×
21.11.2019
219.017.e463

ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ ТОНКОПЛЕНОЧНОГО МАГНИТОМЕТРА

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к измерительной технике, а более конкретно - предназначено для измерения слабых магнитных полей, и может использоваться в магнитометрии. Чувствительный элемент состоит из печатной платы, на верхней стороне которой размещаются два СВЧ-резонатора, включающих одну общую диэлектрическую подложку с осажденной на ее нижней стороне тонкой магнитной пленкой. Сверху над диэлектрической подложкой размещаются под оптимальным углом друг к другу проводники СВЧ-резонаторов. Между этими проводниками размещается короткозамкнутый с обеих сторон на землю отрезок полоскового проводника, ослабляющий связь между СВЧ-резонаторами. С помощью магнитной системы в плоскости пленки формируется постоянное магнитное поле смещения. Техническим результатом является повышение чувствительности устройства. 4 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к измерительной технике, а более конкретно - предназначено для измерения слабых магнитных полей и может использоваться в магнитометрии.

Известен датчик слабых высокочастотных магнитных полей [Патент РФ №2536083, МПК G01R 33/05, G01R 33/24, опубл. 20.12.2014], содержащий диэлектрическую подложку, на верхней стороне которой нанесены полосковые проводники двух микрополосковых резонаторов. На нижней стороне подложки осаждена магнитная пленка, покрытая металлическим слоем, выполняющим роль экрана. Проводники резонаторов расположены под оптимальным углом друг к другу, обеспечивающим максимальную чувствительность датчика. Сигнал от СВЧ-генератора подается одновременно на оба резонатора. К каждому резонатору подключен свой амплитудный детектор, причем амплитудные детекторы первого и второго резонаторов работают в противофазе. Выходные сигналы амплитудных детекторов поступают на суммирующий усилитель, при этом измеряемые сигналы суммируются, а амплитудные шумы генератора частично компенсируются.

Наиболее близким аналогом по совокупности существенных признаков является малогабаритный высокочастотный магнитометр [Патент РФ №163174, G01R 33/05, опубл. 10.07.2016 (прототип)], содержащий многослойную печатную плату, на которой размещена диэлектрическая подложка с нанесенными на ней отрезками полосковых линий двух микрополосковых резонаторов. На нижней стороне подложки, обращенной к заземляемому экрану печатной платы, осаждена тонкая магнитная пленка. Возбуждение двух резонаторов осуществляется одним общим СВЧ-генератором, размещенным на печатной плате под экраном. Амплитуды сигналов на двух микрополосковых резонаторах измеряются двумя амплитудными детекторами, причем амплитудные детекторы первого и второго микрополосковых резонаторов включены в противофазе. Выходные сигналы амплитудных детекторов поступают на суммирующий операционный усилитель, на котором происходит сложение измеряемых сигналов и частичная компенсация амплитудных шумов собственного СВЧ-генератора. Постоянное поле смещения в области размещения магнитной пленки создается системой из постоянных магнитов. Для стабилизации параметров магнитометра используется компенсационная система измерений, причем компенсационная катушка предназначена для компенсации только низкочастотных полей и выполнена в виде печатной индуктивности на нескольких слоях многослойной печатной платы.

Общим недостатком известной конструкции и конструкции-прототипа является низкая чувствительность, что обусловлено неполной компенсацией шумов собственного СВЧ-генератора. Чувствительные элементы в известных конструкциях размещены рядом, чтобы в случае измерения параметров неоднородных магнитных полей, они находились под одинаковым воздействием измеряемого поля. При этом между двумя микрополосковыми резонаторами образуется индуктивная связь, которая в значительной мере снижает возможность сложения измеряемых сигналов и компенсации амплитудных шумов собственного СВЧ-генератора на суммирующем усилителе.

Техническим результатом заявленного технического решения является повышения чувствительности устройства.

Заявляемый технический результат достигается тем, что в чувствительном элементе тонкопленочного магнитометра, содержащем печатную плату, на верхней стороне которой размещены два СВЧ-резонатора, включающих одну общую диэлектрическую подложку, на нижней стороне которой осаждена тонкая магнитная пленка, а с верхней стороны размещены СВЧ-проводники резонаторов, магнитную систему, формирующую постоянное поле смещения в плоскости пленки, новым является то, что дополнительно имеется короткозамкнутый с обоих сторон на землю отрезок полоскового проводника, расположенный по центру диэлектрической подложки между двумя СВЧ-резонаторами.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается наличием дополнительного полоскового проводника, размещенного по центру между двумя СВЧ-резонаторами. Существенным отличием является то, что этот проводник с обоих сторон замкнут накоротко на землю. Указанные отличия позволяют значительно снизить связь между СВЧ-резонаторами и, как следствие, скомпенсировать шумы собственного СВЧ-генератора на суммирующем усилителе магнитометра.

Таким образом, перечисленные выше отличительные от прототипа признаки позволяют сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию «новизна».

Признаки, отличающие заявляемое техническое решение от прототипа, не выявлены в других технических решениях и, следовательно, обеспечивают заявляемому решению соответствие критерию «изобретательский уровень».

Данное изобретение поясняется чертежами. На фиг. 1 изображен внешний вид чувствительного элемента тонкопленочного магнитометра. На фиг. 2 показан чувствительный элемент тонкопленочного магнитометра с удаленными тонкой магнитной пленкой, полосковыми проводниками и емкостями СВЧ-резонаторов. На фиг. 3 показана угловая зависимость нормированной величины коэффициента преобразования чувствительного элемента тонкопленочного магнитометра. На фиг. 4 показан уровень собственных шумов заявляемой конструкции чувствительного элемента тонкопленочного магнитометра.

Чувствительный элемент тонкопленочного магнитометра содержит печатную плату (1), на которой сформированы: проводник (2) от СВЧ-генератора к первому СВЧ-резонатору; проводник (3) от СВЧ-генератора ко второму СВЧ-резонатору; земляной проводник (4) от СВЧ-генератора; общий экран (5) СВЧ-резонаторов. На печатной плате (1) также размещены емкость (6) первого и емкость (7) второго СВЧ-резонаторов. Сверху над экраном (5) размещена подложка (8) с осажденной на ее нижней стороне тонкой магнитной пленкой. Сверху над подложкой (8) находятся проводник (9) первого СВЧ-резонатора и проводник (10) второго СВЧ-резонатора. По центру подложки (8) размещен короткозамкнутые с обоих сторон на землю проводник (11). Направление оси легкого намагничивания тонкой магнитной пленки совпадает с направлением короткозамкнутого проводника (11). Проводники (9) и (10) СВЧ-резонаторов располагаются под оптимальным углом друг к другу, обеспечивающим максимальный коэффициент преобразования чувствительного элемента [Беляев Б.А., Боев Н.М, Изотов А.В., Соловьев П.Н., Тюрнев В.В. Исследование датчика слабых магнитных полей на резонансной микрополосковой структуре с тонкой ферромагнитной пленкой // Известия высших учебных заведений: Физика. 2018. Т. 61, №8. С. 3-10], при этом коэффициенты преобразования двух СВЧ-резонаторов с пленкой имеют противоположный знак (фиг. 3). В плоскости тонкой магнитной пленки формируется постоянное магнитное поле, например, с помощью системы из постоянных магнитов, расположенной на нижней стороне печатной платы (1).

Устройство работает следующим образом. Сигнал от СВЧ-генератора поступает на два резонатора. Первый СВЧ-резонатор образован емкостью (6) и проводником (9), а второй СВЧ-резонатор образован емкостью (7) и проводником (10). Резонансная частота СВЧ-резонаторов подстраивается емкостями (6) и (7) и для пермаллоевых пленок нестрикционного состава выбирается в диапазоне 400-800 МГц. В плоскости тонкой магнитной пленки вдоль направления оси трудного намагничивания создается постоянное поле смещения оптимальной величины [Беляев Б.А., Боев Н.М., Изотов А.В., Соловьев П.Н., Тюрнев В.В. Исследование датчика слабых магнитных полей на резонансной микрополосковой структуре с тонкой ферромагнитной пленкой // Известия высших учебных заведений: Физика. 2018. Т. 61, №8. С. 3-10]. Измеряемое (пробное) поле подается вдоль оси легкого намагничивания тонкой магнитной пленки. Таким образом, амплитуда сигнала на СВЧ-резонаторах изменяется в соответствии с измеряемым полем, причем изменение амплитуды на первом СВЧ-резонаторе происходит в противофазе с изменением амплитуды на втором СВЧ-резонаторе. В тоже время шумы собственного СВЧ-генератора поступают в равной мере на оба СВЧ-резонатора, т. е. синфазны. Наличие короткозамкнутого проводника (11) между СВЧ-резонаторами ослабляет связь между ними. Амплитуды сигналов на СВЧ-резонаторах регистрируются с помощью амплитудных детекторов, причем детекторы включены в противофазе для инвертирования одного из сигналов. Выходные сигналы детекторов суммируются с использованием операционного усилителя, при этом полезные сигналы складываются, а шумы собственного СВЧ-генератора вычитаются.

Экспериментальные исследования заявляемого чувствительного элемента тонкопленочного магнитометра показали, что по сравнению с устройством аналогичного назначения (прототип) заявляемое устройство обеспечивает меньший уровень собственных шумов (большую чувствительность). На фиг. 4 показан экспериментально измеренный уровень шума чувствительного элемента тонкопленочного магнитометра в диапазоне частот от 100 до 104 Гц. Измерения проведены в экранированной комнате с использованием низкочастотного анализатора спектра, чувствительный элемент размещался внутри четырехслойного экрана из отожженного в вакууме пермаллоя с толщиной стенок 1 мм и полезным объемом ~6 дм3. Как видно из фиг. 4, на частоте 100 Гц чувствительность составила 10-11 Тл/Гц1/2. На частотах более 102 Гц уровень собственных шумов заявляемой конструкции ниже 10-12 Тл/Гц1/2, что превышает чувствительность лучших феррозондовых преобразователей, например, феррозонда Bartington Mag-13MCL100. Одновременно с этим чувствительный элемент обеспечивает широкую полосу измеряемых частот, принципиально недоступную для феррозондовых преобразователей.

Чувствительный элемент тонкопленочного магнитометра может быть использован в случаях, когда необходимо проводить измерения параметров магнитного поля в широкой полосе частот, например, от 10-2 до 106 Гц, обеспечивая при этом высокую чувствительность - около 10-13 Тл/Гц1/2 на частотах выше 104 Гц.

Чувствительный элемент тонкопленочного магнитометра, содержащий печатную плату, на верхней стороне которой размещены два СВЧ-резонатора, включающих одну общую диэлектрическую подложку, на нижней стороне которой осаждена тонкая магнитная пленка, а с верхней стороны размещены СВЧ-проводники резонаторов, магнитную систему, формирующую постоянное поле смещения в плоскости пленки, отличающийся тем, что дополнительно имеется короткозамкнутый с обеих сторон на землю отрезок полоскового проводника, расположенный по центру диэлектрической подложки между двумя СВЧ-резонаторами.
ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ ТОНКОПЛЕНОЧНОГО МАГНИТОМЕТРА
ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ ТОНКОПЛЕНОЧНОГО МАГНИТОМЕТРА
ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ ТОНКОПЛЕНОЧНОГО МАГНИТОМЕТРА
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 55.
25.08.2017
№217.015.a94d

Способ создания противопожарных заградительных барьеров вокруг населенных пунктов от степных пожаров

Изобретение относится к области противопожарной защиты населенных пунктов от степных пожаров путем создания противопожарных заградительных барьеров по их внешнему периметру. Способ включает создание противопожарных заградительных барьеров, по внешнему периметру населенных пунктов создаются...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002611877
Дата охранного документа: 01.03.2017
25.08.2017
№217.015.b277

Способ определения напряжённости намагничивающего поля в магнитометрах со сверхпроводящим соленоидом

Изобретение относится к магнитоизмерительной технике и может быть использовано при исследовании магнитных свойств веществ и материалов в областях физики магнитных явлений, геофизики. Способ определения напряженности намагничивающего поля в магнитометрах со сверхпроводящим соленоидом, включающий...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002613588
Дата охранного документа: 17.03.2017
25.08.2017
№217.015.bfea

Способ флотационного обогащения глинистого золотосодержащего сырья

Изобретение относится к области обогащения полезных ископаемых, в частности к флотационному выделению золота из окисленного глинистого сырья, и может быть использовано при флотационном обогащении золота из окисленных золотоносных руд коры выветривания и техногенного сырья, содержащих...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002616646
Дата охранного документа: 18.04.2017
25.08.2017
№217.015.c0dc

Способ определения количества и характера пространственного распределения твердых атмосферных осадков

Изобретение относится к области гидрометеорологического моделирования и может быть использовано для создания картосхем распределения твердых атмосферных осадков. Сущность: на основании гравиметрических данных спутниковых измерений GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment) получают...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002617452
Дата охранного документа: 25.04.2017
25.08.2017
№217.015.c82a

Многослойный полосно-пропускающий фильтр

Многослойный полосно-пропускающий фильтр содержит параллельные слои диэлектрика резонансной толщины, каждый из которых отделен один от другого и от окружающего пространства плоской решеткой параллельных тонкопленочных полосковых проводников с упорядоченными осями. При этом оси любых двух...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002619137
Дата охранного документа: 12.05.2017
26.08.2017
№217.015.e408

Широкополосный полосковый фильтр

Изобретение относятся к технике сверхвысоких частот и предназначено для частотной селекции сигналов. Фильтр, содержащий диэлектрическую подложку, на одну сторону которой нанесены короткозамкнутые с одного конца полосковые проводники, а на вторую сторону нанесены короткозамкнутые с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002626224
Дата охранного документа: 24.07.2017
29.12.2017
№217.015.f032

Способ получения силицидов титана

Изобретение относится к области химической технологии неорганических веществ и может быть использовано, в частности, для синтеза тугоплавких соединений. Способ получения силицидов титана включает смешение газообразных галогенидов титана и кремния, взятых в мольном отношении от 5:3 до 1:2 при...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002629121
Дата охранного документа: 24.08.2017
19.01.2018
№218.016.0309

Способ получения аморфных пленок со-р на диэлектрической подложке

Изобретение относится к области химического осаждения магнитомягких и магнитожестких пленок состава кобальт-фосфор, применяющихся в качестве сред для магнитной и термомагнитной записи, для создания микроэлектромагнитных механических устройств (MEMS), а также в датчиках слабых магнитных полей, в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002630162
Дата охранного документа: 05.09.2017
20.01.2018
№218.016.1d86

Полосковый резонатор

Изобретение относится к технике высоких и сверхвысоких частот и предназначено для создания частотно-селективных устройств. Полосковый резонатор содержит две диэлектрические подложки, подвешенные между экранами корпуса, на обе поверхности которых нанесены полосковые металлические проводники,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002640968
Дата охранного документа: 12.01.2018
13.02.2018
№218.016.2082

Способ получения суспензии на полимерной основе с высокодисперсными металлическими частицами для изготовления полимерных матриц, наполненных упомянутыми частицами

Изобретение относится к способам введения частиц в вещество и может быть использовано для получения суспензий частиц, содержащих наполнители контролируемого размера, в том числе для введения частиц контролируемого размера от наночастиц до атомарных в матрицу термопластических и сетчатых...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002641591
Дата охранного документа: 18.01.2018
Показаны записи 1-10 из 73.
20.02.2013
№216.012.288c

Микрополосковый полосно-пропускающий фильтр

Микрополосковый полосно-пропускающий фильтр относится к технике сверхвысоких частот и может быть использован в селективных трактах приемных и передающих систем. Достигаемый технический результат-повышение технологичности изготовления, а также улучшение его селективных свойств. Микрополосковый...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475900
Дата охранного документа: 20.02.2013
27.04.2013
№216.012.3bc9

Микрополосковый двухполосный полосно-пропускающий фильтр

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот и предназначено для частотной селекции сигналов на двух несущих частотах. Техническим результатом является улучшение селективных свойств двухполосного полосно-пропускающего фильтра за счет возможности расположения двух полос пропускания на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002480866
Дата охранного документа: 27.04.2013
20.07.2013
№216.012.5840

Микрополосковый диплексер

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот и предназначено для объединения или разделения сигналов на двух несущих частотах. Технический результат - повышение частотно-селективных свойств диплексера за счет как угодно близкого расположения по частоте полосы пропускания низкочастотного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002488200
Дата охранного документа: 20.07.2013
20.01.2014
№216.012.9903

Микрополосковый широкополосный полосно-пропускающий фильтр

Изобретение относятся к технике сверхвысоких частот и предназначено для частотной селекции сигналов. Технический результат заключается в расширении высокочастотной полосы заграждения полосно-пропускающего микрополоскового фильтра и уменьшении его размеров. Микрополосковый фильтр содержит...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002504870
Дата охранного документа: 20.01.2014
20.04.2014
№216.012.bb78

Полосковый фильтр с широкой полосой заграждения

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот. Технический результат - увеличение протяженности полосы заграждения фильтра и уровня затухания в ней. Полосковый фильтр с широкой полосой заграждения, содержащий подвешенную между экранами диэлектрическую пластину, на обе поверхности которой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002513720
Дата охранного документа: 20.04.2014
10.05.2014
№216.012.c28f

Управляемый фазовращатель

Управляемый фазовращатель относится к технике высоких и сверхвысоких частот и может использоваться для управления фазой сигналов в антенных решетках и системах передачи информации. Достигаемый технический результат - упрощение конструкции. Управляемый фазовращатель содержит...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002515556
Дата охранного документа: 10.05.2014
10.09.2014
№216.012.f375

Полосно-пропускающий свч фильтр

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот и может использоваться в селективных трактах приемных и передающих систем. Технический результат - увеличение уровня подавления в полосах заграждения. Полосно-пропускающий СВЧ фильтр, содержащий полосковые резонаторы на подвешенной подложке,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002528148
Дата охранного документа: 10.09.2014
20.12.2014
№216.013.1234

Датчик слабых высокочастотных магнитных полей

Изобретение относится к измерительной технике, представляет собой датчик слабых высокочастотных магнитных полей и может применяться в первую очередь в магнитометрии. Датчик содержит диэлектрическую подложку, на верхней стороне которой нанесены полосковые проводники двух микрополосковых...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002536083
Дата охранного документа: 20.12.2014
10.01.2015
№216.013.19fa

Оптический многослойный полосно-пропускающий фильтр

Фильтр может быть использован в оптических устройствах связи и спектрометрах комбинационного рассеяния света. Фильтр содержит симметричную конструкцию из чередующихся диэлектрических слоев с высоким и низким показателем преломления, образующую систему однослойных резонаторов, разделенных один...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002538078
Дата охранного документа: 10.01.2015
10.03.2015
№216.013.30b1

Микрополосковый широкополосный полосно-пропускающий фильтр

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот и может быть использовано в селективных трактах приемных и передающих систем. Достигаемый технический результат - расширение полосы рабочих частот и улучшение селективных свойств. Микрополосковый широкополосный полосно-пропускающий Фильтр...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002543933
Дата охранного документа: 10.03.2015
+ добавить свой РИД