SU918907A1 - Method and device for measuring pulse magnetic field amplitude - Google Patents

Method and device for measuring pulse magnetic field amplitude Download PDF

Info

Publication number
SU918907A1
SU918907A1 SU802927821A SU2927821A SU918907A1 SU 918907 A1 SU918907 A1 SU 918907A1 SU 802927821 A SU802927821 A SU 802927821A SU 2927821 A SU2927821 A SU 2927821A SU 918907 A1 SU918907 A1 SU 918907A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
hall
amplitude
ferromagnetic material
magnetic field
semiconductor
Prior art date
Application number
SU802927821A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Константин Дмитриевич Потаенко
Геннадий Михайлович Шишков
Шухрат Амруллаевич Хайруллаев
Михаил Михайлович Мансуров
Виктор Павлович Кононеров
Original Assignee
Особое Конструкторское Бюро При Физико-Техническом Институте Ан Узсср
Физико-Технический Институт Ан Узсср
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Особое Конструкторское Бюро При Физико-Техническом Институте Ан Узсср, Физико-Технический Институт Ан Узсср filed Critical Особое Конструкторское Бюро При Физико-Техническом Институте Ан Узсср
Priority to SU802927821A priority Critical patent/SU918907A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU918907A1 publication Critical patent/SU918907A1/en

Links

Landscapes

  • Hall/Mr Elements (AREA)
  • Measuring Magnetic Variables (AREA)

Description

(Sl) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ АМПЛИТУДЫ ИМПУЛЬСНОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ и СПОСОБ ЕГО РЕАЛИЗУЮЩИЙ(Sl) DEVICE FOR MEASURING THE AMPLITUDE OF A PULSE MAGNETIC FIELD AND A METHOD OF ITS IMPLEMENTING

1one

Изобретение относитс  к магнитоизмерительной технике и может быть использовано дл  измерени  амплитуды импульсного магнитного пол .The invention relates to a magnetic measuring technique and can be used to measure the amplitude of a pulsed magnetic field.

Известен датчик Холла, выполненный в виде структуры типа металл диэлектрик - полупроводник (металлокисел-полупроводник ), в котором металл выполн ет роль затвора относительно полупроводника. Изменение потенциала затвора приводит к по влению тонкого провод щего инверсионного сло  на поверхности датчика. Малые толщины инверсионных слоев обуславливают увеличение отношени  ЭДС Хслла и ЭДС индукционной наводки т.A known Hall sensor, made in the form of a dielectric-semiconductor metal (metal-semiconductor) type structure, in which the metal acts as a gate relative to the semiconductor. A change in the gate potential leads to the appearance of a thin conducting inversion layer on the sensor surface. The small thicknesses of the inversion layers cause an increase in the ratio of the EMF of Xsll and the emf of induction pickup t.

К недостаткам можно отнести то, что повышение точности измерени  вышеуказанным путем ограничено. Кроме того, дл  регистрации мак.имального значени  импульсной ЭДС, необходимо создание достаточно сложной радиоэлектронной схемы.The disadvantages include the fact that the increase in measurement accuracy by the above method is limited. In addition, in order to register the maximum value of a pulsed EMF, it is necessary to create a rather complicated electronic circuit.

Известен способ непосредственного измерени  датчиком Холла импульсного магнитного пол  путем регистрации импульсного напр жени  Холла 2.A known method for directly measuring a pulsed magnetic field by a Hall sensor is by detecting a pulsed Hall voltage 2.

Недостатком способа  вл етс  больша  .погрешность измерени , вследствие наличи  на выходных электродах ЭДС индукционной наводки, уровень которой при малых длительност х импульсов может превышать The disadvantage of this method is a large measurement error, due to the presence of inductive emf on the output electrodes, the level of which at small pulse durations can exceed

0 величину ЭДС Холла. Кроме того, компенсаци  возникающей в выходной цепи датчика индукционной наводки сложна, вследствие необходимости согласовани  не только амплитуды, но и фазы 0 value of EMF Hall. In addition, compensation for inductive pickup arising in the output circuit is difficult, due to the need to match not only the amplitude, but also the phase

15 и частоты сигналов, при этом, вследствие частотной зависимости полного сопротивлени  цепи компенсации, осуществима только при фиксированных значени х частот магнитного пол , 15 and the frequencies of the signals, however, due to the frequency dependence of the compensation impedance of the circuit, is only feasible at fixed frequencies of the magnetic field,

Claims (2)

20 кроме того, практически не всегда применима, например-при измерении амплитуды одиночных и редкоповтор ющихс  импульсов. При больших длинах 39 подвод щих проводов (пор дка 100 м) площади индукционных петель, как правило, оказываютс  очень большими (пор дка 20-80 ). Это приводит к увеличению уровн  паразитной наводки , что при заданной точности ком пенсации св зано с увеличением абсо лютчного уровн  нескомпенсированной части наводки, и следовательно, с уменьшением точности измерени . Цель изобретени  - повышение точ ности измерени . Поставленна  цель достигаетс  тем, что в устройстве дл  измерени  амплитуды импульсного магнитного по л , содержащем датчик Холла с токовыми и холловскими электродами, выполненными в виде полупроводниковой пластины, нанесенной на слой диэлект рика, в него введен слой ферромагнит ного материала, на котором укреплен слой Диэлектрика. Цель достигаетс  согласно способу реализующему устройство, заключающемус  в том, что предварительно раз магничивают слой ферромагнитного материала , а ЭДС Холла измер ют по окончании воздействи  импульса магнитного пол . На фиг, 1 показана схема структуры во врем  воздействи  импульса магнитного пол  с напр женностью на фиг. 2 - то же, по окончании воздействи  этого импульса; на фиг. 3 схема включени  структуры при исполь зовании в качестве активной провод щей пластины Холла инверсионного сло  полупроводника; на фиг, 4 - гра фик зависимости уровн  посто нного холловского напр жени  от амплитуды. Схема структуры ферромагнетик диэлектрик - проводник во врем  воздействи  импульса магнитного пол  с амплитудой напр женности Н (фиг.1) состоит из монокриста пической полупроводниковой пластины 1, сло  диэлектрика 2 (так как в качестве монокристаллической пластины используетс  эпитаксиальный слой, то в качестве диэлектрика выступает полуизолирующа  подложка), ферромагнитного материала 3. При воздействии на структуру импульса с амплитудой напр женности Н в ферромагнитном материале 3 возникает индукци  , По окончании воздействи  импульса с амплитудой Н/( индукщ   в ферромагнитном материале 74 3 уменьшитс  до значени  остаточной индукции Ву,(фиг.2). В разомкнутом воздушн ом зазоре, наход щемс  между полюсами намагниченного ферромагнитного материала, возникнет индукци  Bj, котора  приводит к возникновению посто нной во времени ЭДС Холла и, по которой определ етс  макси-. мальное значение амплитуды импульса магнитного пол . Схема включени  структуры (фиг.З) при использовании в качестве активной провод щей пластины Холла инверсионного сло  полупроводника, т,е, на токовые электроды подано напр жение питани , с холловских электродов снимаетс  ЭДС Холла, а на ферромагнитный материал подано смещение напр жени , ферромагнитный материал используетс  в качестве затвора, потенциал которого отличен от потенциала полупроводника. Данный способ измерени  амплитуды импульсного магнитного пол  можно примен ть и при использовании в качестве активной пластины датчика обь1чных монокристаллических слоев, В этом случае ферромагнитный материал может быть непровод щим. Ферромагнитный материал наиболее целесообразно использовать в форме плоской пластины с размерами, совпадающими с размерами активной пластины , так как при этом остаточна  индукци  будет пронизывать всю площадь активной пластины датчика. Повышение уровн  измер емой ЭДС Холла при такой форме магнитного материала можно достичь за счет применени  высокоэрцитивных сплавов. Создание структуры металл - диэлектрик - полупроводник осуществл етс  известными методами, например напылением ферромагнитного сплава на окисную изолирующую пленку, осажденную на поверхность полупроводника . Выбор ферромагнитного материала и его толщина определ етс  формой петли гистерезиса, необходимой дл  обеспечени  возможности измерени  в заданном диапазоне магнитных полей. Экспериментальное определение амплитуды магнитного пол  проводитс  по предварительно сн тым калибровочным кривым зависимости уровн  поспосто нного холловского напр жени  от амплитуды, в частности (фиг,) дл  импульса магнитного пол  с длительностью t , 59 Опробование способа ведетс  путе монтажа на эпитаксиальном датчике Холла с размерами активной области 10 X 5 А0,01 мм ферромагнитного материала с размерами 5 л (3-10) мм . Определение максимальной амплиту ды импульсов магнитного пол  пр моугольной и пилообразной формы данны способом производ т на кремниевых пластинах Холла с использованием Si О в качестве диэлектрика и магнит но-твердого сплава Си-Mi-Со типа Кунико-1. Погрешность измерени  не зависит от временных параметров импульса при исследованных длительност х свыше 10 с и определ етс  в основном погрешностью сн ти  калибровочной кривой и f(H), равной 0,5 в диапазоне 1-10 кЭ. Регистраци  ЭДС Холла осуществл етс  микровольтметром посто нного напр жени . Использование предлагаемого способа позвол ет полностью устранить погрешность измерени , св занную с наличием индукционной наводки и существенно упростить схему регистрации . 7 Формула изобретени  1.Устройство дл  измерени  амплитуды импульсного магнитного пол , содержащее датчик Холла с токовыми и холловскими электродами, выполненный в виде полупроводниковой пластины , нанесенной на слой диэлектрика, отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности измерени , в него введен слой ферромагнитного материала, на котором укреплен слой диэлектрика. 2.Способ, реализующий устройстВОПОП .1, отличающийс  тем, что предварительно размагничивают слой ферромагнитного материала, а электродвижущую силу Холла измер ют по окончании воздействи  импульса магнитного пол  Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Вайсе Г. Физика гальванрмагнитных полупроводниковых приборов и их применение. М., Энерги , 197, с. 83-85. 20 moreover, it is practically not always applicable, for example, when measuring the amplitude of single and rare repetitive pulses. With large lengths of 39 lead wires (on the order of 100 m), the areas of the induction loops are usually very large (on the order of 20-80). This leads to an increase in the level of parasitic pickup, which, for a given accuracy of compensation, is associated with an increase in the absolute level of the uncompensated part of pickup, and consequently, with a decrease in the measurement accuracy. The purpose of the invention is to improve the measurement accuracy. The goal is achieved by the fact that in a device for measuring the amplitude of a pulsed magnetic field containing a Hall sensor with current and Hall electrodes made in the form of a semiconductor plate deposited on a dielectric layer, a layer of ferromagnetic material is inserted on it . The goal is achieved according to the method implementing the device, which consists in pre-magnetising a layer of ferromagnetic material, and the Hall EMF is measured at the end of the impact of a magnetic field pulse. FIG. 1 is a schematic diagram of the structure during exposure to a magnetic field pulse with a strength in FIG. 2 - the same, after the termination of the action of this impulse; in fig. 3 a circuit for switching on a structure using an inversion semiconductor layer as the active conductive Hall plate; Fig. 4 shows the graph of the dependence of the constant Hall voltage level on the amplitude. The ferromagnet dielectric - conductor structure during a pulse of a magnetic field with amplitude H (figure 1) consists of a monocrystal semiconductor plate 1, a dielectric layer 2 (since an epitaxial layer is used as a single crystal plate, semi-insulating acts as a dielectric substrate), ferromagnetic material 3. When exposed to a pulse structure with an amplitude of intensity H in the ferromagnetic material 3, induction occurs, upon termination of the effect of the impulse The amplitude H / (the induction in the ferromagnetic material 74 3 is reduced to the value of the residual induction Wu, (Fig. 2). In the open air gap located between the poles of the magnetized ferromagnetic material, induction Bj will occur, which leads to a constant Hall EMF time and, by which the maximum amplitude of the magnetic field pulse amplitude is determined. Wiring diagram of the structure (Fig. 3) when an inversion semiconductor layer, t, e, is applied to the current The electrodes are energized, the EMF of the Hall is removed from the Hall electrodes, and a voltage bias is applied to the ferromagnetic material, the ferromagnetic material is used as a gate, the potential of which is different from the potential of the semiconductor. This method of measuring the amplitude of a pulsed magnetic field can also be used when using the sensor of ordinary single-crystal layers as an active plate of the sensor. In this case, the ferromagnetic material can be non-conductive. Ferromagnetic material is most appropriate to use in the form of a flat plate with dimensions that match the dimensions of the active plate, since the residual induction will penetrate the entire area of the active plate of the sensor. An increase in the level of the measured Hall emulsion with such a form of magnetic material can be achieved through the use of high-ersivity alloys. The creation of the metal-dielectric-semiconductor structure is carried out by known methods, for example, by sputtering a ferromagnetic alloy on an oxide insulating film deposited on the surface of a semiconductor. The choice of ferromagnetic material and its thickness is determined by the shape of the hysteresis loop necessary to enable measurement of magnetic fields in a given range. Experimental determination of the amplitude of the magnetic field is carried out according to previously removed calibration curves of the dependence of the constant Hall voltage on the amplitude, in particular (FIG.) For a magnetic field pulse with a duration t, 59 Testing the method is carried out by mounting on an epitaxial Hall sensor with the dimensions of the active region 10 X 5 A0.01 mm ferromagnetic material with dimensions of 5 liters (3-10) mm. The determination of the maximum amplitude of the pulses of a magnetic field of a rectangular and sawtooth shape by this method is carried out on Hall-type silicon wafers using Si O as a dielectric and a Cu-Mi-Co magnetically hard alloy of the Kuniko-1 type. The measurement error does not depend on the temporal parameters of the pulse for the studied durations over 10 s and is determined mainly by the accuracy of the removal of the calibration curve and f (H) equal to 0.5 in the range of 1-10 kOe. The Hall EMF is recorded by a DC voltage microvolmeter. Using the proposed method allows one to completely eliminate the measurement error associated with the presence of induction pickup and significantly simplify the registration scheme. 7 claims 1. A device for measuring the amplitude of a pulsed magnetic field containing a Hall sensor with current and Hall electrodes, made in the form of a semiconductor plate deposited on a dielectric layer, characterized in that a layer of ferromagnetic material is introduced into it on which the dielectric layer is reinforced. 2. A method that realizes the device VOP .1, characterized in that the layer of ferromagnetic material is preliminarily demagnetized, and the Hall electromotive force is measured at the end of the magnetic field pulse. Sources of information taken into account in the examination 1. Weiss G. The physics of galvanromagnetic semiconductor devices and their application. M., Energie, 197, p. 83-85. 2.Кобус Л., Тушинский И.Я. Датчики Холла и магниторезисторы. М., Энерги , 1971, с. 218.2. Cobus L., Tushinsky I.Ya. Hall sensors and magnetoresistors. M., Energie, 1971, p. 218. Фиг. /FIG. / t/j.ffKSt / j.ffKS ZOOISO 10050- 0ZOOISO 10050-0 1-W1-w Hj.AlfiHj.Alfi 5-Ю5-U J-/ фиг.J- / fig.
SU802927821A 1980-05-23 1980-05-23 Method and device for measuring pulse magnetic field amplitude SU918907A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU802927821A SU918907A1 (en) 1980-05-23 1980-05-23 Method and device for measuring pulse magnetic field amplitude

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU802927821A SU918907A1 (en) 1980-05-23 1980-05-23 Method and device for measuring pulse magnetic field amplitude

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU918907A1 true SU918907A1 (en) 1982-04-07

Family

ID=20897003

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU802927821A SU918907A1 (en) 1980-05-23 1980-05-23 Method and device for measuring pulse magnetic field amplitude

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU918907A1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2490754C1 (en) * 2012-02-27 2013-08-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева (НГТУ) Microelectromechanical magnetic field sensor
RU2490753C1 (en) * 2012-02-27 2013-08-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева (НГТУ) Magnetic flux density sensor

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2490754C1 (en) * 2012-02-27 2013-08-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева (НГТУ) Microelectromechanical magnetic field sensor
RU2490753C1 (en) * 2012-02-27 2013-08-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева (НГТУ) Magnetic flux density sensor

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3197414B2 (en) Magnetic impedance effect element
EP0376977B1 (en) Frequency difference digital compass and magnetometer
JP4655162B2 (en) Magneto-impedance element and magneto-impedance sensor
US6191581B1 (en) Planar thin-film magnetic field sensor for determining directional magnetic fields
EP0534791A3 (en) Magnetoresistance effect type thin film magnetic head
US10613159B2 (en) Magnetoelectric magnetic field measurement with frequency conversion
SU918907A1 (en) Method and device for measuring pulse magnetic field amplitude
McFee et al. Acoustoelectric current distribution and current saturation in CdS
JP2002169614A (en) Vehicle position sensing device
US11821963B2 (en) Magnetic sensor
Gaman et al. Silicon oscillistor as a thermometer with frequency output
JP3019546B2 (en) Magnetic detector
Wiegman et al. Barkhausen effect in magnetic thin films: general behaviour and stationarity along the hysteresis loop
CA1049095A (en) Electromagnetic flowmeter characterized by zero quadrature signal
So et al. Magnetic domain imaging in coated silicon-iron using magnetoresistive sensors
RU201076U1 (en) ARSENIDE-GALLIUM MAGNETOELECTRIC RESISTOR
JP2923959B2 (en) Magnetic bearing detector
DE3925685C2 (en)
Takemura et al. Fabrication of zero-speed sensor using weakly coupled NiFe/CoFe multilayer films
EP1664816B1 (en) A device for detecting magnetic fields and related detecting methods
RU2216823C1 (en) Magnetoresistive pickup
SU642848A1 (en) Variable-frequency piezoelectric resonator
SU706766A1 (en) Stuck-on electromagnetic transduser
Onishi et al. Measurement of magnetic potential distribution and wall velocity in amorphous films
SU1126906A1 (en) Device for measuring constant magnetic field