Способ измерения градиентамагнитногополя и устройство для его осуществления

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

828I34

Сова Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 27.03.79 (21) 2742623/18-21 51) Ч.Кл.з 6 01 R 33/06 с присоединением заявки— (23) Приоритет— (43) Опубликовано 07.05.81. Бюллетень ¹ 17 (45) Лата опубликования описания 22.05.81

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УД1х 621.317.44 (088.8) (72! Автор изобретения

В. Ф. Чекурин (71) Заявитель Львовский ордена Ленина политехнический институт. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ГРАДИЕНТА

МАГНИТНОГО ПОЛЯ И УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

1, — !з dpph

I R

Изобретение относится к измерительной технике,и может быть использовано для измерения относительного градиента магнитного поля,,например в магнитных системах

Известен способ измерения градиента магнитного поля, основыванный на использовании гальваномагнитных явлений в полупроводниковой пластилине с током, помещенной в неоднородное магнитное поле. Устройство, реализующее способ, содержит полупрогзодниковую иластину с двумя ллоскими электродам и, расположенныони на ее торцах, а также с двумя точечными электродами, расположенными на одной пз боковых граней (1).

Недостаток способа заключается в невысокой точности.

Целью изобретения является повышение точности измерения градиента магнит,ного поля.

С целью повышения точности, ирп измерении градиента магнитного поля способом, включающим воздействие неоднородного,магнитного поля на полулроводниковую отластину, определяют плотность тока, ттротекающего через пласпину, в двух точках, симметричных относительно .продольной оси пластины и расположенных на противоположных боковых гранях полупроводниковой пластины, с последующим определением IpB!:. = èòà магнитного поля по формуле: где „j — значения плотности тока в симметричных указанных точ,ках;

/ — полный ток, протекающий через пластину; с! — толщина полупроводниковой пл а сти.ны; оо — удельное сопротивление материала пластины;

h — коэффициент, характеризующий увеличение удельного сопротивления пластины в маг20 нитном поле;

R — постоянная Холла материала пласти,ны.

В устройство для измерения градиент ,магнитного поля, содержащее лолупровод25 никовую пластину с двумя электродами, расположенными на ее торцах,,и источник постоянного тока, введены две пары дополнительных электродов, каждая пз котоpbIx расположена на боковых стенках соз0 ответствующего прямоугольного выреза, 8281За

O=OIIh H, 30

Urri> /-1« rl - - U«rr U «ir >

R р =Рь

40 (21

dmj --= А

50 то/Е=О, 60 дj,. дj,. дх д выполненного:на боковой грани полупроводниковой пластины, симметрично ее про,дольной оси.

На фпг, 1,изображена полупроводниковая пластина с током, отнесенная к прямоугольным коорди ата,м х, у п помещенная в неоднородное магнитное поле, перпенди.кулярное к плоскости пластины, с градиентом, направленным вдоль осп х. На фпг. 2 приведена экспериментально снятая зависимость удельного сопротивлсния от пнд :кlilIll магнитного поля Для антимонида индия с копцсптрацпей электронов при / ==ЗООК, равной 8 1016 с.п . На фиг. 3 прпВЕДЕНа 3".rIIÏCÈÌOÑTÜ ПЛОтНОСти тОКа В ПЛастине от координаты по ширине пластины.

На фиг. 4 схемати гио изооражено устройст во для измерения градиента магнитного поля.

Устройство для измерения градиента магнпr:Iolo поля содержит источник постоян. ного тока 1,,полупроводниковую пластинуу 2 с двумя прямоугольными спмметричнымп относительно продольной оси вырезами, снаабженную двумя плоскими электродами 8, 4, а также электродами 5, б и 7, 8, нанесенными на боковые стенки вырезов п соединенными между сооой рез,исто р а ми 9 и 10.

Прп помс пенни полупроводнпкозой пластины с током в неоднородное магнит,ное поле в разных сечениях пластины будет возникать поле Холла с разными напряженностями. Рассматривая контур а — b—

- — b — а Ia поверхности пластины, получим где U, >, U, ь — V, UI о — напряжения между соответствующими точками на поверхности пластииы.

Поскольку U„, — U,,„,=,с cО, то и Б «, — U, ь =,-О, т. е. напряжения между точками а — b и а — b не равны друг друту .и не равны падению напряжения, создаваемому на уча"тке между этими точками протекающ им через кристалл током 1. Поэтому по контуру а — -Ь вЂ” b — а должен протекать циркулирующий ток, который, складываясь алгебрагически с током 1, приводит и неоднородному распределению тока, протекающего через пластину. Величина этой неоднородности определяется градиентом магнитного поля, поэтому, измеряя распределение плотности тока по сечению пластины, можно установить градиент магнитного поля. Установим зависимость между градиентом магнитного, поля и видом распределения плотности тока по сечению пластины. Запишем выражение для напряженности электрического поля, возникающего в пластине,с током, помещенной в магнитное поле.

Е. =р/.- — / Н/ = V (/." — И,)

Е1/ — РН/, + р/у — р (3/,. + /у ) где Е,, /=„— проекции вектора .напряжен.ности электрического поля на координатные оси х и у;

/,, / — проекции вектора плотности тока на lcoop.!Инатныс ocll хну;

Н вЂ” напряженность магнитного поля; р — удельное сопротивление материала пластины;

15 / -- постоянная Холла материала пластины;

В области сильных магнитных полей удельное сопротивление полупроводника линейно увеличивается с ростом магнитного поля (фиг. 2), поэтому можно записать

25 где po — удельное сопротивление материала пластины в отсутствие магнитного поля;

/I — коэффициент, арактеризующий увеличение удельного сопротивлен,ия полупроводника с ростом магнитного поля; .мо кет быть

35 определен из экспериментально снятой зависимости р=р (Н).

Таким образом, в области сильных магпптных полей (1 не зависит от координаты

Из уравнения непрерывности учитывая, что в случае постоянного .магнитного поля а также принимая во внимание (1) и (2), получаем систему дифференциальных ураананий для компонент вектора плотности электрического тока д д/ 1 дР

/ /- Р р/,+/у)=О

«2 ду р дх

Для дальнейшего достаточно знать paicпределение плотности тока в каком-либо

828134 рый неравномерно распределен по ее ширине.

Поскольку размеры вырезов много меньше размеров пластины, сопротивленля резисторов 9 и 10 равны сопротивлениям удаленных частей нластнны, распределение плотности тока по ширине пластины будет таким же, как и для пластины без вырезов.

При этом, поскольку щи рина электродов 5, о 6, 7 и 8 много меньше ширины пластины, 1

11 —— -/1ДС

1 — — i.dc, (4) 1Б где 1,, 1 — токи через резисторы 9 и 10 соответственно; е — ширина электродов 5, 6, 7 и 8. —;.,h

1 RC

95 аЗ 1 — — — — — eI;\

- =2d а(36

На фиг. 3 приведены кривые распределения плотности тока по сечению пластины при различных а, откуда следует, что вид распределения сильно зависит от величины относительного градиента магнитного поля и.

Разность плотностей тока в точках с ко- 4р ординатами

l b 1 b х = —; у = — — и х =--; у=-= — — —.(5) 2 2 2 2

45 р,авиа аЗ

11 12 d

Ji J> Ро

R (5) сечении пластины. Поэтому рассмотрим случай, когда d(

dJ., а31 Ä=0, Ч

1 dp 1 4(Я де а,1 д Й - — относительный градиент магнитного поля.

Предположим, что а слабо изменяется по длин. пластины, т. е, в некоторой окрестности х(0((х<

Таким образом, производя измерение плотности тока в двух точках, симметричных относительно продольной оси пласти.ны, расположенных на боковых гранях ее, по формуле (5) можно определить градиент магнитного поля.

Устройство работает следующим образом. Прп помещении пластины 2 в неоднородное магнитное поле и,подключении к электродам 8, 4 источника лостоянного тока 1 через пластину протекает ток, котоИзмерив токи I н 1, относительный градиент магнитного поля определяем из формулы

Фор мула нзо бр етения

Способ измерения градиента магнитного поля, включающий воздействие неоднородного магнитного поля на полупроводниковую пластину, отлпч а ющийс я тем, что, с целью повышения точности, определяют плотность тока, протекающего через пластину, в двух точках, симметричных относительно продольной осн пластины и расположенных на противоположных боковых гранях полупрозодниковой п.ластины, с последующим определением градиента магнитного поля по формуле: где 1ь jz — значение плотности тока в симметричных точках;

1 — полный ток, протекающий через полупроводниковую пластину; д — толщина полуп роводннковой пластины; р — удельное сопротивление материала полупровîlHnêoâoé пластины;

h — коэффициент, характеризующий увеличение удельного сопротивления материала полу.проводниковой пластины в магнитном поле;

Л вЂ” постоянная Холла .материала полупроводниковой пластины.

2. Устройство для измерения прадиента магнитного поля, содержащее полупроводниковую пластину с двумя ллоскими элек828134 тродами, расположенными на ее торцах,,и источник постоянного тока, о т л,и ч а ющееся тем, что оно содержит две пары дополнительных электродов, каждая из которых расположена на боковых стенках соответствующего прямоугольного выреза, выполHåêíîãо из боковой грани полупробг?

Puz г.

Ямк) д ггг C

Составитель Ф. Тарнопольская

Текред А. Камышникова Корректор И. Осиповская

Редактор Б. Федотов

Заказ 5?б/515 Изд. № 355 Тираж ?49 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Тип. Харьк. фил. пред. «Патент» г1 (<,?!

У Г

1— р i во 1ни ковой пластины симметрично относительно ес продольной оси.

Источник информации, принятый во внимание при эксперт иве:

1. Авторское свидетельство СССР

¹ 340987, G Ol R 33/06, 1972 (прототип).

Способ измерения градиентамагнитногополя и устройство для его осуществления Способ измерения градиентамагнитногополя и устройство для его осуществления Способ измерения градиентамагнитногополя и устройство для его осуществления Способ измерения градиентамагнитногополя и устройство для его осуществления 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электрических измерений, в частности к измерениям магнитной индукции

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для уменьшения систематических погрешностей абсолютных измерений индукции магнитного поля магнитометром с четырехконтактным датчиком Холла

Изобретение относится к области неразрушающего контроля нефтегазопроводов и может быть использовано для целей определения расстояния, пройденного внутритрубным снарядом-дефектоскопом

Изобретение относится к области приборостроения, в частности к тонкопленочным датчикам на основе экстраординарного эффекта Холла, и может быть использовано в микроэлектронике при измерении и регистрации локальных магнитных полей и величин электрического тока, а также при разработке микроэлектронных устройств нового поколения

Изобретение относится к области неразрушающего контроля, в частности к устройствам для внутритрубной диагностики

Изобретение относится к области электронных датчиков магнитного поля, а более конкретно к магниточувствительным интегральным схемам (МЧИС)
Наверх