SU1580298A1 - Магнитометр - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к магнитоизмерительной технике и предназначено дл  измерени  характеристик ферромагнетиков. Цель изобретени  - расширение функциональных возможностей и повышение точности измерений. Магнитометр содержит электромагнит с источником тока, преобразователь напр женности магнитного пол  в электрический сигнал с усилителем, размещенный в зазоре электромагнита, оптически соединенный через отверстие в полюсе электромагнита, полупрозрачное зеркало и пол ризатор с источником излучени , анализатор и фотоприемник. В него введены последовательно соединенные кристалл-датчик магнитного момента, электрический усилитель и регистратор, последовательно соединенные генератор переменного тока модул тора, синхронный детектор, управл емый источник тока компенсатора и компенсатор, опорный резистор, последовательно соединенные длок упралени  и электродвигатель, а также датчик угла поворота платформы электромагнита. Кристалл-датчик выполнен в виде правильной восьмигранной призмы из пьезокристалла кварца с продольной осью, направленной вдоль оси Х, и двум  парами электродов, нанесенными на грани призмы, ориентированные под углами 45° к оси γ, причем электроды соединены попарно через один. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

Description

Изобретение относитс  к магнитоизме- рительной технике и предназначено дл  измерени  характеристик различных классов ферромагнетиков, приготовленных в виде тонких пленок, фолы и пластин.

Целью изобретени   вл етс  расширение функциональных возможностей магнитооптического магнитометра и повышение точности измерени  поверхностных и объемных магнитных характеристик образцов.

На фиг, 1 представлена структурна  схема магнитометра; на фиг.2 - кварцевый кристалл-датчик крут щего момента.

Магнитометр содержит электромагнит 1 с размещенными в его зазоре образцом 2 и преобразователем 3 Холла. Выход преобразовател  3 Холла подключен к входу уси- лител  4. Обмотка электромагнита подключена к источнику 5 тока электромагнита . Один из полюсов электромагнита имеет продольное осевое отверстие дл  прохождени  луча света. Электромагнит 1 установлен на вращающейс  вокруг вертикальной оси платформе 6. Вращение платформы осуществл етс  с помощью электродвигател  7, управл емого с помощью устройства 8. Угол поворота платформы измер етс  датчиком 9. Источник 10 излучени  оптически последовательно соединен через пол ризатор 11, оптический компенсатор 12, полупрозрачное зеркало 13 и отверстие в полюсе электромагнита с образцом 2. Последний через полупрозрачное зеркало 13, оптический модул тор 14 и анализатор 15 оптически соединен с фотоприемником 16.

С фотоприемником 16 электрически соединен синхронный детектор 17, к входу опорного сигнала которого подключен выход генератора 18 модул ционного тока, а выход соединен с управл емым источником 19 тока компенсатора, подключенным к обмотке соленоида компенсатора 12. Обмотка модул тора 14 соединена с генератором 18 переменного тока. К обмотке соленоида компенсатора подключен опорный резистор 20, обща  точка резистора 20 и соленоида компенсатора 12, а также выходы усилител  4, датчика 9, входы устройства 8 и источника 5 тока электромагнита подключены к ЭВМ 21, в состав которой вход т графический дисплей 22 и двухкоординат- ный самописец 23.

Устройство содержит также измерительную торсионную головку, содержащую кристалл-датчик 24 магнитного момента и электрометрический усилитель 25. На одном конце кристалла-датчика 24 неподвижно закреплен образец 2 так, что его

плоскость перпендикул рна продольной оси отверсти  в полюсе электромагнита. Второй конец кристалла-датчика 24 закреплен неподвижно. Электроды кристалла соединены попарно «ерез один и подключены

к входу электрометрического усилител  25, выход которого подключен к ЭВМ 21.

Кристалл-датчик магнитного момента (фиг.2) представл ет собой пьезокристалл кзарца, вырезанный в виде правильной

восьмигранной призмы. Продольна  ось кристалла направлена вдоль оси X. На грани призмы, ориентированные под углами 45° к оси Y, нанесены электроды. Электроды соединены попарно через один и подключены

к входу электрометрического усилител .

Магнитометр работает следующим образом .

Дл  измерени  магнитных характеристик поверхностных слоев ферромагнетиков служит магнитооптическа  часть установки, информаци  о свойствах образца получаетс  при измерении магнитооптической петли гистерезиса с помощью пол рного эффекта Керра. Дл  этого электромагнит 1, установленный на платформе 6, с помощью двигател  7, управл емого от ЭВМ 21 через устройство 8, устанавливаетс  в начальное положение, при котором световой поток линейно пол ризованного

излучени  от источника 10-излучени  через оптические элементы 11-13 попадает в отверстие в полюсе электромагнита и на образец, а отразившись от образца, - обратно через отверстие и оптические элементы

13 - 15 на фотоприемник 16. На обмотку модул тора 14 подаетс  модул ционный сигнал с генератора 18. В отсутствии пере- магничивающего пол  пол ризатор 11 и анализатор 15 наход тс  в скрещенном положении - положении гашени . В этом положении азимутальна  модул ци  плоскости пол ризации излучени  с помощью модул тора 14 приводит к по влению на фотоприемнике 16 сигнала удвоенной частоты модул ции. При намагничивании образца 2 происходит отклонение плоскости пол ризации излучени  от положени  гашени . В спектре сигнала фотоприемника 16 по вл етс  сигнал первой гармоники частоты модул ции, амплитуда которого пропорциональна углу 9k поворота плоскости пол ризации излучени . Этот сигнал детектируетс  с помощью синхронного детектора 17, на вход опорного сигнала которого подаетс  опорный сигнал с генератора 18. По- сто нное напр жение с выхода синхронного детектора 17 подаетс  на управл емый источник 19 тока компенсатора 12. Угол поворота плоскости пол ризации излучени  в рабочем теле компенсатора равен по величине и противоположен по знаку угла поворота за счет намагниченного образца . Таким образом, в системе автоматически устанавливаетс  и поддерживаетс  положение гашени . Напр жение, пропорциональное току компенсации, снимаетс  с опорного резистора 20 и подаетс  на вход ЭВМ 21. Ток компенсации при этом пропорционален углу вь вращени  плоскости пол ризации , который в свою очередь пропорционален намагниченности насыщени  образца . Коэффициент пропорциональности представл ет собой посто нную компенсатора 12. Сигнал, пропорциональный значению напр женности магнитного пол  в зазоре электромагнита, с преобразовател  3 магнитного пол  в электрический сигнал через усилитель 4 также подаетс  на вход ЭВМ 21. Таким образом, ЭВМ 21 регистрирует зависимость угла вь вращени  плоскости пол ризации излучени , обусловленного свойствами образца, от величины перемагничивающего пол  Н, т.е. магнитооптическую петлю гистерезиса. Обсчет петли на ЭВМ позвол ет определить такие характеристики поверхностных слоев образцов с перпендикул рной магнитной анизотропией (ПМА), как константа поверхностной ПМА, коэрцитивна  сила Нс, поле насыщени  и р д других, а дл  образцов магнитном гких материалов - дополнительно намагниченность насыщени  Мр.

Дл  измерени  объемных магнитных характеристик образцов служит измерительна  торсионна  головка, содержаща  кристалл-датчик 24 магнитного момента и электрометрический усилитель 25, При выполнении этих измерений снимаютс  так называемые торсионные кривые, т.е. зави0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

симости величины крут щего механического момента L образца от угла / поворота магнитного пол  относительно плоскости образца при разных значени х величины напр женности Н магнитного пол . Дл  выполнени  измерений зависимости L f $) с ЭВМ 21 подаетс  р д команд, по которым производитс  установка определенного значени  величины пол  Н в зазоре электромагнита с помощью источника 5 тока электромагнита, включаетс  устройство 8 управлени  двигателем 7, вращающим платформу 6 с электромагнитом 1, отключаетс  магнитооптический канал измерени , включаетс  канал измерени  зависимости L f (($}. После сн ти  зависимости U f (/) при значении Н Hi ЭВМ устанавливает значение Н Н2, и цикл измерени  La f (/3) при Н Н2 повтор етс . После проведени  необходимого числа циклов измерени  ЭВМ производит обработку массива полученных данных, т.е. серии зависимостей U f (/3) при Н Hi, и расчет таких характеристик образцов, как константа объемной ПМА и намагниченность насыщени  Мр.

В процессе выполнени  измерений зависимости 9 т (Н) и L f (/3), а также результаты расчета магнитных характеристик могут отображатьс  на экране диспле  22 и вывод тс  на ленту двухкоординат- ного самописца 23

Экспериментальные исследовани  показали , что по сравнению с известным пред- лаоемый магнитометр  вл етс  универсальной установкой, позвол ющей измер ть как поверхностные, так и объемные магнитные характеристики ферромагнетиков . Точность выполнени  измерений в 1,5-2 раза выше. Применение в качестве датчика крут щего момента кварцевой призмы, а не традиционной упругой нити позвол ет повысить помехозащищенность измерительной торсионной головки, воспроизводимость и стабильность измерений и, как следствие, точность измерений.

Подобные измерени  весьма информативны при исследовании ферромагнетиков, у которых химический состав приповерхностных слоев отличаетс  от состава остального объема. Это, в частности, может иметь место в тонких ферромагнитных пленках с ПМА типа Со - Сг, в многослойных структурах , имплантированных сло х, в пленках, подвергнутых диффузионному термо- или лазерному отжигам и т.д.

Claims (2)

1. Магнитометр, содержащий электромагнит с источником тока, преобразователь напр женности магнитного пол  в электрический сигнал с усилителем, размещенный в зазоре электромагнита, оптически соединенный через отверстие в полюсе электромагнита , полупрозрачное зеркало и пол ризатор с источником излучени , анализатор и фотоприемник, отличающий- с   тем, что, с целью расширени  функциональных возможностей путем измерени  объемных характеристик ферромагнетиков и повышени  точности измерений, в него введены последовательно соединенные кристалл-датчик магнитного момента, электрический усилитель и регистратор, последовательно соединенные генератор переменного тока модул тора, синхронный детектор, управл емый источник тока компенсатора и компенсатор, опорный резистор , последовательно соединенные блок управлени  и электродвигатель, а также датчик угла поворота платформы электромагнита , при этом электромагнит установлен на вращающейс  платформе, соединенной с двигателем, на вертикальном валу которой установлен датчик угла ее поворота, между пол ризатором и полупрозрачным зеркалом и между анализатором и полупрозрачным зеркалом установлены оптически св занные с ними

соответственно оптические, компенсатор и модул тор, выход фотоприемника подключен к второму входу синхронного детектора, своим выходом соединенного с входом источника тока компенсатора, при этом обмотка соленоида модул тора подключена к генератору переменного тока модул тора, обмотка компенсатора - к источнику тока компенсатора и опорному резистору, а выходы усилител  преобразовател  напр женности магнитного пол  в электрический сигнал, опорного резистора, датчика угла поворота платформы электромагнита, электрометрического усилител , а также входы

источника тока электромагнита, блока управлени  двигателем подключены к регистратору .

2. Магнитометр по п.1,отличаю- щ и и с   тем, что, с целью повышени 

помехозащищенности, воспроизводимости и стабильности измерений, кристалл-датчик выполнен в виде правильной восьмигранной призмы из пьезокристалла кварца с продольной осью, направленной вдоль оси

X, и двум  парами электродов, нанесенными на грани призмы, ориентированные под углами 45° к оси Y, причем электроды соединены попарно через один.

X

9иг.2