Магнитооптический датчик для измерения напряженности магнитного поля

Магнитооптический датчик для измерения напряженности магнитного поля

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНЙЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

<и7)1507

Ф J

4 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) ЗаявлеHо 14.06.77 (2t ) 2495899/18-21 с присоединением заявки Ж (23) Приоритет

Опубликовано 25.01 80, Бюллетень .% 3

Дата опубликования описаиич 28.01.80 (5!)М. Кл.

G 01 R 33/02 тосударстввнимй комитет

СССР ао делам изобретений и открытий (53) УДК 521 .317,44 (088.8) (72) Авторы изобретения

Ф. В. Лисовский и Е. Г. Мансветова

Ордена Трудового Красного Знамени институт радиотехники и электрони.и АН СССР (71) Заявитель (54) МАГНИТООПТИЧЕСКИЙ ДАТЧИК ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

НАПРЯЖЕННОСТИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для измерения, контроля и стабилизации магнитного поля, например в ускорителях элементарных частиц и плазмен5 ных приборах.

Р!звестен мвгнитооптический датчик(1 для измерения напряженности магнитного поля, использующий фазовый метод регистрации угла поворота плоскости поляризации, в котором относительная потрешность измерения равна 0,1-0 019о

Однако этот датчик требует довольно сложной конструкции устройства регистрации угла поворота плоскости поляризации.

Известен также магнитооптический датчик для измерения напряженности магнитного поля, использующий эффект поворота плоскости поляризации света в магнитооптически активной среде, состоящий из магнитооптического активного элемента, размешенного между поляризатором и анализатором и выполненного в виде однородного магнитного кристалла

2 или пленки f2). Однако измерение напряженности магнитного поля этим датчиком сводится к регистрации угла поворота плоскости поляризации, в связи с чем этот магнитооптический датчик обладает малой точностью измерения, порядка 1%.

Пель изобретения — повышение точности и расширение диапазона измерения.

Это достигается тем, что магнитооптический датчик для измерения напряженности магнитного поля„содержащий магнитооптический активный элемент, размещенный между оптическими поляризатором и анализатором, снабжен шкалой отсчета и подложкой, на которой размещен магнитооптический активный элемент, при этом маги итооптическ ий а ктивн ы и элеме нт выполнен в виде двухслойной магнитной пленки с различными средними температурами магнитной компенсации в слоях и с монотонным изменением результирующей намагниченности в каждом слое, а шкала отсчета з

711507

4 установлена поверх ана- Работа данного магнитооптического

40

1 1 2 2

Н

Р 2d 0, 1„С, И лизатора, .

На фиг. 1 представлена конструкция данного магнитооптического датчика дпя измерения напряженности магнитного поля, на фиг, 2 - распределение результирующей намагниченности в каждом слое, на фиг. 3 - зависимость уширенной" границы в магнитооптическом активном элементе между двумя намагниченными в, противоположных направлениях областями от напряженности измеряемого магнитного поля.

Этот датчик содержит магнитооптический активный элемент 1 в виде двухслойной магнитной пленки, выращенной на подложке 2, например, методом жидкофазной эпитаксии. Различие свойств слоев магнитооптического активного элемента 1 достигается соответствующим изменением режимных параметров (например, температуры роста или скорости вращения подложки 2) в процессе выращивания. Монотонное изменение свойств в развитой плоскости пленки обеспечивается, например, созданием градиента температуры в зоне роста.

Магнитооптический активный элемент

1 в виде двухслойной магнитной пленки, выращенной на подложке 2, образует с последней единое монолитное целое.

Со стороны подложки 2 располагается оптический поляризатор 3, а со стороны магнитооптического активного элемента 1 - оптический анализатор 4, выполненный, например, из дихроичной поляроидной пленки. Для крепления оптического поляризатора 3 и оптического анализаторр 4 применяется. любой пригодный для . склеивания твердых тел клей. Поверх оптического анализатора 4 с помощью клея крепится прозрачная шкала 5, отградуированная либо непосредственно в эрстедах: (тесла), либо равномерная децимальная шкала, отградуированная с помощью эталона.

ПлоскоСти пропускания оптического поляризатора 3 и оптического анализа» тора 4 перед приклейкой последних ориентируют друг относительно друга таким образом, чтобы в отсутствие магнитного поля две противоположно намагниченные области двухслойной пленки были одинаково затемненными. Граница между ними будет выглядеть как тонкая светлая линия Ilr шкале ..

Г датчика заключается в следующем, Б отсутствие измеряемого магнитного поля в магнитооптическом активном элементе 1 существуют две намагниченные в противоположных направлениях области с четкой границей между ними.

При помещении датчика в измеряемое . магнитное поле граница между этими областями "уширяется», причем ширина границы однозначно связана с напряженностью магнитного поля Н. Отсчет напряженности магнитного поля производится с помощью предварительно отградуирован ной прозрачной шкалы 5. Роль указателей прозрачной шкалы 5 выполняют два края

"уширенной" границы, которая видна (на просвет) благодаря использованию оптического поляризатора 3 и оптического анализатора 4 при освещении искуственным или дневным светом.

В обоих слоях магнитооптического активного элемента 1 непосредственно в процессе выращивания или с помощью последующего легирования создается монотонйое изменение результирующей намагниченности в развитой плоскости пленки, причем при рабочей температуре оба слоя обладают различными точками компенсации, в которых результирующая намагниченность каждого слоя обращается в ноль.

В отсутствие магнитного поля в такой двухслойной пленке реализуется плоская доменная граница (фиг. 2а, линия АВ).

На этом же рисунке показано распределение результирующей намагниченности в каждом слое.

При увеличении магнитного поля существование участков, в которых вектор намагниченности М антипараллелен полю

Н (заштрихованные области на фиг. 2а и 26), становится энергетически невыгодным и при достижении некоторого критического значения поля Н происходит излом плоской доменной границы на поверхности раздела между слоями, в результате чего доменная граница принимает вид ступеньки (фиг. 26, СДЕГ).

Ширина этой ступеньки ЬХ зависит от разности между измеряемым внешним полем Н и критическим полем Н

Напряженность критического поля равна:

711507

5 а напряженность измеряемого поля определяется по формуле: И=И д

<Р б-ЬХ (2), где v — плотность энергии доменной границы между слоями,с „=/dlA., дх! и q = (Д М íìí для которых

М = О в первом слое и М = О во вте2 ром слое (фиг. 2).

Как следует из формулы (2), зависимость Н (ых) имеет вид, показакный

HB фиг. 3. Эта зависимость и ис пользу ется для измерения напряженности магнитного поля.

Из формулы (2) следует, что связь между Н и ЬХ носит нелинейный характер, Однако. при Й>>АХ зависимость H(ht) линеаризуется и приобретает вид;

Требования к термостабилизации датчика зависят от температурных коэффициентов намагниченности в слоях, а гакже от поперечных размеров и параметров пленки. Так как смещение обеих границ "ушпренной" области d s при изменении температуры на величину О"Т для ц„-O2 - c) описывается формулой: где ф - температурный коэффициент намагниченности, то ширина уширенной границы d y не зависит от температуры, 15 так что датчик сохраняет свок работспособность до тех пор, пока во всем диапазоне измеряемых магнитньв полей

"уширенная граница не выходит за пределы визуально наблюдаемого участка

2О пленки.

Формула изобретения

Магнитооптический датчик для измерения напряженности магнитного поля, содержащий магнитооптический активный элемент, разме|пенный между оптическими поляризатором и анализатором, о тл и ч а ю m и и с я тем, что, с целью повышения точнс ти и расширения диапазона измерения, он снабжен шкалой отсчета и подложкой, на которой размещен магнитооптический активный элемент, при

35 этом магнитооптический активный элемент выполнен в виде двухслойной магнитной пленки с различными средними температурами магнитной компенсации в слоях и с монотонным изменением

40 результирующей камагпи бренности в каждом слое, а шкала отсчета установлена поверх аналижтора.

В этом случае для измерения напряженности магнитного поля можно пользоваться линейной шкалой.

Диапазон измеряемых магнитных полей определяется значениями 6, ц И„, и, d . С помощью данного магнитооптического датчика, используя существующие в настоящее время материалы (например, ферритыгранаты), можно измерять магнитные поля в интервале от 10 до 10 эрстед.

Снизу этот интервал ограничивается поперечными размерами и толщиной пленки, а также градиентом распределения намагниченности в слоях, Верхняя граница измеряемых полей определяется из условия недопустимости перехода ферримагнетика в неколлинеарное состояние, необходимое для этого поле по порядку

45 величин равно среднему геометрическому обменного поля и поля анизотропии (10 эрстед) .

Точность измерения напряженности магнитного поля определяется точностью измерения ширины "уширенной области аХ и может быть сделана весьма высокой за счет использования методов оптической микроскопии.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Старостин Н. В., Феофилов М. П.

Магнитная циркулярная анизотропия в кристаллах, УФН, т..97, вып. 4, 1969, с. 632.

2. Гончаренко А. H., Ягола Г. I<., Измерительная техника, № 2, 1974, с. 54-56. ч

711"07

Ф4/ 2. i

Р ф

Л2

- а

8 Àð

Фиг.2

| цдд ПИ Заказ 9004/33 Тираж 1019 Подписное

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