Магнитометрические преобразователи, приборы, установки, страница 17

Пользуясь (4-47), можно определить и вид зависимости S₂(). В относительных единицах эта зависимость показана на рис. 4-25. Она хорошо согласуется с опытными данными, полученными для различных модификаций феррозондов, процесс перемагничивания в которых соответствует режиму синусоидальной индукции.

Рис. 4-25. Зависимость чув­ствительности феррозонда с поперечным возбуждением от амплитуды поля возбуж­дения

1 - кривая, соответствующая выражению (4-47); 2— экспериментальная кривая, совпадающая с расчетной [4-56]

Сопоставляя выражения (4-46), (4-47) с выражением (4-43), можно заключить, что чувствительность феррозондов с поперечным возбуждением при прочих равных условиях всегда меньше чувствительности феррозон­дов с продольным возбуждением. Лишь в пределе, при очень большой амплитуде  поля возбуждения, когда  чувствительности обоих типов феррозондов близки одна к другой.

Формулы (4-46), (4-47) пригодны для расчетов с погрешностью, не превышающей 30%. Более точные формулы и методика расчета даны в работе [4-56].

Феррозонды с поперечным возбуждением выгодно отличаются от феррозондов с продольным возбуждением наличием одного сердечника. Однако они уступают последним по потребляемой мощности. Большая потребляемая мощность необходима в феррозондах с поперечным возбуждением для получения сравнимой чувствительности, а также для повышения устойчивости нуля феррозондов и снижения уровня собственных шумов.

Шумовые характеристики, по-видимому, являются решающими при выборе того или иного типа феррозонда.

Глава              пятая ГАЛЬВАНОМАГНИТНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

5-1. Классификация гальваномагнитных преобразователей

Гальваномагнитными называют такие преобразователи, принцип действия которых основан на использовании физических явлений, возникающих при воздействии магнитного поля на движущийся заряд. Как правило, в большинстве гальваномагнитных преобразователей одновременно в той или иной мере возникают несколько или все четыре гальваномагнитных эффекта, которые уже были описаны в § 1—3. Вместе с тем специфические особенности преобразователей, способствующие наиболее яркому проявлению того или иного эффекта, позволяют разделить их на преобразователи Холла и преоб­разователи, основанные на изменении внутреннего сопротивления.

К преобразователям Холла обычно относят те гальваномагнитные преобразователи, выходная величина которых прямо пропорциональна холловской э. д. с, возникающей внутри него. Принцип действия таких преобразователей непосредственно вытекает из самого эффекта Холла, рассмотренного в § 1—3, и не требует каких-либо пояснений.

Существуют также (хотя и не нашли широкого практического применения) преобразователи Холла, выходная величина которых про­порциональна не э. д. с, а току Холла. Например, они могут быть выполнены в виде плоского полупроводникового кольца, по которому в радиальном направлении пропущен переменный ток [5-18]. Если такое кольцо поместить в поле с магнитной индукцией, направленной нормально к плоскости кольца, то в результате искривления траектории движения носителей заряда в кольце возникнет циркулярный переменный ток, который может быть измерен с помощью катушки индуктивности, наложенной на кольцо, и вольтметра переменного тока.

К преобразователям, основанным на изменении внутреннего сопротивления, мы отнесем все те преобразователи, выходная величина которых (обычно ток или напряжение) прямо пропорциональна изменению их внутреннего сопротивления (проводимости).

Проводимость гальваномагнитного преобразователя, находящегося в магнитном поле, при наличии носителей заряда двух знаков и неравномерном распределении их в объеме проводящего канала может быть определена с помощью известного выражения

Y = ,

где

— средние значения концентраций электронов и дырок в объеме V проводящего канала преобразователя; s и l — сечение и длина проводящего канала соответственно. Из приведенного выражения видно, что принципиально изменение проводимости преобразователя в магнитном поле может быть достигнуто путем изменения ряда величин: , , u, u_р или отношения s/l. В соответствии с этим и в зависимости от механизма изменения сопротивления (принципа действия) гальваномагнитные преобразователи, основанные на изменении внутреннего сопротивления, в свою очередь, можно разделить на три группы (рис. 5-1).

К первой группе относятся преобразователи, приращение внутреннего сопротивления которых вызывается изменением подвижности носителей заряда (u, u_р). Такие преобразователи получили название преобразователей магнитосопротивления или магниторезисторов.

Рис. 5-1. К классификации гальваномагнитных преобразователей

Ко второй группе относятся преобразователи, изменение сопро­тивления которых связано с изменением средней концентрации носителей заряда (, ) в объеме проводящего канала. В эту группу входят в основном гальваномагнитные преобразователи, разработанные на основе использования полупроводниковых соединений, содержащих р-n-переходы,- различной конструкции магнитодиоды и биполярные магнитотриоды.

К третьей группе следует отнести те преобразователи, изменение внутреннего сопротивления которых обусловлено изменением в магнитном поле отношения s/l, при этом под геометрическими размерами проводящего канала преобразователя следует понимать размеры, ограниченные не только конструктивными поверхностями, но иногда (как, например, у полевых магнитотрйодов) и р-n-переходами.

Принцип действия гальваномагнитных преобразователей, основанных на изменении внутреннего сопротивления, первой, второй и третьей группы заметно отличаются друг от друга. Если в преобразователях магнитосопротивления так же, как и в преобразователях Холла, для преобразования магнитной индукции непосредственно использован один из гальваномагнитных эффектов (эффект магнитосопротивления), то в магнитодиодах и магнитотриодах гальваномагнитные эффекты, как мы увидим ниже, зачастую являются лишь первопричиной, вызывающей ряд других физических процессов, приводящих к изменению внутреннего сопротивления преобразователя.