DE3806612C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Messen von Magnetisierungskennwerten von magnetischen Dünnschichten nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Meßvorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach dem Oberbegriff des Anspruchs 6.

Um magnetische Aufzeichnungsträger, wie z. B. Magnetkarten, Magnetbänder oder Magnetplatten 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-Kenn­ linien (Modelle BHS-40, BHH-50 und BHU-60 der Firma Riken Denshi K.K. in Japan). Diese Systeme dienen zum Aufzeichnen der Magnetisierungskennlinien derartiger magnetischer Schichten in Form von Schichten auf einem Magnetband.

Als Beispiel für das Messen der Magnetisierungskennlinie mit derartigen Systemen soll ein Verfahren beschrieben werden, das für die Magnetisierungskennlinien eines ringförmigen Probenkörpers verwendet wird (DE-PS 11 77 245). 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. 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.

Aus der DE-OS 22 27 793 ist ein dem Oberbegriff des Anspruchs 1 entsprechendes Verfahren bekannt, welches speziell zum Erfassen elektrischer oder magnetischer Eigenschaften von Metallbändern dient. Mit einem gewissen Abstand von der Innenseite einer sich drehenden Trommel ist ein Meßkopf angeordnet, der Differenz- Ausgangsspannungen liefert, die von den magnetischen oder elektrischen Eigenschaften des über die Trommel geführten Metallbandes abhängt. In der Druckschrift ist angegeben, daß die Differenzspannungen bei Nicht-Vorhandensein eines Metallbandes den Wert 0 haben, jedoch wird dieser Wert nicht bei der Auswertung der Meßdaten herangezogen.

Das Messen der Permeabilität und/oder der Hystereseschleife von ferromagnetischen Ringkernen ist außer aus der oben genannten DE-AS 11 77 245, deren Inhalt anhand von Fig. 1 erläutert wurde, auch aus beispielsweise dem DE-GM 18 43 685 bekannt.

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 Signalwerte 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 Milderung der oben aufgezeichneten Probleme ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen von Magnetisierungskennwerten zu schaffen, mit dem bzw. mit der automatisch, rasch und zerstörungsfrei die Magnetisierungskennlinien-Verteilung einer magnetischen Dünnschicht gemessen werden kann, z. B. eines magnetischen Aufzeichnungsträgers in Form eines Magnetbandes, eines Magnetstreifens oder einer Magnetplatte.

Hierzu schafft die Erfindung ein Verfahren gemäß dem Patentanspruch 1. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist im Anspruch 6 angegeben. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

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-Magnetkopfs gebracht wird. Wenn das Inte­ grationsverfahren durch Software realisiert wird, um die Φ-H-Kurve zu erhalten, werden Fehler aufgrund von Drift­ erscheinungen 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 Magnetisierungs­ kennlinien 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 einem Bildschirm oder mit Hilfe eines Summers zur Anzeige bringen kann, reduziert sich die Anzahl der Prüfschritte erheblich. Da die Erfindung außerdem ein Kanalumschaltver­ fahren 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 Drehvor­ richtung, z. B. einen Schrittmotor, hinzu, so kann sie die Verteilung der Magnetisierungskennlinie über einen gesamten Streifen oder eine Plattenoberfläche ausmessen, die Beschaffenheit des Prüfobjekts hinsichtlich der Qualität unter Bezugnahme auf eine vorbestimmte Referenzgröße zur Anzeige bringen, und eine Standardisierung anhand herkömm­ licher Qualitätsnormen vornehmen.

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 Vorrichtung zum Erfassen einer Magnetisierungskennlinie, durch die das Verständnis der vorliegenden Erfindung erleichtert wird.

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 einer Meßvorrichtung. 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 1A auf der Detektorseite befindet sich unterhalb des Magnetkerns 1, während sich ein Spalt 1B 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 1A 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 1A auf der Detektorseite erzeugt wird.

Wenn kein Medium in dem Spalt 1A 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 1A mit R_g (=l_g/ μ₀S_g) bezeichnet ist.

Das Magnetfeld H_g des Spaltes 1A 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 1A 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 1A 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=μ₁′-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 Δt 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 ΔH.

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 ΔH 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 1C 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 ein 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 1B 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 Φm (gesättigte magnetische Flußdichte Bm), die Remanenz Φr (magnetische Restflußdichte Br), Koerzitivkraft Hc und das Rechteckverhältnis D (=Φr/Φm=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 1B 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 Φr (Br), Φm (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 werden 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 Φr 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. Φr 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.

Für die Wicklung der Primärspulen und Sekundärspulen des Kerns des Magnetkopfes 1 kann nicht nur die in den Fig. 3 und 23A, 23B, sondern auch die in den Fig. 7 bis 11 dargestellten Strukturen verwendet werden. 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.

Claims (17)

1. Verfahren zum Messen von Magnetisierungskennwerten einer magnetischen Dünnschicht (200), bei dem ein Differential- Magnetkopf von einem niedrigfrequenten Signal erregt wird, während der Magnetkopf sich in einer Stellung oberhalb oder in der Nähe der zu messenden magnetischen Dünnschicht befindet, und von einer Meßdaten-Umsetzeinrichtung die von dem Magnetkopf kommenden Differenz-Ausgangsspannungen abge­ tastet und die Abtastwerte in Digitalwerte umgesetzt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetkopf zusätzlich in einer Stellung fern von der Dünnschicht Meßwerte liefert, daß die von dem Magnetkopf kommenden Differenz-Ausgangsspannungen von der Meßdaten- Umsetzeinrichtung abgetastet werden, wenn sich der Magnet­ kopf einerseits oberhalb oder in der Nähe von der zu messenden magnetischen Dünnschicht und andererseits fern von der Dünnschicht befindet, daß die von der Umsetzein­ richtung gelieferten Digitalwerte sequentiell gespeichert und die Magnetisierungskennwerte der Dünnschicht berechnet werden und daß gleichzeitig an mehreren Stellen der Dünn­ schicht Meßwerte aufgenommen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal ein niedrig­ frequentes Dreiecksignal mit einer Frequenz von 1-10 Hz ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch Subtrahieren der Differenz-Ausgangsspannungen (V_D1; V_D) bei vorhandener oder fehlender Dünnschicht eine Differenz­ spannung V_D′ berechnet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß folgende Soft­ ware-Integration durchgeführt wird: und unter Verwendung folgender Gleichung ein Magnetfluß Φ erhalten wird: wobei Δt eine Abtastperiodendauer ist, eine Addition für eine Periodendauer eines geladenen Magnetfeldes H durch­ geführt wird, und N₂ die Windungszahl der Sekundärspule ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Magnetisie­ rungskurve in bezug auf das Magnetfeld H und den magnetischen Fluß Φ′ erhalten wird.

6. Meßvorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, umfassend:

• - einen Differentialtyp-Magnetkopf (200, 200A, 400), in dem mehrere Magnetkerne linear integriert sind zum gleichzeitigen Messen mehrerer Stellen auf der magnetischen Dünnschicht, wobei jeder Magnetkern symmetrisch wie ein "H" horizontal und vertikal strukturiert ist,
• - eine Erregungssignal-Generatoreinrichtung (6), die Primär­ spulen des Magnetkopfs mit wiederholten Signalen erregt,
• - eine Meßdaten-Wandlereinrichtung, die mehrere Differenz­ ausgangsspannungen von dem Magnetkopf, der an oder in der Nähe von einer magnetischen Dünnschicht positioniert ist, fortlaufend abtastet und die Abtastwerte in digitale Daten umsetzt, und
• - eine Meßdaten-Analysiereinrichtung (60),

dadurch gekennzeichnet,
daß der Magnetkopf einen Löschkern (419) zum Messen an einer von der Dünnschicht entfernten Stelle aufweist, daß die Meß­ daten-Wandlereinrichtung weiterhin Differenz-Ausgangsspannungen von dem von der Dünnschicht entfernten Magnetkopf (Löschkern 419) abtastet und daß die Meßdaten-Analysiereinrichtung (60) die umgesetzten Digitalwerte von der Meßdaten-Umsetzeinrichtung fortlaufend speichert und Magnetisierungskennlinien der Stellen auf der magnetischen Dünnschicht berechnet.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärspulen auf vertikale Seitenarme der Magnetkerne in Reihe gewickelt sind und bei der auf den anderen Seitenarmen Sekundärspulen gewickelt sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem horizontalen Verbindungsarm (1C) eine Primärspule (30) gewickelt ist, während auf vertikalen Seitenarmen Sekundärspulen (4, 5) gewickelt sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf zwei vertikalen Seitenarmen der Magnetkerne in Serie Primärspulen (31-34) gewickelt sind, und bei der auf einem der Seitenarme schichtweise Sekundärwicklungen gewickelt sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Differential­ typ-Magnetkopf dadurch gebildet ist, daß die Seitenflächen der Magnetkerne einander zugewandt sind, um einen Mehrfach­ kopf-Magnetsensor (200) zu erhalten.

11. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Differential­ typ-Magnetkopf dadurch gebildet ist, daß Rückseiten der Magnetkerne einander vorderseitig zugewandt sind, um einen Mehrfachkopf-Magnetsensor zu bilden.

12. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregungssignal-Generatoreinrichtung ein niedrigfrequentes Dreiecksignal erzeugt.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregungs­ signal-Generatoreinrichtung einen Taktimpuls erzeugenden Traktimpulsoszillator (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) speichert, und einen Digital/Analog-Umsetzer (83), der das Ausgangssignal des Speichers (82) in ein Analogsignal umsetzt, aufweist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßdaten-Umsetzeinrichtung einen Multiplexer (24) enthält, der eines der Ausgangssignale von dem Diffe­ rentialtyp-Magnetkopf (1) schaltet und eingibt, sowie einen Analog-/Digital-Umsetzer enthält, der ein von dem Multi­ plexer eingegebenes Signal in digitale Signale umsetzt.

15. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß 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 oder weiter Daten enthält.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßdaten- Analysiereinrichtung außerdem eine Anzeigevorrichtung zum Anzeigen der erhaltenen Magnetisierungskennlinie besitzt.