Исследования магнитоипеданса аморфных проводов

В конце 90х годов прошлого столетия началось интенсивное изучение нового явления в аморфных микропроводах – магнитоимпеданса.

Суть этого явления довольно проста. Технологическими приемами в процессе изготовления тонких, порядка десятков микрон аморфных микропроводов на основе кобальта, создавалась поперечная анизотропия, формирующая особенную магнитную структуру, в которой намагниченность в отсутствии внешнего поля становилась азимутальной. При пропускании слабого переменного тока через такой проводник его импеданс – комплексное сопротивление, проявляло значительную зависимость от поля вследствие скин-эффекта. Действительно сопротивление и индуктивность, являющиеся активной и реактивной составляющими импеданса определяются толщиной слоя, в которой протекает ток – скин-слоя. Измеряя тем или иным способом изменение тока в проводнике или напряжения на его концах можно получить величину внешнего магнитного поля. 

Благодаря подбираемому составу микропровода, величине анизотропии и размеру, зависимость импеданса оказалась весьма значительной, что позволяет во много раз превосходить соответствующую характеристику других классических способов ее получения, таких как холловский, феррозондовый, магниторезисивный и др.

Однако на этом пути возникло много проблем, связанных с нестабильностью и воспроизводимостью чувствительных характеристик, что затруднило массовое использование данного эффекта.

Эти проблемы были решены в другом, родственном эффекте, так называемом нелинейном недиагональном магнитоимпедансе, когда через проводник пропускался переменный ток, повышенной амплитуды, такой чтобы в каждом цикле тока магнитная структура проводника дважды полностью перемагничивалась. Полезный сигнал получают при этом с концов катушки индуктивности, окружающей проводник. Это по сути аналог феррозонда, но, с так называемым, поперечным возбуждением.

Благодаря идеальной магнитной структуре, крутизна чувствительной характеристики четных гармоник в спектре сигнала с катушки индуктивности, превосходит магнитноимпедансную, а возможные нестабильности и гистерезисные явления эффективно усредняются в высокочастотном сигнале. Заметим, что частота возбуждения порядка мегагерц. На рис 1. показан пример чувствительной характеристики первой и второй гармоник в спектре сигнала.

На основе этого эффекта нами разработана серия магнитометров, в том числе трехкомпонентных. На рис.2 покзан - трехкомпонентный магнитометр.

Основные характеристики магнитометра

- питание 5В (USB), 50мА

- чувствительность                10 В/мТл

- динамический диапазон                        ±200мкТл

- частотный диапазон                     0 ? 100Гц

- шумы                         1 нТл/?Гц в диапазоне 0.1 ? 10Гц