Способ ориентирования магнитного поля радиоспектрометра

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИРЕСПУБЛИК А 1 24/ Ю) 4 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ контроль- может быть агнитоно при изучениих явлений в физа также для ори относительно вн пользова ике твер- ентироваа низ отр оп о тела,шних маг ия системнитиых поле обретения является повысти и уменьшение затрат елью щение точн времени на поля радио образца, а ности орие радиоспект него магни ванне магнитногора относительно спечение возможнитного поля ентир спектроме также об тации ма рометра о носительно внеш ог о поля,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Специальное конструкторско- технологическое бюро Донецкого физико-технического института АН УССР (72) В.Т.Телепа и ВН,Васюков (53) 538.113(088.8)(56) Авторское свидетельство СССР У 811134, кл. С 01 М 24/10, 1981.Авторское свидетельство СССР М 721665, кл. С 01 Ы 24/00, 1980. (54) СПОСОБ ОРИЕНТИРОВАНИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ РАДИОСПЕКТРОМЕТРА(57) Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано при изучении магнитоанизотропных явлений в Физике твердого тела, а также для ориентирования систем относительно внешних Изобретение относится ко-измерительной технике и,801479858 гнитных полей. Целью изобретения вляется повышение точности и умень шение затрат времени на ориентирование магнитного поля спектрометра относительно образца, а также обеспечение возможности ориентации. магнитного поля радиоспектрометра относительно внешнего магнитного поляСпособ включает регистрацию спектра поглощения мощности СВЧ антиферромагнетиком и стабилизацию резонансных условий по величине магнитного поля, производят стабилизацию резонансных условий по величине угла между направлением магнитного поля и осью легкого намагничивания антиферромаг- с нетика за счет создания дополнительного магнитного поля, направленного ортогонально основному магнитному полю спектрометра. 1 э,п. ф-лы,л ил,2На фиг, 1 представлена зависимость интенсивности поглощения СВЧ мощности легкоосным антиферромагнетиком (АФМ) от величины магнитного поля Н и его направления, характеризуемого углом (1; на фиг. 2 блое-схема устройства, реализующего 1способ ориентации;на фиг,3 - зависи мость сигнала на синхронном детекто ре от величины угла (,В данном случае угол 1 характери зует отклонение направления магнитного поля, действующего на АФМ, от направления легкого намагничивания антиферромагнетика. Зависимость ин - тенсивности поглощения 1 от угла чУ, = 100 Гц)носит резко выраженный резонансный характер (фиг. 1) с шириной резонансного поглощения, взятой иа полувысооте интенсивности 6 ы -10 . Малое значение Ь(1 обеспечивает высокую чувствительность системы к отклонению угла от нулевого значения, соответствующего направлению магнитного поля вдоль оси легкого намагничивания АФМ.Система ориентирования для осуществления данного способа содержит (фиг. 2) приемник 1 спектрометра, блок 2 стабилизации резонансных условий по величине магнитного поля, катушки 3 основного магнитного поля спектрометра, катушки 4 компенсирующего магнитного поля, катушки 5 модуляции магнитного поля, блок 6 стабилизации резонансных условий по направлению магнитного поля, катушки 7 дополнительного магнитного поля, катушки 8 модуляции угла ориентации магнитного поля, резонатор 9 и кристалл 10 ромбического антиферромагнетика.Блок 2 стабилизации резонансных условий по величине магнитного поля включает резонансный усилитель 11 на частоте модуляции основного магнитного поля И,; синхронный детектор 12, переключатель 13, усилитель 14 мощности и генератор 15, генерирующий напряжение с частотой Я,. Блок 6 стабилизации резонансных условий по направлению магнитного поля включает реэопансный усилитель 16 на частоту модуляции дополнительного магнитного поля Я, синхронный детектор 17, переключатель 18, усилитель 19 мощности, генератор 20 частоты И, опорное сопротивление 21 и устройство 22 поворота, осуществляющее разворот системы катушек 3, 4, 5, 7 и 8 относительно резонатора 9 либо разворот системы катушек 3, 4, 5, 7 и 8 с жестко закрепленным относительно них резонатором 9. вокруг вертикальной оси, проходящей через центр резонатора 9. Ось катушек 7 и 8 ортогонально закреплена относительно оси катушек 3, 4 и 5. Основное магнитное иоле спектрометра и дополнительное модулируются с частотами Я И , различающимися на несколько порядков (например, Ь;, = 100 Гц,5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 При появлении тока в катушках 7 или 8 вдоль оси У возникает магнитное поле Н , которое, складываясь с компонентой поля Н, создаваемого катушками 3, 4 и 5, приводит к от.клонению результирующего магнитного поля Н от оси Х. Подавая на катушки 8 переменное напряжение с частотой я, можно промодулировать вектор результирующего магнитного поля Н, по углу (1 . Детектируемый синхронным детектором 17 сигнал зависит от величины угла Ц отклонения Нот оси легкого намагничивания (01 Ц 1) кристалла АФМ и имеет форму, представленную на фиг. 3. Если направление магнитного поля системы изменяется в интервале углов Щ вблизи ОЛН АФМ, то на выходе синхронного детектора 17 наблюдается сигнал, про порциональный углу отклонения, который, будучи поданным через усилитель мощности 19 на катушку 7, создает дополнительное магнитное поле, параллельное оси У, такое, что результирующее магнитное поле Нбудеть иметь направление, совпадающее с 011 Н АФМ.При этом на сопротивлении 21 возникает напряжение, пропорциональное (1 , которое может быть подано на регистрирующий прибор, либо на устройство 22,поворачивающее магнит.Способ ориентации осуществляется следующим образом.Первоначально устанавливают зна/ чение основного магнитного поля спектрометра в пределах ширины ДН резонансной линии вблизи значения поля спин-флоп перехода Н . Вращая магнитную систему относительно резонатора, устанавливают угол ( в пределах ширины 511 вблизи нулевого значения первой производной по. углу от поглощения СВЧ поля. Включение переключателя 13 обеспечивает срабатывание автоподстройки резонансных условий по величине магнитного поля, Включение переключателя 18 приводит к возникновению на выходе синхронно- го детектора 17 сигнала автоподстройки по углу (/ , и устройство 22 поворота системы поворачивает систему магнитных катушек до совпадения напряжения Н с осью легкого намагнийчивания АФМ.Если вместо устройства 22 поворота магнита установить достаточно точтолько в том случае, если компонента вдоль оси У отлична от нуля (магнит будет поворачиваться до тех пор,5пока ОЛН не совпадет с направлениемвнешнего магнитного поля),Таким образом, предлагаемый способ позволяет значительно сократитьзатраты времени на ориентацию эа1 р счет обеспечения возможности автоматизации процесса ориентации. Крометого, использование высокоанизотропных магнитных свойств антиферромагнетика обеспечивает высокую точностьориентации магнитной системы. Формула из обр ет ения 20 ного поля радиоспектрометра, основанный на фиксировании спектра поглощения мощности СВЧ антиферромагнетиком, модулировании величины магнитного поля радиоспектрометра, соз даваемого катушками, синхронно счастотой модуляции величины магнитФного поля, детектировании сигнала антиферромагнитного резонанса (АФМР)и создании дополнительного магнитногс ЗО поля, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повышения точности иуменьшения затрат времени на ориентирование магнитного поля радиоспектрометра относительно образца, одновременно с модупированием магнитного поля по величине, модулируют направление магнитного поля радиоспектрометра синхронно с частотой модуляции направления магнитного поля, 4 О и создают дополнительное магнитноеполе, ортогональное магнитному полюсистемы, величина которого пропорциональна сигналу АФМР, продетектированному по частоте модуляции направ ления2. Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью обеспечения возможности ориентации магнитного поля радиоспектрометра относи О тельно внешнего магнитного поля, фиксируют спектр поглощения мощностиСВЧ антиферромагнетика, жестко закрепленного относительно катушек радиоспектрометра. 5 14 798 5 Яный регистрирующий прибор (вольтметр), то механически вращая системумагнитных катушек относительно резонатора и контролируя сигнал на сопротивлении 21, можно так же точно,как и в прототипе выставить направление магнита вдоль ОЛН кристаллаАФМ, но при этом значительно сокращается время, затрачиваемое на ориентацию.Если сигнал автоподстройки углаподан на устройство 22, поворачивающее систему, то система автоматически занимает направление,при котороммагнитное поле, создаваемое катушками 3 и 4, будет направлено вдольОЛН кристалла АФМ.Если после ориентирования системывдоль ОЛН кристалла АФМ резонатор жестко закрепить относительно магнитнойсистемы, то система в целом можетбыть использована как чувствительныйэлемент к направлению внешнего магнитного поля.При внешнем магнитном поле, направленном вдоль оси Х .(в данном случае и вдоль ОЛН кристалла АФМ), срабатывает автоподстройка величины магнитного поля, При этом сигнал автоподстройки по углу равен нулю и направление системы в пространстве сохраняется.При внешнем магнитном поле, направленном ортогонально оси Х (перпендикулярно ОЛН АФМ), возникаетрезультирующее магнитное поле Н , отклоненное от ОЛН кристалла АФМ, 11 риэтом на выходе синхронного детектора1 возникает сигнал, пропорциональный углу ч отклонения Н от ОЛН,который, поступив на устройство 22 .поворота системы, поворачивает систему совместно с резонатором до техпор, пока ОЛН кристалла АФМ не совпадает с осью внешнего магнитного поля.Работу системы ориентации в случае направления внешнего магнитногополя при произвольном угле к ОЛН мож.но понять на предыдущих двух примерах, если разложить внешнее магнитное поле на две компоненты: однувдоль ОЛН, а другую - ортогональноей. Поворот системы осуществляется 1. Способ ориентирования магнитРедактор Л.В С. Ше кмар Производственно в издательск комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 аказ 2537/43НИИПИ Государствен113 Тираж 790о комитета по и Москва, ЖПодписное бретениям и отк аушская наб., д тиям при ГКНТ СССР4/5