RU163174U1

RU163174U1 - Малогабаритный высокочастотный магнитометр

Info

Publication number: RU163174U1
Application number: RU2015144929/28U
Authority: RU
Inventors: Александр Николаевич Бабицкий; Борис Афанасьевич Беляев; Никита Михайлович Боев; Андрей Викторович Изотов
Priority date: 2015-10-19
Filing date: 2015-10-19
Publication date: 2016-07-10

Abstract

Малогабаритный высокочастотный магнитометр, содержащий диэлектрическую подложку, на верхней стороне которой нанесены полосковые проводники двух микрополосковых резонаторов, расположенных под углом 2φдруг к другу, обеспечивающим максимальный коэффициент преобразования и определяемым по формуле φ≈4πH/M, где H- поле одноосной магнитной анизотропии тонкой магнитной пленки, a M- намагниченность насыщения пленки, а на нижней стороне осаждена магнитная пленка, покрытая металлическим слоем, магнитную систему, создающую постоянное поле смещения, экранированный СВЧ-генератор накачки резонаторов, два амплитудных детектора и дифференциальный усилитель, отличающийся тем, что дополнительно содержит компенсационную катушку низкочастотных магнитных полей, выполненную в виде печатной индуктивности на нескольких слоях многослойной печатной платы, которая находится под магнитной пленкой.

Description

Полезная модель относится к измерительной технике, а именно, для измерения слабых высокочастотных магнитных полей в широком диапазоне частот.

Известна конструкция магнитометра, содержащего генератор, к выходу которого подключены последовательно соединенные возбуждающие обмотки двух тонкопленочных датчиков с противоположно ориентированными осями легкого намагничивания [В.П. Короткий, A.M. Семенов, Ю.С. Капран Магнитометр / АС №905890 опубл. 15.02.82 г. бюлл. №6]. В таком магнитометре подключение генератора и съем сигнала осуществляется с помощью катушек, намотанных непосредственно на подложку, несущую тонкую магнитную пленку (ТМП). Такой датчик миниатюрен, но не технологичен в производстве из-за наличия в нем катушек индуктивностей. Главным же его недостатком является невозможность измерения магнитных полей на сравнительно высоких частотах (выше 10 кГц) в связи с тем, что обмотки катушек экранируют внешние высокочастотные магнитные поля.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков аналогом является датчик слабых магнитных полей на основе тонких магнитных пленок, содержащий диэлектрическую подложку, на верхней стороне которой нанесены полосковые проводники двух микрополосковых резонаторов расположенных под углом 2φ₀ друг к другу, обеспечивающим максимальный коэффициент преобразования и определяемым по формуле φ₀≈4πH_k/M_s, где H_k - поле одноосной магнитной анизотропии тонкой магнитной пленки, a M_s - намагниченность насыщения пленки, а на нижней стороне осаждена магнитная пленка, покрытая металлическим слоем, выполняющим роль заземляемого основания [Беляев Б.А., Бабицкий А.Н., Лексиков А.А., Сержантов А.М. / RU 2536083, опубл. 20.12.2014, бюл. №35]. Проводники резонаторов датчика расположены под оптимальным углом друг к другу, обеспечивающим максимальный коэффициент преобразования датчика, мощность СВЧ-генератора подается на оба резонатора одновременно, а выходной сигнал формируется двумя амплитудными детекторами и дифференциальным усилителем. Достоинствами данной конструкции датчика является отсутствие экранирующих высокочастотное магнитное поле катушек индуктивности и, как следствие, технологичность производства и возможность измерения высокочастотных магнитных полей.

Недостатком данного технического решения является изменение параметров работы высокочастотного датчика магнитного поля (коэффициента преобразования; диаграммы направленности) при изменении составляющих низкочастотного магнитного поля, например при вращении устройства в геомагнитном поле.

Техническим результатом полезной модели является повышение стабильности коэффициента преобразования и диаграммы направленности чувствительного элемента магнитометра.

Устройство поясняется чертежами: на фиг. 1 показана конструкция малогабаритного высокочастотного магнитометра: вид сверху (а), вид снизу (б), разрез в области чувствительного элемента (в); на фиг. 2, показана структурная схема магнитометра.

Магнитометр (фиг. 1в) включает многослойную печатную плату (1), на которой размещена диэлектрическая подложка (2), на верхней стороне которой нанесены полосковые проводники двух микрополосковых резонаторов расположенных под углом 2φ₀ друг к другу, обеспечивающим максимальный коэффициент преобразования и определяемым по формуле φ₀≈4πH_k/M_s, где H_k - поле одноосной магнитной анизотропии тонкой магнитной пленки, a M_s - намагниченность насыщения пленки, а на нижней стороне, обращенной к земляному полигону (4) печатной платы, осаждена магнитная пленка (5) покрытая металлическим слоем. На плате также расположены экранированный СВЧ-генератор (6), два амплитудных детектора (7) и дифференциальный усилитель (8). Компенсационная катушка низкочастотных магнитных полей (9) выполнена в виде печатной индуктивности. Печатная индуктивность реализуется на нескольких слоях печатной платы, верхний слой печатной индуктивности располагается на близком расстоянии к металлическому земляному полигону микрополосковых линий, нижний слой располагается на нижней стороне печатной платы на максимальном удалении от верхнего слоя, проводники соединяются вместе переходными отверстиями, ось катушки направлена вдоль микрополосковых линий, тонкая магнитная пленка размещается снаружи катушки над металлическим полигоном микрополосковых линий. Создаваемые компенсационной катушкой магнитные поля, беспрепятственно проходят через металлический полигон и компенсируют в объеме тонкой магнитной пленки паразитные низкочастотные составляющие измеряемого магнитного поля. В то же время, размещение катушки под тонкой магнитной пленкой позволяет избежать экранирования высокочастотных полей.

Постоянное поле смещения создается системой из постоянных магнитов (10), которая размещается под печатной платой.

На фиг. 2 показана структурная схема малогабаритного высокочастотного магнитометра. Измерительный преобразователь состоит из активного элемента, генератора накачки, двух амплитудных детекторов, операционного усилителя, магнитной системы, создающей постоянное поле смещения, и компенсационной катушки низкочастотных магнитных полей. Активным элементом измерительного преобразователя является система из двух микрополосковых резонаторов, в качестве активной среды которой используется тонкая магнитная пленка (ТМП). ТМП изготавливается методом вакуумного напыления пермаллоя с низкой магнитострикцией. Высокочастотное поле H_ВЧ создается резонаторами СВЧ и направлено под небольшим углом к оси трудного намагничивания (ОТН). Оптимальная величина смещающего поля H_см, которая обеспечивает максимальную чувствительность датчика, создается постоянными магнитами и направлено вдоль ОТН. Максимум чувствительности к измеряемому полю находится вблизи оси легкого намагничивания. Для реализации компенсационного метода измерений используется компенсационная катушка низкочастотных магнитных полей, создающая поле H_комп. Компенсация низкочастотных составляющих измеряемого магнитного поля обеспечивает стабильность величины и направления оптимального поля смещения H_см и, как следствие, приводит к значительному повышению стабильности коэффициента преобразования и диаграммы направленности чувствительного элемента магнитометра в области высоких частот.

Заявляемая полезная модель, позволяет

- повысить стабильность коэффициента преобразования чувствительного элемента магнитометра;

- повысить стабильность диаграммы направленности чувствительного элемента магнитометра.

Claims

Малогабаритный высокочастотный магнитометр, содержащий диэлектрическую подложку, на верхней стороне которой нанесены полосковые проводники двух микрополосковых резонаторов, расположенных под углом 2φ₀ друг к другу, обеспечивающим максимальный коэффициент преобразования и определяемым по формуле φ₀≈4πH_k/M_s, где H_k - поле одноосной магнитной анизотропии тонкой магнитной пленки, a M_s - намагниченность насыщения пленки, а на нижней стороне осаждена магнитная пленка, покрытая металлическим слоем, магнитную систему, создающую постоянное поле смещения, экранированный СВЧ-генератор накачки резонаторов, два амплитудных детектора и дифференциальный усилитель, отличающийся тем, что дополнительно содержит компенсационную катушку низкочастотных магнитных полей, выполненную в виде печатной индуктивности на нескольких слоях многослойной печатной платы, которая находится под магнитной пленкой.