Магнитометр

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ(71) Заявитель Белорусский государственный университет(73) Патентообладатель Белорусский государственный университет(57) Магнитометр, содержащий датчик магнитного поля, состоящий из двух магниточувствительных элементов, источник питания, суммирующий блок и блок регистрации, подключенные к общей шине, отличающийся тем, что он дополнительно содержит коммутатор, один из входов которого подключен к источнику питания, а выход - к суммирующему блоку, два других входа подключены к контактам магниточувствительных элементов, при этом магниточувствительные элементы выполнены на одной стороне изолирующей подложки с отношением длины к ширине одного элемента датчика, равным 1, а второго -10, причем элементы датчика через общий для них контакт подключены к общей шине. Фиг. 4 Изобретение относится к области магнитных измерений и может использоваться в магнитоэлектронике и радиопромышленности при изготовлении магнитометров. Известен магнитометр 1, содержащий двухэлементный магниторезистивный датчик магнитного поля, блок питания с двумя выходами, суммирующий блок и блок регистрации, предназначенный для измерения магнитного поля при рабочих температурах ниже 10 К по способу 2. Недостатком известного магнитометра является низкая электрическая и тепловая стабильность измерений. Это обусловлено тем, что на магниторезистивный датчик подается напряжение, большее напряжения примесного пробоя датчика, что приводит к неравномерному распределению тока (шнурованию тока) по датчику при пробое и уменьшению электрической стабильности измерений. Кроме того, расположение магниточувствительных элементов датчика по разные стороны подложки и выделение в них разной электрической мощности, так как один работает в области слабых допробойных, а второй - послепробойных электрических полей,не позволяет получать высокую температурную стабильность измерений. Увеличение электрической и тепловой стабильности достигается тем, что в предлагаемом магнитометре двухэлементный датчик запитывают электрическим полем, меньшим напряжения пробоя, что исключает возможность возникновения электрической неустойчивости и перегрева датчика, а магниточувствительные элементы расположены на одной стороне подложки. Величину магнитного поля определяют по сумме относительного изменения сопротивления элементов датчика, имеющих отношение длины к ширине 1 и 10. Физической основой измерения магнитного поля является сложение отрицательного магниторезистивного эффекта, характерного для элемента 2086 1 датчика с отношением длины к ширине равным 10, с положительным магниторезистивным эффектом, характерным для элемента датчика с отношением длины к ширине равным 1. На фиг.1 схематически изображен вариант выполнения принципиального элемента магнитометра-датчика магнитного поля, на фиг.2 - разрез по А-А, на фиг.3 - градуировочный график и на фиг.4 - функциональная схема магнитометра. Датчик магнитного поля представляет собой подложку из полуизолирующего арсенида галлия 1 с сопротивлением 108 Ом см, на которой известными методами (например, эпитаксией) выращен магниточувствительный слой с концентрацией электронов 1016-1018 см-3 и изготовлены (например, фотолитографией) два магниточувствительные элемента с отношением длины к ширине равном единице 2 и десяти - 3. Концентрация электронов в магниточувствительных элементах датчика выбирается такой, чтобы обеспечить максимальное уменьшение сопротивления элемента датчика с большим отношением длины к ширине в магнитном поле. Геометрические размеры первого элемента датчика выбраны такими, чтобы его сопротивление в магнитном поле увеличивалось за счет большой геометрической компоненты положительного магнитосопротивления, а второго элемента такими,чтобы его сопротивление в магнитном поле уменьшалось из-за ее малости. На магниточувствительных элементах сформированы (например, вжиганием сплава индия с оловом) омические контакты 4, один из которых является общим для двух элементов датчика. Так как измеряемый магниторезистивный эффект представляет собой сумму отрицательного и положительного магнитосопротивлений, то в первом элементе из-за большой положительной геометрической компоненты он будет положительным, а во втором из-за ее малости он будет отрицательным. Таким образом, подавая на омические контакты датчика малое напряжение, меньшее поля примесного пробоя, магнитное поле можно измерять по сумме относительного изменения сопротивления элементов датчика. Примером практической реализации может служить измерение магнитного поля датчиком из арсенида галлия с концентрацией электронов 1018 см-3 и отношением длины к ширине магниточувствительных элементов один и десять соответственно. Градуировочный график приведен на фиг.3. Магнитометр фиг.4 содержит датчик магнитного поля 5, состоящий из двух магниточувствительных элементов, источник питания 6, суммирующее устройство 8 и блок регистрации 9, подключенные к общей шине и коммутатор 7, один из выходов которого подключен к источнику питания, а выход - к суммирующему блоку, два других входа подключены к контактам магниточувствительных элементов, при этом магниточувствительные элементы выполнены на одной стороне изолирующей подложки с отношением длины к ширине одного элемента датчика равным 1, а второго - 10, причем элементы датчика через общий для них контакт подключены к общей шине. Магнитометр работает следующим образом. Коммутатор подключает к суммирующему устройству первый или второй элементы датчика, падение напряжения на которых в магнитном поле соответственно увеличивается и уменьшается. Указанные изменения падений напряжений суммируются блоком 8 и регистрируются блоком регистрации 9. Величина магнитного поля определяется по градуировочному графику зависимости суммы изменения падения напряжения на первом и втором элементах датчика от магнитного поля. оставитель Л.С. Зайкова Редактор Т.А. Лущаковская Корректор Т.Н. Никитина Заказ 0051 Тираж 20 экз. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.