УДК 621.317.42
© , , ,
Способ измерения магнитного поля в катушках малого размера с помощью ферромагнитных материалов
, ,
Тихоокеанский государственный университет, г. Хабаровск
E-mail: komina. *****@***com
Предложен способ измерения напряженности магнитного поля в катушках Гельмгольца малого размера с помощью пластины слабого ферромагнетика и электромагнитов, создающих градиентное магнитное поле с известным значением градиента.
В настоящее время широкое развитие получила новая самостоятельная область электричеких измерений – магнитные измерения, в которые часто используются ферромагнитные материалы. В простых случаях определение значения магнитного поля возможно путем аналитических вычислений, однако в более сложных ситуациях аналитические вычисления значения магнитного поля не обеспечивают достаточную точность, т. к. предполагают ряд допущений.
При измерении напряженности магнитного поля Н используются различные преобразователи магнитных величин в электрические. При использовании известных бесконтактных способов (например, измерение датчиком Холла) чувствительность измерений зависит от расстояния между источником магнитного поля и датчиком. Если диаметр катушек очень мал (меньше размеров самого датчика – менее (1×1) мм2), то датчик размещают вблизи или непосредственно на катушке. В этом случае получить точное значение не получится. Также имеются другие известные устроства [1], [2], но в большинстве случаев они имеют очень сложную конструкцию и требуют больших дополнительных калибровочных измерений.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ определения градиента магнитного поля с помощью двух магнитопроводов [3], по которым протекает постоянный ток, создающие градиентное поле в зазоре между ними, тонкой пластинки из магнитокристалического магнитоодноосного оптически прозрачного материала. Для измерения используют однородное магнитное поле от обмотки соленоида, имеющего определенную величину. Недостатком данного способа является ограничение в точности измерения магнитного поля соленоида.
В настоящей работе представлен способ измерения напряженности магнитного поля в катушках Гельмгольца малого размера с помощью пластины слабого ферромагнетика и электромагнитов, создающих градиентное магнитное поле с известным значением градиента, лишенный указанных выше недостатков.
На рисунке 1 представлена схема устройства. Оно состоит из магнитоодноосной оптически прозрачной пластины слабого ферромагнетика, размещенной между катушками Гельмгольца, включенными согласно попарно, связанными с источником постоянного напряжения. Они помещаются между электромагнитами для создания прямолинейной доменной границы в однородно намагниченной доменной области катушек Гельмгольца и в градиентное магнитное поле с известным значением grad H.
Рис. 1. Схема устройства для измерения магнитного поля. 1 – лазер, 2 – поляризатор, 3 – линзы, 4 – электромагниты, 5 – катушки Гельмгольца, 6 – пластинка ортоферрита иттрия, 7 – анализатор, 8 – экран, 9 и 10 – источники постоянного тока
Принцип работы устройства
Измерения проводятся следующим образом (см. рис. 1): два электромагнита (4) с помощью обмоток, подключенных к источнику постоянного тока (10), создают градиентное магнитное поле с известными значениями напряженностей в зазоре между ними, поскольку направления потоков в магнитопроводах взаимно противоположны. В зазоре между электромагнитами помещают пластинку (6) из монокристаллического магнитоодноосного оптически прозрачного материала (ортоферрит иттрия) со сформировавшейся плоской доменной границей (рис. 2), которая образована двумя противоположно намагниченными областями. На пластинку поступает луч лазера (1). С помощью поляризатора (2), анализатора (7) и линз (3) увеличенное изображение доменной структуры выводят на экран (8).
Катушки Гельмгольца (5) при включении постоянного тока с помощью источника (9) создают однородное магнитное поле, перпендикулярное плоскости пластины. Когда на намагниченную пластинку воздействуют этим полем, доменная граница смещается в сторону.
Далее включают градиентное магнитное поле с известной величиной, которое возвращает ДГ в изначальное положение, т. е. компенсирует поле, создаваемое катушками, при этом известное значение градиентного поля grad H равно значению скомпенсированного магнитного поля H.
а) б) в)
Рис. 2. Фотография статической доменной границы
На рисунке 2 приведены фотографии доменной структуры в кристалле, полученные с помощью магнитооптического эффекта Фарадея [4] в равновесном сотоянии (рисунок 2, а), при включении постоянного магнитного поля (рисунок 2, б) и при компенсации его градиентным магнитным полем (рисунок 2, в).
Представленный способ измерения магнитного поля, по сравнению с известными прототипами, имеет простую конструкцию и не требует больших дополнительных калибровочных измерений. Он может быть использован для повышения чувствительности и точности и упрощения процесса измерения параметров магнитных полей катушек магнитных отклоняющих систем, в том числе наноразмерных.
Л И Т Е Р А Т У Р А
1. Пат. 2005310 РФ. Устройство для определения магнитных полей / , // № 000/21, заявл. 12.11.1990, опубл. 30.12.1993, Бюл. № 47-48. – 5 с.
2. 3. Трёхкомпонентный датчик магнитного поля на сферическом жиг резонаторе // Вестник Тихоокеанского государственного университета. – 2015. – № 3. – С. 33-40.
3. . Пат. 434343 СССР. Способ определения градиента магнитного поля / , , // № 000/26-25, заявл. 30.03.1973, опубл. 30.06.1974, Бюл. № 24. – 2 с.
4. Komina O. Y., Zhukov E. A., Kaminsky A. V., Scherbakov Yu. I. Domain wall dynamics in yttrium orthoferrite in weak magnetic fields // Modern materials and technologies. – 2013. – № 1. – P. 146-151.
5. Пат. 2584720 РФ. Способ измерения магнитного поля / , , // № 000/28, заявл. 09.04.2015, опубл. 20 .05.2016. – 5 с.
