SU864206A1

SU864206A1 - Device for testing properties of ferromagnetic films on non-magnetic metallic surface

Info

Publication number: SU864206A1
Application number: SU792836178A
Authority: SU
Inventors: Александр Яковлевич Чернокоз; Павел Максимилианович Снегирев; Станислав Александрович Сбитнев; Юрий Николаевич Маслов
Original assignee: Владимирский политехнический институт
Priority date: 1979-11-05
Filing date: 1979-11-05
Publication date: 1981-09-15

Description

Изобретение относится к магнитоизмерительной технике и предназначено для контроля магнитных свойств пленок, нанесенных на немагнитную метал- _ лическую поверхность. ⁵ The invention relates to a magnetic measuring technique and is intended to control the magnetic properties of films deposited on a non-magnetic metal surface. ⁵

Известны устройства, позволяющие контролировать магнитные свойства материала без нанесения обмотки на образец для измерения магнитного пото- _ ка и которые содержат два V-образных •I’ магнитопровода, намагничивающую обмотку , последовательно и встречно включенные измерительную'и компенсационную католики, расположенные в зазорах между полюсами магнитопроводов .113. 15Known devices that allow you to control the magnetic properties of the material without applying a winding to the sample for measuring magnetic flux and which contain two V-shaped • I 'magnetic circuits, magnetizing the winding, sequentially and counter-connected measuring and compensation Catholics located in the gaps between the poles magnetic circuits .113. fifteen

Однако устройство не обладает высокой чувствительностью, так как невозможно добиться полной компенсации напряжений измерительной и компенсационной обмоток из-за несовпадения 20 амплитуд и фаз гармонических составляющих напряжений. Кроме того, при расположении измерительной и компенсационной катушек в зазорах магнитопровода возникает погрешность в опре- 25 делении значений индукции из-за неполного охвата катушками неравномерно распределенного потока.However, the device does not have high sensitivity, since it is impossible to achieve full compensation of the voltages of the measuring and compensation windings due to the mismatch of 20 amplitudes and phases of the harmonic components of the voltages. In addition, when the measuring and compensation coils are located in the gaps of the magnetic circuit, an error arises in determining the values of induction due to incomplete coverage of the unevenly distributed flux by the coils.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является уст- 30 ройство, которое содержит два жестко связанных между собой и противоположно ориентированных магнитопровода, на которых нанесена намагничивающая обмотка, соединенная с источником переменного тока. В зазорах магнитопроводов установлены полупроводниковые потокочувствительные элементы, выходы которых подключены к сравнивающему устройству, соединенному с выходным прибором. Полупроводниковые потокочувствительные элементы через ограничительные резисторы соединены с ис;точником постоянного тока Г21 .The closest to the invention in technical essence is a device that contains two rigidly interconnected and oppositely oriented magnetic cores, on which a magnetizing winding is connected, connected to an alternating current source. Semiconductor flux-sensitive elements are installed in the gaps of the magnetic cores, the outputs of which are connected to a comparator connected to the output device. Semiconductor flux-sensitive elements are connected through limiting resistors to a constant current source G21.

Однако устройство характеризуется компенсацией напряжения высших гармоник, что искажает -выходной сигнал и снижает чувствительность. Недостаточная компенсация обусловлена неидентичностью магнитных' свойств магнитопроводов й их геометрических размеров, а при- контроле Двойств пленок на немагнитной проводящей поверхности также искажением поля в межполюсном пространстве магнитопровода со· стороны образца, обусловленным вихревыми токами. К недостаткам можно отнести и большую погрешность в определении индукции в образце, если ширина образца превышает ширину полюсов магнито864206 провода, обусловленную неравномерным растеканием магнитного потока в образце.However, the device is characterized by compensation of the voltage of the higher harmonics, which distorts the output signal and reduces sensitivity. Insufficient compensation is due to the non-identical magnetic properties of the magnetic cores and their geometrical dimensions, and when the Duality of films on a non-magnetic conducting surface is monitored also by the distortion of the field in the pole space of the magnetic circuit on the sample side due to eddy currents. The disadvantages include the large error in determining the induction in the sample if the width of the sample exceeds the width of the poles of the magnet wire 864206, due to the uneven spreading of the magnetic flux in the sample.

Цель изобретения - повышение чувствительности и точности контроля мар нитной индукции.The purpose of the invention is to increase the sensitivity and accuracy of control of magnetic induction.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее симметричный магнитопровод с противоположно ориентированными зазорами и намагничивающей обмоткой, соединенной с генератором переменного напряжения, последовательно и встречно включенные измерительную и компенсационную обмотки, введены источник гармонических составляющих напряжения перемагничивания, соединенный входом с генератором переменного напряжения, блок регулировки амплитуд и фаз и блок компенсации, сигнальный вход которого соединен с измерительной обмоткой, а другие входы соединены с выходами блока регулировки амплитуд и фаз, входы последнего подключены к выходам источника гармонических составляющих, при этом измерительная и компенсационная обмотки размещены на средней части полюсов магнитопровода, со стороны компенсационной обмотки которого размещен элемент начальной балансировки.This goal is achieved by the fact that in a device containing a symmetrical magnetic circuit with oppositely oriented gaps and a magnetizing winding connected to an alternating voltage generator, the measuring and compensation windings are connected in series and counterclockwise, a source of harmonic components of the magnetization reversal voltage connected by an input to the alternating voltage generator is introduced, a block amplitude and phase adjustment and a compensation unit, the signal input of which is connected to the measuring winding, and other inputs are connected to the outputs of the amplitude and phase adjustment block, the inputs of the latter are connected to the outputs of the harmonic component source, while the measuring and compensation windings are located on the middle part of the poles of the magnetic circuit, from the compensation winding of which the initial balancing element is placed.

На фиГ.1 изображена функциональная схема устройства; на фиг.2 - измерительный преобразователь, вид сбоку.On fiG.1 shows a functional diagram of the device; figure 2 - measuring transducer, side view.

Устройство для Контроля свойств ' ферромагнитных пленок на немагнитной металлической поверхности содержит симметричный магнитопровод 1 с противоположно ориентированными зазорами и намагничивающей обмоткой 2, измерительную обмотку 3, компенсационную обмотку 4, генератор переменного напряжения 5, источник гармонических составляющих напряжения перемагничивания б, блок 7 регулировки амплитуд и фаз, блок компенсации 8, элемент начальной балансировки 9 и образец 10. Выход блока компенсации 8 является выходом устройства по индукции.A device for monitoring the properties of 'ferromagnetic films on a non-magnetic metal surface contains a symmetrical magnetic circuit 1 with oppositely oriented gaps and a magnetizing winding 2, a measuring winding 3, a compensation winding 4, an alternating voltage generator 5, a source of harmonic components of the magnetization reversal voltage b, an amplitude and phase adjustment unit 7 , compensation block 8, initial balancing element 9 and sample 10. The output of compensation block 8 is the output of the device by induction.

Работает устройство следующим образом.The device operates as follows.

При перемагничивании магнитопровода^1 полем переменного тока в обмотке 2,в измерительной обмотке 3 и компенсационной обмотке 4 наводят'ся при отсутствии образца примерно одинаковые напряжения, так как магнитопровод выполнен симметричным, и на входе блока компенсации 8 присутствует небольшое напряжение разбаланса. При установке измерительного преобразователя на немагнитную металлическую поверхность без ферромагнитной пленки на входе блока компенсации 8 напряжение разбаланса значительно увеличивается, что обус-.When the magnetic circuit ^ 1 is reversed by an alternating current field in winding 2, in the measuring winding 3 and in the compensation winding 4, approximately the same voltages are induced in the absence of a sample, since the magnetic circuit is symmetrical, and a small unbalance voltage is present at the input of compensation unit 8. When installing the measuring transducer on a non-magnetic metal surface without a ferromagnetic film at the input of the compensation unit 8, the unbalance voltage increases significantly, which causes.

ловлено действием вихревых токов. Элементом начальной балансировки 9, представляющим собой пластину из немагнитного металла с механизмом перемещения, добиваются минимального сигнала на входе блока компенсацииcaught by eddy currents. The element of the initial balancing 9, which is a plate of non-magnetic metal with a movement mechanism, achieve the minimum signal at the input of the compensation unit

8. Окончательная балансировка достигается регулировкой блока 7. При установке преобразователя на металлическую поверхность, покрытую ферромагнитной пленкой, напряжение на выходе блока компенсации 8 пропорционально производной магнитного потока в пленке при условии, что параметры металлической поверхности с ферромагнитной пленкой одинаковы с поверхностью, применяемой при балансировке. Измерительная 3 и компенсационная 4 обмотки выполнены на средней части полюсов магнитопровода, в то время как намагничивающая обмотка 2 охватывает полное сечение магнитопровода, при этом обмотки 3 и 4 охватывают части потоком в зоне их равномерного распределения. Зная ширину средней части полюсов магнитопровода и толщину пленки можно определять индукцию по формуле8. The final balancing is achieved by adjusting the unit 7. When installing the converter on a metal surface coated with a ferromagnetic film, the voltage at the output of the compensation unit 8 is proportional to the derivative of the magnetic flux in the film, provided that the parameters of the metal surface with the ferromagnetic film are the same as the surface used for balancing. Measuring 3 and compensation 4 windings are made on the middle part of the poles of the magnetic circuit, while the magnetizing winding 2 covers the entire cross-section of the magnetic circuit, while windings 3 and 4 cover the parts in a stream in the zone of their uniform distribution. Knowing the width of the middle part of the poles of the magnetic circuit and the film thickness, one can determine the induction by the formula

где Ф - поток в пленке, расчитываемый по напряжению на выходе блока компенсации*,where f is the flow in the film, calculated by the voltage at the output of the compensation unit *,

S - сечение ферромагнитной пленки в контролируемой области.S is the cross section of the ferromagnetic film in the controlled area.

Таким образом, определение индукции в устройстве производится с меньшей погрешностью.Thus, the determination of induction in the device is made with less error.

»"

Применение источника гармонических составляющих, входным сигналом которого является напряжение перемагничивания, блока регулировки амплитуд и фаз и блока компенсации совместно с элементом начальной балансировки позволяет уменьшить уровень нескомпеясированного сигнала, в результате этого увеличивается чувствительность устройства к изменению магнитного потока в пленке, а также уменьшается искажение выходного сигнала гармоническими составляющими, обусловленными нелинейными свойствами магнитопровода. Применение элемента начальной балансировки симметрирует условия перемагничивания верхней и нижней частей магнитопровода, что позволяет уменьшить уровень нескомпенсированного сигнала и снизить требования к стабильности источника гармонических составляющих и к точности настройки блока регулировки амплитуд и фаз.The use of a source of harmonic components, the input signal of which is the magnetization reversal voltage, an amplitude and phase adjustment unit and a compensation unit together with the initial balancing element, allows to reduce the level of an uncompensated signal, as a result of which the sensitivity of the device to a change in the magnetic flux in the film increases, and the output signal distortion is also reduced harmonic components due to nonlinear properties of the magnetic circuit. The use of an initial balancing element balances the magnetization reversal conditions of the upper and lower parts of the magnetic circuit, which allows to reduce the level of an uncompensated signal and reduce the requirements on the stability of the source of harmonic components and on the accuracy of tuning of the amplitude and phase adjustment block.

Claims

1. US patent number 3940688, CL. G, 01 R 33/12, 1976.

2. Author's certificate of the USSR 5 No. 5525.77, cl. in 01R 33/06, 1975.

1

FIG. 2