Способ измерения магнитного поля магниторезистивным датчиком

 

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ МАГНИТОРЕЗИСТИВНЫМ ДАТЧИКОМ , В котором датчик запитывают периодическим напряжением, а величину магнитного поля определяют по величине относительного приращения сопротивления датчика, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности, датчик охлаждают до температуры ниже 10 К, и поочередно запитывают напряжением с меньшим значением на 30-90% меньше, и с большим значением на 10-50% больше напряжения примесного пробоя материала датчика, а величину магнитного поля определяют по сумме отноi сительного изменения сопротивления kn датчика в магнитном поле при меньшем и при большем значениях напряжения запитки. х ел к а:

. СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

3(50 0 01 В 33 02

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3498333/18-21 (22) 05. 10.82 (46) 23.03.84. Бюл. М 11 (72) М.Г. Лукашевич, Т.A. Лукашевич и В.Ф. Стельмах (71) Белорусский ордена Трудового

Красного Знамени государственный университет им, В.И. Ленина (53) 621 ° 317.44 (088.8) (56) 1. Афанасьев Ю.В., Студенцов Н.В., Щелкин A.Ï. Магнитометрические преобразователи, приборы, установки. Л., "Энергия", 1972, с. 103.

2. Авторское свидетельство СССР

В 702325, кл. G 01 R 33/06,. 1979 (прототип) . (54 ) (57 ) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ МАГНИТ НОГО ПОЛЯ МАГНИТОРЕЗИСТИВНЫМ ДАТЧИКОМ, в котором датчик запитывают периодическим напряжением, а величину магнитного поля определяют по величине относительного приращения сопротивления датчика, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения чувствительности, датчик охлаждают до температуры ниже 10 К, и поочередно эапитывают напряжением с меньшим значением на 30-90% меньше, и с большим значением на 10-50% больше напряжения примесного пробоя материала датчика, а величину магнитного поля определяют по сумме отно- д сительного изменения сопротивления @ датчика в магнитном поле при меньшем и при большем значениях напряжения запитки.

1081576

Изобретение относится к магнитным измерениям и может испольэовать. ся в низкотемпературной электротехнике.

Известен способ измерения магнитного поля магниторезистивным дат- 5 чиком, в котором датчик помещают в исследуемое магнитное поле, а напряженность поля определяют по величине относительного приращения сопротивления магниторезистора 13.

Недостатками способа являются температурная нестабильность нулевого сигнала и низкая чувствительность, определяемая лишь увеличением магнитосопротивления материала датчика в магнитном поле.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ измерения магнитного поля двумя магниторезистивными датчиками, в котором датчики запитывают периодическим разнополярным напряжением одинаковой амплитуды, синхронно с ним создают поле подмагничивания, получая при этом периодические чередования положительных и от рицательных приращений сопротивле.ний датчиков, по величине которых определяют величину магнитного поля Г2).

Однако этот способ сложен в реализации, требует два датчика, блок подмагничивания, схемы модуляции и детектирования выходного сигнала, при этом его чувствительность при температурах ниже 10 К такая 35 же, как и при 300 К и не превышает чувствительности известного способа.

Цель изобретения — повышение чувствительности способа измерения магнитного поля магниторезистивным датчиком при рабочих температурах ниже 10 К.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения магнитного поля магниторезистивным датчиком, в котором датчик запитывают периодическим напряжением, а величину магнитного поля определяют по величине относительного приращения сопротивления датчика, датчик охлаждают до температуры ниже 10 К и поочередно запитывают напряжением с меньшим значением на 30-90% меньше, и с большим значением на

10-5ОЪ больше напряжения примесного пробоя материала датчика, а величину магнитного поля определяют по сумме относительного изменения сопротивления датчика в магнитном поле .при меньшем и при большем значениях напряжения запитки. 60

Увеличение чувствительности в предлагаемом способе объясняется тем, что величина и характер изI меиения сопротивления магниторезистивного датчика при низких темпера турах в магнитном поле зависит от величины приложенного к датчику электрического поля, а именно в слабом электрическом поле, меньшем поля низкотемпературного примесного пробоя, сопротивление датчика в магнитном поле уменьшается (отрицательный магниторезистивный эффект), а в большем поле пробоя — увеличивается (положительный магниторезистивный эффект).

Граница подаваемого на датчик напряжения меньше на 30% напряжения примесного пробоя обусловлена уменьшением отрицательного магнитосопротивления при приближении к пробою, а на 90% — напряжением шумов. Граница больше íà 10% обусловлена возможностью срыва пробоя магнитным полем при меньших полях, а на 50% перегревом датчика при приложении большего напряжения.

Кроме уменьшения температурной нестабильности нулевого сигнала, связанной с возможностью усреднения измеряемого магниторезистивного эффекта известными устройствами благодаря питанию датчика периодическим напряжением, в предлагаемом способе происходит дополнительная компенсация температурной нестабильност и, также приводящая к повышению пороговой чувствительности.

Действительно, температурное увеличение (уменьшение ) сопротивления датчика b R/R о приводит к уменьшению (увеличению) относительного изменения его сопротивления маг-. нитным полем в области отрицательного магниторезистивного эффекта В В АН вЂ” — и величению у е о о (уменьшению) в области положительного магниторезистивного эффекта

+ +

b R bR

Ro Ro Ro

Суммарное изменение сопротивления датчика будет равно н н т т

Д1Г be+ — + -у —откуда видно, что температурное изменение сопротивления датчика суммируется с противоположными знаками, что приводит к уменьшению температурной нестабильности измерений.

На фиг.1 показана форма напряжения, которым запитывают магниторезистивный датчик; на фиг.2 — градуировочный график для датчика, изготовленного из п-арсенида галлия.

Примером практической реализации предложенного способа может служить измерение магнитного поля сверхпро1081576 î

0 л

Ф р

% з нкз

Фиг.2

Составитель Г. Клитотехнис

Техред О.Веце Корректор С. Шекмар

Редактор С. Патрушева

Тираж 711 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 1544/41

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðîä, ул. Проектная,4 водящего соленоида при Т = 4,2 К магниторезистивным датчиком, изго, товленным из п-арсеннда галлия с концентрацией носителей 4,6-10 см

Напряженность поля низкотемпературного примесного пробоя в таком датчи- 5 ке 9 В/см. Датчик помещают в рабочий объем соленоида и на него периодически. подают напряжение, форма которого показана на фиг.1, обеспечивающее напряжен ость электрического 10 поля в датчике 1 В/см и 10 В/см. Определяют относительное уменьшение сопротивления датчика магнитным полем при напряженности электрического поля 1 В/см и относитесь.зное увеличение — при 10 В/см.Величину магнитного поля определяют по градуировочному графику (фиг.2) зависимости суммы относительного изменения сопротивления датчика магнитным полем в допробойном и послепробойном электрическом поле. Так, в магнитном поле напряженностью 3 кЭ относительное уменьшение сопротивления датчика при электрическом поле 1 В/см составляет 5% и увеличение при 10 В/см — 5%.

Сумма относительного изменения сопротивления датчика 10%, следова-. тельно, абсолютная чувствительность в данном случае s два раза превьиаает чувствительность способов, основанных на определении магнитного поля по величине относительного увеличения сопротивления датчика s магнитном поле. Таким образом, предложенный способ обеспечивает измерение более слабых магнитных полей, чем известный способ.