Описание экспериментального макета магнитооптического компенсационного датчика магнитного поля

Исследования датчика проводились на лабораторном макете, показанном на рисунке 2.1.1. Принцип работы компенсационного датчика магнитных полей основан на измерении интенсивности нулевого порядка дифракции света на чувствительном элементе в зависимости от магнитного поля [13].

Рисунок 2.1.1. Схема экспериментальной установки

1 - источник света (лазер ЛГ-79); 2 - катушка, создающая измеряемое магнитное поле; 3 - компенсационная катушка; 4,5 - блок питания, вольтметр для компенсационной катушки; 6 - поляризатор; 7 - собирающая линза; 8 - ФЭУ; 9 - вольтметр; 10,11 - блок питания для катушки, создающей измеряемое инешнее магнитное поле и вольтметр; 12 - чувствительный элемент компенсационного датчика (феррит-гранат).

Внешний вид экспериментальной установки показан на рисунке 2.1.2.

Рисунок 2.1.2. Внешний вид экспериментальной установки

В качестве источника света использовался лазер ЛГ-79 (λ=0,63 мкм). В нашей конструкции использование катушки компенсации позволило существенно расширить диапазон измеряемых полей на величину поля, создаваемого компенсационной катушкой. Верхний предел измеряемых полей ограничивался тепловыми режимами катушки и находился в пределах ±90 Э для катушки с R=39 мм и r=15 мм толщиной 40 мм (n=90 витков, провод d=0,3 мм).

В качестве чувствительного элемента использовалась феррит-гранатовая пленка состава ___________ с периодом собственной полосовой доменной структуры d=6 мкм и H_s=20 Э.

Калибровочная кривая H_вн=f(U_кат) приведена в приложении Б; H_к – поле (компенсационное) в катушке, имеющее величину необходимую для возврата в рабочую точку при измерении внешних полей, величина которых больше поля насыщения феррит-граната. H_к определяется из калибровочного графика компенсационной катушки, приведенного в приложении В. Таким образом, Н_вн может превышать H_s в несколько раз.

Компенсационный датчик магнитных полей работает следующим образом. Луч света от источника (λ=0,63мкм) попадает на магнитооптическую пластину феррит-граната. Свет дифрагирует на регулярной доменной структуре. Лучи нулевого порядка дифракции поступают на фотоприемник.

Для снятия зависимости нулевого порядка дифракции ФГП от внешнего магнитного поля использовалась схема экспериментальной установки, показанная на рисунке 2.1.1.

Так как феррит-гранатовая пленка после подачи напряжения 50 В на катушку (что соответствует полю 40 Э) уходит в насыщение, поэтому измерение нулевого порядка проводилось в интервале 0-50 В.

На рисунке 2.1.3а показана начальная лабиринтная доменная структура (Н_вн=0) и соответствующая ей дифракционная картина (Н_вн=0) (рисунок 2.1.3б). Нулевой порядок дифракции находится в центре и рядом первый дифракционный максимум (в виде кольца). При подаче тока в магнитную систему происходит процесс разрастания доменов, направленных по полю. На рисунке 2.1.4а показана лабиринтная доменная структура (Н_вн<H_s) и соответствующая ей дифракционная картина (Н_вн<H_s) для значения магнитного поля равного половине поля насыщения (рисунке 2.1.4б) и на рисунке 2.1.5а показана лабиринтная доменная структура (Н_вн>H_s) и соответствующая ей дифракционная картина (Н_вн>H_s) при поле насыщения феррит-граната (рисунок 2.1.5б).

Рисунок 2.1.3а. Лабиринтная доменная структура (Н_вн=0)

Рисунок 2.1.3б. Дифракционная картина (Н_вн=0)

Рисунок 2.1.4а. Лабиринтная доменная структура (Н_вн<H_s)

Рисунок 2.1.4б. Дифракционная картина (Н_вн<H_s)

Рисунок 2.1.5а. Лабиринтная доменная структура (Н_вн>H_s)

Рисунок 2.1.5б. Дифракционная картина (Н_вн>H_s)