Способ измерения параметров тонких магнитных покрытий

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 2 1 КЗЗ 511 ОПИСАНИЕ ИЭОБРЕТЕНИ ое П намагничиваю т нормально его дным в этой пло плоскости неоднор кости полем, изме щую силу в направ кости П, перемагн участок изменение магничивающего по менно изменяют амп т эл тродвижу-,мали к плосспытуемыйнности наодновреибрации ини источсть амплив УралР нии но чивают апря (НП) нитные изс, 94. ия магнито итудудукциойного датчикника НП, измеряют я магнитныхартов, 1976.РА 1 фРТРОВЙ бластиеспеля своиствтия (П) бези, контроляего харакном направпараметровзован в устцели магнитости. 2 ил СУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР О ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Институт физики метского научного центра АН(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПАТОНКИХ МАГНИТН 11 Х ПОКР 11 ТИ(57) Изобретение относитмагнитных измерений. Целчение возможности контролокальных участков покрынарущения его целостносттолщины П и определениятеристик в перпендикулярлении. Способ измерениятонких магнитных П реалиройстве. Для достижения туды сигнала от напряженности НП, по ней определяют толщину магнитного П и его магнитные характеристики в перпендикулярном направлении, намагничивают П тангенциально его поверхности полем, имеющим экстремум в зоне испытуемого участка, повторяют ф все операции до получения зависимости амплитуды сигнала ИД от напряженности НП и по ней и экстремальному значению ранее полученной зависимости определяют магнитные характеристи- ф ки П в произвольном направлении его13107 б 2 2где Н Н - соотнетстненно Х-я и У-якомпоненты поля покрытия НИнтегрируя выражение (1) по толщине покрытия получают Н,(8/2) -Н-(-Е/2)= 6 ЭХ, (2) т ОН(3) Щгде Н - тангенциальная компонентаполя покрытия,Поскольку область намагничиваниявблизи Х=О, где неоднородностью на - фемагничинающего поля Н н направлении Х можно пренебречь, всегда существенно больше толщины покрытия(4)40 Далее, имея ввиду, что для поляпокрытия над его поверхностью д.-ь МВ =,д 1 Н:=О, получаютЗН ЭНхб)ду ЭХ Подставив (4) н (5), получают для величины ЗН/ЭУ на поверхности покрытия (У= Е/2) . поэтому Е-е компоненты намагничивающего поля и поля покрытия н зоне ис Н, /У=; - 1 М /ЭХ ,1)(6)пытуемо о а а Так как согласно предлагаемому способу испытуемнй участок покрытия перемагничивается по предельному циклу магнитного гистерезиса, то зависимость М от напряженности наемагничивалцего поля Н для всех точек участка остается одной и той же,Изобретение относится к техникемагнитных измерений и может быть использовано, в частности, для контроля параметров магнитных покрытийносителей магнитной записи,Цель изобретения - расширениефункциональных возможностей способа,а именно обеспечение воэможности контроля свойств локальных участков покрытия без нарушения его целостности, контроля толщины покрытия и определения его характеристик н перпендикулярном направлении.На Фиг. 1 представлены схема реализации способа при определении толщины. покрытия и его магнитных характеристик н перпендикулярном направлении (а) и распределения составляющих намагничивающего поля (Б);на фиг, 2 - схема реализации способа при определении параметров в егоплоскости (д) и соответствующие распределения составляющих намагничивающего поля (о),На фиг. 1 и 2 обозначены намагничивающая катушка 1, магнитное покрытие 2, индукционный датчик 3, механический привод 4 для жесткой связинамагничивающей катушки с индукционным датчиком и их вибрации. 30Способ осуществляют следующим образом.Неоднородное поле в направлениинормали к поверхности создают катушкой 1 (фиг. 1 ц). Распределение этого поля в направлении Х показанона Фиг, 18 (сплошная линия). Пунктиром на Фиг. 10 показано распределение тангенциальной (Х - й) компонентыполя катушки 1, которую вблизи точки(Х=О, У=О) можно получить достаточно малой путем уменьшения размеровУ У (Фиг. 1 а) или устранить введением симметрично расположенной относительно покрытия второй намагничивающей катушки. Намагничивающаякатушкаимеет прямоугольную Формувитков обмотки, причем ее размер внаправлении оси 2 достаточно велик,г уч стк можно считать отсутствующими, С учетом изложенного,принимая но нниманиепотенциальный характер магнитного поля неоднородно+яго намагниченного покрытия Н , из13условия тоС Н =О, получаютхНх Н(1)У ЭХ 1 Тгде Г ( Я/2 ) и Н (- /2 ) - Х-я компонента поля покрытия соответственно на его верхней и нижней поверхностях;Н - среднее по толпине значениеУ-й компоненты поля покрытиявнутри него 1,практическиН (У) = сопзг.).3Так как по условию перемагничивания намагниченность покрытия М имеет только. У-ю компоненту М практичес 1 ки однородную по толщине, можно считать, что Н(1/2)=-Н(-3/2), тог- да1310762 Поскольку вибрация создается приусловии жесткой механической связидатчика и источника поля (их относительное перемещение равно нулю) из 5 менения намагничивающего поля Н взоне индукционного датчика не происеходит, так что Н не оказывает влияния на сигнал ЭДС индукционного датчика, Учитывая зависимость величины 10 Н от У в зоне расположения индук 1 щ ЯН,ционного датчика в виде Н (У)- -- ЬУдуполучают для ЭДС индукционного дат хЬУ созцТ 20 и для амплитуды ЭДСЕ =-хц.8 пц-у- ЬУ,ЭН,о у ф(12) Определенная таким образом величина Э Н/ЭУ, представляющая величи ну градйента поля покрытия на его поверхйости в точке экстремума намагничивающего поля (Х=О), непосредственно связана с толщиной покрытия, его магнитной характеристикой и со 30 степенью неоднородности намагничиваю- щего поля. Именно в указанную точку (практически в окрестности этой точки и располагают индукционный датчик, как показано на Фиг. 1 а . Величина магнитного потока, пронизывающего индукционный датчик, определяется выра- жением=ро(Н+Нч) 8 и, (10)40 где (Мо - магнитная постоянная;8 и и - средняя плошадь витка и число витков индукционного датчика.В выражении (10) суммарное поле предполагается постоянным в пределах сечения витков индукционного датчика в силу относительной малости размеров последнего,При вибрации индукционного датчика изменение координаты его расположения над покрытием определяется выражением ЬУ(С)= У зпЖ, где ЬУ и я - соответственно амплитуда и частота вибрации, Изменение ЬУ во времени 55 приводит к изменению поля покрытия в зоне расположения индукционного датчика и соответственно к появлению сигнала ЭДС в нем. Е=АЬХгде мии"макс в противном случае отдельные точки испытуемого участка перемагничиваются по частным циклам магнитного гистерезиса с различными зависимостями М(Н). Тогда справедливо следуеющее соотношение,"а М 1 М ан ЗН,---=х - -, (аХ дне аХ ЧдХ х где Хе - дифференциальная восприимчивость покрытия:в направлении У.Подставляя (7) в (6) и проводя дифференцирование, получаютк.3 д(8)ду 2 5 аХаХ анВ точке экстремума намагничиваюе ещего поля Н =Не (Аиг. 1 Ь) справеделиво равенство 1 Н /3 Х=О и виражение (8) даетЭУ 2 3 ЗХ(9) аН", а(ьу) ан"е= оЯп- о 8 пО. х Вблизи точки экстремума распределение намагничивающего поля может быть представлено разложением в ряд по четным степеням Х, Ограничиваясь первым членом разложения, можно записать Н =Н (1-1 сх ) где 1 с - пое е гЧ оЧ хстоянная, зависящая от геометричесе ких размеров источника поля; Н обозначено на фиг. 1 Ь . Подставляя это выражение в (9) и затем (9) в (12), получаютЕ =-р, 8 Ьу.ы Е Х,Н, (13)Амплитуду вибрации ЬУ изменяют обратно пропорционально напряженности намагничивающего.поля по закону Н макс(14)огде Н - максимальное значение нацакспряженности намагничивающего поля;Ьумин - амплитуда вибрации приео максПри этом ЬУ, соответствующие близ"еким к 0 Н не устанавливают, а соответствующие значения сигнала Е 1 получают путем экстраполяции значее ений при Но 0 и Но 0.оуС учетом (14) выражение (13) принимают видТаким образом, изменение амплитуды вибрации при изменении поля обеспечивает непосредственную пропорци"ональность амплитуды сигнала датчикатолщине и дифференциальной восприимчивости самого покрытия.Дифференциальная восприимчивостьХ покрытия в направлении нормали кего поверхности связана с восприимчивостью материала покрытия в этом 10направлении Х выражениемм3 (17)1+ м(в данном случае И=1),15Для материалов исследуемых покрытий максимальное значение Х на пре 3дельном цикле магнитного гистерезиса существенно больше единицы, поэтому можно считать, что при зна" 20ечениях Н соответствующих максимальному хм, Хъ 1,ФТогда, снимая зависимость"амплитуды Есигнала ЭДС индукционногоедатчика от поля Н , поступают для 25определения толщинй покрытия р 1.А ф 3(18) где Г - ,максимальное значение ампли туды ЭДС, индукционного датчика при изменении намагниечивающего поля Но .При этом дифференциальная восприе имчивость Х при любом значении Н определяется выражением(19)Равенства (18) и (19) определяютсоответственно толщину и основные 40 магнитные характеристики покрытия (в форме кривой зависимости дифференциальной восприимчивости от поля) в перпендикулярном направлении. 45Для определения магнитных характеристик покрытия в его плоскости (например, в направлении Х, фиг. 2) в зоне испытуемогоучастка создают неоднородное тангенциальное намагеничивающее поле Н с помощью намагничивающей катушки 1, фиг, 2 а, Распределение Х-й и У-й компонент поля катушки показано на фиг. 2 о (У-я компонента обозначена пунктиром). Как 55 следует из фиг. 2, У-я компонентаенамагничивающего поля Н в области экстремума близка к нулю и при необходимости может быть получена равнойнулю путем симметричного относительно плоскости покрытия расположениявторой намагничивающей катушки. При условии достаточно большихразмеров намагничивающей катушки внаправлении оси Е из равенства ЙдчфюВ =0 получаютЛ - . 2ЗВ ЭВ(20)дХ дУ Интегрируя равенство (20) по толщине покрытия и учитывая при этом отсутствие У-й компоненты намагниченности, получаютВ (3/2)=-3/2щ ЗВдХ(21 ) где В (3/2) - нормальная компонентаиндукции покрытия наего поверхности;В - индукция внутри покрыхЮтия (В практическиоднородна по У в силуотносительно малойтолщины покрытия).Из условия потенциальности поля покрытия гог Н =О, получают3 Н ЭНХ - 2ОУ дХ(23) Проводя далее операции, аналогич" ные описанным выше (выражения (7)- (15, получают ничивающего поля,При этом для справедливости (24) параметры вибрации и другие постоянные, входящие в коэффициент А, подбирают такимИ, чтобы этот коэффициент оставался неизменным при переходе к изменениям в плоскости покрытия. 7 к = - Е,1(24)Евгде Ех - амплитуда сигнала ЭДС индукционного датчика 3 (плоскость его витков перпендикулярна оси Х) при его вибрации в направлении У совместно с источником намаг 1310762Формула изобретения Способ измерения параметров тонких магнитных покрытий, включающий воздействие на образец постоянным магнитным полем и регистрацию полей, обусловленных намагниченностью образца покрытия, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей способа путем измерения толщины покрытия и измерения параметров образцов различных типоразмеров, магнитное покрытие намагничивают нормально его плоскости неоднородным в этой плоскости полем, имеющим экстремум в зоне испытуемого участка, измеряют сигнал ЭДС, возникающий в индукционном датчике при вибрации жестко связанных между собой источника поля и индукционного датчика в направлении нормали к плоскости покрытия, при этом индукционный датчик располагают в точке экстремума намагничивающего поля, перемагничивают испытуемый участок по предельному циклу магнитного гистерезиса изменением напряженности намагничивающегополя, одновременно изменяют амплитуду вибрации индукционного датчикаи источника намагничивающего поляобратно пропорционально величине напряженности намагничивающего поля,измеряют зависимость амплитуды сигнала индукционного датчика от на пряженности намагничивающего поля,по этой зависимости определяют толщину магнитного покрытия и его магнитные характеристики в перпендикулярном направлении, затем намагнй чивают покрытие тангенциально егоповерхности полем, имеющим экстремум в зоне испытуемого участка, повторяют указанные операции до получения зависимости амплитуды сигнала индукционного датчика от напряженности намагничивающего поля, по по- лученной зависимости и экстремальному значению ранее измеренной зависимости определяют магнитные харак теристики покрытия в произвольномнаправлении его плоскости,13107 б 2Составитель В,Шульгин Редактор А.Огар Техред А.Кравчук Корректор Л.Батай Заказ 1887/42 Тираж 731 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо деламизобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Производственно-полиграФическое предприятие, г. Ужгород,ул, Проектная, 4