Устройство для измерения параметров цилиндрических тонких магнитных пленок

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ИЯ 536449 Союз Советских Социалистических Республик(21) 2165773 Заявлено заяв с п исоединени Приоритет -осударственнын комите овета Министров ССС 53) УДК 621,317,44(43) Опублик (45) Дата опу ано 25,1 ет нь Ъе7.02.77 о делам изобретеии и открытий(71) Заявител 54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЛИНДРИЧЕСКИХ ТО Изобретение относится к области неразрушающего котроля качества и свойств ферромагнитных материалов и предназначено для измерения параметров цилиндрических тонких магнитных, пленок (ЦТМП).Известны устройства для измерения магнитных свойств ферромагнитных пленок, в которых для исследования магнитных параметров цилиндричаских ферромагнитных пле. иок используется мвридиальный и экватори. альный и магнитооптические эффекты Керр 13В этих устройствах используется динамический,метод измерения, что позволяет недо. средственно наблюдать петли гистерезиса на экрае осциллографа, снятые при намагничивании участков плешси вдоль легкого и трудного направлений. Из этих петель определяют коэрцитивную силу (Нс) и поле анизотропии (Нк).Однако определение параметров участков ЦТМП на экране осциллографа по петлям гистерезиса, а также наблюдение сигнала сцитьвания с пленки на экране осциллографа в известных устройствах приводит к тому, что процесс измерения при этом длителен и точность его зависит от фиксации оператором контрольных точек на экране осциллографа.Известе также прибор дланя измерения поля анизотропии (Нк) участков цилипдри. МЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРО Х МАГ Н ИТ Н ЪХ ПЛ Е НО ческих тонких магнитных пленок, содержащий генератор синусоидального напряжения,усилитель мощности, проходной датчик и избирательный усилитель, соединеннье после5 довательно, а также модулятор, выход кото.рого подключен к усилителю мощности, иблок регстрации Я,Однано неоднозначность моментов срабатывания спусковой схемы сравнения блока0 регистрации от текущего значения амплитудь.напряжения третьей гармоники при одних итех же значениях поля анизотропии участковпленки из-за разброса их магнитных свойств(индуквии В), определяющих амплитуду текущего значения напряжения третьей гармоники, вторичной э. д. с не обеспечивает достаточной точности результатов контро,пя,Цель изобретения - повышение точности.Достигается это тем, что устройство дляизмерения параметров цилпндрически:с топ.ких магнитных пленок, содержащее генераторсинусоидального папрчжения, усилитель мощности, про.содой датчик и избирательныйусилитель, соединенные последовательно, итакже модулятор, выход которого подключск усилителю мощности, и блок регистрапип,снабжено последовательно соединенными формирователем управляющего напряжения, управляемым ключом, последовательно соеди 0 неными вторым формирователем удравляю.щего напряжения ц вторым источником намагнцчивающего тока, причем вход первогоформирователя подключен,к выходу избирательцого усилителя, вторые входы управляемых ключей подключены к выходу ус:1 лцтелч 5мощности, выход, первого кл 1 оча, соединенный с входом второго формирователя подключен к одному входу блока регистрации, авыход другого ключа подключен к другомувходу блока регистрации, один Выход цстоцнт 1 ка,нямагничивающего тока подключен квходу модулятора, а другой выход источникацамагничцвающе:о тока и вь 1 ход олска реги.страцци подключены к контролируемомуобразцу,15На фиг. 1 приведена блок-схема устройства;:на фцг. 2,а изображена кривая намаг.нцчивяння пленки по осц легкого намагничивания и график измецет 1 ия ъ 1 агнцтных полейпо этой кривой при измерении коэрцптивноцсилы (Нс) и на фиг, 2, б - ,кривая намагничивания пленки по оси трудного намагнцчцва.ния ц график измене;1 ия,во времени амплцту.ды синусоидального намагничивающспо поля;ца фиг. 3 приведена временная диаграмма напряжений в различных функциональных узлах устройства, поясняющая работу схемы.Бло 1 к-схема устройства (см. фцг. 1) содер.жит Генератор сицусоидяльнОГО няпряжен 111, усилитель мощности , проходной датчик 303, избирательный усилитель 4, модулятор 5,первый формирователь упряВля 1 оптего И 11 пряженця 6, первый управляемый ключ 7, второйформирователь управляющего Напряжения 8,второй управляемый ключ 9, источник намаг. 35нцчивающего тока 10, блок регистрации 11 исхему включения образца ЦТМП 12 с контактнымц зажцмамц 13 и 14, образцсм ЦТМ 1115 ц ргз,исторо,м 16.Устройство работает следующим образом. 40С помощью источника намагничттвающеготока 10 создается импульс кругового, магнитного поля вокруг образца ЦТМП в направлении легкого намагничивания (см. фиг. 2, а)и цамагцичцвающего пленку до насыщения 45в одно цз устойчивых состояний, а также запускается модулятор 5, осуществляющий,пилообразну 1 о модуляцию намагпичивающеготока.С помощью генератора 1, усилителя мощности 2 и датчика 3 создастся переменноесинусоидальное поле (см, фиг. 2, б), перемагничивающее испытуемые участки пленки, припомещении образца ЦТМП в отверстие датчи 1 ка, до насыщения, вдоль трудной оси намагцичивания.При,воздействиц 11 я участок пленки намагнпчивающего поля Нт индукция (В) в,нейоудст Изменяться по Гармоническому законутолько на линейном участке кривой нямагни 60чивания, На втором участке кривой (в пасыщении) индукция в пленке не будет изменяться по гармоническому закону и в ее со.ставе появятся гармоничеокце составляютцие.В составе,напряжения вторичной обмотки 65 датчика 3 также появятся высшие гармоники, из которых наибольшей амплитудой обладает третья гармоника.Момент появления в составе индукцит участков пленки и в напряжении вторич 11 ой оомотки датчика 3 высших гармони 1 к при пе ремагничивании пленок синусоидальным полем,вдоль трудной оси намагничивания д 1 насыщения свидетельствует о величине намагничивающего поля, равного полю аиизотропии.Для измерения используется панряженцс, пропорц 1 иональное намгничивающему току, создающему в проходном датчике 3 намагнцчивающее поле, и регистрируется амплитуда этого напряжения в момент, когда намагничивяющее поле при перемягничива 1 тиц участков:плет 1 ки до насыщения в трудном направ леиии достигает значения, равного полю анн зотропии участков,пленками и в составе напряжения вторичной обмотки датчика появляются гармонические составляющие, из которых выделяется третья Гар 1 моника и фиксируется начало непрерывного роста амплитуды ес текущего значения.Так как намапничивяющее поле при перемагничивании участков пленки до пясь 1 щония Вдоль трудноЙ Оси нямятничиВяния изменяется по амплитуде, вследствие модуляции цамагничИвающепо тока (см. фиг, 2,б), то его величина в определенный момент достиГае Г значения, равного полю янизотропиц.Постоянный ток регулируемой величины с выхода блока регистрации 11 поступает в образец ЦТМП и создает круговое магнитное поле противоположной полярности и 1 мпульсному полю, созданному током источника 10. Происходит разрушение остаточной индукции пленки,вдоль оси легкого намагничивания (см. фиг. 2, а) и уменьшение напряжения третьей гармоники вторичной э. д, с.При разрушении до нуля остаточной индукц 1 ии пленки по оси легкого намагничивания постоянным полем регулируемой величины, перемагничивания пленки по Оси трудного намагничивания переменным синусоидаль. ным полем не происходит и гярмон 1 ических составляющих в индукции пленки не появляется. Гармонических составляющих во вторичной э. д. с обусловленных потоком перемагничивания пленки, также не появляется.Таким образом момент отсутствия гармонических составляющих в,индукции пленки и во вторичной э, д. с, при ,пвремагничивании пленки сцнусоидяльным полем по оси трудного намагничивания и разрушении до нуля остаточной индукции пленки постоянным полем ло оси легкого 1 намагничивания свидетель ствует о величине разрушающего поля, рав. ного,коэрцити 1 вной силе пленки (см. фиг. 3, в).Напряжение, пропорциональное намагничивающему току с выхода усилителя мощности 2, лоступает на вход управляемых ключей 7 и 9,;которые,в зависимости от условий работы формирователей б и 8, пропускают или задерживают прохождение этого напря 536449жения ца соотзетстзуюгцие входы блока регистрации 1.Чля азтомати:еской регистрации амплитуды напряжения, пропорционального цалагцичивающему току, когда намагничцзающес поле лс:тпгает значения, равного полю анизотропци (Нс) пленки, а также регистрации тока, создающего круговсе поле по оси кого намагничивания и разрушающее до нуля остаточную индукцию пленки вдоль этой осц и соответствующее коэрцитивной силе (Нс) пленки, третья гармоника из напряжения вторичной обмотки датчика 8 выделяется и усиливается избирательным усилителем 4, преобразуется формирователем 6 .в напряжение, упразляющее работой ключа 7, причем опорцый уровень этого напряжения определяется началом непрерывного роста амплитуды текущего значения напряжения третьей гармоники.При отсутствии напряжения третьей гармоники ца выходе избирательного усилителя 4 управляемый ключ 7 открыт и напряжение, пропорциональное намагнцчивающему току,". выхода усилителя мощности 2 через ключ 7 поступает ца формирователь 8 и на один из входов блока регистрации 11.,При этом на выходе формирователя 8 появится управляющее напряжение (см. фиг. З,е), которое закроет ключ 9, и напряжение с выхода усилителя мощности 2 через ключ 9,на другой вход блока ретистрации 11 проходить не бу,дет.При воздейспзни,ца управляемый ключ 7 управляющего, напряжения с выхода формирователя 6 (см. фиг. 3, г), прохождение через ключ 7 напряжения, пропорционального намагцичивающему току с выхода усилителя 2, прекращается (см. фиг. 3, д).Амплитуда сигнала на выходе управляемого ключа 7 (см, фиг. 3, д) в момент начала непрерывного роста амплитуды текущего значения третьей гармоциии вторичной э. д. с. соотзетстзует,величине намагничизающего поля, равного полю анизотропии участков пленки.Этот сигнал является синусоидальным и при непрерывной модуляции цамагничивающего тока с меняющейся амплитудой, т. е. повторяет форму напряжения на входе уп. равляемого ключа 7, Сигнал измеряется в блоке регистрации 11 схемой измерения выходного вольтметра (амплитудного), который реагирует на среднее значение амплитуды каждопо поступившего с выхода управляемого ключа 7 уровня сигнала и зарегистрируег наибольшее его значение в момент начала непрерывного роста амплитуды текущего значения напряжения третьей гармоники вторичной э. д. с. При,непрерывной, модуляции намагничивающего тока измерение сигнала на выходе улравляемого ключа 7 прои:ходит с частотой модуляции.Таким образом поле анизотропии (Нк) участков цилиндрических тонких магнитных пленок численно равно амплитуде цамагци:ивающсго поля в момент появления в напряжении вторичной обмотки датчика 3 трс тьей гармоники и начала непрерывного роста амплитуды ее текущего значения после по.язлецця ее на выходе избирательного усилителя 4 и измеряется через измерение амплитуды напряжения пропорционального намагничивающему току.В то время как ключ 7 закрывается, ключ9 открывается, так как после закрывания ключа 7 управляющего напряжения на выхо.де формирователя 8, которое воздействует на ключ 9, не будет (см. фиг, 3, е).Напряжение с выхода усилцтеля мощно.сти 2 через открытый ключ 9 поступает в блок регистрации 11 (см, фиг. З,ж), где преобразуется в постоянный ток и с,выхода блок регистрации 11 подается в образец ЦТМП 1 (см. фиг. З,з). Этот ток создает круговое поле по оси легкого намагничизанця и проти.воположное полярности импульсного поля, созданного током источника 10. Поле постоянного тока разрушает остаточную индукцию пленки вдоль оси легкого намагничивания (см, фиг. 2, а), что приводит к уменьшению напряжения третьей гармоники вторичной э. д. с. на выходе избирательного усилителя 4 (см. фиг. 3, в). При разрушенчги до нуля З 0 остаточной индукции пленки (см, фиг. 2,а),по оси легкого намагничивания, перемагничизания:пленки,по оси трудного наматничн.ванадия переменным синусоидальным полем це происходит и напряжение третьей гармоники З 5 вторичной э. д. с. на выходе избирательногоусилителя 4 уменьшается до нуля (см. фиг.3, в). При этом управляющее напряжение на выходе формирователя 6 отсутстзует и ключ 7 открывается. Напряжение с выхода усилц теля,мощности 2 через ключ 7 поступает цаформирователь 8, на выходе которого появляется управляющее напряжение, и закрывает ключ 9. Прохождение напряжения с выхода усилителя мощности 2 на блок регистрации 45 11 через ключ 9 прекращается ц круговоеполе, разрушающее остаточную индукцию пленки по оси легкого намагничивания исчс.зает. Образец ЦТМП 15 готов к цамагнпчц.ванию его по оси легкого намагничивания 50 импульсом поля, создаваемого током от источника 10.Амплитуда тока на выходе блока регистрации 11 в момент уменьшения до нуля напряжения третьей гармоники вторичной э. д. с, 55 на выходе избирательного усилителя 4 соответствует величине поля, разрушающего остаточную намагниченность по оси легкого намагничивания, равнот о коэрпитивной силе (Нс) участков пленки.50 Этот ток измеряется в блске регистрациичерез,измерение пропорциональной ему амплитуды переменного синусоидального напряжения, которое измеряется в блоке регистрации 11 схемой выходного вольтметра, кото рый реагирует на среднее значение, каждого536449 г 3 поступившего с выхода управляемого ключа 9 уровня сигнала и зарегистрирует наибольшее его значение в момент угменьшения до нуля напряжения третьей гармоники вторичной э. д. с. на выходе избирательного усилителя 4. При непрерывной, модуляции намагничивающего тока измерение сигнала на выходе ключа 9 происходит с частотой модуляции,Таким образом коэрцитивная сила (Нс) участков цилиндрических тонких магнитных пленок численно равна амплитуде кругового поля постоянного тока, изменяющегося по величине, в момент уменьшения напряжения третьей гармоники вторичной э. д. с, на выходе избирательного усилителя 4 до нуля, и определяется, посредством измерения амплитуды напряжения, пропорционального току, создающему круговое поле и разрушающее до нуля остаточную индукцию пленки по оси легкого намагничивания. Таким образом измеренные блоком регистрации 11 значения сигналов,на выходах управляемых ключей 7 и 9 по графикам или таблицам переводят. ся в величины измеряемых поля анизотропии (Нк) и коэрцитивной силы (Нс) или отсчитываются по отградуированным шакалам стрелочных приборов блока регистрации 11. Формула изобретенияУстройство для измерения параметров цилиндрических тонких магнитных пленок содержащее генератор синусоидального напряжения, усилитель мощности, проходной датчик и избирательный усилитель, соединен ные последовательно, а также модулятор, выход которого подключен к усилителю мощности, и блок регистрации, о т л и ч а ю щ е сс я тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено последовательно соединенны ми формирователем управляющего напряжения, управляемым ключом, последовательно соединенными вторым формирователем управляющего напряжения и вторым ключом, источником намагничивающего тока, причем 15 вход первого формирователя подключен квыходу избирательного усилителя, вторые входы управляемых ключей подключены к выходу усилителя мощности, выход первого ключа, который соединен с входом второго 20 формирователя, подключен к одному входублока регистрации, а выход другого ключа подключен к другому входу блока регистрациивыход источника намагничивающего тока подключен к входу, модулятора.25 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе заявки: 1. Прибопы и техника эксперимента,302, 1970, стр. 225 - 226,2. Приборы и техника эксперимента,4, 1972 г стр. 261 (прототип).,кь Фиг Составитель Е. Данили Техред Е. Подурушина рректор И. Симкин едакто онча каз 1147/1752 Изд.327 ЦНИИПИ Государственного ко по делам изобр Москва, Ж, Ра