Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Metody pomiaru indukcji magnetycznej Bolesław AUGUSTYNIAK.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "Metody pomiaru indukcji magnetycznej Bolesław AUGUSTYNIAK."— Zapis prezentacji:

1 Metody pomiaru indukcji magnetycznej Bolesław AUGUSTYNIAK

2 2 Spis zagadnień Pomiar indukcji w otwartej przestrzeni Pomiar indukcji magnetycznej wewnątrz materiałów i właściwości magnetycznych

3 Bolesław AUGUSTYNIAK 3 Metody pomiaru B

4 E. H. Hall

5 Bolesław AUGUSTYNIAK 5 Efekt Hall’a In 1879 Edwin H. Hall discovered that when he placed a conducting strip carrying a current in a magnetic field, a potential difference was produced across the strip - transverse to the current and magnetic field directions. At the time, Hall was a 24-year-old graduate student working under Henry A. Rowland at Johns Hopkins University. The discovery of the electron was still over a decade away and the results of Hall’s experiments were poorly understood at best. Nonetheless, the effect that now bears Hall’s name was at a watershed in the history of physics. It was one the first experiments to show that charge carriers of an electric current were negative and hinted at greater things to come.

6 Bolesław AUGUSTYNIAK 6 Pomiar napięcia Halla 1

7 Bolesław AUGUSTYNIAK 7 Pomiar napięcia Halla 2

8 Bolesław AUGUSTYNIAK 8 Czujniki efektu Halla

9 Bolesław AUGUSTYNIAK 9 Czujniki efektu Halla 2

10 Miernik Halla 1

11 Miernik Halla 2

12 Wykorzystanie efektu indukcji Faraday’a

13 Bolesław AUGUSTYNIAK 13 Napięcie indukowane w cewce

14 Bolesław AUGUSTYNIAK 14 Napięcie indukowane w cewce 2

15 FLUX-METER – aparat

16 Parametry techniczne

17 Czujnik z cewką zawierająca rdzeń FLUX-GATE Wykorzystuje się efekt zmiany indukcyjności cewki, gdy rdzeń - umieszczony w stałym polu magnetycznym – inaczej reaguje na zmienne w czasie natężenie pola magnetycznego od cewki. Zazwyczaj mierzona jest indukcyjność cewki zawierającej rdzeń I EX – prąd pobudzający, E SEC – sygnał badany 1)sonda z jednym rdzeniem, 2)sonda z dwoma rdzeniami i jedną cewką pobudzającą, 3) sonda Forstera z dwoma rdzeniami i dwiema cewkami pobudzającymi w/g. D. Jiles, Magnetism and magnetic Materials

18 Właściwości rdzenia – właściwości cewki zmiana indukcyjności sondy w funkcji natężenia pola magnesującego (amp· turns) dla różnych natężeń zewnętrznego pola B. Badane jest przesunięcie ‘maksimum’ charakterystyki czujnika.

19 Czujnik z cewką zawierająca rdzeń FLUX-GATE sonda z jednym rdzeniem toroidalnym i jednym uzwojeniem

20 FLUX-GATE mierniki tp://www.gmw.com/magnetic_measurements/Bartin on/Mag-01_Pricing.html

21 Magneto-opór MR (normalny)

22 Miernik z sondą MR An improvement on the flux gate magnetometer, the AlphaLab DC Milligauss Meter measures magnetic fields (technically “flux density”) up to several times the strength of the Earth field. It has a resolution of 0.01 milligauss (1 nanotesla) and a range of +/-2000 milligauss (200 microteslas). The meter's magnetoresistive sensor is a major improvement over an uncompensated fluxgate magnetometer both in cost and stability. In fact, this sensor approaches a proton precession magnetometer in temperature stability. However, at only 1 mm x 0.2 mm, the active sensor area is much smaller than fluxgate magnetometer or proton sensors. This allows very precise magnetic measurements in small areas (such as thin films) or with high gradients, when necessary.

23 Gigantyczny Magneto-opór GMR The Giant Magnetoresistance was discovered in 1988 independently by Baibich et al. in Paris and Binasch et al.in Jülich. It is the phenomenon where the resistance of certain materials drops dramatically as a magnetic field is applied. It is described as Giant since it is a much larger effect than had ever been previously seen in metals. It has generated interest from both physicists & device engineers, as there is both new physics to be investigated and huge technological applications in magnetic recording and sensors.

24 Czujniki GMR The effect is most usually seen in magnetic multilayered structures, where two magnetic layers are closely separated by a thin spacer layer a few nm thick. The first magnetic layer allows electrons in only one spin state to pass through easily - if the second magnetic layer is aligned then that spin channel can easily pass through the structure, and the resistance is low. If the second magnetic layer is misaligned then neither spin channel can get through the structure easily and the electrical resistance is high. The GMR effectively measures the difference in angle between the two magnetisations in the magnetic layers. Small angles (parallel alignment) gives a low resistance, large angles (antiparallel alignment) gives a higher resistance.

25 Czujniki GMR 2 Illustration of the GMR effect with (a) layers of alternating magnetization producing lots of scattering and (b) reduced scattering when the magnetization of the layers is aligned by an applied field. (c) Resulting variation in resistance as a function of applied field.

26 Parametry czujnika GMR The GMR of a sample with 9Å thick Cu spacers - where antiferromagnetic coupling is strongest. In zero field the resistance is high as all the Co layers line up anti-parallel, and as a field is applied they progressively line, until the sample is saturated. The resistance is then at a minimum at fields larger than this. The red curve is measured at 4.2K, whilst the blue curve is at room temperature (~300K). The room temp GMR is 75% whilst we have 130% GMR at 4.2 K.

27 Konstrukcja miniaturowych GMR (a)Microscope picture of a GMR sensor with integrated flux concentrators. The magnetic flux is concentrated on the devices within the gap. The other two devices are shielded from the external field. (b) Flux concentrator arrangement for a two axis sensor.

28 Nuclear Magnetic Rezonas NMR

29 Sonda NMR

30 Miernik NMR

31 SQUID Superconducting Quantum Interference Device Bolesław AUGUSTYNIAK 31

32 Strumień pola magnetycznego przez nadprzewodzącą pętlę B. Augustyniak Wstęp do fizyki ciała stałego; Ch. Kittel, PWN, Warszawa, 1999 Prąd płynie po powierzchni nadprzewodnika wytwarzając strumień  sc. Kwant strumienia  o to flukson

33 Tunelowanie elektronów przez złącze przewodnik-izolator-przewodnik B. Augustyniak Dwa przewodniki A i B oddzielone warstwą izolatora C o grubości rzędu 10 A. Po oziębieniu jeden z przewodników staje się nadprzewodnikiem Wstęp do fizyki ciała stałego; Ch. Kittel, PWN, Warszawa, 1999 Dla złącza z nadprzewodników w bardzo niskiej temperaturze nie może płynąć prąd o ile napięcie nie przekroczy wartości Vc = Eg/2e, gdzie Eg jest przerwą energetyczną między pasmami walencyjnym i przewodnictwa

34 Złącze Josephsona dla nadprzewodników B. Augustyniak Następuje tunelowanie par Coopera przez cienką barierę pomiędzy nadprzewodnikami. Można obserwować dwa zjawiska Josephosna: 1. stałoprądowe (prąd stały płynie przez złącze bez zewnętrznego napięcia) 2. zmiennoprądowe (stałe napięcie przyłożone do złącza powoduje oscylacje natężenia prądu płynącego przez złącze

35 Stałoprądowe zjawisko Josephsona B. Augustyniak Wstęp do fizyki ciała stałego; Ch. Kittel, PWN, Warszawa, 1999 Natężenie J prądu stałego może mieć różne wartości, zależnie od różnicy faz  funkcji falowych    i    po obu stronach złącza funkcje falowe    i    pary  po obu stronach złącza n 1 i n 2 – ‘koncentracje’ nośników Prądu Jo jest maksymalnym prądem dla U = 0

36 Zmiennoprądowe zjawisko Josephsona B. Augustyniak Wstęp do fizyki ciała stałego; Ch. Kittel, PWN, Warszawa, 1999 Płynący prąd staje się prądem przemiennym !!! Po przyłożeniu różnicy potencjałów V do złącza zmienia się energia par po obu stronach złącza a także zmienić się zaczyna w czasie różnica faz funkcji falowych, tym szybciej, im większe jest napięcie V Napięcie na złączu V = 1  V wywołuje oscylacje o częstości 483,6 MHz!!!

37 DC Josephson : A dc current flows across the junction in the absence of any electric or magnetic field. AC Josephson : A dc voltage applied across the junction causes rf current oscillations across the junction. This effect has been utilized in a precision determination of the value of Further, an rf voltage applied with the dc voltage can then cause a dc current across the junction. Macroscopic long-range quantum interference: A dc magnetic field applied through a superconducting circuit containing two junctions causes the maximum supercurrent to show interference effect as a function of magnetic field intensity.  Magnetometer

38 Pętla z dwoma złączami Josephsona w polu magnetycznym B B. Augustyniak Wstęp do fizyki ciała stałego; Ch. Kittel, PWN, Warszawa, 1999 Przez pętle przepuszcza się prąd o natężeniu J przy U = 0. Strumień magnetyczny  = B *S zmienia fazy funkcji falowych par Coopera płynących w gałęziach a i b Prąd J jest sumą prądów z obu gałęzi Natężenie prądu jest periodyczną funkcją strumienia  Maksima występują dla warunku, s – liczba całkowita

39 Oscylacje natężenia prądu dla pętli z dwoma złączami Josephsona w polu magnetycznym B B. Augustyniak Wstęp do fizyki ciała stałego; Ch. Kittel, PWN, Warszawa, 1999

40 I=I A +I B I 2 A B 1  I A =I 0 sin  A I B =I 0 sin  B AA BB  A -  B =  /  0 I0I0 V I VV nn (n+1/2)  /0/0 1 Czułość 10  V/  0 Amplituda prądu nadprzewodzącego SQUID: ZASADA DZIAŁANIA - 2 Prąd I wchodząc do pierścienia rozdziela się na dwa prądy, których fazy zależą od strumienia pola magnetycznego ww. i które interferują maksymalny prąd nadprzewodzący który może płynąć przez złącze oscyluje; oscylacje zależą od pola B wewnątrz pierścienia Jeśli przez złącze przepuszczony jest prąd większy, to nadwyżka wytwarza napięcie Napięcie oscyluje z okresem  0 Nowe techniki.ppt

41 Oscylacje napięcia dla pętli SQUID dla zmiennego pola B B. Augustyniak

42 Magnetometry ze SQUID B. Augustyniak

43 Pomiar pól zmiennych poprzez sprzężenie z pętlą SQUID B. Augustyniak A magnetometer measures the magnitude of an applied magnetic field. In this case, the flux transformer is a simple two-coil DC transformer. Normally both the pickup and secondary coils are superconducting and therefore need to be cooled. The pick-up coil is placed in the field to be measured, causing a field to be set up by the secondary coil, which in turn is detected by the SQUID L 1 - Pick-up coil – cewka pomiarowa L 2 – secondary (input) coil – cewka sprzęgająca – wytwarza wtórny stumień

44 C. P. Sun, National Sun Yat Sen University

45

46

47 Magnetometry do badań pracy mózgu myszy International Congress Series 1300 (2007) 570–573 Overviews of the fabricated SQUID magnetometer array. A bare SQUID magnetometer array chip (a), flipchip connection on a substrate (b).A SQUID magnetometer array was integrated on a Si chip using thin-film fabrication technique with seven-layer process based on Nb/Al– AlOx/Nb Josephson tunnel junctions. The size of the array chip was determined to be 10 mm×10 mm to cover mouse and rat hearts considering anatomical observation. A directly coupled six-loop SQUID with the diameter of 2.5 mm was designed and was arranged in 3×3 matrix with the spatial interval of 2.75 mm in the chip Fig. 1a shows an overview of a fabricated SQUID magnetometer array. In each SQUID, 6 sectoral pick-up loops are directly connected in parallel to the Josephson junctions.

48 Magnetometry do badań pracy mózgu myszy 2 International Congress Series 1300 (2007) 570–573 A SQUID magnetometer array probe Real-time MCG signals recorded with a mouse using the SQUID magnetometer array

49 Badanie pola magnetycznego mózgu B. Augustyniak Magnetism in Medicine – Handbook; WILEY-VCH Verlag GmbH, Weinheim, 2007 Magnes 3600 WH in position for a seated study. Cutaway drawing of the „Magnes” dewar showing the location of the reference channels relative to the sensor coils


Pobierz ppt "Metody pomiaru indukcji magnetycznej Bolesław AUGUSTYNIAK."

Podobne prezentacje


Reklamy Google