Автоматизированная установка для исследования магнитного акустооптического взаимодействия в антиферромагнетиках
Полезная модель относится к экспериментальному оборудованию, а именно к установкам для исследования акустооптических процессов в антиферромагнетиках. Задачей полезной модели является повышение уровня автоматизации управления, расширение диапазона температур проведения исследований, а также поддержание заданной температуры образца антиферромагнетика. Технический результат достигается тем, что автоматизированная установка для исследования магнитного, акустооптического взаимодействия в антиферромагнетиках, состоящая из персонального компьютера, оптической части, акустической части, системы управления магнитным полем, а также измерительной ячейки, в которой установлен образец антиферромагнетика, при этом персональный компьютер содержит соединенные между собой аналого-цифровой преобразователь, блок программы LabVIEW и цифро-аналоговый преобразователь, оптическая часть содержит последовательно соединенные инфракрасный лазер, оптическую систему формирования луча, первый поляризатор, второй поляризатор, фотоприемник, акустическая часть содержит генератор несущей частоты, который через включатель подключен к первому и второму передающим пьезопреобразователям, приемный пьезопреобразователь, соединенный с высокочастотным супергетеродинным двухканальным приемником, а система управления магнитным полем содержит электромагнит с блоком питания, датчик Холла контроля величины магнитного поля, причем первый, второй и третий выходы цифро-аналогового преобразователя соединены соответственно с инфракрасным лазером, генератором несущей частоты и блоком питания электромагнита, первый, второй, третий и четвертый входы аналого-цифрового преобразователя соединены соответственно с фотоприемником, вторым передающим пьезопреобразователем, высокочастотным супергетеродинным двухканальным приемником и датчиком Холла, образец антиферромагнетика соединен с первым и вторым поляризаторами, первым и вторым передающими пьезопреобразователями, а также приемным пьезопреобразователем, согласно настоящей полезной модели, снабжена системой управления шагового привода и системой термостатирования, при этом система управления шагового привода содержит блок управления, первый и второй входы которого соединены соответственно с первым и вторым шаговыми двигателями, валы которых соединены с измерительной ячейкой, выход блока управления соединен с вторым входом цифро-аналогового преобразователя, система термостатирования содержит блок нагрева, вход которого соединен с выходом блока питания, а выход - с образцом антиферромагнетика, и термодатчик, вход которого соединен с образцом антиферромагнетика, а выход - с пятым входом аналого-цифрового преобразователя. 1 ил.
Полезная модель относится к экспериментальному оборудованию, а именно к установкам для исследования акустооптических процессов в антиферромагнетиках.
Наиболее близкой к заявляемой полезной модели является автоматизированная установка для исследования акустооптических явлений в магнитных материалах (С.А.Мигачев, М.Ф.Садыков, Д.А.Иванов, М.М.Шакирзянов, журнал «Приборы и техника эксперимента», 2011, 
4, с.1-3, рис.1), которая состоит из персонального компьютера, оптической части, акустической части,. системы управления магнитным полем, а также измерительной ячейки, в которой установлен образец антиферромагнетика, при этом персональный компьютер содержит соединенные между собой аналого-цифровой преобразователь, блок программы LabVIEW и цифро-аналоговый преобразователь, оптическая часть содержит последовательно соединенные инфракрасный лазер, оптическую систему формирования луча, первый поляризатор, второй поляризатор, фотоприемник, акустическая часть содержит генератор несущей частоты, который через включатель подключен к первому и второму передающим пьезопреобразователям, приемный пьезопреобразователь, соединенный с высокочастотным супергетеродинным двухканальным приемником, а система управления магнитным полем содержит электромагнит с блоком питания, датчик Холла контроля величины магнитного поля, причем первый, второй и третий выходы цифро-аналогового преобразователя соединены соответственно с инфракрасным лазером, генератором несущей частоты и блоком питания электромагнита, первый, второй, третий и четвертый входы аналого-цифрового преобразователя соединены соответственно с фотоприемником, вторым передающим пьезопреобразователем, высокочастотным супергетеродинным двухканальным приемником и датчиком Холла, образец антиферромагнетика соединен с первым и вторым поляризаторами, первым и вторым передающими пьезопреобразователями, а также приемным пьезопреобразователем.
Установка позволяет исследовать физические явления при одновременном воздействии на вещество оптического излучения ближнего ПК -диапазона, акустических полей до 105 Вт/м2 в магнитном поле до 1,67·106 А/м.
Недостатками известной установки являются недостаточно высокий уровень автоматизации управления из-за ручного управления положением измерительной ячейки с образцом антиферромагнетика, а также невозможность проведения исследований при различных температурах и невозможность поддержания заданной температуры образца антиферромагнетика.
Задачей полезной модели является повышение уровня автоматизации управления, расширение диапазона температур проведения исследований, а также поддержание заданной температуры образца антиферромагнетика.
Технический результат достигается тем, что автоматизированная установка для исследования магнитного акустооптического взаимодействия в антиферромагнетиках, состоящая из персонального компьютера, оптической части, акустической части, системы управления магнитным полем, а также измерительной ячейки, в которой установлен образец антиферромагнетика, при этом персональный компьютер содержит соединенные между собой аналого-цифровой преобразователь, блок программы LabVIEW и цифро-аналоговый преобразователь, оптическая часть содержит последовательно соединенные инфракрасный лазер, оптическую систему формирования луча, первый поляризатор, второй поляризатор, фотоприемник, акустическая часть содержит генератор несущей частоты, который через включатель подключен к первому и второму передающим пьезопреобразователям, приемный пьезопреобразователь, соединенный с высокочастотным супергетеродинным двухканальным приемником, а система управления магнитным полем содержит электромагнит с блоком питания, датчик Холла контроля величины магнитного поля, причем первый, второй и третий выходы цифро-аналогового преобразователя соединены соответственно с инфракрасным лазером, генератором несущей частоты и блоком питания электромагнита, первый, второй, третий и четвертый входы аналого-цифрового преобразователя соединены соответственно с фотоприемником, вторым передающим пьезопреобразователем, высокочастотным супергетеродинным двухканальным приемником и датчиком Холла, образец антиферромагнетика соединен с первым и вторым поляризаторами, первым и вторым передающими пьезопреобразователями, а также приемным пьезопреобразователем, согласно настоящей полезной модели, снабжена системой управления шагового привода и системой термостатирования, при этом система управления шагового привода содержит блок управления, первый и второй входы которого соединены соответственно с первым и вторым шаговыми двигателями, валы которых соединены с измерительной ячейкой, выход блока управления соединен с вторым входом цифро-аналогового преобразователя, система термостатирования содержит блок нагрева, вход которого соединен с выходом блока питания, а выход - с образцом антиферромагнетика, и термодатчик, вход которого соединен с образцом антиферромагнетика, а выход - с пятым входом аналого-цифрового преобразователя.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором приведена блок-схема предлагаемой автоматизированной установки для исследования магнитного акустооптического взаимодействия в антиферромагнетиках.
На чертеже цифрами обозначены:
1 - персональный компьютер;
2 - аналого-цифровой преобразователь;
3 - блок программы LabVIEW;
4 - цифро-аналоговый преобразователь;
5 - инфракрасный лазер;
6 - оптическая система формирования луча;
7 - первый поляризатор;
8 - образец антиферромагнетика;
9 - измерительная ячейка образца антиферромагнетика;
10 - второй поляризатор;
11 - фотоприемник;
12 - генератор несущей частоты;
13 - включатель;
14 - первый передающий пьезопреобразователь;
15 - второй передающий пьезопреобразователь;
16 - приемный пьезопреобразователь;
17 - высокочастотный супергетеродинный двухканальный приемник;
18 - датчик Холла контроля величины магнитного поля;
19 - электромагнит;
20 - блок питания электромагнита;
21 - система управления шагового привода;
22 - система термостатирования;
23 - блок управления;
24 - первый шаговый двигатель;
25 - второй шаговый двигатель;
26 - блок нагрева образца антиферромагнетика;
27 - термодатчик;
Автоматизированная установка для исследования магнитного акустооптического взаимодействия в антиферромагнетиках состоит из персонального компьютера 1, оптической части, акустической части, системы управления магнитным полем, а также измерительной ячейки 9, в которой установлен образец 8 антиферромагнетика.
Персональный компьютер 1 содержит соединенные между собой аналого-цифровой преобразователь 2, блок 3 программы LabVIEW и цифро-аналоговый преобразователь 4.
Оптическая часть автоматизированной установки содержит последовательно соединенные инфракрасный лазер 5, оптическую систему 6 формирования луча, первый поляризатор 7, второй поляризатор 10 и фотоприемник 11.
Акустическая часть автоматизированной установки содержит генератор 12 несущей частоты, который через включатель 13 подключен к первому 14 и второму 15 передающим пьезопреобразователям, а также приемный пьезопреобразователь 16, соединенный с высокочастотным супергетеродинным двухканальным приемником 17.
Система управления магнитным полем содержит электромагнит 19 с блоком 20 питания, датчик 18 контроля величины магнитного поля (датчик Холла).
Первый, второй и третий выходы цифро-аналогового преобразователя 4 соединены соответственно с инфракрасным лазером 5, генератором 12 несущей частоты и блоком 20 питания электромагнита.
Первый, второй, третий и четвертый входы аналого-цифрового преобразователя 2 соединены соответственно с фотоприемником 11, вторым передающим пьезопреобразователем 15, высокочастотным супергетеродинным двухканальным приемником 17 и датчиком 18 контроля величины магнитного поля (датчиком Холла).
Образец 8 антиферромагнетика соединен с первым 7 и вторым 10 поляризаторами, первым 14 и вторым 15 передающими пьезопреобразователями, а также приемным пьезопреобразователем 16.
Отличием предлагаемой автоматизированной установки для исследования магнитного акустооптического взаимодействия в антиферромагнетиках является то, что она снабжена системой 21 управления шагового привода и системой 22 термостатирования.
Система 21 управления шагового привода содержит блок 23 управления, первый 24 и второй 25 шаговые двигатели.
Первый и второй входы блока 23 управления соединены соответственно с первым 24 и вторым 25 шаговыми двигателями, валы которых соединены с измерительной ячейкой 9.
Выход блока 23 управления соединен с вторым входом цифро-аналогового преобразователя 4.
Система 22 термостатирования содержит блок 26 нагрева образца 8 антиферромагнетика и термодатчик 27.
Вход блока 26 нагрева соединен с выходом блока 20 питания электромагнита.
Выход блока 26 нагрева соединен с образцом 8 антиферромагнетика.
Вход термодатчика 27 соединен с образцом 8 антиферромагнетика.
Выход термодатчика 27 соединен с пятым входом аналого-цифрового преобразователя 2.
Пример конкретного выполнения.
Управляющим элементом автоматизированной установки является персональный компьютер 1. Ввод и вывод сигналов осуществляется посредством аппаратно-программного комплекса компании National Instruments. В разработанной автоматизированной установке используется электромагнит 19 постоянного тока. Для автоматизации измерений и компьютерного управления величиной и направлением внешнего магнитного поля был сконструирован и изготовлен эффективный блок 20 питания электромагнита. В качестве пьезопреобразователей 14, 15 и 16 использовались плоскопараллельные пластины ниобата лития (LiNbO3). Генератором 17 несущей частоты является генератор Г4-116.
Источником момента силы являются шаговые двигатели 24 и 25 (ДШИ-200-1-1, MSBA02OK02). Блоком 23 управления шаговыми двигателями является блок МДР-12.
В автоматизированной установке системой 22 термостатирования поддерживается температура образца 8 антиферромагнетика в диапазоне от 150°С до -150°С с точностью ±0,1°С.
С помощью автоматизированной установки рассматривается дифракция Брэгга в применении к антиферромагнетикам 
-Fe203 (гематит) и FeBO3 (борат железа). Для указанных антиферромагнетиков, с точки зрения экспериментальных возможностей, более благоприятным оказывается режим Рамана-Ната.
Автоматизированная установка для исследования магнитного акустооптического взаимодействия в антиферромагнетиках работает следующим образом.
Весь процесс исследования вплоть до представления готового результата осуществляется с помощью персонального компьютера 1 (компьютерной системы управления, сбора и обработки данных).
Оптическая часть (система возбуждения, модуляции и приема оптического излучения) служит для проведения акустооптических экспериментов.
Акустическая часть (система возбуждения, модуляции и приема акустического сигнала) служит для генерации, регистрации звука, поступающего в образец 8 антиферромагнетика.
Система управления магнитным полем осуществляет мониторинг и создание магнитного поля.
Система 21 управления шагового привода обеспечивает позиционирование измерительной ячейки 9 с образцом 8 антиферромагнетика.
Система 22 термостатирования необходима для поддержания заданной температуры образца 8 антиферромагнетика.
Включают установку (персональный компьютер 1, электромагнит 19 с блоком 20 питания электромагнита, инфракрасный лазер 5, фотоприемник 11), выставляют необходимую величину магнитного поля, выставляют мощность акустической накачки, дожидаются, пока температура образца 8 антиферромагнетика достигнет постоянного значения; проводят эксперименты по изучению акустооптического взаимодействия, регистрируют полученный сигнал, обрабатывают полученные осциллограммы, отключают систему акустооптической накачки, доводят величину магнитного поля магнита до ноля, выключают установку.
Для исследования магнитооптических, магнитоакустических свойств и акустооптического взаимодействия в антиферромагнетиках была использованы система 21 управления шагового привода.
Источником момента силы являются шаговые двигатели 24 и 25. Шаговые двигатели 24 и 25 имеют две двухполярные обмотки и используются совместно с блоком 23 управления для позиционирования измерительной ячейки 9 в экспериментах по изучению рефракции звука. Персональный компьютер 1 формирует сигналы направления вращения и сигналы количества шагов, которые передаются через цифровые порты ввода-вывода цифро-аналогового преобразователя 4.
Исследования температурной зависимости изучаемых эффектов, и особенно, исследование влияния ориентационного фазового перехода вблизи точки Морина на эти эффекты, проводилось с использованием системы 22 термостатирования (системы азотной продувки). Для минимизации градиента температур по объему образца 8 антиферромагнетика и, соответственно, для получения более достоверных результатов, образец 8 помещается в закрытую медную капсулу. Работа системы 22 термостатирования основана на поддержании стабильной температуры азота на выходе продувки при фиксированном расходе газа.
Сигналы с термодатчика 27 передаются в персональный компьютер 1 посредством аналого-цифрового преобразователя 2. Специализированное программное обеспечение LabVIEW (блок 3) осуществляет пропорционально-интегрально-дифференциальное регулирование.
Использование предлагаемой полезной модели позволит исключить ручное управление положением измерительной ячейки с образцом антиферромагнетика, а также обеспечит возможность проведения исследований при различных температурах и возможность поддержания заданной температуры образца антиферромагнетика.
Автоматизированная установка для исследования магнитного акустооптического взаимодействия в антиферромагнетиках, состоящая из персонального компьютера, оптической части, акустической части, системы управления магнитным полем, а также измерительной ячейки, в которой установлен образец антиферромагнетика, при этом персональный компьютер содержит соединенные между собой аналого-цифровой преобразователь, блок программы LabVIEW и цифроаналоговый преобразователь, оптическая часть содержит последовательно соединенные инфракрасный лазер, оптическую систему формирования луча, первый поляризатор, второй поляризатор, фотоприемник, акустическая часть содержит генератор несущей частоты, который через включатель подключен к первому и второму передающим пьезопреобразователям, приемный пьезопреобразователь, соединенный с высокочастотным супергетеродинным двухканальным приемником, а система управления магнитным полем содержит электромагнит с блоком питания, датчик Холла контроля величины магнитного поля, причем первый, второй и третий выходы цифроаналогового преобразователя соединены соответственно с инфракрасным лазером, генератором несущей частоты и блоком питания электромагнита, первый, второй, третий и четвертый входы аналого-цифрового преобразователя соединены соответственно с фотоприемником, вторым передающим пьезопреобразователем, высокочастотным супергетеродинным двухканальным приемником и датчиком Холла, образец антиферромагнетика соединен с первым и вторым поляризаторами, первым и вторым передающими пьезопреобразователями, а также приемным пьезопреобразователем, отличающаяся тем, что она снабжена системой управления шагового привода и системой термостатирования, при этом система управления шагового привода содержит блок управления, первый и второй входы которого соединены соответственно с первым и вторым шаговыми двигателями, валы которых соединены с измерительной ячейкой, выход блока управления соединен с вторым входом цифроаналогового преобразователя, система термостатирования содержит блок нагрева, вход которого соединен с выходом блока питания, а выход - с образцом антиферромагнетика, и термодатчик, вход которого соединен с образцом антиферромагнетика, а выход - с пятым входом аналого-цифрового преобразователя.
