Устройство для измерения напряженности магнитного поля

Устройство для измерения напряженности магнитного поля

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НАПРЯЖЕННОСТИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ, содержащее источник оптического излучения , магниточувствительный элемент и фотоприемник, лежащие на одной оси, отличающееся тем, что, с целью повьшения точности измерений при одновременном уменьшении его габаритов, магниточувствительный элемент выполнен в виде отрезка световода прямоугольной формы, на широкую стенку которого нанесена изотропная ферромагнитная штенка, обладающая экваториальным эффектом Керра, имеющая оптический i контакт со световодом и выполненная в форме круга, диаметр которого (Л численно равен величине пространс ственной разрешающей способности.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

09) (11) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

Il0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ .

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3613694/24-21 (22) 01.07.83 (46) 07. 12.84. Бюл. и 45 (72) В.А.Мокроусов, В.В.Суйков и А.А.Тихонов (71) Научно-исследовательский институт механики и физики при Саратовском ордена Трудового Красного Знамени государственном университете им.Н.Г.Черньппевского (53) 621 ° 317.44(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

М 711507, кл. Q 01 R 33/02, 1977, 2. Авторское свидетельство СССР

N 454511, кл. Ц 01 Й 33/00, 1973 ". (прототип).

Р1 ц Q 01 R 33/032; G 01 К 33/05 (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

НАПРЯЖЕННОСТИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ, содержащее источник оптического излучения, магниточувствительный элемент и фотоприемник, лежащие на одной оси, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений при одновременном уменьшении его габаритов, магниточувствительный элемент выполнен в виде отрезка световода прямоугольной формы, на широкую стенку которого нанесена изотропная ферромагнитная пленка, обладающая экваториальным эффектом Керра, имеющая оптический контакт со световодом и выполнен" Е ная в форме круга, диаметр. которого численно равен величине пространственной разрешающей способности.

1128206

Изобретение относится к магнитным измерениям, в частности для измерения и контроля магнитного поля в миниатюрных и сверхминиатюрных магнитных системах, а также измере- 5 ния пространственных характеристик поля в магнитных системах для запоминающих устройств на цилиндрических магнитных доменах, твердотельных СВЧ приборов и т.п.

Известно устройство для измерения напряженности магнитного поля, содержащее магнитооптический активный элемент, оптические поляризатор и анализатор, шкалу отсчета. Устройст- 15 во использует эффект поворота плоскости поляризации света в магнитооптически активной среде (эффект

Фарадея), рдзмещенной между оптическими поляризаторами и анализато- 20 ром (1) .

Известное устройство не может . быть использовано для измерения полей в миниатюрных магнитных систе-, мах и не может обеспечить высокий пространственной разрешающей способности. Это связано с тем, что в устройстве используется явление враще ния плоскости поляризации света, прошедшего через чувствительный эле- 30 мент (эффект Фарадея), что требует обязательного присутствия поляризующей и анализирующей оптики,, располо.женной вблизи магниточувствительного элемента. При уменьшении габаритов магниточувствительного элемента до сотых долей миллиметра конструктивно и технологически очень трудно изготовить таких же размеров оптические элементы и обеспечить их необходимую 40 ориентацию.

Использование жесткой системы с разнесенными источником света, магнитооптическим чувствительным элементом, фокусирующей поляризующей и анализирующей оптикой, фотоприем-. ником не позволяет снимать пространственное распределение магнитного поля, поскольку перемещение измерительного устройства приводит к разъюстировке системы из-за значительной длины базы датчик-прибор и малых размеров чувствительного элемента, что приводит к появлению систематических ошибок. 55

Наиболее близким к изобретению является устройство, содержащее датчик из магнитооптически активного материала, поляризатор, анализатор и оптическую систему, в состав которой входит световод; регистрирующий прибор (2) .

Известное устройство также не обеспечивает достаточной точности измерений, поскольку его минимально достижимые размеры ограничены возможностями технологической операции полировки с высокой степенью чистоты торцов датчика и.выдерживания их строгой плоскопараллельности, а также техническими возможностями изготовле ния поляризующей и анализирующей оптики.

Цель изобретения - повышение точности измерений при одновременном уменьшении габаритов.

Цель достигается тем, что в устройстве для измерения напряженности магнитного поля, содержащем источник оптического излучения, магниточув- . ствительный элемент и фотоприемник, лежащие на одной оси, магниточувствительный элемент выполнен в виде отрезка световода прямоугольной формы, на широкую стенку которого нанесена изотропная ферромагнитная пленка, обладающая экваториальным эффектом Керра„ имеющая оптический контакт со световодом и выполнен- . ная в форме круга, диаметр которого численно равен величине пространственной разрешающей способности.

На фиг. 1 изображена блок-схема устройства для измерения напряженности магнитного поля; на фиг. 2 — график зависимости aI =1(Н)„

Устройство содержит источник 1 оп". тического излучения, отрезок прямоугольного световода 2, изотропную ферромагнитную пленку 3, обладающую экваториальным эффектом Керра, имеющую форму круга, фотоприемник 4, лежащие на одной оси, устройство располагается таким образом, чтобы ферромагнитная, обладающая экваториальным эффектом Керра, пленка 3 находилась в той же точке пространства, где необходимо измерить напряженность магнитного поля.

Устройство работает следующим образом.

Пучок света от источника 1 излучения направляется в отрезок прямоугольного световода 2. Проходя но прямоугольныму световоду свет испытывает полное внутреннее отражение

3 .11 282 от его стенок, а также отражение от участка стенки световода с нанесенной ферромагнитной пленкой 3 и с выхода прямоугольного световода 2 попадает в фотоприемник 4. При 5 помещении устройства в магнитное поле, направленное по оси, перпендикулярной оси световода и лежащей в плоскости нанесенной на светодиод пленки, коэффициент отражения участ- 1О ка стенки световода с нанесенной пленкой для света, имеющего поляризацию, перпендикулярную плоскости пленки, за счет экваториального эффекта Керра будет меняться. Изме- 15 нение коэффициента отражения пропорционально величине индукции магнитного .поля в ферромагнитной пленке зависит от направлЕния в ектора индукции магнитного поля и приводит к 20 изменению интенсивности света, регистрируемого фотоприемником. После калибровки устройства в известном . магнитном поле (например, с помощью катушек Гельмгольца) по полученной 25 характеристике изменения интенсивности света, регистрируемого фото,приемником 6 1 в, зависимости от напряженности внешнего магнитного

<поля Н hi = f (н) (фиг. 2), путем 3О обратных отсчетов можно производить измерение напряженности неизвестного поля Н = e (aI ).

Необходимый диапазон измерения напряженности магнитного. поля 3Н может

5 достигаться путем. изменения толщины нанесенной ферромагнитной пленки, а также выбросом типа материала. Так рабочий диапазон устройства с пленкой из пермаллоя 79НМ толщиной 2000 Х 4О составляет 0 — 1 Э, при толщине пленки 25000 А — 0 — 5 Э. При замене пленки на никелевую рабочий диапазон составляет соответственно 0 -,30 Э и

0 — 100 Э и выше.

06

Поскольку устройство измеряет только одну компоненту магнитного поля, а именно составляющую Н, перпендикулярную оси световода, то для обеспечения одинаковой пространственной разрешающей способности и обеспечения постоянства возмущения поля для случая произвольной его ориента» ции в плоскости .Х, У (в частности, для вращающегося поля в магнитной системе для запоминающих .устройств на цилиндрических магнитных доменах) ферромагнитная пленка выполнена в форме круга и не должна иметь явно выраженной оси легкого намагничивания, т.е. быть неориентированной.

Пространственная разрешающая способность устройства определяется геометрическими размерами нанесенной на широкую стенку световода ферромагнитной пленки и для случая круговой формы пленки разрешающая способность численно равна диаметру круга и может достигать сотых миллиметров и меньше при применении фотолитографических методов нанесения пленки.

Таким образом, устройство позволяет измерять напряженность магнитно " го поля с высокой пространственной разрешающей способностью, достигающей сотых долей миллиметра, обеспечивает постоянство разрешающей способности и возмущения поля. при произвольной ориентации в плоскости пленки исследуемого магнитного поля, позволяет производить измерения в различных диапазонах напряженности магнитного поля без ухудшения пространственной разрешающей способности, позволяет существенно уменьшить габариты устройства и упростить его

Конструкцию за счет исключения поляризующей и анализирующей оптики.

1128206

Фи 2

Составитель В. Шульгин . Редактор С.Патрушеваi Техред C. дегеза Корректор О. Билак

Заказ 9024/34 Тираж 710 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4