SU1302225A1 - Магнитооптический гистериограф - Google Patents

Abstract

Изобретение предназначено дл  регистрации динамической петли гистерезиса . Цель изобретени  - повьшение точности измерений. Устройство содержит намагничивакщую систему 1 с преобразователем 2 напр женности магнитного пол  в электрический сигнал, генератор 3 переменного toKa, пол ризатор 5 с импульсным источником 6 излучени , компенсатор 7, анализатор 8 с фотоприемником 9. Устройство также включает узкополосный усилитель 10, синхронный детектор 1Г, усилитель 12 посто нного тока, шунт 15, двухкоординатный регистратор 16, ге- нератор 17 пилообразного напр жени ,- компаратор 18, генератсч 23 линейно- измен ющегос  напр жени , формирователь 24 импульсов, стробоскопический преобразователь 25 и reliepaTop 26 пр моугольного напр жени . Введение коммутатора 19, инвертора 20, ключей 13 и 14, генератора 21 пилообразного напр жени  и компаратора 22 уменьшает погрешность, обусловленную дрейфом выходного сигнала, вызванно- , го механическим смещением пол ризационных приборов и изменением дву- лучепреломлени  образца 4 и рабочего тела компенсатора 7 в процессе измерени . 2 ил. i (Л Фиг.1

Description

. Изобретение относитс  к области магнитоизмерительной техники, в частности к магнитооптическим гистерио- графам дл  регистрации динамической петли магнитного гистерезиса, основанным на эффектах Керра и Фараде , и может быть использовано дл  изучени  магнитных свойств макро- и микроучастков образцов различных классов ферромагнетиков на предпри ти х , изготавливакицих издели  вычислительной техники, звукозаписи, интегральной оптики, робототехники, энергетики и разрабатывающих новые магнитные материалы и приборы дл  ис следовани  магнитных свойств тонких магнитных пленок, пластин и поверхностных слоев массивньк образцов.

Цель изобретени  - повышение точности измерений.

На фиг, 1 приведена структурна  схема магнитооптического гистериогра фа , на фиг, 2 - временные диаграммы работы устройства.

В магнитооптическом гистериографе в намагничивающую систему 1 с преобразователем 2 напр женности мах нит ного пол  в электрический сигнал, подключенную к генератору 3 переменного тока, помещен образец 4, оптически св занный через пол ризатор 5 с импульсным источником 6 излучени  и через последовательно установленные компенсатор 7 и анализатор 8 - с фотоприемником 9, Выход фотоприемника 9 через узкополосный усилитель 10, синхронный детектор 11, усилител 12 посто нного тока и два ключа 13 и 14 соединен с концами обмотки компенсатора 7, средний вьшод которо соединен с первым выводом шунта 15 и Y-входом двухкоординатного регистратора 16, Второй вывод шунта 15 соединен с общей шиной. Выход генератора 3 переменного тока через первый генератор 7 пилообразного напр жени  и первый компаратор 18 соединен с вторым входом коммутатора 19 и через инвертор 20, второй генера- тор 21 пилообразного напр жени  и второй компаратор 22 - с первым входом коммутатора 19, а вторые входы компараторов 18 и 22 соединены с генератором 23 линейно измен ющегос  напр жени . Выход коммутатора 19 через формирователь 24 импульсов соединен с синхронизирующим входом импульсного источника 6 излучени .

5

0

5

Q

Х-вход двухкоординатного регистратора 16 через стробоскопический преобразователь 25 - с преобразователем 2 напр женности магнитного пол  в электрический сигнал, первый выход генератора 26 пр моугольного напр - жени  - с управл ющим входом первого ключа 13, а второй выход - с управл ющим входом второго ключа 14, опорным входом синхронного детектора 1 1 и управл ющим входом коммутатора 19,

Устройство работает следующим образом.

Генератор 3 переменного тока вырабатывает ток заданной частоты, который намагничивающей системой 1 преобразуетс  в магнитное поле с напр женностью Н, перемагничивающее образец 4 (фиг, 2а). Напр жение с выхода генератора 3 переменного тока поступает на первый генератор 17 пилообразного напр жени  непосредственно , а на второй генератор 21 - через инвертор 20, В результате этого генераторы Т7 и 21 вьфабатывают пилообразные напр жени  с частотой, определ емой генератором 3 переменного тока, но сдвинутые один относительно другого на 180, Эти напр жени  поступают на первые входы компараторов 18 и 22, на вторые входы которых поступает медленно нарастающее напр жение от генератора 23 линейно измен ющегос  напр жени . На выходах компараторов 18 и 22 формируютс  пр моугольные импульсы, фронты которых совпадают по времени с моментами равенства напр жений на их входах. В соответствии с изменением напр жени  на выходе генератора 23 линейно измен ющегос  напр жени  фаза импульсов , формируемых на выходах компараторов 18 и 22 относительно сигна- 5 ла генератора 3, линейно нарастает.

0

5

Q

Эти импульсы поочередно, с частотой , определ емой генератором 26 пр моугольного напр жени , подаютс  0 коммутатором 19 на вход формировател  24 импульсов, который по передним фронтам поступакнцих импульсов выраба- тьшает короткие импульсы , (с большой скважностью), управл ющие импульсным источником 6 излучени . Импульсный источник 6 излучени  Генерирует импульсы излучени , следующие с частотой , определ емой генератором 3 переменного тока, фаза которых измен 55

313

етс  на 180° с частотой, определ емой генератором 26 пр моугольного напр жени . Импульсный световой поток Г (фиг . 26) проходит пол ризатор 5 и падает на образец 4. Азимут пол ри- заций отраженных (пр ошедших) от образца 4 импульсов измен етс  на угол, пропорциональный мгновенной намагниченности образца М (фиг. 2в) в момент действи  импульсов излучени . Сле- довательно, дл  импульсов, фазы которых сдвинуты на 180°, изменени  азимута равны по величине и противоположны по знаку.

Далее импульсы излучени  проход т

компенсатор 7, который измен ет их азимут пол ризации на угол, пропорциональный протекающему через его обмотку току, анализатор 8, который преобразует изменени  азимута пол ризации в изменени  интенсивности, и преобразуютс  фотоприемником 9 в электрический сигнал U (фиг„ 2г.). Узкополосный усилитель 10 выдел ет из зтого сигнала гармонику U (фиг. 2д) с частотой, определ емой генератором 26 пр моугольного напр жени , усиливает ее, а синхронный детектор 11 детектирует. Выходное напр жение синхронного детектора 11 усиливаетс  усилителем 12 посто нно- го тока и с помощью ключей 13 и 14, управл емых генератором 26 пр моугольного напр жени , подаетс  поочередно в первую и вторую половины обмотки компенсатора 7. При этом величина тока, протекающего в обмотке компенсатора 7 1ц (фиг. 2е), устанавливаетс  такой, чтобы перва  гар- моника на выходе фотоприемника 9 стремилась к нулю. Посто нный ток, протекающий через шунт 15 компенсато ра 7, равен амплитуде переменного тока, протекакщего через обмотку компенсатора 7. Напр жение, снимае-- мое с шунта 15, поступает на Y-вход двухкоординатного регистратора. Напр жение с выхода преобразовател  2 напр женности магнитного поли в электрический сигнал поступает на вход стробоскопического преобразовател  25, на синхронизирукмций вход . которого подаютс  импульсы с выхода первого компаратора 18.

Уравнение измерени  имеет вид: S v(cot) C( wt)ty (1)

где о - магнитооптический угол вращени  плоскости пол ризации в компенсатореi

(ot) - магнитооптический угол вращени  плоскости пол ризации пропорциональный намагниченности образца,  вл етс  периодической функцией с частотой перемагничивани  Q; O(cOt) - периодическа  функци  с частотой СО , описывающа  форму импульсов излучени ; Y - угол между плоскостью пропускани  анализатора и положением скрещени  с пол ризатором (неточность установки скрещенного положени ). Свертка Lf ( cot) G( wt)  вл етс  функцией фазового сдвига между ij(a}t) и б (tot)j который за врем  измерени  измен етс  на 21.

Угол не остаетс  посто нным, а измен етс  из-за механических смещений пол ризационных приборов и изменений двулучепреломлени  образца и рабочих тел азимутального модул тора и компенсатора, св занных с флуктуаци ми температуры в элементах конструкции в процессе регистрации петли гистерезиса.

При замкнутом первом ключе 13 магнитооптический угол вращени  плоскости пол ризации в компенсаторе может быть представлен выражением

S, LV (cot)f G(ut)l-)f

(2)

Так как ключи работают синхронно с коммутатором 19, то при замкнутом втором ключе 14 импульсы излучени  сдвинуты по фазе на 180 и магнитооптический угол вращени  плоскости пол ризации в компенсаторе определ етс  выражением:

S2 c ((ot)G(ut H-iT )1-у (3)

Разложив функцию G (cat) в р д Фурье ее можно записать в виде двух сумм, перва  из которых содержит четные, а втора  - нечетные гармоники:

6(cot) а cos(2ncot +С{) ) +

2п

+ Z1 а cos (2п - 1) cot +Ч гп-Г1 ()

П- in-1

функци  О (lOt + ii ) может быть записана аналогично.

C(ut + )- + ZI a cos(2nu)t +

Mai

,„.,соз(2п - Dot +

Чгп-,.

При замкнутом первом ключе 13 ток, протекающий в обмотке компенсатора, пропорционален магнитооптическом/ углу вращени  с коэффициентом пропорциональности L, завис щим от конструкции компенсатора:

i, L8,.

При замкнутом втором ключе 14 ток определ етс  аналогично, но имеет противоположный знак, так как протекает в обмотке в противоположном направлении:

Ч

Среднее значение тока в шунте 15 определ етс  средним арифметическим током обмоток:

i 1/2L(8, -S)

(7)

Из выражений (4), (5) следует: i ф («С)б цч(иг) ,(8)

т.е. ток, протекающий в шунте, не зависит от угла у между плоскостью пропускани  анализатора и положением скрещени  с пол ризатором.

Таким образом, уменьшаетс  погрешность , обусловленна  дрейфом выходного сигнала, вызванного механическим смещением пол ризационных приборов и

изменением двулучепреломлени  образца и рабочего тела компенсатора в процессе измерени , и тем самым повышаетс  точность измерений.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Магнитооптический гистериограф, содержащий намагничивающую систему, подключенную к выкоду генератора переменного тока, и преобразователь напр женности магнитного пол  в

   электрический сигнал, импульсный ис

   , fO

   f5

   20

   25

   30

   5

   50

   55

   точник излучени , оптически св занный через последовательно установленные пол ризатор, компенсатор и анализатор с фотоприемником, первый компаратор , первый вход которого соединен с выходом генератора линейно измен ющегос  напр жени , второй вход - через первый генератор пилообразного . напр жени  с генератором переменного тока, а выход - с синхронизирующим входом стробоскопического преобразовател , соединенные последовательно фотоприемник, узкополосный усилитель и синхронный детектор, опорньй вход которого соединен с выходом генератора пр моугольного напр жени , усилитель посто нного тока, формирователь импульсов, выход которого соединен с синхронизирующим входом импульсного источника излучени , двух- координатный регистратор, Х-вход которого через стробоскопический преобразователь соединен с преобразователем напр женности магнитного пол  в электрический сигнал, а Y-вход - с первым выводом шунта, второй вывод которого соединен с общей шиной, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности, в него введены коммутатор, инвертор, второй компаратор, второй генератор пилообразного напр жени  и .первый и второй ключи, при этом средний вывод обмотки компенсатора соединен с 1 выводом шунта, а первый и второй крайние вьшоды через первый и второй ключи, соответственно, соединены с выходом усилител  посто нного тока, причем управл ющие входы первого и второго ключей соединены с первым и вторым выходами генератора пр моугольного напр жени , соответственно, выход генератора переменного тока через последовательно соединенные инвертор и второй генератор пилообразного напр жени  соединен с первым входом второго компаратора, второй вход которого соединен с выходом генератора линейно измен кщегос  напр жени , а выход - с первым входом коммутатора, второй вход которого .соединен с выходом первого компарато-. ра, выход - с входом формировател  импульсов, а управл ющий вход - с одним из выходов генератора пр моугольных напр жений.

   WWWWVWWl

   mm

   Pfia.2

   Редактор H.Тупица

   Составитель А.Сазонов

   Техред Л.Сердюкова Корректор А.Ильин

   Заказ 1214/45Тираж 731 Подписное

   ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

   Производственно-папиграфическое предпри тие, г. Ужгород, ул. Проектна , 4

   I i 1 iJ