Ннгу, 2005 радиофизические методы измерений и их компьютерное обеспечение

Вид материала

Документы

Содержание Датчик магнитного поля на основе анизотропной тонкой магнитной пленки с микропотреблением

Подобный материал:

• 05. 11. 01 Приборы и методы измерения по видам измерений Формула специальности, 14.1kb.
• Программа вступительного экзамена по специальной дисциплине специальности 6N0732-стандартизация,, 36.1kb.
• Введение Курс "Методы и средства измерений, испытаний и контроля", 172.41kb.
• Рабочей программы дисциплины Метрология, стандартизация и сертификация по направлению, 29.94kb.
• Метрологическое обеспечение производства в свете новой редакции закона «Об обеспечении, 41.44kb.
• Правила записи результатов измерений. Оценка погрешностей косвенных измерений, 33.24kb.
• Самостоятельная работа Кредитная стоимость, 122.1kb.
• Учебная программа Дисциплины р4 «Оптические методы диагностики биотканей» по направлению, 154.6kb.
• Е. П. Пистун кадровое обеспечение внедрения, 66.22kb.
• Программа лекций специального курса " Модели нейронов и нейрон-глиальных сетей", 36.89kb.

ДАТЧИК МАГНИТНОГО ПОЛЯ НА ОСНОВЕ АНИЗОТРОПНОЙ ТОНКОЙ МАГНИТНОЙ ПЛЕНКИ С МИКРОПОТРЕБЛЕНИЕМ

А.Н.Громогласов, А.П.Феоктистов

ОАО «Завод имени Г.И. Петровского», г. Нижний Новгород

Рис. 1

В настоящее время наиболее чувствительными среди магнитометрической аппаратуры являются приборы на основе квантовых эффектов, в которых используются сверхпроводники. Существенный недостаток такой аппаратуры это относительно большие размеры и необходимость использования низкотемпературной среды. Альтернативой таким приборам может быть серийно выпускаемый нашим предприятием экономичный датчик магнитного поля (ДМП) на основе анизотропной тонкой магнитной пленки (ТМП).

Наше предприятие имеет многолетний опыт разработки магнитометрической аппаратуры, в том числе, датчиков на основе ТМП. Такие датчики могут быть использованы в аппаратуре для обнаружения движущихся объектов по их собственному магнитному полю.

Рис. 2

Датчик содержит генератор высокой частоты, чувствительный элемент с ТМП, двумя взаимно перпендикулярными обмотками: возбуждающей 1 (см. рис. 1), ориентированной вдоль оси легкого намагничивания (ОЛН), и измерительной 2, ориентированной вдоль оси трудного намагничивания (ОТН), а также постоянный магнит 3, создающий поле подмагничивания ТМП H₀. Возбуждающая обмотка подключена к генератору высокой частоты и создает переменное поле перемагничивания ТМП. Измерительная обмотка подключена к детектору.

Работа датчика основывается на изменении магнитной восприимчивости  ТМП под действием измеряемого поля H_и [1]:

(1)

где M₀ и H_К - соответственно магнитный момент и поле анизотропии ТМП;

H₀ - поле подмагничивания ТМП, формируемое постоянным магнитом;

H_И - величина измеряемого магнитного поля;

H_П,  - амплитуда и частота синусоидального поля перемагничивания ТМП;

, ,  - углы, образованные направлением ОЛН ТМП и соответственно векторами, H₀, H_и, M₀ (см. рис. 2).

На рис.3 представлено взаимодействие поля перемагничивания и измеряемого поля. Можно видеть, что измеряемое поле H_и смещает сектор прецессии магнитного момента M₀ ТМП на угол =₁–₂. При этом изменяется величина проекции вектора магнитного момента на направление ОТН, величина создаваемого им магнитного потока и, следовательно, напряжение на выходе измерительной катушки L2. Напряжение на выходе датчика будет определяться как:

Рис. 3

U_вых=KQH_ПM₀cos(t) (2)

где K – безразмерный коэффициент, зависящий от соотношения числа первичной и вторичной обмоток;

Q – добротность измерительного контура 2.

Входящая в состав датчика ТМП, изготавливается методом вакуумного напыления ферромагнитного сплава на керамическую подложку. Контроль параметров ТМП после изготовления, осуществляется при помощи установки контроля параметров анизотропных тонких магнитных пленок собственной разработки [2]. Данная установка прошла аттестацию в ФГУП «ВНИИМ им. Д.И.Менделеева» и внесена в Государственный реестр средств измерений РФ.

Применение в датчике многослойной анизотропной ТМП, обладающей рядом определенных контролируемых параметров, а также оригинальной конструкции системы подмагничивания позволило добиться следующих технических характеристик:

– диапазон измеряемого магнитного поля в полосе частот от 0 до 10 Гц составляет 100 мкТл;

– коэффициент преобразования датчика, не менее 50 мВ/мкТл;

– среднеквадратическое типовое значение уровня магнитных шумов составляет 0,08–0,1 нТл;

– токи потребления датчика по цепям питания 5В, не более 250 мкА;

– диапазон рабочих температур от минус 20 до плюс 60С.

В заключение следует отметить, что рассмотренный экономичный датчик магнитного поля может быть с успехом применен в автономных системах периметровой охраны важных государственных объектов.

Новизна и полезность датчика подтверждена патентом №43654 Федерального института промышленной собственности РФ.

1. Буслаев И.П., Громогласов А.Н., Феоктистов А.П. Датчик магнитного поля. Патент на полезную модель №43654. – Бюл. №3, 2005.
   
2. Буслаев И.П., Евстигнеев О.А., Феоктистов А.П., Харитонов В.А. Устройство для измерения магнитных характеристик ферромагнитных материалов. Патент на полезную модель №37836. – Бюл. №13, 2004.