SU1291909A1 - Устройство дл контрол параметров тонких магнитных пленок - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к исследовани м свойств материалов. Цель изобретени  - повышение чувствительности устройства и расширение его функциональных возможностей. Устройство содержит генератор 1 намагничивающего , .тока, трансформатор 2, измерительный генератор 4 с колебательным контуром., смеситель 8, осциллограф 17, синхронный детектор 19, формирователь 21 напр жений, компараторы 23 и 24, формирователи 25 и 26 импульсов , электронные ключи 27 и 28, сглаживающие фильтры 28 и 30, дифференциальный усилитель 31, регистрирующий прибор 32 и коммутатор 33. Введение в устройство датчиков 34, 35, 36 и 3 частоты, угла поворота, температуры и магнитного пол  соответственно , смесител  8, опорного генератора 9, фильтра нижних частот 16, усилител  20 посто нного тока, варикапа 14, резистора 15, конденсатора 18, генератора 22 линейно измен ющегос  напр жени  и колеба-: тельного контура, индуктивность 11 которого выполнена с сердечником 12, расположенным в зазоре электромагнита 13, позвол ет измер ть температурные и пространственные зависимости магнитного пол . 1 з.п. ф-лы, 1 ил. с € (Л niz,v

Description

11

Изобретение относитс  к исследованию свойств материалов путем оп- редел.ени  магнитных параметров и может быть использовано в измерительной технике дп  измерени  параметров тонких магнитных пленок (ТПМ).

Целью изобретени   вл етс  повышение чувствительности устройства и расширение функциональных возможностей за счет измерени  температу - ных и пространственных зависимостей магнитного пол .

На чертеже представлена блок-схема устройства.

Устройство содержит генератор 1 намагничивающего тока, катушки электромагнита которого питаютс  от сети переменного тока через трансформатор 2, в зазоре электромапшта генератора 1 намагничивающего тока раз мещен датчик 5 магнитного пол . Устройство содержит также измерительный генератор 4 с колебательным контуром , состо щим из катушки 5 индуктивности с переменной емкостью 6. Б катушке 5 индуктивности размещен исследуемый образец ТИП 7, Выход измерительного генератора 4 соединен с первым входом смесител  8, второй вход которого соединен с выходом опорного генератора 9, с колебательным LC-контуром, состо щим из емкостей 10 -и индуктивности 11, котора  выполнена с сердечником 12, расположенным в зазоре сердечника электромагнита 13. Параллельно LC-конту- ру опорного генератора 9 подключен варикап 14, своим катодом соединенный через резистор 15 с выходом смесител  8, Выход смесител  8 подключен к входу фильтра 16 нижних частот (ФНЧ), контрольному осциллографу 1 7 и через разделительный конденсатор 18 - к информационному входу синхронного детектора 19, На выходе ФНЧ 16 включен усилитель 20 посто нного тока (УПТ), Соединенный с электромагнитом 13, Второй контрольного осциллографа 17 соединен с датчиком 3 магнитного пол , пор,кпючен- HfeiM также к одному из опорных входов синхронного детектора 19, к второму опорному входу последнего подключен

первый выход формировател  21 напр - 55 относительные изменени  индуктивносжений , вход которого соединен с генератором 22 линейно измен ющегос  напр жени . Синхронный детектор 19 состоит из двух параллельно соеди

пенных идентичных цепей, шыполнен- ных в виде последовательно включенных компараторов 23 и 24, формирователей 25 и 26 импульсов, электронных ключей 27 и 28 и сглаживающих фильтров 29 и 30, выходы которых подключены к входам дифференциального усилител  31. Выход дифференциального усилител  31 ( вл ющийс  выходом синхронногр детектора 19) соединен с одним из входов регистрирующего прибора (самописца) 32, другой вход которого соединен с выходом коммутатора 33. Вторые входы электронных ключей 28 и 27  вл ютс  информационными входами синхронного детект ора 19 и к ним через разделительный конденсатор 18 подключен выход смесител  8, Первые входы компараторов 23 и 24  вл ютс  первыми опорными входами синхронного детектора 19 и соединены с датчиком 3 магнитного пол . Вторые входы компараторов 23 и 24, также  вл ющиес  опорными входами синхронного детектора 19, подключены соответственно к первому и второму выходам формировател  21 напр жений. Второй выход последнего соединен также с первым входом коммутатора 33, второй, третий и четвертьй входы которого соединены соответственно с датчиком 34 частоты, датчиком 35 температуры и датчиком 36 угла поворота образца

о

5

ТМП 7 относительно электромагнита 1, Вход датчика 34 частоты подключен к второму выходу измерительного генератора 4,

Устройство работает следующим образом .

Образец ТМП 7 помещают -в катушку 5 колебательного контура измерительного генератора 4, При наложении на

45 образец 7 пол  генератора 1 намагничивающего тока, катушки которого питаютс  от сети переменного тока через трансформатор 2, частота генератора 4 измен етс  в такт колебани м

50 тока в катушках электромагнита генератора намагничивающего тока , При этом изменени  частоты будут пр мо 11ропорциональны изменени м магнитной проницаемости образца 7 ТМП, так как

ти катушки 5 и соответственно изменени  частоты генератора 4 будут невелики. При развертке частоты генератор 4 перестраиваетс  емкостью

6 при неизменной индуктивности катушки 5, поэтому относительные изменени  частоты генератора 4 определ ютс  лишь изменени ми магнитной проницаемости /и образца 7 ТМП независимо от собственной частоты генератора 4.

Напр жение с выхода генератора 4 поступает на вход смесител  8. На другой вход смесител  8 поступает напр жение опорного перестраиваемого генератора 9 высокой частоты. На выходе смесител  8 присутствуют комбинационные частоты, в том числе и разности частот гармоник генераторов 4 и 9, В случае совпадени  частоты напр жени  генератора 4 с частотой одной из гармоник напр жени  генератора 9 на выходе смесител  8 по вл етс  посто нное напр жение, завис щее от соотношени  фаз упом нутых напр жений обоих генераторов 4 и 9,

Устройство работает таким образом , что генератор 4 синхронизирован с одной из гармоник генератора 9, При изменении частоты любого из генераторов начинает измен тьс  раз- нрсть фаз напр жений генератора 4 и упом нутой гармоники генератора 9, Вследствие этого напр жение на выходе смесител  8 также мен етс , воздейству  на вход ФНЧ 16 и на варикап 14, Параметры контура опорного генератора 9, т.е. емкость варикапа 4 и индуктивность катушки электромагнита 13, начинают измен тьс  таким образом, что частота упом нутой гармоники генератора 9 подстраиваетс  к частоте генератора 4, преп тству  изменению разности фаз.

При изменении частоты генератора 4, а также при частотных фпуктуаци х обоих генераторов, вызванных их дрейфом и шумами, напр жение на выходе смесител  8 мен етс . При этом низкочастотна  компонента напр жени  частотных флуктуации с частотами О - 5 гЦ, обусловленна  дрейфом и частот

ными шумами обоих генераторов 4 и 9, 50 или на варикапе 14 U . Параметры

выделенна  ФНЧ 16, поступа  на вход усилител  20, измен ет индуктивность контура опорного генератора 9, в результате чего эта составл юща  на выходе смесител  8 подавл етс , В области более высоких частот шумы имеют невысокую плотность - напр жение шумов быстро убывает с частотой и его величина оказываетс  сурезистора 15 выбирают таким образом чтобы он не вносил заметного затуха ни  в контур генератора 9, на практике его сопротивление выбирают в 55 пределах 100-500 кОм,

При медленной развертке частоты генератора 4 путем изменени  величи ны емкости 6 процесс подстройки час тоты генератора 9 можно рассматриW .

20

25

30

35

45 91909

щественно меньше величины полезного

сигнала. Посто нна  времени цепи: ФНЧ 16-УПТ 20 - электромагнит 13, обеспечивающий изменение индуктивности контура опорного генератора 9, выбираетс  такой, что полезный сигнал не подавл етс  на варикапе 14 (т.е. полоса частот этой цепи составл ет 0,5 Гц). Это обуславливает неизменность посто нной составл ющей напр жени  на варикапе 14. Полезный сигнал в этих услови х приводит к небольшим изменени м емкости варикапа 14, при этом величина сигнала 15 зависит также от коэффициента включени  варикапа 14. На практике легко выбрать оптимальный коэффициент включени  варикапа 14, обеспечив линейность зависимости частоты генератора 9 от напр жени  на варикапе 14,

При этом дл  подстройки частоты генератора 9 используетс  как емкость 10, так и индуктивность 11 его контура, но частотный диапазон изменений емкости и индуктивности контура генератора 9 оказываетс  разделенным: индуктивность отслеживает медленные изменени  частот генераторов, а емкость варикапа - быстрые. Эти( достигаетс  сразу два эффекта: увеличение чувствительности за счет того, что полезный сигнал, снимаемый с варикапа 14, переноситс  в область более высоких частот, и возможность частотной развертки генераторов 4 и 9 и записи частотных зависимостей параметров ТМП 7.

Дл  того, чтобы обратна  св зь через элементы 13 и 20 эффективно подавл ла шумы и помехи, необходимо чтобы ее крутизна преобразовани  S, д 9/&U,j была существенно большей (на 1-3 пор дка) крутизны преобразовани  напр жени  в частоту по цепи варикапа 14 S,&fg/&U в диапазоне подавлени  шумов 0-5 Гц, где - изменение частоты генератора 9, вызванное изменением напр 40

жени  на входе усилител  20. U

40

или на варикапе 14 U . Параметры

резистора 15 выбирают таким образом, чтобы он не вносил заметного затухани  в контур генератора 9, на практике его сопротивление выбирают в пределах 100-500 кОм,

При медленной развертке частоты генератора 4 путем изменени  величины емкости 6 процесс подстройки частоты генератора 9 можно рассматри512

вать как статический, т.е. развертка частоты генератора 9 будет осуществл тьс  за счет изменени  индуктивности его колебательного контура . При этом возможна непрерывна  запись частотных характеристик ТМП.

Полезный сигнал с выхода смесител  8 через разделительный конденсатор 18 поступает на информационные входы синхронного детектора 19. Синхронный детектор 19 работает следующим образом.

Информационными входам синхронного детектора 19  вл ютс  входы ключей 27 и 28. Ключи 27 и 28 управл ютс  короткими импульсами, поступающими от формирователей 25 и 26 импульсов, входы которых соединены с выходами компараторов 23 и 24. При совпадении на компараторе 23 и 24 напр жени , вырабатываемого формирователем 21 напр жений с каким-либо значением напр жени  с датчика 3 магнитного пол , соответствующего определенному значению магнитного пол  в образце 7 ТМП, формирователи 25 и 26 импульсов вырабатывают управл ющие импульсы дл  кпючей 27 и 28, в результате чего ключи 27 и 28 срабатывают и полезный сигнал проходит на сглаживающие фильтры 29 и 30. При этом на фильтры 29 и 30 поступают нагф жени , соответствующие различным значени м мапштной проницаемости образца 7 ТМП при различных значени х магнитного пол  в образце 7.

Через , определ емое посто нной времени фильтров 29 и 30, те же напр жени  установ тс  на входах дифференциального усилител  31. Дл  этих напр жений можно записать и,К(Н,)С и К (Н,)+С, где Uj - напр жени  на входах дифференциального усилител  31 при напр женност х внешнего магнитного пол  Н , , соответственно, К и С - посто нные; |w(H,) и /«(Н,) - магнитна  проницаемость образца 7 ТМП в пол х с напр женностью Н, и Н,,

На выходе дифференциального усилител  31 устанавливаетс  напр жение

Ugbi A(,)(HO-r (Н,). где Л - коэффициент передачи усилител  31 .

При записи дифференциальной магнитной проницаемости (jF на входь

.6

компараторов 23 и 24 с формировател  21 напр жений подаютс  напр жени , всегда отличающиес  на посто нную величиггу AU, что соответствует

посто нной величине разности напр жений внеганего магнитного пол  -Н,, При достаточно малых разност х напр женностей внешнего магнитного пол  ьН напр жение на выходе

дифференциального усилител  31 пр мо пропорционально дифференциальной магнитной проницаемости Э(Ч/5Н.

При измерегши магнитной проницаемости |С(. величина напр женности маг- ,

нитного ПОЛЯ Н выбираетс  больше пол  насыщени  образца 7, величина магнитной npoi-шцаемости ((/(Ц )0 и напр жение на выходе усилител  31 (Нр.

Сигнал с выхода дифференциального

усилител  31 поступает на регистрирующий прибор 32, развертки которого через коммутатор 33 соединены с формирователем 21 напр жений.

При необходимости регистрации зависимости измер емой величины от частоты второй вход регистрирующего, устройства посредством переключател  33 соедин ют с датчиком 34 частоты.

При исследовании зависимости измер емой величины от температуры или угла поворота образца 7 ТМП относительно электромагнита генератора I намагничивающего тока, вход развертки регистрирующего прибора 32 подключают через коммутатор 33 либо к датчику 35 температуры,, либо к датчику 36 угла поворота.

Устройство может быть реализовано с помощью следующих стандартных приборов: смесит ел   8, опорного генератора 9, формировател  2 напр жений, фильтра 16 частот, формирователей 25 и 26 импульсов.

Claims (2)

1. Формула изобретени 

   1 . Устройство дл  контрол  парамет- ров тонких магнитных пленок, содержащее генератор намагничивающего тока , измерительный генератор с колебательным контуром, формирователь напр жений, выходы которого подклю- чены к опорным входам синхронного детектора, коммутатор, подсое; 1нен- ный к первому входу регистрирующего прибора, отличающеес  тем, что,с целью повышени  чувстви7

   тельности и расширени  функциональных возможностей, в него введены датчики частоты, угла поворота, температуры и магнитного пол , смеситель , опорный генератор, фильтр нижних частот, усилитель посто нного тока, электромагнит, варикап, резистор , конденсатор, второй колебательный контур, индуктивность которого выполнена с сердечником, расположенным в зазоре электромагнита, генератор линейно измен ющегос  напр жени , причем первый выход измерительного генератора подключен к первому входу смесител , а второй выход через датчик частоты - к первому контакту коммутатора, второй вход смесител  соединен с выходом опорного генератора, вход которого подключен через параллельно включен ные второй колебательный контур и варикап к общей шине, выход смесител  соединен через резистор с катодом варикапа, непосредственно - с фильтром нижних частот и через конденсатор к управл ющему входу син.хронного детектора, выход фильтра нижних частот подключен к входу усилител  посто нного тока, к выходным контактам которого подключен

   Редактор В.Иванова Заказ 228/44

   Составитель Дивеев Техред Л.Сердюкова

   Корректор

   Тираж 731Подписное

   ВНИИПИ Государственного комитета СССР

   по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д. 4/5

   Производственно-полиграфическое предпри тие, г.Ужгород, ул,Проектна , 4

   2919098

   электромапит, выход генератора линейно измен ющегос  i напр жени  подключен к входу формировател  напр жений , выход датчика магнитного

   пол  подключен к сигнапьным входам синхронного детектора, выход которого подключен к второму входу регистрирующего прибора, второй контакт коммутатора соединен с выходом

   10 формировател  напр жений, третий -. с выходом датчика температуры, а четвертый - с выходом датчика угла поворота,
2. 2. Устройство по n. т л и J5 чающеес  тем, что синхронный детектор выполнен в виде двух параллельных цепей, включающих последовательно соединенные кo fflapa- торы, формирователи импульсов, 20 электронных ключей и сглаживающих фильтров, выхо;л.1 которых соединены с.входами дифференциального усилител , вторые входы электронных ключей соединены с управл ющими входа25 ми синхронных детекторов, первые

   входы компараторов - с опорными входами , вторые входы компараторов - с сигнальными входами, а выход дифференциального усилител  - с выходом

   30 синхронного детектора.

   Корректор Г. Решетник