Устройство для измерения амплитуды импульсного магнитного поля и способ, его реализующий

Союз Советски кСоциалистичесиинРеспублик ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ и 918907(51)М. Кл. С О 1 й 33/06 с присоелинениеи заявкиГасударственный комитет СССР(23) Приоритет по делам нэабретений и открытий(72) Авторы изобретения ов Особое конструкторское бюро при институте АН Узбекской ССР и Фиинститут АН Узбекской ССР 7) Заявите(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ АМПЛИТУДЫ ИМПУЛЬСНО МАГНИТНОГО ПОЛЯ И СПОСОБ ЕГО РЕАЛИЗУЮЩИЙ и то ожно отн ости изм м ограни трации м льсной Э статка енияно. Кр что повышение тоц вышеуказанным пут ме того, для реги ного значения имп ходимо создание д радиоэлектронной".ималь- необ- ложной таточноемы,Изобретение относится к магнитоизмерительной технике и может быть использовано для измерения амплитуды импульсного магнитного поля.Известен датчик Холла, выполненный в виде структуры типа металл - диэлектрик - полупроводник (металлокисел-полупроводник), в котором металл выполняет роль затвора относительно полупроводника, Изменение потенциала затвора приводит к появлению тонкого проводящего инверсионного слоя на поверхности датчика. Малые толщины инверсионных слоев обуславливают увеличение отношения ЭДС Х. лла и ЭДС индукционной навод" ки 11 1 Известен способ непосредственного измерения датчиком Холла импульсного магнитного поля путем регистрации импульсного напряжения Холла 1 21,Недостатком способа является большая погрешность измерения, вследствие наличия на выходных электродах ЭДС индукционной наводки, уровень которой при малых длительностях импульсов может превышать величину ЭДС Холла. Кроме того, компенсация возникающей в выходной цепи датчика индукционной наводки сложна, вследствие необходимости согласования не только амплитуды, но и фазы и частоты сигналов, при этом, вследствие частотной зависимости полного сопротивления цепи компенсации, осуществима только при фиксированных значениях частот магнитного поля, кроме того, практически не всегда применима, например.при измерении амплитуды одиночных и редкоповторяющихся импульсов. При больших длинахподводящих проводов (порядка 100 м), площади индукционных петель, как правило, оказываются очень большими (порядка 20-80 мм), Это приводит к увеличению уровня паразитной наводки, что при заданной точности компенсации связано с увеличением абсолютного уровня нескомпенсированной цасти наводки, и следовательно, с уменьшением точности измерения. 10Цель изобретения - повышение точности измерения.Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения амплитуды импульсного магнитного по ля, содержащем датчик Холла с токовыми и холловскими электродами, выполненными в виде полупроводниковой пластины, нанесенной на слой диэлектрика, в него введен слой ферромагнит ного материала, на котором укреплен слой диэлектрика.Цель достигается согласно способу реализующему устройство, заключающемуся в том, что предварительно раз 25 магничивают слой ферромагнитного материала, а ЭДС Холла измеряют по окончании воздействия импульса магнитного поля.На фиг, 1 показана схема структуры во время воздействия импульса магнитного поля с напряженностью Н 4, на фиг. 2 - то же, по окончании воздействия этого импульса; на фиг. 3 схема включения структуры при использовании в качестве активной проводящей пластины Холла инверсионного слоя полупроводника; на фиг. 4 - граФик зависимости уровня постоянного холловского напряжения от амплитуды. 40Схема структуры ферромагнетик - диэлектрик - проводник во время воздействия импульса магнитного поля с амплитудой напряженности Н 4 (фиг.1) состоит из монокристаллической полу проводниковой пластины 1, слоя диэлектрика 2 (так как в качестве монокристаллической пластины используется эпитаксиальный слой, то в качестве диэлектрика выступает полуизо 50 лирующая подложка), ферромагнитногоматериала 3При воздействии на структуру импульса с амплитудой напряженности Н 4 в Ферромагнитном материале 3 возни кает индукция В 4, По окончании воздействия импульса с амплитудой Н 4 индукция в ферромагнитном материале 073 уменьшится до значения остаточнойиндукции В 14(фиг,2). В разомкнутомвоздушном зазоре, находящемся междуполюсами намагниченного ферромагнитного материала, возникнет индукцияВ которая приводит к возникновению постоянной во времени ЭДС ХоллаО,., по которой определяется макси-.мальное значение амплитуды импульсамагнитного поля.Схема включения структуры (фиг 3)при использовании в качестве активной проводящей пластины Холла инверсионного слоя полупроводника, т.е,на токовые электроды подано напряжение питания, с холловских электродовснимается ЭДС Холла, а на ферромагнитный материал подано смещение напряжения, Ферромагнитный материалиспользуется в качестве затвора, потенциал которого отличен от потенциала полупроводника,Данный способ измерения амплитудыимпульсного магнитного поля можноприменять и при использовании в качестве активной пластины датчика обычныхмонокристаллических слоев. В этомслучае ферромагнитный материал может быть непроводящим.Ферромагнитный материал наиболеецелесообразно использовать а формеплоской пластины с размерами, совпадающими с размерами активной пластины, так как при этом остаточная индукция будет пронизывать всю площадьактивной пластины датчика. Повышение уровня измеряемой ЭДС Холла притакой Форме магнитного материаламожно достичь за счет применения высокоэрцитивных сплавов.Создание структуры металл - диэлектрик - полупроводник осуществляется известными методами, напримернапылением ферромагнитного сплавана окисную изолирующую пленку, осажденную на поверхность полупроводника. Выбор ферромагнитного материалаи его толщина определяется формойпетли гистерезиса, необходимой дляобеспечения возможности измеренияв заданном диапазоне магнитных полей.Экспериментальное определениеамплитуды магнитного поля проводится по предварительно. снятым калибровочным кривым зависимости уровня поспостоянного холловского напряженияот амплитуды, в частности (Фиг,4)для импульса магнитного поля с длительностью 1", = 10 с.Опробование способа ведется путем монтажа на эпитаксиальном датчике Холла с размерами активной области 10 х 5 к О, 01 ммферромагнитного материала с размерами 10 х 5 х(3-10) мм. ЭЪОпределение максимагьной амплитуды ийпульсов магнитного поля прямоугольной и пилообразной формы данным способом производят на кремниевых пластинах Холла с использованием 510 в качестве диэлектрика и магнитно-твердого сплава Сц-й 1-Со типа Кунико. Погрешность измерения не зависит от временных параметров импульса при исследованных длительностях свыше 10 с и определяется в основном погрешностью снятия калибровочной кривой 0 = 1(Н), равной 0,53 в диапазоне 1-10 кЭ. Регистрация ЭДС Холла осуществляется микро- вольтметром постоянного напряжения. Использование предлагаемого споФ соба позволяет полностью устранить погрешность измерения, связанную:с наличием индукционной наводки и существенно упростить схему регистрации. Формула изобретения 1. Устройство для измерения амплитуды импульсного магнитного поля,5 содержащее датчик Холла с токовымии холловскими электродами, выполненный в виде полупроводниковой пластины, нанесенной на слой диэлектрика,о т л и ч а ю щ е е с. я тем, что, сцелью повышения точности измерения,в него введен слой ферромагнитногоматериала, на котором укреплен слойдиэлектрика.2. Способ, реализующий устройство по п.1, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что предварительно размагничивают слой ферромагнитного материала,а электродвижущую силу Холла измеряют по окончании воздействия импуль 20 са магнитного поляИсточники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Вайсс Г. Физика гальваномагнитных полупроводниковых приборов и их25 применение. И., "Энергия", 1971,с. 83-85.2. Кобус Л., Тушинский И,Я. Датчики Холла и магниторезисторы. И.,918907 гюФиг, 4 Составитель Г,ЗмиевскаяТехред М. Гергель Редактор Н,Гунько Корректор М.йемчик Подписное Ф цю;н 1 1 ПП "Па гент",. ужгород, ул. Проектная,г Заказ 2133/30 Тираж 719 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Моснва, Ж, Раушская наб., д. Й/5