Referenzgröße zur
Anzeige bringen und eine Standardisierung anhand herkömmlicher
Qualitätsnormen vornehmen.
Claims (20)
1. Verfahren zum Erfassen einer Magnetisierungskennlinie
magnetischer Dünnschichten, gekennzeichnet durch die
Schritte:
- - Anlegen eines niedrigfrequenten Signals an eine Primärspule eines Differentialtyp-Magnetkopfes,
- - Ändern eines Magnetfeldes mit dem niedrigfrequenten Signal, wenn eine magnetische Dünnschicht sich in Berührung mit oder in der Nähe von einem Spalt des Magnetkopfes befindet, und
- - Berechnen der Magnetisierungskennlinie der magnetischen Dünnschicht auf der Grundlage der Differential-Ausgangsspannung an der Sekundärspule des Magnetkopfes.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Frequenz des
niedrigfrequenten Signals im Bereich von 1-10 Hz liegt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, bei dem das niedrigfrequente
Signal ein Dreieckssignal ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem
das Berechnen das Erfassen der Differential-Ausgangsspannungen
V D und V D 1 bei Vorhandensein bzw. Fehlen der magnetischen
Dünnschicht beinhaltet.
5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem eine Differenzspannung
V D ′ berechnet wird, indem die Spannung V D von der
Spannung V D 1 subtrahiert wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem folgende Software-
Integration durchgeführt wird:
und unter Verwendung folgender Gleichung ein Magnetfluß Φ′
erhalten wird:
wobei Δ t eine Abtastperiodendauer ist, eine Addition
für eine Periodendauer eines geladenen Magnetfeldes H durchgeführt
wird, und N₂ die Windungszahl der Sekundärspule ist.
7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem eine Magnetisierungskurve
in bezug auf das Magnetfeld H und den magnetischen
Fluß Φ′ erhalten wird.
8. Meßvorrichtung für Magnetisierungskennlinien einer
magnetischen Dünnschicht, gekennzeichnet durch:
- - einen Differentialtyp-Magnetkopf (1; 40, 41; 50, 51; 600-603), der mehrere Magnetkerne linear integriert und mindestens einen Löschkern zum gleichzeitigen Messen mehrerer Stellen auf der magnetischen Dünnschicht besitzt;
- - eine Erregungssignal-Generatoreinrichtung (6), die den Magnetkopf mit wiederholten Signalen erregt;
- - eine Meßdaten-Wandlereinrichtung, die mehrere Differential- Ausgangsspannungen von dem Magnetkopf, der an oder in der Nähe von einer magnetischen Ziel-Dünnschicht positioniert ist, fortlaufend abtastet und die Abtastwerte in digitale Daten umsetzt und
- - eine Meßdaten-Analysiereinrichtung (60), die die umgesetzten Digitalwerte von der Meßdaten-Umsetzeinrichtung fortlaufend speichert und Magnetisierungskennlinien der Stellen auf der magnetischen Dünnschicht berechnet.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, bei der jeder der Magnetkerne
symmetrisch entsprechend dem Buchstaben H für horizontale
und vertikale Richtungen geformt ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 und 9, bei der auf vertikale
Seitenarme der Magnetkerne in Reihe Primärspulen gewickelt
sind und bei der auf den anderen Seitenarmen
Sekundärspulen gewickelt sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9, bei der auf einem horizontalen
Verbindungsarm (1 C ) eine Primärspule (30) gewickelt
ist, während auf vertikalen Seitenarmen Sekundärspulen
(4, 5) gewickelt sind.
12. Vorrichtung nach Anspruch 9, bei der auf zwei vertikalen
Seitenarmen der Magnetkerne in Serie Primärspulen (31-
34) gewickelt sind und bei der auf einem der Seitenarme
schichtweise Sekundärwicklungen gewickelt sind.
13. Vorrichtung nach Anspruch 8, bei der jeder der Magnetkerne
unterteilt ist in zwei Kerne (41, 40; 50, 51), die
durch ein Abschirmungsmaterial (42) voneinander abgeschirmt
sind.
14. Vorrichtung nach Anspruch 8, bei der der Differentialtyp-
Magnetkopf dadurch gebildet ist, daß die Seitenflächen
der Magnetkerne einander zugewandt sind, um einen Mehrfachkopf-
Magnetsensor (200) zu erhalten.
15. Vorrichtung nach Anspruch 8, bei der der Differentialtyp-
Magnetkopf dadurch gebildet ist, daß Rückseiten der
Magnetkerne einander vorderseitig zugewandt sind, um einen
Mehrfachkopf-Magnetsensor zu bilden.
16. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder einem der folgenden,
bei der die Erregungssignal-Generatoreinrichtung ein niedrigfrequentes
Dreieckssignal erzeugt.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, bei der die Erregungssignal-
Generatoreinrichtung einen Taktimpulse erzeugenden
Taktimpulsoszillator (80), einen die Taktimpulse zählenden
Zähler (81), einen Festspeicher (ROM 82), der digitale
Daten für die Rechteckwellenerzeugung entsprechend dem
gezählten Signal in dem Zähler (81), und einen Digital-/
Analog-Umsetzer (83), der das Ausgangssignal des Festspeichers
(82) in ein Analogsignal umsetzt, aufweist.
18. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder einem der folgenden,
bei der die Meßdaten-Umsetzeinrichtung einen Multiplexer
(24) enthält, der eines der Ausgangssignale von dem Differentialtyp-
Magnetkopf (1) schaltet und eingibt, sowie einen
Analog-/Digital-Umsetzer enthält, der ein von dem Multiplexer
eingegebenes Signal in digitale Signale umsetzt.
19. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder einem der folgenden,
bei der die Meßdaten-Analysiereinrichtung (60) eine zentrale
Verarbeitungseinheit (CPU) enthält, die Daten aus
einem Speicher ausliest und eine Software-Integration
durchführt, sowie einen Festspeicher (ROM) besitzt, der ein
Steuerprogramm und gegebenenfalls weitere Daten enthält.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, bei der die Meßdaten-
Analysiereinrichtung außerdem eine Anzeigevorrichtung zum
Anzeigen der erhaltenen Magnetisierungskennlinie besitzt.
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1988
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