Устройство для измерения параметров цилиндрических тонких магнитных пленок
ОП ИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕН ИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советских Социалистических Республик (61) Дополнительное к авт, свид-ву— (22) Заявлено 12.08.75 (21) 2165773/21 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (43) Опубликовано 25.11.76. Бюллетень ¹ 43 (45) Дата опубликования описания 17.02.77 (51)М Кп 2 G 01 RЗЗ/12 Государственный комитет Совета Министров СССР (53) УДК 621,317.44 (088.8) по делам изобретений и открытий (72) Авторы изобретения Л. T. Лысый и М. С. Штельмахов (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ТОНКИХ МАГНИТНЫХ ПЛЕНОК Изобретение относится к области неразрушающего контроля качества и свойств ферромагнитных материалов и предназначено для измерения параметров цилиндрических тонких магнитных, пленок (ЦТМП). Известны устройства для измерения магнитных свойств ферромагнитных пленок, в которых для исследования магнитных параметров цилиндричаских ферромагнитных плепоК используется мвридиальный и экваториальный и магнитооптические эффекты Керри (1) В этих устройствах .используется динамичеокий,метод измерения, что позволяет непосредственно наблюдать петли гистерезиса на экране осциллографа, снятые при намагничивании участков пленки вдоль легкого и трудного направлений. Из этих петель onðåделяют коэрцитивную силу (Нс) и поле анизотрописи (Нк). Однако определение параметров участков ЦТМП на экране осциллографа по петлям гистерезиса, а также наблюдение си.-нала считывания с .пленки на экране осциллографа в известных устройствах приводит к тому, что процесс измерения при этом длителен и точность его зависит от фиксации оператором контрольных точек на экране осциллографа. Известен также прибор дланя измерения поля анизотропии (Нк) участков цилипдрических тонких магнитных пленок, содержащий генератор синусоидального напряжения, усилитель мощности, проходной датчик и избирательный усилитель, соединенные после. б довательно, а также модулятор, выход которого подключен к усилителю мощности, и блок ре гистрации (2). Одпнано неоднозначность моментов сраба тывания спусковой схемы сравнения блока регистрации от текущего значения амплитудь. напряжения третьей гармоники при одних и тех же значениях поля анизотропии участков пленки из-за разброса их магнитных свойств (индукции В), определяющих амплитуду текуще.-о значения напряжения третьей гармоники .вторичной э. д. с., не обеспечивает достаточной точности результатов KoiHTpoля. Цель изобретения — повышение точности. Достигается это тем, что устройство длч измерения параметров цилиндрических топких магнитных пленок, содержащее генератор синусоидально"o напряжения, усилитель мощ ности, проходной датчик и избирательный усилитель, соединенные последовательно, та кже модулятор, выход которого подключен к усилителю мощности, и блок регистрации, снабжено последовательно соединенными фор мирователем управляющего напряжения, управляемым ключом, последовательно соединенными вторым формирователем улравляю536449 щего напряжения н вторым источником намагнпчивающего тока, причем вход первого формирователя подключен к выходу избирательного усилителя, вторые входы управляемых ключей подключены к выходу уc:lëiiòåë i мощности,:выход, первого ключа, соединенный с входом второго формирователя подключен к одному входу блока регистрации, а выход другого ключа подключен к другому входу блока регистрацин, один выход источ- 10 инка;нямягни чи вающего тока под ключен к входу модулятора, а другой выход источника намагничнвающе:о тока !i выход олска регистрации подключены к контролируемому образцу. Ня фиг. 1 приведена блок-схема устройства; ня фнг. 2, а изображена кривая намагничивания пленки по оси легкого;aмагнпчизанпя и график изменения магнитных полей по этой кривой при измерении коэрцптивной силы (Нс) и на фиг, 2, б —,кривая намагничивания пленки по оси трудного намагничивания и график изменения,во:времени амплитуды синусоидального намагничивающспо поля: -на фиг. 3 приведена временная диаграмма напряжений в различных функциональных узлах устройства, поясняющая работу схемы. Блок-схема устройства (см. фн.-. 1) содержит генератор синусоидального напряжени» 1, усилитель мощ" îñòè 2, проходной датчик 30 3, избирательный усилитель 4, модулятор 5, перзый формирователь управляющего ня IpBжсння 6, первый управляемый ключ 7, второй формирователь управляющего па ряжения 8, второй управляемый ключ 9, источник намаг- 55 ничивающего тока 10, блок регистрации 11 и схему включения образца ЦТМП 12 с контактными зажимами 18 и 14, образцс м ЦТМП 15 и резистором 15. Устройство работает следующим образом. 4о С помощью источника намапничизающего тока 10 создается импульс кругового, магнитного поля вокруг образца ЦТМП в направлении легкого намагничивания (см. фиг. 2, а) и намагппчпзающего пленку до насыщения 45 з одно из устойчивых состояний, а также запускается модулятор 5, осуществляющий,пилообразную модуляцию намагничивающего тока. С помощью генератора 1, усилителя мощ- 50 ности 2 и датчика 8 создается переменное синусо идальное поле (см. фиг. 2, б), перемагничизающее испытуемые участки пленки, при помещении образца ЦТМП з отверстие датчика, до насыщения .в оль трудной оси на- 55 магничивания. При,воздействин i.ë участок пленки намагнпчивающего поля Нт индукция (В) в,ней Ойдет изменяться по гармони-:ескому зяко1! только на линейном участке кривой нямягни- 60 чивания, На втором участке кривой (з пасыщении) индукция в пленке не будет изменяться по гармоническому закону и в ее составе появятся гармоничеокие составляющие. В составе, напряжения вторичной обмотки 65 датчика 8 также появятся высшие гармоники, из котооых наибольшей амплитудой обладает третья гармоника. Момент появления в составе индукциц участков пленки и в напряжении вторичной оомотки датчика 8 высших гармони к при перемагничивании пленок синусоидальным полем,вдоль трудной оси намагничивания до насыщения свидетельствует о величине намагничивающего поля, равного полю анизотропии. Для измерения используется напряжение, пропорциональное намгничивающему току, создающему в проходном датчике 8 намагннчивающее поле, и ре-,истрируется амплитуд", это."о напряжения в момент, когда намагннчизающее поле при перемагничиванип участков пленки до насыщения з трудном напраз ленин достигает значения, равного полю анн зотропии участков,плепии и в составе напряжения вторичной обмотки датчик" появляются гармонические составляющие, из которых выделяется третья ",àð!ìîíèêà и фиксируется начало непрерывного роста амплитуды ес текущего значения. Так как намапничивяющее поле при перемагничивании участков пленки до пясь..щения вдоль трудной оси намятничивания изменяется по амплитуде, вследствие модуляции намагнич!ивающепо тока (см. фиг. 2, б), то его величина в определенный момент достигае г значения, равного полю янизотропин. Постоянный ток регулируемой величины с выхода блока регистрации 11 поступает в образец ЦТМ П и создает круговое ма.-нитное поле противоположной полярности и мпульсному полю, созданному то ком источника 10. Происходит разрушение остаточной индукции пленки,вдоль оси легкого намагничивания (см..фиг. 2, а) и уменьшение напряжения третьей гармоники вторичной э. д. с. При разрушении до .нуля остаточной индукцяи пленки по оси легкого намагничиван ия постоянным полем регулируемой величины, перемагничивания пленки по оси трудно-! го намагничивания переменным синусоидальным полем не происходит и гармонических составляющих в индукции пленки не появляется. Гармонических составляющих во вторичной э. д. с,, обусловленных потоком перемагничивания пленки, также не появляется. Таким образом момент отсутствия гармонических составляющих в,индукции пленки и во вторичной э, д. с. при,пвремагничивании пленки синусоидальным полем по оси трудного намагничивания и разрушении до нуля остаточной индукции пленки постоянным полем ло оси легкого намагничивания свидетель" ствует о величине разрушающего поля, равного .коэрцити)зной силе пленки (см. фиг. 3, в). Напряжение, пропорциональное намагничивающему току с выхода усилителя мощности 2, поступает на вход управляемых ключей 7 .и 9,,которые,в за висимости от условий работы формирователей б и 8, пропускают или задерживают прохождение этого напря536449 жения па соотзетстзуюгцие входы блока ре гистрацин 1!. Чля азтомати:еской ре-.истрации амплитуды напряжения, пропорционального намагничивающему току, когда намагничнзающес поле дс:тпгает значения, равного полю анизотропни (Нс) пленки, а также регистрации тока, создающего .круговое поле .по оси лег. кого намагничивания и разрушающее до нуля остаточную индукцию пленки вдоль этой оси и соответствующее коэрцитивкой силе (Hc) пленки, третья гармоника из напряжения вторичной обмотки датчика 8 выделяется и усиливается избирательным усилителем 4, преобразуется формирователем 6 .в напряжение, упразляющее работой ключа 7, причем опорный уровень этого напряжения определяется началом непрерывного роста ам I;IHтуды текущего значения напряжения третьей гармоники. При отсутствии напряжения третьей гармоники на выходе избирательного усилителя 4 управляемый ключ 7 открыт и напряжение, пропорциональное намагничивающему току,". выхода усилителя мощности 2 через ключ 7 поступает на формирователь 8 и на один из входов блока регистрации 11.,При этом на выходе фор мирователя 8 появится управляющее напряжение (см. фиг. 3, е), которое закроет ключ 9, и напряжение с выхода усилителя мощности 2 через ключ 9,на другой вход блока регистрации ll проходить не будет. При воздействии,на управляемый ключ 7 управляющего,напряжения с выхода формирователя 6 (см. фиг. 3, г), прохождение через ключ 7 напряжения, пропорционального намагничивающему току с выхода усилителя 2, прекращается (см. фиг. 3, д). Амплитуда сигнала на выходе управляемого ключа 7 (см. фиг. 3, д) в момент начала непрерывного роста амплитуды текущего значения третьей гармониии вторичной э. д. с. ооотзетстзует, величине намагничизающего поля, равного полю анизотропии участков пленки. Этот сигнал является синусоидальным и при непрерывной модуляции намагничивающего тока с меняющейся амплитудой, т. е. повторяет форму напряжения на входе управляемого ключа 7. Сигнал измеряется в блоке регистрации 11 схемой измерения выходного вольтметра (амплитудного), который реагирует на среднее значение амплитуды каждопо посту пившего с выхода управляемого ключа 7 уровня сигнала и зарегистрируег наибольшее его значение в момент начала непрерывного роста амплитуды текуще.-о значения напряжения третьей гармоники вторичН0Н э. д. с. При,непрерывной, модуляции намагничивающего тока измерение сигнала на выходе улравляемого ключа 7 прои=ходит с частотой модуляции. Таким образом поле анизотропии (H«) участков цилиндрических тонких магнитных пленогк численно ра зно амплитуде намагничивающсго поля в момент поязлешгя в напряжении вторичной обмотки датчика 8 трс. тьей гармоники и начала непрерывного роста амплитуды ее текущего значения после поязлеппя ее на выходе избирательного усилителя 4 и измеряется через измерение амплитуды напряжения пропорционального намагничивающему току. В то время как ключ 7 закрывается, ключ 9 открывается, так как после закрывания клю|ча 7 управляющего напряжения íà выходе формирователя 8, которое воздействует на ключ 9, не будет (см. фиг. 3, е). Напряжение с выхода усилителя мощности 2 через открытый ключ 9 поступает в блок регистрации lil (см. фиг. 3, ж), где сдреобразуется в постоянный ток и с,выхода блок регистрации 11 подается в образец ЦТМП 15 (см..фиг. 3, з). Этот ток создает круговое поле .по оси легкого намагничивания и противоположное полярности импульсного поля, созданного током источника 10. Поле постоянного тока разрушает остаточную индукцию пленки вдоль оси легкого намагничивания (см. фиг. 2, а), что приводит к уменьшению напряжения третьей гармоники вторичной э. д. с. на выходе избирательного усилителя 4 (см. фиг. 3, в). При разрушен пи до нуля Зо остаточной индукции пленки (см. фиг. 2, a), по оси легкого намагничивания, перемагничизания:пленки:IIQ оси трудного намагничивания переменным синусоидальным полем не происходит и напряжение третьей гармоники вторичной э. д. с. на выходе избирательного усилителя 4 уменьшается до нуля (см. фиг. 3, в). При этом управляющее напряжение на выходе формирователя 6 отсутстзует и ключ 7 отк|рывается. Напряжение с выхода усили40 теля,мощности 2 через ключ 7 поступает на формирователь 8, на выходе которого появляется управляющее напряжение, и закрывает ключ 9. Прохождение напряжения с выхода усилителя мощности 2 на блок регистрации 45 11 через ключ 9 прекращается и круговое поле, разрушающее остаточную индукцию пленки по оои легкого намагничивания исчезает. Ооразец ЦТМП 15 готов к намагничиванию его по оси легкого намагничивания 50 импульсом поля, создаваемого током от источника 10. Амплитуда тока на выходе блока регистраци и 11 в момент уменьшения до нуля напряжения третьей гармоники вторичной э. д. с, 55 на выходе избирательного усилителя 4 соответствует величине поля, .разрушающего остаточную намагниченность .-то оси легкого намагничивания, равно о коэрцитивной силе (Нс) участков пленки. Этот ток измеряется в блсь«е регистрации через, измерение пропорциональной ему амплитуды переменного синусоидального напряжения, юторое измеряется в блоке регистрации 11 схемой выходного вольтметра, который реагирует на среднее значение, каждого 536449 а поступившего с выхода управляемого ключа 9 уровня сигнала и зарегистрирует наибольшее его значение в момент угменьшения до нуля напряжения третьей гармоники вторичной э. д. с. на выходе избирательного усилителя 4. При непрерывной, модуляции намагничивающего тока измерение сигнала на выходе ключа 9 происходит с частотой модуляции. Таким образом коэрцитивная сила (Нс) участков цилиндрических тонких магнитных пленок численно равна амплитуде кругового поля постоянного тока, изменяющегося по величине, в момент уменьшения напряжения третьей гармоники:вторичной э. д. с. на выходе избирательного усилителя 4 до нуля, и определяется, посредством измерения амплитуды напряжения, пропорционального току, создающему круговое поле и разрушающее до нуля остаточную индукцию пленки .по оси легкого намагничивания. Таким образом измеренные блоком регистрации 11 значения сигналов,на выходах управляемых ключей 7 .и 9 по графикам или таблицам переводятся в .величины измеряемых поля анизотропии (Нк) и коэрцитивной силы (Hc) или отсчитываются по отградуированным шакалам стрелочных приборов блока регистрации 11. Формула .изобр етения Устройство для измерения параметров цилиндрических тонких магнитных плеиок„ содержащее генератор синусоидального напряжения, усилитель мощности, проходной датчик и избирательный усилитель, соединенные последовательно, а также модулятор, выход которого подключен к усил,ителю мощности, и блок регистрации, о т л и ч а ю щ е сс я тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено последовательно соединенны10 ми формирователем у правляющего напряже. ния, управляемым ключом, последовательно соединенными вторым формирователем управляющего напряжения и вторым ключом, источником намагничивающего тока, причем 15 вход первого формирователя подключен к выходу избирательного усилителя, вторые входы управляемых ключей подключены к выходу усилителя мощности, выход первого ключа, который соединен с входом второго формирователя, подключен к одному входу блока регистрации, а выход другого ключа подключен к другому входу блока регистрации,,выход источника намагничивающего тока подключен к входу, модулятора. Источники и нфо рмации, принятые во вниман ие при экспертизе заявки: 1. «Прибопы и техника эксперимента», № 2, 1970, стр. 225 — 226, 2. «Приборы и техника эксперимента». № 4, 1972 г,, стр. 261 (прототип). 536449 /g 1— (/ i (.с с ///. с Г I ! ! / ) / с а //с ) / с > с/с 0 t/3 / с t / с с с ! /! //!I 1 Асс1 \. с / !!! / с °,) с/ 9А )/ | 1, к с T г — Ф вЂ”/ ( / с 1 ж сс7 б! ) r .l с I . =:С1с/- -," 1! „ с / (:-:=== L = .. ) ) сс //../с. с с с / Фиг.d Составитель Е. Данилина Техред Е. Подурушина Редактор Е. Гончар Корректор И. Симкина Тип. Харьк. фил. пред. «Патент» Заказ 1147/1752 Изд. ¹ 327 Тираж 1029 Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий Москва, /К-35, Раушская наб., д. 4/5
