Устройство для измерения градиентамагнитного поля

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалистических Реслублик(22) Заявлено 300579 (21) 2771271/18-21 Кз а 01 К 33/022 с присоединением заявки М Государствеииый комитет СССР по делам изобретеиий и открытий(72) Авторы изобретения Институт космических исследований природных ресурсов АН Азербайджанской ССР(71) Заявитель Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения градиентов магнитных полей,Известно устройство для обнаружения неоднородности магнитного поля,5 содержащее два полупроводниковых потокочувствительных элемента, соединенных параллельно между собой и пос" ледовательно с источником питания, причем боковые контакты элементов соединены с измерительным прибором.При нахождении одного из потокочувствительных элементов в поле, инвертированном по отношению к остальному, по возникновению выходного нап ряжения определяют наличие магнитно" го поля противоположного направления 11.Недостатком этого устройства является его нечувствительность к ма льм градиентам в области сильных маг" нитных полей из-за стремления к на-.сыщению магнитосопротивления потокочувствительных элементовИзвестно также устройство для измерения градиента магнитного поля, содержащее потокочувствительные полупроводниковые элементы и резисторы, включенные по мостовой схеме, в одну диагональ которой включен регистри рующий прибор, а в другую - источник питания. При отсутствии магнитного поля, а также в однородном поле, сопротивления обоих высокочувствит льных элементов одинаковы и показание измерительного прибора равно нулю. Корректировка нуля отсчета производится с помощью переменных резисторов При помещении полупроводниковых элементов в исследуемое магнитное поле, сопротивление последних меняется, а при наличии градиента изменения различны, что и регистрирует измерительный прибор Г 23Недостатком устройства является его нечувствительность к мальм градиентам сильных магнитных полей, обусловленная насыщением магнитосопротивления потокочувствительных элементов.Цель изобретения - повьыение чувствительности устройства к малым градиентам сильных магнитных полей.. Цель достигается тем, что в устройство для измерения градиента магнитного поля, содержащее потокочувствительные полупроводниковые элементы и резисторы, включенные по мостовой схеме, в одну диагональ которой включен регистрирующий прибор, ав другую - источнйк прямоугольных импульсов, дополнительно введены диод,линия задержки и коммутатор, при этом германиевого диода, составляющее 20-100 мкС,Значения соиротввленйй 1 - 4 иобратного сопротивления диода б мож"зависеть только от сопротивления маг" 60 но подобрать так, что скорость спадапослеинжекционной ЭДС И (В) будет ниторезисторов 1 и 2 (й), тогда при фиксированном значевии 1, она будет экспонеициально зависеть от сопротивлений магниторезисторов 1 и 2. В слу"чае отсутствия градиента исследуемо- б 5 источник импульсного напряжения подключен к одной диагонали моста черездиод в прямом направлении, а к другой - через линию задержки и комму(атор включенные в измерительную диагональ моста последовательно с регистрирующим прибором.На чертеже показана схема устройства,Устройство состоит иэ двух полупроводниковых элементов магнитореэисторов 1 и 2 и резисторов 3 и 4, со"единенных по мостовой схеме, импуль"сного источника 5 прямоугольных импульсов, подключенного к одной диагонали моста через диод б, включен-.ный в прямом направлении, а к другойчерез линию задержки 7 и коммута"тор 8, включенные последовательно с Орегистрирующим прибором 9 в измерительную диагональ моста.Устройство работает следующим об"разом,При прохождении импульса пррямого 25тока от источника 5 через диод б, напоследнем накапливается заряд, который рассасывается после окончаниядействия импульса. Величина накопленного заряда и скорость его расса- ЗОсывания будут зависеть от коэффициента инжекции диода б. и времени жизниинжектированных носителей, Этот накопленный заряд проявляется во внешней цепи как послеинжекционная ЭДС,скорость спада которой определяетсярекомбинацией и утечкой носителейзаряда через внешнюю цепь. В случае,если времена жизни неосновиых носителей больше постоянной времени внешней цепи, скорость спада послеинжек" 4 Оционной ЭдС определяется следуюйамсоотношеииемгде О(о) - напряжение на дйоде в момент окончания импульса 45прямого токаС, - барьерная емкость диода,обычно равна 100-200 вФ;В - аквивалентное сопротивление цепку через которое . 5 Ощоисходит расаасываниезаряда;- время задержки, задаваемое линией задержки для го магнитного поля, в любой момент времени, задаваемый линией задержки 7 и коммутатором 8, сопротивления магнитореэисторов 1 и 2 одинаковы и показания регистрирующего прибора 9 равно нулю. При наличии градиента магнитного поля изменения сопротивлений.магниторезисторов 1 и 2 различны, что и регистрирует прибор 9. В сильных магнитных полях магнитосопротивления стремятся к насыщению, а так как послеинжекцнонная ЭДС экспоненциально зависит от магнитосопротивления (й) магниторезисторов 1 и 2, что незначительное изменение последнего вызывает экспоненциальный рост выходного сигнала, что дает возможность измерять малые градиенты сильных магнитных полей. Послеинжекционная ЭДС И (С) быстро растет с ростом магнитосопротивления в области где 1В С . Таким образом., сверхлинейный рост выходного сигнала от магнитосопротивления (напряженности магнитного поля) .будет сохраняться до значений его порядка 10 ом, Такая сверхлинейная зависимость выходного сигнала от магнитосопротивления обеспечивает воэможность измерения малых градиентов сильных магнитных полей. При больших абсолютных значениях магнитной индукции, когда происходит значительное увеличение магнитосопротивления магниторезисторов 1 и 2, для измерения малых градиентов корректировку нуля отсчета производят уменьшением величины барЬЕрной емкости (С ) диода б и его обратного сопротивления с помощью небольшого смещения диода б в прямом направлении или его подсветкой. Для точного измерения градиента магнитного поля необходимо, чтобы линейные размеры потокочувствительных полупроводниковых элементов были меньше, чем их базовое расстояние. Для существующих магниторезисторов, подбор их начального сопротивления осуществляют по длине полоски при приемлимых значениях ее ширины и толщины, обычно ддица пОлуПроводииковЫх полосок, используемых в магнитометрии, составляет 10-20 мм, Уменьшение длины полоски приводит к малым значениям ее начального магнитосопротивлввия и соответственно к его незначительным изменениям в магнитном поле еДанное устройство позволяет измерить малые градиенты при малых начальных значениях сопротивления магниторезисторов иэ-за сверхлинейноя зависимости выходного сигнала от магнитосопротивления в широком диапазоне значений и увеличении крутизны этой зависимости при уменьшении магнитосопротивленияТакое преимущество позволяет уменьшить линейные размеры потокочувствительных элемен; изобретенийЖ, Раушск Пмитета СССРоткрытийнаб д. 4 е ВНИИПИ Го по .дел 035, Москвент 1, г. П илиал роду Уле Проектн тов и повысить точность измерения градиентов магнитного поля, и тем самьм, получить точное описание топографии исследуемого магнитного поля в широком интервале значений магнитной индукции.Формула изобретения Устройство для измерения градиента магнитного поля, содержащее потокочувствительные полупроводниковые элементы и резисторы, включенные по мостовой схеме, в одну диагональ, которой включен регистрирующий прибор, а в другую - источник прямоугольных импульсов, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повыаения чувствительности устройства к малин градиентам сильных магнитных полей, в него дополнительно введены диод, линия задержки и коммутатор, при этом источник импульсного напряжения подключенк одной диагонали моста через диодв прямом направлении, а к другой -через линию задержки и коммутатор,включенные в измерительную диагональмоста последовательно с регистрирующим прибором.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент Сйй Р 3973182,кл. 324-45, 1971,2, Вайсс Г. Физика гальваномагнитных полупроводниковых приборов и15 их применение. фЭнергия, М, 1974,с 265-267