Принципы построения датчиков магнитного поля на магнитооптических материалах

В настоящее время устройство к оптической обработки информации получили широкое распространение пленки феррит-граната, структурная формула которого RFeO₃ и R₃FeO₁₂, где R - ион редкоземельного элемента.

Основными его достоинствами для устройств является высокий контраст, магнитооптическая добротность и возможность легкого управления его структурой. Вид доменной структуры у такого типа феррит-граната: лабиринтный, полосовой и рег-структура.

В нашей работе предпринята попытка использовать ФГП с лабиринтной структурой для измерения магнитных полей. Принцип работы датчика основан [12] на однозначной зависимости интенсивности нулевого порядка дифракции от внешнего магнитного поля и определяется теоретическим соотношением:

I₀= I_пад*e^-αt [((2S-d)/d)² Sin²Ft+Cos²Ft] (1.3.1)

где I_пад - интенсивность света, падающего на ФГП, α – коэффициент поглощения ФГП, t – длина пути света в ФГП, S – ширина однополярных доменов, d – период доменной структуры, F – удельное фарадеевское вращение ФГП.

Очевидно, что I₀ зависит от соотношения размеров доменов обратной намагниченности (от соотношения S и d), которое в свою очередь зависит от величины внешнего магнитного поля Н. В общем случае зависимость S(H) – нелинейна.

Чувствительный элемент датчика – феррит-гранатовая пленка находится внутри магнитной системы (рисунок 1.3.1), состоящая из двух катушек диаметром 33 см и расстоянием между кольцами 22 см. Сопротивление каждой катушки 28 Ом. Катушки соединены параллельно и согласно. Максимальное поле внутри магнитной системы 100 эрстед. Феррит-гранатовая пленка находится на двухкоординатном столике, укрепленном вертикально в центре магнитной системы. Калибровка магнитной системы приведена в приложении А.

Рисунок 1.3.1. Схема магнитной системы

Принцип работы магнитооптического датчика заключается в следующем:

1. Снимается зависимость нулевого порядка дифракции ФГП от внешнего магнитного поля и строится график.

2. Затем ФГП помещается в измеряемое поле. Получаем значение нулевого порядка дифракции.

3. По графику, полученному в первом пункте, определяем искомую величину поля в катушке.

Целью данной работы является: разработка конструкции и создание лабораторного макета магнитооптического компенсационного датчика магнитных полей. Провести экспериментальные исследования и определить диапазон измеряемых величин магнитного поля. Провести сравнительный анализ точности измерения по сравнению со стандартным датчиком Холла.

Глава 2