Магнитооптический гистериограф

Магнитооптический гистериограф

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение предназначено для регистрации динамической петли гистерезиса . Цель изобретения - повьшение точности измерений. Устройство содержит намагничивакщую систему 1 с преобразователем 2 напряженности магнитного поля в электрический сигнал, генератор 3 переменного toKa, поляризатор 5 с импульсным источником 6 излучения, компенсатор 7, анализатор 8 с фотоприемником 9. Устройство также включает узкополосный усилитель 10, синхронный детектор 1Г, усилитель 12 постоянного тока, шунт 15, двухкоординатный регистратор 16, генератор 17 пилообразного напряжения,- компаратор 18, генератсч 23 линейноизменяющегося напряжения, формирователь 24 импульсов, стробоскопический преобразователь 25 и reliepaTop 26 прямоугольного напряжения. Введение коммутатора 19, инвертора 20, ключей 13 и 14, генератора 21 пилообразного напряжения и компаратора 22 уменьшает погрешность, обусловленную дрейфом выходного сигнала, вызванно- , го механическим смещением поляризационных приборов и изменением двулучепреломления образца 4 и рабочего тела компенсатора 7 в процессе измерения . 2 ил. i (Л Фиг.1

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СО(.1ИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУ БЛИН (191 (11) Ai

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3853399/24-21 (22) 11.02.85 (46) 07.04.87. Бюл. У 13 (72) В.Б.Архангельский, С.Ф.Глаголев, Е.Д.Колтик, В.А.Панов и М.М.Червинский (53) 621.317.44(088 ° 8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1064254, кл..G 01 R 33/12, 1982 °

Авторское свидетельство СССР

У 928275, кл. G 01 R 33/12, 1980. (54) МАГНИТООПТИЧЕСКИЙ ГИСТЕРИОГРАФ (57) Изобретение предназначено для регистрации динамической петли гисте. резиса. Цель изобретения — повышение точности измерений. Устройство содержит намагничивающую систему 1 с преобразователем 2 напряженности маг- нитного поля в электрический сигнал, генератор 3 переменного тока, поляризатор 5 с импульсным источником 6 (5р 4 G 01 R 33/12 С 01 R 33/14 излучения, компенсатор 7, анализатор

8 с фотоприемником 9. Устройство также включает узкополосный усилитель . 10, синхронный детектор 11; усилитель 12 постоянного тока, шунт 15 ° двухкоординатный регистратор 16, генератор 17 пилообразного напряжения,. ° компаратор 18, генератор 23 линейноизменяющегося напряжения, формирователь 24 импульсов, стробоскопический преобразователь 25 и генератор 26 прямоугольного напряжения. Введение коммутатора 19, инвертора 20, ключей 13 и 14, генератора 21 пилообразного напряжения и компаратора 22 уменьшает погрешность, обусловленную дрейфом выходного сигнала, вызванного механическим смещением поляризационных приборов и изменением двулучепреломления образца 4 и рабочего тела компенсатора 7 в процессе измерения. 2 ил.

1 13022

Изобретение относится к области магнитоизмерительной техники, в частности к магнитооптическим гистериографам для регистрации динамической петли магнитного гистерезиса, основанным на эффектах Керра и Фарадея, и может быть использовано для изучения магнитных свойств макро- и микроучастков образцов различных классов ферромагнетиков на предприятиях, изготавливающих изделия вычислительной техники, звукозаписи, интегральной оптики, робототехники, энергетики и разрабатывающих новые магнитные материалы и приборы для ис,следования магнитных свойств тонких магнитных пленок, пластин и поверхностных слоев массивных образцов.

Цель изобретения — повышение точности измерений.

На фиг. 1 приведена структурная схема магнитооптического гистериографа; на фиг. 2 — временные диаграммы работы устройства.

В магнитооптическом гистериографе в намагничивающую систему 1 с преобразователем 2 напряженности магнитного поля в электрический сигнал, подключенную к генератору 3 переменного тока, помещен образец 4, оптически связанный через поляризатор 5 с импульсным источником 6 излучения и через последовательно установленные компенсатор 7 и анапиэатор 8 с фотоприемником 9. Выход фотоприемника 9 через узкополосный усилитель

10, синхронный детектор 11, усилитель

12 постоянного тока и два ключа 13 и 14 соединен с концами обмотки 4О компенсатора 7, средний вывод которой соединен с первым выводом шунта 15 и Y-входом двухкоординатного регистратора 16. Второй вывод шунта 15 соединен с общей шиной. Выход гене- 4> ратора 3 переменного тока через первый генератор 7 пилообразного напряжения и первый компаратор 18 соединен с вторым входом коммутатора 19 и через инвертор 20, второй генератор 2 1 пилообразного напряжения и второй компаратор 22 - с первым входом коммутатора 19, а вторые входы компараторов 18 и 22 соединены с генератором 23 линейно изменяющегося напряжения. Выход коммутатора 19 через формирователь 24 импульсов соединен с синхронизирующим входом импульсного источника 6 излучения, 25 2

Х-вход двухкоординатного регистратора 16 через стробоскопический преобразователь 25 - с преобразователем

2 напряженности магнитного поля в электрический сигнал, первый выход генератора 26 прямоугольного напря жения — с управляющим входом первого ключа 13, а второй выход — с управляющим входом второго ключа 14, опорным входом синхронного детектора 11 и управляющим входом коммутатора 19.

Устройство работает следующим образом.

Генератор 3 переменного тока вырабатывает ток заданной частоты, который намагничивающей системой 1 преобразуется в магнитное поле с напряженностью Н, перемагничивающее образец 4 (фиг. 2а). Напряжение с выхода генератора 3 переменного тока поступает на первый генератор 17 пилообразного напряжения непосредственно, а на второй генератор 21 через инвертор 20. В результате этого генераторы 17 и 21 вырабатывают пилообразные напряжения с частотой, определяемой генератором 3 переменного тока, но сдвинутые один относительно другого на 180 . Эти напряжения поступают на первые входы компараторов

18 и 22, на вторые входы которых поступает медленно нарастающее напряжение от генератора 23 линейно изменяющегося напряжения. На выходах компараторов 18 и 22 формируются прямоугольные импульсы, фронты которых совпадают по времени с моментами равенства напряжений на их входах.

В соответствии с изменением напряжения на выходе генератора 23 линейно изменяющегося напряжения фаза импульсов, формируемых на выходах компараторов 18 и 22 относительно сигнала генератора 3, линейно нарастает.

Эти импульсы поочередно, с частотой, определяемой генератором 26 прямоугольного напряжения, подаются коммутатором 19 на вход формирователя

24 импульсов, который по передним фронтам поступающих импульсов вырабатывает короткие импульсы,(с большой скважностью), управляющие импульсным источником 6 излучения. Импульсный источник 6 излучения генерирует импульсы излучения, следующие с частотой, определяемой генератором 3 переменного тока, фаза которых изменя3 1302 ется на 180 с частотой, определяемой генератором 26 прямоугольного напряжения. Импульсный световой поток Р (фиг. 2б) проходит поляризатор 5 и падает на образец 4. Азимут поляризации отраженных (прошедших) от образца 4 импульсов изменяется на угол, пропорциональный мгновенной намагниченности образца M (фиг. 2в) в момент действия импульсов излучения. Следовательно, для импульсов, фазы котоо рых сдвинуты на 180, изменения азимута равны по величине и противоположны по знаку.

4 где 3 — магнитооптический угол вращения плоскости поляризации в компенсаторе, фас) — магнитооптический угол вращения плоскости поляризации, пропорциональный намагниченности образца, является периодической функцией с частотой перемагничивания cD, 0 Q(cDt) — периодическая функция с частотой Ы, описывающая форму импульсов излучения, угол между плоскостью пропускания анализатора и поло15 жением скрещения с поляризатором (неточность установки скрещенного положения).

Свертка ((cD t)» 6 (cD t)) является функцией фазового сдвига между

20 q>(cDt) и G (cDt), который за время измерения изменяется на 2 .

Угол не остается постоянным, а изменяется из-за механических смещений поляризационных приборов и из25 менений двулучепреломления образца и рабочих тел азимутального модулятора и компенсатора, связанных с флуктуациями температуры в элементах конструкции в процессе регистрации

30 петли гистерезиса.

При замкнутом первом ключе 13 магнитооптический угол вращения плоскости поляризации в компенсаторе может быть представлен выражением

35 о = (V (cDt)» 6(ис))-I% (2) Так как ключи работают синхронно с коммут ат ором 19, т о при э амк нутом

40 втором ключе 14 импульсы излучения о сдвинуты по фазе на 180 и магнитооптический угол вращения плоскости поляризации в компенсаторе определяется выражением:

Далее импульсы излучения проходят компенсатор 7, который изменяет их азимут поляризации на угол, пропорциональный протекающему через его обмотку току, анализатор 8, который преобразует изменения азимута поляризации в изменения интенсивности, и преобразуются фотоприемником 9 в электрический сигнал Б (фиг. 2г).

Узкополосный усилитель 10 выделяет из этого сигнала гармонику U„ (фиг. 2д) с частотой, определяемой генератором 26 прямоугольного напряжения, усиливает ее, а синхронный ,цетектор 11 детектирует. Выходное напряжение синхронного детектора 11 усиливается усилителем 12 постоянно"

ro тока и с помощью ключей 13 и 14, управляемых генератором 26 прямоугольного напряжения, подается пооче. редно в первую и вторую половины обмотки компенсатора 7. При этом величина тока, протекающего в обмотке компенсатора 7 1„ (фиг. 2е), устанавливается такой, чтобы первая гар- моника на выходе фотоприемника 9 стремилась к нулю. Постоянный ток, протекающий через шунт 15 компенсато ра 7, равен амплитуде переменного тока, протекающего через обмотку компенсатора 7. Напряжение, снимае-мое с шунта 15, поступает на Y-вход двухкоординатного регистратора. Напряжение с выхода преобразователя 2 напряженности магнитного поля в электрический сигнал поступает на вход стробоскопического преобразователя 25, на синхронизирующий вход . которого подаются импульсы с выхода первого компаратора 18.

Уравнение измерения имеет вид:

Bq = (y (ас.)» б (cDt +" г )g-rI (3) Разложив функцию 6 (cDt) в ряд Фурье ее можно записать в виде двух сумм, первая из которых содержит четные, а вторая — нечетные гармоники: а, б(яс) = —, +, т а cos(2nut +cp „)+ 2n а а à oos ((2а — 1) иа +qz„) (4)

n= < аn=t о = Py (cDt)«a(cD t))+y, Функция G (cDt + i ) может быть за(1) писана аналогично.

5 1302225 а б (ис +7) + Q à cos(2ngt +

2 л1 н (5) (6) i =L3,, i = -Lá

2 2

25 (8) Фор мул а

+ cp ) — а сов((2п — 1) и в а

tn ал-q

fl =1

При замкнутом первом ключе 13 ток, протекающий в обмотке компенсатора, пропорционален магнитооптическому углу вращения с коэффициентом пропорциональности L зависящим от конструкции компенсатора:

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

Среднее значение тока в шунте 15 определяется средним арифметическим током обмоток:

Из выражений (4), (S) следует: т.е. ток, протекающий в шунте, не зависит от угла между плоскостью пропускания анализатора и положением скрещения с поляризатором.

Таким образом, уменьшается погрешность, обусловленная дрейфом выходно"

ro сигнала, вызванного механическим смещением поляризационных приборов и !

Ю изменением двулучепреломления образца и рабочего тела компенсатора в: 45 процессе измерения, и тем самым повышается точность измерений. изобретения

° Mar нит ооптический гист ериогр аф, содержащий намагничивающую систему, подключенную к выходу генератора переменного тока, и преобразователь напряженности магнитного поля в 55 электрический сигнал, импульсный исочник излучения, оптически связаный через последовательно установленные поляризатор, компенсатор и анализатор с фотоприемником, первый компаратор, первый вход которого соединен с выходом генератора линейно изменяющегося напряжения, второй вход — через первый генератор пилообразного напряжения с генератором переменного тока, а выход — с синхрониэирующим входом стробоскопического преобразователя, соединенные последовательно фотоприемник, узкополосный усилитель и синхронный детектор, опорный вход которого соединен с выходом генератора прямоугольного напряжения, усилитель постоянного тока, формирователь импульсов, выход которого соединен с синхронизирующим входом импульсного источника излучения, двухкоординатный регистратор, Х-вход которого через стробоскопический преобразователь соединен с преобразователем напряженности магнитного поля в электрический сигнал, а Y-вход— с первым выводом шунта, второй вывод которого соединен с общей шиной, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в него введены коммутатор, инвертор, второй компаратор, второй генератор пилообразного напряжения и .первый и второй ключи, при этом средний вывод обмотки компенсатора соединен с

1 выводом шунта, а первый и второй крайние выводы через первый и второй ключи, соответственно, соединены с выходом усилителя постоянного тока, причем управляющие входы первого и второго ключей соединены с первым и вторым выходами генератора прямо" угольного напряжения, соответственно, выход генератора переменного тока через последовательно соединенные инвертор и второй генератор пилообразного напряжения соединен с первым входом второго компаратора, второй вход которого соединен с выходом генератора линейно изменяющегося нап-. ряжения, а выход — с первым входом коммутатора, второй вход которого ,соединен с выходом первого компарато-. ра, выход — с входом формирователя импульсов, а управляющий вход — с одним из выходов генератора прямоугольных напряжений.

1302225

Составитель А.Сазонов

Техред Л.Сердюкова Корректор А.Ильин

Редактор Н.Тупица

Заказ 1214/45 Тираж 731 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4