SU1206674A1 - Устройство дл измерени угла наклона оси легкого намагничивани - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к измерителной технике и может быть использовано дл  изучени  магнитных свойств макро- и микроучастков образцов различных классов ферромагнетиков, дл  исследовани  магнитных свойств тонких магнитных пленок и пластин.

Цель изобретени  - повьшение производительности устройства за счет исключени  необходимости многократного установочного углового перемещени  образца при проведении измере

НИИ.

На фиг. 1 приведена структурна  схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - образец и соответствующа  система координат.

В устройстве образец 1 помещен в намагничивающую систему 2, подключенную к генератору 3 намагничивающего тока. Источники 4-7 излучени  оптически св заны через пол риз . тор 8, образец 1 и анализатор 9 с соответствующими фотоприемниками 10 13. Выходы первой пары противоположно установленных фотоприемников 10 и 11 соединены через первый суммирующий усилитель 14с входом первого управл емого аттенюатора 15 .и через первый дифференциальный усилитель 16, первый узкополосньш усилитель 17 и первый синхронный детектор 18 - с управл ющим входом первого управл емого аттенюатора .15, выходы второй пары противоположно установленных фотоприемников 12 и 13 соединены через второй суммирующий усилитель 19с входом второго управл емого аттенюатора 20 и через второй дифференциальный усилитель 21, второй узкополосный усилитель 22 и второй синхронный детектор 23 - с управл ющим входом второго управл емого аттенюатора 20, Выходы управл емых аттенюаторов 15 и 20 через третий суммирующий усилитель 24, третий узкополосный усилитель 25 и третий синхронный детектор 26 присоединены к регистратору 27. Опорные входы первого 18 и второго 23 синхронных детекторов подключены к соответствующим выходам генератора 3 намагничивающего тока непосредственно, а третьего синх(онного детектора 26 - через схему 28 автоматической подстройки фазы, второй вход которой соединен

10

15

2066742

с вьжодом третьего узкополосного усилител  25.

Источники 4-7-излучени  установлены симметрично относительно нормали к плоскости образца 1, так что их оптические оси пересекаютс  в одной точке на его поверхности .

Устройство работает следующим образом.

Потоки от источников 4-7 излучени  проход т пол ризатор 8 и падают на образец 1, помещенный в намагни-. чивающую систему 2,. в которой с помощью генератора 3 намагничивающего тока создаетс  вращающеес  магнитное поле. Азимут плоскости пол ризации прошедших образец 1 потоков излучени  измен етс  на угол, пропорциональный проекции мгновенного значени  намагниченности образца 1 на направление распространени  потока излучени . После анализатора 9 потоки преобразуютс  фотоприемниками 10-13 в электрические сигналы.

Напр жени  с входов фотоприемников 10 и. 11 через первьш суммирующий усилитель 14 поступают на вход первого управл емого аттенюатора 15 и через первый дифференциальный усилитель 16, первый узкополосный усилитель 17 и первый синхронный детектор 18 - на управл ющий вход первого управл емого аттенюатора 15. На его выходе формируетс  напр же20

25

30

35

40

45

50

55

ние, переменна  составл юща  которого пропорциональна тангенсу угла между нормалью к поверхности образца и проекцией оси легкого намагничивани  на плоскость,в которой расположены оптические оси источников 4 и 5 излучени , оптически св занных с фотоприемниками 10 и 11. Аналогичным образом на выходе второго управл емого аттенюатора 20 формируетс  напр жение, переменна  составл юща  которого пропорциональна тангенсу угла между нормалью к поверхности образца и проекцией оси легкого намагничивани  на плоскость, в которой расположены оптические оси источников 6 .и 7 излучени , оптически св занных с фотоприемниками.12 и 13. После суммировани  этих напр жений третьим суммирующим усилителем 24, усилени  третьим узкополосным усилителем 25 и детектировани  третьим синхронным детектором 26, управл емым схемой 28 автоматичес3

кой подстройки фазы, напр жение, прпорциональное тангенсу угла наклона оси легкого намагничивани  относительно нормали к поверхности образца , подаетс  на регистратор 27, шка ла которого отградуирована в угловы единицах.

Физические процессы, имеющие мест цри измерении, иллюстрируютс  на фиг, 2, где схематично изображены образец 1 и проекци  вектора Jg намагниченности на плоскость ZOX, в кторой лежат потоки излучени  одной из пар противоположных источников излучени , например, источников 4 и 5. На фиг. 2 обозначены ni - угол падени  потоков излучени , р- угол между нормалью OZ к поверхности образца 1 и проекцией J вектора наманиченности Jg на плоскость ZOX.

Если на образец 1 падает линейно

пол ризованный поток излучени , to интенсивность потока, прошедшего образец и анализатор 9, ось пропускани  которого расположена под углом 0 к азимуту пол ризации падающего потока, определ етс  законом Малюса:

,n2(cf.|-s),

(1)

где Р - интенсивность потока, падающего на образец 1; . Ч угол поворота азимута пол ризации в материале образца 1, величина которого определ етс  как

tt (2) где F - удельное фарадеевское вращение;

d - длина оптического пути в образце 1;

J - проекци  намагниченности на направление распространени  излучени .

Если выполн ютс  соотношени  1и9 Я /4, то выражени  дл  потоков излучени , прошедших образец 1 и анализатор 9 и падающих на фотоприемники 10,11 и 12, 13, могут быть представлены в виде

();(

где J, и 2 проекции намагниченности на оси, параллельные направлени м .распространени  потоков излучени , величины этих проекций могу- быть выражены следующим образом:

5

10

J, 3,coe(oc-)i z- xcosisi.-/). (4) При перемагничивании образца 1 вращающимс  с частотой со магнитным полем, напр женность которого лежит в плоскости XOY, вектор Jg также вращаетс  в пространстве. Если проекци  напр женности магнитного пол  на ось ОХ измен етс  по закону

bx-H 5;flCot то угол (Ь равен

, ()

где р, - угол между осью OZ и проекцией оси легкого намагничивани  на плоскость ZOX; п,- амплитуда модул ции этого

угла.

Использу  уравнени  (3), (4) и (6), получим выражени  дл  потоков излучени , падающих на фотоприемники 10, 11 и 12, 13:

+ F.()cos(,nwl)4

25

6iifi((f,,,mcot) ;,

()

х Р-л f °( f Ь

30 -5;п(л + р)((т51П wt)j .

Напр жение на выходе фотоприемника может быть получено из выражени 

,, (8) где S - спектральна  чувствитель - - ность фотоприемника.

Запишем выражени  дл  напр жений на выходе суммирующих 14, 19 и дифференциальных 16, 21 усилителей, пренебрега  членами высших пор дков:

° U P 5 u2Fjli(co5oCco5/i,

+ einwt С06 об sin fix) i(9)

UA, ,,2Fdil(in«.%;np,,.

+ j m5;nui: slnoi . После усилени  разностного сигнала узкополосным усилителем 17 или 22 с коэффициент ом передачи N и синхрон- 0 ного детектировани  посто нна  составл юща  выходного напр жени  синхронного детектора 18 или 23 примет вид

. ислЛ Р-. (10) На выходе первого управл емого аттенюатора 15, коэффициент передачи которого обратно пропорционален управ5

512066,746

л ющему сигналу, подаваемомус вьпсо-i

да синхронного детектора 18,напр же- Up (.(t ) 2 - 3 РОЛИ 5 ние имеет вид

, 11 ,./,4, i I I . 1 где ft плн угол наклона оси легкого l xS nCjt (1, О X V 2N 3 а/ 1У 14/ намагничивани .

где К - коэффициент пропорциональности аттенюатора; С - коэффициент, определ ющий посто нную составл ющую на выходе аттенюатора 15:

C(lf2Fel co5 co5/i,MNFd f einocco5 V

й/iVJc

(12) 5

Так как проекци  напр женности магнитного пол  на ось OY измен етс  по закону

10

S mcoscoi (13)

то на выходе второго управл емого аттенюаТЬра 20 напр жение имеет вид

N ()j (1

J

а на выходе третьего суммирующего усилител  24:

. ,-5in(cot.J ,

(15)

где

j-oipct

н

После усилени  третьим узкополосным

усилителем 25 и детектировани  третьим синхронным детектором 26, фаза опорного сигнала которого автоматически подстраиваетс  под фазу.-детек- тируемого сигнала, напр жение, пода- ваемое на регистратор 27, может быть записано в виде

(itf

Таким образом, выходное напр жение устройства оказываетс  пропор- 10 циональным тангенсу угла наклона оси легкого намагничивани .

При необходимости раздельного определени  тангенсов углов между нормалью к поверхности образца 1 и проекци ми оси легкого намагничивани  на плоскости, в которых лежат оптические оси каждой пары противоположно установленных источников 4-7 излучени , на суммирующий усилитель 24 следует подавать напр жение поочередно с выхода первого 15 и второго 20 управл емых аттенюаторов. Это позволит определить все три проекции вектора намагниченности.

Таким образом определ етс  пространственное расположение оси легкого намагничивани  без изменени  пространственной ориентации образца и тем самым повьшаетс  производительность измерений.

В качестве источников 4-7 излучени  может быть использована кварцева  лампа КИМ9-75, оснащенна  тепловым фильтром, соответствующими светофильтрами, объективом и фигурной диафрагмой, имитирующей четыре источника излучени . Фотоприемниками могут служить фотодиоды.

Испытани  показали, что врем  измерени  угла наклона в одной точке образца занимает 3-5 с.

Редактор А.Шишкина

Составитель С ..Шумилмцска 

Техред 3.Палий , Корректор А.Обручар

Заказ 8703/45Тираж 7 Подписное

ВНШШИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д. 4/5

Филиал ШШ Патент, г.Ужгород, ул.Проектна , 4

Claims (1)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛА НАКЛОНА ОСИ ЛЕГКОГО НАМАГНИЧИВАНИЯ, содержащее генератор намагничивающего тока, намагничивающую систему, последовательно установленные источник излучения, поляризатор, анализатор и два фотоприемника, а также узкополосный усилитель и синхронный детектор, отличающее с я тем, что, с целью повышения производительности, в него введены три источника излучения, три суммирующих усилителя, две пары противоположно установленных фотоприемников, два дифференциальных усилителя, два узкополосных усилителя, два синхронных детектора, два управляемых аттенюатора, схема автоматической подстройки фазы и регистратор, при этом выходы первой пары противоположно установленных фотоприемников соединены через первый суммирующий усилитель с входом первого управляемого аттенюатора,.а через первый дифференциальный усилитель, первый узкополосный усилитель и первый синхронный детектор - с управляющим входом первого управляемого аттенюатора, выходы второй пары противоположно установленных фотоприемников соединены через второй суммирующий усилитель с входом второго управляемого аттенюатора, а через второй дифференциальный усилитель, второй узкополосный усилитель и второй синхронный детектор - с управляющим входом второго управляемого аттенюатора, выходы управляемых аттенюаторов через третий суммирующий усилитель, третий узкополосный усилитель и третий синхронный детектор соединены с входом регистратора, управляющие входы первого и второго синхронных детекторов подключены к соответствующим выходам ;генератора намагничивающего тока, а управляющий вход третьего синхронного детектора подключен к выходу генератора намагничивающего тока через схему автоматической подстройки фазы, второй вход кот., торой соединен с выходом третьего узкополосного уёилителя.

   м

   4*>

   1