Магнитометр

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскых

Социалистических

Респубики р>993178

4 1 1 . ь

Ф.г (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 140581 (21) 3287198/18-21 с присоединением заявки М Щ М. Кл.з

601 В. 33/02

Государственный комитет

СССР по делам нзооретений н открытий (23) ПриормтетОпубликовано 30.01.83. Бюллетень 14о 4 (33) УДф 621. 317. 44 088.8) Дата опубликования описания 30.01.83

М.Г.Лукашевич, T.A.Ëóêàøåâè÷ и В.Ф.Стельмах „ р (72) Авторы изобретения

Белорусский ордена Трудового Красного Знамени= государственный университет им.В.И.Ленина (71) Заявитель (54 ) МАГНИТОМЕТР

1 л

Изобретение относится к области магнитных измерений и может исполь1 эоваться в радиопромышленности при изготовлении магнитометров для измерения магнитных полей при криогенных температурах. известен магнитометр, содержащий полупроводниковый магниторезистивный датчик магнитного поля, источник питания и измеритель сигнала дат чика 1 j.

Недостатком устройства является низкая стабильность нулевого сигнала и невысокая чувствительность, опре-. деляемая лишь увеличеныем в магнитном поле сопротивления магниторезистивного датчика.Известен также магнитометр с повышенной.стабильностью нуЛевого сигнала, содержащий магниторезистивный датчик с дополнительными электродами, шунтирующими поле Холла и попеременно подключаемями, например с помощью реле, к различным нагрузкам, источник питания и блок регистрации 2 1.

Недостатком известного магнитометра является невысокая чувствительность, в том числе и при криогенных температурах, принципиально не могущая превышать чувствительность выше описанного, так как для измерения величины магнитного поля в нем используется тот же физический эффект, а именно, изменение сопротивления датчика в магнитном поле.

Цель изобретения — увеличение чувствительности и уменьшение,температурной нестабильности нулевого сигнала при рабочих температурах ни.же 10 К.

Поставленная цель достигается тем, что в магнитометр, содержащий магниторезистивный датчик магнитного поля, источник питания и блок регистрации, дополнительно включены два нагрузочных резистора, включенные между источником питания и магниточувствительными элементами, и суммирующий блок, выход которого подключен к блоку регистрации, один иэ входов суммирующего блока подключен к точке соединения магниточувствительного элемента и нагрузоч25 ного резистора, а другой вход подсоединен к выходу источника питания.

Магниторезистивный датчик выполнен на изолирующей подложке s виде двух магниточувствнтельных элементов из

ЗО разных полупроводниковых материалов„

993178 расположенных по обе стороны подложки.

На фиг. 1 схематически изображен вариант выполнения принципиального элемента магнитометра — датчика магнитного поля, на фиг. 2 — разрез A-A 5 на фиг. 1; на фиг. 3 - функциональная схема магнитометра, Датчик магнитного поля (фиг. 1. и 2) представляет собой подложку 1 из полуизолирующего арсенида галлия с сопротивлением около 10 Ом см и размерами 2 2 0,5 мм, на противоположных сторонах которой известными методами, например газовая или жидкостная эпитаксия, выращены два маг- 15 1иточувствительных элемента 2 и 3 из арсенида галлия и-типа q концентра,:цией носителей 4 10 см . Для под1 ключения датчика к устройству на магниточувствительных элементах известными способами, например, вжиганием сплава индия с оловом в потоке водорода, сформированы омические контакты 4.

МагнитометР (фиг. 3) содержит опи санный датчик 5 магнитного поля, источник б питания с первым выходом

7 с напряжением меньшим и вторым выходом 8 с напряжением большим напряжения примесного пробоя магниточувствительного материала датчика, первый

9 и второй 10 нагрузочные резисторы с сопротивлениями, согласованными с сопротивлениями магниточувствительных элементов, суммирующее устройство 11 ". блок 12 регистрации. Первый элемент 2 датчика магнитного поля 5 соединен с первым выходом 7 источника

6 питания через первый нагрузочный резистор 9, а второй элемент 3 — с вторым выходом 8 через второй нагру 40 зочный резистор 10, один вход суммирующего устройства 11 подключен к второму элементу 3 датчика магнитного поля 5, а второй — к нагрузочному резистору 9 первого элемента 45

2 датчика магнитного поля 5, выход суммирующего устройства 11 соединен с блоком 12 регистрации.

Устройство работает следующим об- 5О разом.

Сопротивление первого элемента 2 датчика магнитного поля 5, подключенного к первому выходу 7 источника б питания с напряжением, меньшим напряжения примесного пробоя, в магнитном поле уменьшается, а сопротивление второго элемента 3, подключенного к второму выходу 8 источника б питания с напряжением, большим примесного пробоя, увеличивается. Это .приводит соответственно к уменьшению и увеличению падения напряжения на элементах 2 и 3 датчика, а также к равному увеличению. и уменьшению падения напряжения на их нагрузоч- 65 ных резисторах 9 и 10. Увеличение падения напряжения на втором элементе 3 датчика 5 магнитного поля суммируется с увеличением падения напряжения на первом нагрузочном резисторе 9 первого элемента 2 датчй » ка 5 магнитного поля с помощью суммирующего устройства 11 и регистрируется блоком регистрации 12. Величину магнитного поля определяют по градуировочному графику зависимости изменения суммы падений напряжений на элементах датчика от магнитного .поля.

При использовании в качестве ис точника 6 питания источника постоянного тока, а в качестве суммирующего устройства 11 устройства, позволяющего суммировать уменьшение падения напряжения на первом элементе

2 датчика с увеличением падения напряжения на втором элементе 3 датчика, магнитометр может .быть реализован без нагрузочных резисторов 9 и 10.

Увеличение чувствительности магнитометра и уменьшение температурной нестабильности нулевого сигнала достигается тем, что величину магнитного поля определяют по сумме изменений падений напряжений на элементах датчика, к которым приложено напряжение, меньшее и большее напряжения примесного пробоя. Чувствитель. ность первого элемента 2 датчика 5 магнитного поля, к которому приложено электрическое поле, меньшее поля пробоя, и сопротивление которого в магнитном поле уменьшается, а с

Я вЂ „, а чувствительность второго элемента 3, к которому приложено электрическое поле, большее поля пробоя, и сопротивление которого уве

gg+ личивается,5 = . Так как величину

+ 3и магнитного поля определяют по сумме изменения падения напряжения на элементах датчика 2 и 3, то чувствительность датчика магнитногО поля S =S +S+ т.е. выше прототипа, Кроме уменьшения температурной нестабильности нулевого сигнала, связанной с возможностью усреднения известными устройствами при питании элементов датчика переменным напряжением, в предлагаемом датчике независимо от вида питающего напряжения происходит дополнительное уменьшение температурной нестабильности нулевого сигнала. Действительно, изменение температуры датчика любыми дестабилизирующими факторами приводит к изменению сопротивления его элементов ЬК -, а следовательно, и падения напряжения на них aU>. Тогда температурное увеличение (уменьшение) падения напряжения на первом .

993178

Формула изобретения

ВНИИПИ Закай 449/61 Тираж 708 Подписное

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðoä, ул.Проектная,4 элементе 2 датчика, 5 магнитного поля, сопротивление которого в магнитном поле уменьшается, приведет к уменьшению (увеличению) изменения падения напряжения, вызванного магнитным полем Ь0 дО„iglJf }. И наоборот, для 5 второго элемента 3 датчика 5 магнитного поля, сопротивление которого в магнитном поле возрастает температурное увеличение ((уменьшение) падения напряжения приведет к увеличе- 1О нию (уменьшению) изменения падения напряжения, вызванного магнитным по-. лем AU4 =Ьф+Ь0+. Суммарное изменение падения найряжения на датчике 5 магнитного поля +« ЬПм A)i w6+ . Видно, что температурное изменение падения напряжения на элементах 2 и 3 датчика при сумьяровании входит с противоположными знаками, что приводит к уменьшению температурной нестабильности нулевого сигнала и в случае равенства температурных коэффициентов сопротивленйя элементов к ее полному исключению.

1. Магнитометр, содержащий магниторезистивный датчик магнитного поля, источник питания и блок регистрации, отличающийся тем, что, с целью увеличения чувствительности и уменьшения температурной нестабильности нулевого сигнала при рабочих температурах ниже

10 К, в него дополнительно включены два нагрузочных резистора, включенные между источником питания и магниточувствительными элементами, и суммирующий блок, выход которого подключен к блоку регистрации, один из входов суммирующего блока подключен к точке соединения магниточувствительного элемента и нагрузочного резистора, а другой вход подсоединен к выходу источника питания.

2. Магнитометр по и. 1,.о т л ич а ю шийся тем, что магниторезистивный датчик выполнен на изолирующей подложке в виде двух магниточувствительных элементов из разных полупроводниковых материалов, расположенных по обе стороны подложки.

Источники информации,. принятые во внимание при экспертизе

1. Афанасьев Ю.В., Студенцов Н.В., Шелкин A.H. Магнитометрические преобразователи, приборы, установки.

"Энергия", 1972, с. 103, 2. Авторское свидетельство СССР g 337741, кл. G01 R 33/02, 1970.