Магнитометр

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ С,оюз СоветскыхСоциалистическихРеспубики по 993178(61) Дополнительное к авт. свид-ву- (22) Заявлено 140581 (21 3287198/18-21 с присоединением заявки МЩ М. Кл.з 601 й. 33/02 Государственный комитет СССР по делам изобретений н открытий(ЗЗ УДф 621. 317. 441088.8) Дата опубликования описания 30,01.83 М.Г.Лукашевич, Т.А.Лукашевич и В,Ф.Стельмах.(72) Авторы изобретения Белорусский ордена Трудового Красного Энамейигосударственный университет им.В.И.Ленина(,54 ) МАГНИТОМЕТР 1лИзобретение относится к областимагнитных измерений и может использоваться в радиопромышленности приизготовлении магнитометров для изме.рения магнитных полей при криогенных температурах,известен магнитометр, содержащийполупроводниковый магииторезистивныйдатчик магнитного поля, источникпитания и измеритель сигнала датчика 1 .Недостатком устройства являетсянизкая стабильность нулевого сигналаи невысокая чувствительность, опре-.деляемая лишь увеличеныем в магнитном поле сопротивления магниторезистивного датчика.- Известен также магнитометр с повышенной.стабильностью нуЛевого сигнала, содержащий магниторезистивныйдатчик с дополнительными электродами,шунтирующими поле Холла и попеременно подключаеяями, например с помощьюреле, к различным нагрузкам, источникпитания и блок регистрации 2 1,Недостатком известного магнитометра является невысокая чувствительность, в том числе и при криогенныхтемпературах, принципиально не могущая превышать чувствительность выше описанного, так как для измерениявеличины магнитного поля в нем используется тот же физический эффект,а именно, изменение сопротивлениядатчика в магнитном поле. Цель изобретения - увеличениечувствительности и уменьшение,температурной нестабильности нулевогосигнала при рабочих температурах ни.же 10 К.Поставленная цель достигаетсятем, что в магнитометр, содержащиймагниторезистивный датчик магнитного поля, источник питания и блокрегистрации, дополнительно включеныдва нагрузочных резистора, включенные между источником питания имагннточувствительными элементами,и суммирующий блок, выход которогоподключен к блоку регистрации, одиниэ входов суммирующего блока подключен к точке соединения магниточувствительного элемента и нагрузоч ного резистора, а другой вход подсоединен к выходу источника питания.Магниторезистивный датчик выполненна изолирующей подложке в виде двухмагниточувствнтельных элементов из ЗО разных полупроводниковых материаловрасположенных по обе стороны подложки.На фиг, 1 схематически изображенвариант выполнения принципиальногоэлемента магнитометра - датчика магнитного поля, на Фиг. 2 - разрез А-А 5на фиг. 1; на фиг. 3 - функциональная схема магнитометра,Датчик магнитного поля (Фиг. 1.и 2 представляет собой подложку 1из полуизолирующего арсенида галлия .1 Ос сопротивлением окоо 10 Ом см иразмерами 2 2 ф 0,5 мм, на противоположных сторонах которой известнымиметодами, например газовая или жидкостная эпитаксия, выращены два маг1 иточувствительных элемента 2 и 3 изарсенида галлия и-траконцентра,цией носителей 410 см . Для подключения датчика к устройству намагниточувствительных элементах известными способами, например, вжиганием сплава индия с оловом в потокеводорода, сформированы омическиеконтакты 4,Магнитометр (Фиг. 3) содержит описанный датчик 5 магнитного поля,источник б питания с первым выходом7 с напряжением меньшим и вторым выходом 8 с напряжением большим напряжения примесного пробоя магниточувствительного материала датчика, первый9 и второй 10 нагрузочные резисторыс сопротивлениями, согласованными ссопротивлениями магниточувствительных элементов, суммирующее устройство 11 и блок 12 регистрации. Первыйэлемент 2 датчика магнитного поля 5соединен с первымвыходом 7 источникаб питания через первый нагрузочныйрезистор 9, а второй элемент 3 - свторым выходом 8 через второй нагру 40зочный резистор 10, один вход суммирующего устройства 11 подключен квторому элементу 3 датчика магнитного поля 5, а второй - к нагрузочному резистору 9 первого элемента 452 датчика магнитного поля 5, выходсуммирующего устройства 11 соединенс блоком 12 регистрации,Устройство работает следующим об- о 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 ных резисторах 9 и 10. Увеличениепадения напряжения на втором элементе 3 датчика 5 магнитного полясуммируется с увеличением падениянапряжения на первом нагрузочном резисторе 9 первого элемента 2 датчЬка 5 магнитного поля с помощью суммирующего устройства 11 и регистрируется блоком регистрации 12. Величину магнитного поля определяют поградуировочному графику зависимостиизменения суммы падений напряженийна элементах датчика от магнитногополя.При использовании в качестве источника б питания источника постоянного тока, а в качестве суммирующего устройства 11 .устройства, позволяющего суммировать уменьшение падения напряжения на первом элементе2 датчика с увеличением падения напряжения на втором элементе 3 датчика, магнитометр может быть реализован без нагрузочных резисторов 9и 10.Увеличение чувствительности магнитометра и уменьшение температурнойнестабильности нулевого сигнала достигается тем, что величину магнитного поля определяют по сумме изменений падений напряжений на элементах датчика, к которым приложенонапряжение, меньшее и большее напряжения примесного пробоя, Чувствительность первого элемента 2 датчика 5магнитного поля, к которому приложено электрическое поле, меньшееполя пробоя, и сопротивление которого в магнитном поле уменьшается,ас5, а чувствительность второгоэлемента 3, к которому приложеноэлектрическое поле, большее поляпробоя, и сопротивление которого увеЗИ+личивается,5:. Так как величину+ Эимагнитного поля определяют по суммеизменения падения напряжения на элементах датчика 2 и 3, то чувствительность датчика магнитногО поля 5 =5 +5+т.е. выше прототипа,Кроме уменьшения температурнойнестабильности нулевого сигнаЯа, связанной с возможностью усредненияизвестными устройствами при питанииэлементов датчика переменным напряжением, в предлагаемом датчике независимо от вида питающего напряженияпроисходит дополнительное уменьшениетемпературной нестабильности нулевого сигнала. Действительно, изменение температуры датчика любымидестабилизирующими факторами приводит к изменению сопротивления егоэлементов ЬК-, а следовательно, и па.дения напряжения на них АО . Тогдатемпературное увеличение (уменьшение) падения напряжения на первом993178 элементе 2 датчика 5 магнитного поля,сопротивление которого в магнитномполе уменьшается, приведет к уменьшению ( увеличению) изменения падениянапряжения, вызванного магнитнымполем ЬЦ дО+ЬЦ). И наоборот, для 5второго элемента 3 датчика 5 магнитного поля, сопротивление которогов магнитном поле возрастает температурное увеличение (уменьшение) падения напряжения приведет к увеличе Онию уменьшению)изменения падениянапряжения, вызванного магнитным по-лем ЬО =ЬОф+ЬО+. Суммарное изменениепадения найряжения на датчике 5 магнитного поля Ьщ 0 ад% В)фкцб,уф, Видно, что температурное изменение падения напряжения на элементах 2 и 3 дат.чика при сумьяровании входит с противоположными знаками, что приводитк уменьшению температурной нестабильности нулевого сигнала и в случаеравенства температурных коэффициентов сопротивленйя элементов к ееполному исключению,Источники информации,.принятые во внимание при экспертизе1. Афанасьев Ю.В., Студенцов Н.В.,Шелкин А., Магнитометрические преобразователи, приборы, установки,"Энергия", 1972, с. 103,ЗО 2. Авторское свидетельство СССРр 337741, кл. 6018 33/02, 1970. Формула изобретения каз 449/61 Тираж 708 Подписн НИИП Филиал ППП "Патент", г,ужгород, ул.Проектная 1. Магнитометр, содержащий магниторезистивный датчик магнитного поля, источник питания и блок регистрации, о т л и ч а ю щ и й с я 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 щ и й с я тем, что магниторезистивный датчик выполнен на изолирующей подложке в виде двух магниточувствительных элементов из разных полупроводниковых материалов, расположенных по обе стороны подложки.