Диссертация (1098006), страница 18

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 18)

H ex для I b  100 мА и частоты 20 MHzсравниваются с теоретическими (c).Недиагональная компонента импеданса  z (   z ) представлена на Рисунке 3.13в терминах Vw / VS -отношения напряжения на проводе к возбуждающему напряжению вкатушке. В отсутсвии подмагничивающего тока I b  0 сигнал, снимаемый с провода,оказывается небольшим, и полевые характеристики нерегулярными относительновнешнего магнитного поля. Для идеальной циркулярной анизотропии и круговой доменнойструктуры такой сигнал был бы вообще нулевым в силу усреднения по доменам (<sin cos  >=0). Наличие подмагничивающего тока I b  100 мА существенно увеличиваетсигнал,приэтомреальнаяидействительнаячасти(Рисунок3.13а)антисимметричное поведение относительно внешнего поля H ex .

ВеличинаимеютI b должнабыть оптимальной, так как наличие дополнительного циркулярного поля увеличивает120жесткость в циркулярном направлении, что приводит к падению чувствительности поотношению к H ex и к уменьшению линейного диапазона изменения. На Рисунке 3.13спредставлено сравнение экспериментальных и теоретических данных.

Особеннохорошее согласие с экспериментальными данными наблюдается в области малых полей,когда основной вклад дает изменение ориентации статической намагниченности.3.5 Поведение МИ на ГГц частотахИнтересно исследовать поведение магнитоимпеданса на высоких частотах,порядка нескольких ГГц [242] . Как было показано в разделе 2.4, параметр магнитнойпроницаемости ̃, который входит в выражение для импеданса, оказывается малочувствительнымкмагнитномуполюпричастотах,превышающихчастотуферромагнитного резонанса (см. Рисунок 2.12), которая составляет 300-800 МГц длямагнитомягких проводов и магнитных полей порядка нескольких К . Приведем здесьспектры магнитной проницаемости ̃ для различных полей, чтобы продемонстрироватьочень маленькую чувствительность ̃( ) в ГГц области даже для относительнобольших полей (Рисунок 3.14).

Это связано с тем, что при таких условиях гигагерцовыечастоты соответствуют «хвосту» ферромагнитного резонанса. Для значительногоувеличения частоты ферромагнитного резонанса требуются значительно более высокиеполя. Следовательно, высокая чувствительность импеданса к внешним факторам можетбыть реализована только за счет изменения ориентации намагниченности. Этоаналогично эффекту сильного поглощения на микроволновых частотах в области малыхполей [122,131,243].

Для того, чтобы импеданс «чувствовал» ориентацию статическойнамагниченности, магнитная проницаемость должна существенно отличаться отединицы. Для проводов с эффективным полем анизотропии порядка 5 Э, характернымичастотами «выключения» МИ эффекта являются частоты 6-8 ГГц. Это достаточно дляиспользования МИ-проводов для разработки встраиваемых беспроводных сенсоров.121Рисунок 3.14 Спектры реальной части магнитной проницаемости в проводах сциркулярной анизотропией для различных значений внешнего магнитного поля,величина которого дана в единицах . Параметры расчета: 0 = 500 G, = 5 Oe,разброс осей анизотропии- 5 градусов.Рисунок 3.15.

Теоретические графики реальной части продольного импедансапровода с циркулярной анизотропией как функция магнитного поля для различныхчастот. Магнитные параметры провода те же, что и для Рисунка 3.13, но разброс осейанизотропии выше- 30 градусов. Это было нужно для обеспечения лучшего согласия сэкспериментом. a =10 м, = 1016 с−1 . Импеданс нормирован на его значение при f =1ГГц , Hex=0.122Расчеты импедансных характеристик на высоких частотах представлены наРисунке 3.15. При увеличении частоты от 500 МГц максимум в импедансныххарактеристиках уширяется, выходит на плато и при частотах в несколько ГГц имеетсяслабый подъем для полей выше поля анизотропии.

Такое поведение импеданса на ГГцчастотах получило название «valve-like». Между тем поведение импеданса в областималых полей, меньше поля анизотропии, изменяется незначительно, так как оно связанос поведением статической намагниченности.«Valve-like» поведение высокочастотного импеданса подтверждается рядомэкспериментальных данных, хотя различные группы исследователей опубликовалинесколько различающиеся результаты, что может быть связано с трудностью калибровкиизмерительной ячейки на высоких частотах, и соответственно, определения внутреннегоимпеданса провода.Длянашихэкспериментовбылапредложенаизмерительнаяячейка,представленная на Рисунке 3.16, которая позволяет минимизировать ошибки,обусловленные фиксацией образца. Часть микрополозка, соединенная с VNA,калибруется отдельно с помощью стандартной 50 Ом-нагрузкой, которая впоследствииудаляется (нагрузка 1 на Рисунке 3.15).

В течении измерений, ячейка с проволочнымобразцом также соответствует нагрузке в 50 Ом (нагрузка 2). Наши исследованияпоказывают, что этот метод позволяет надежные импедансные измерения микропроводадлиной до 1.5 см до частот порядка 3 ГГц.Рисунок3.16.Измерительнаяхарактеристик на ГГц частотах.ячейкадляисследованияимпедансных123Рисунок 3.17. Полевые зависимости амплитуды продольного импеданса длямикропровода состава Co64.6Fe3.5Si15.5B16.4с общим диаметром 29.6 m и толщинойстекла 2.3 m.На Рисунке 3.17 представлены полевые зависимости импеданса для различныхчастот, поведение которых хорошо согласуется с теорией и c рядом экспериментальныхработ [118, 120]. При высоких частотах импеданс выходит на насыщение в поляхпорядка поля анизотропии.Рисунок 3.18.

Экспериментальные полевые зависимости реальной частипродольного импеданса микропровода состава Co66Fe3.5B16Si11Cr3.5 для различныхчастот. Параметры провода: a =10 m, толщина стекла -2. 4 , длины- l = 3 mm.124В других экспериментах [244-245] наблюдался значительный рост импеданса приполях, больших поля анизотропии, как показано на Рисунке 3.18. В этих экспериментахиспользовалась коаксиальная ячейка, для которой значительно труднее выполнить прекалибровку.3.6 Стресс импеданс эффект при ГГц частотах.Как было показано в предыдущем разделе,зависимостьмагнитногоимпедансаотв микроволновом диапазонемагнитногополяописывается«магнитостатической функцией».

Например, для продольной компоненты импеданса ∝ cos 2 ~ , где угол статической намагниченности является функцией внешнихфакторов. Напротив, комплексная магнитная восприимчивость ̃, входящая в уравнениядля импеданса,оказывается нечувствительной к внешнему полю, а также кмеханическим нагрузкам. В этом разделе мы обсудим зависимость импеданса отвнешних механических напряжений [246-248].В проводе с циркулярной анизотропией и отрицательной магнитострикциейвнешние растягивающие напряжения не изменяют характера анизотропии, а толькоприводят к увеличению эффективной циркулярной анизотропии.

То есть, они неприводят к переориентации намагниченности, и в области высоких частот можноожидать слабую зависимость импеданса от . В присутствии внешнего осевогомагнитного поля, которое отклоняет намагниченность от циркулярного направления,появляетсязависимостьимпедансаотнапряжений,которыенамагниченность к циркулярному направлению. На Рисунке 3.19возвращаютпредставленыэкспериментальные зависимости продольного импеданса от растягивающих напряженийв аморфном проводе с отрицательной магнитострикцией и циркулярной анизотропией.Видно, что при частотах порядка или больше 500 МГц чувствительность к внешнимнапряжениям возникаеттолько в присутствиипостоянного магнитного поля,приложенного вдоль оси провода.

Его величина не должна превышать эффективноеполе анизотропии, чтобы не очень увеличивать магнитную жесткость.125Рисунок3.19.Зависимостьпродольногоимпеданса от растягивающих напряжений ваморфноммикропроводесоставаCo68.5Mn6.5Si10B15, общий диаметр - 14.5 m,диаметр металлической жилы- 10.2 m. Проводимеет циркулярную анизотропию. Стресс-МИхарактеристики даны для различных значенийвнешнего магнитного поля, направленного вдольоси провода для различных частот.Наибольшая чувствительность импеданса отстрессанаблюдается,когдавнешнееполеравняется полю анизотропии (~ 3 Oe).Для практических применений использование внешнего подмагничивающегополя может быть не желательно.

Добиться значительной зависимости импеданса отмеханических напряжений без приложения поля можно в случае геликоидальнойанизотропии, которая может быть наведена с помощью отжига. Если в проводе естьналичие осевых напряжений растяжения или сжатий , а также скручивающихнапряжений, которые соответствуют воздействию растяжения и сжатияt ,направленных перпендикулярно друг другу и под углом в 45 по отношению к осипровода, то это приводит к образованию геликоидальной анизотропии (см. раздел 4).На Рисунке 3.20 представлены экспериментальные кривые намагничивания дляпровода с наведенной геликоидальной анизотропией при воздействии различныхвнешних растягивающих напряжений .

При увеличении можно поворачиватьлегкую ось ближе к циркулярному направлению.126Рисунок 3.20. Трансформация петли гистерезиса под действием внешнегорастягивающего напряжения σex . Для измерений была использована та же проволока,что и для Рисунка 3.18, но с наведенной геликоидальной анизотропией. «Почтипрямоугольная» петля при σex = 0 соответствует геликоидальной анизотропии, анаклонная петля при достаточно большой нагрузке – циркулярной анизотропии.Рисунок 3.21. Экспериментальные данные по магнитоимпедансу как функции внешнихрастягивающих напряжений в проводе со статическими магнитными свойствами,представленными на Рисунке 3.19.127Рисунок 3.22. Теоретические зависимости импеданса в проводе с геликоидальнойанизотропией, обусловленной внутренними скручивающими напряжениями, от внешнихрастягивающих напряжений для двух частот. = −2 × 10−7 , 0 = 5 × 105 А/м, K=125Дж/м3, 0 = 150 МПа, = 30 МПаВозможность модификации анизотропии под действием внешних растягивающихнапряжений, рассмотренная выше, приводит к значительной чувствительностимагнитоимпедансапредставленыквнешниммеханическимэкспериментальныевоздействиям.зависимостиНапродольногоРисункеимпеданса3.21вмикропроводах для различных частот, статические магнитные свойства которыхсоответствуют Рисунку 3.20, под действием внешних растягивающих напряжений.Видно, что высокая чувствительность наблюдается в области напряжений до 0.8 ГПа,когда еще происходит перестройка магнитной структуры.

В области большихнапряжений изменение импеданса практически отсутствует. Такое поведение полностьюсоответствует теоретическим результатам, представленным на Рисунке 3.22.128Выводы главыВ главе 3 проведен всесторонний анализ МИ эффектов в цилиндрическихферромагнитных проводниках. Последовательный анализ развивает понятие тензораповерхностного импеданса, который включает диагональные и недиагональныекомпоненты.

Характеристики

Список файлов диссертации