專利名稱：磁光盤特性測試裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明為利用光、電、磁方法測試磁光盤和磁光材料試樣的磁光特性及反射率的裝置。
磁光盤作為計算機和音像設備中的存儲器，是目前國際上競相研制和生產(chǎn)的新一代記錄介質，具有存儲容量大，信息不易丟失且可以重復記錄等優(yōu)點。磁光盤的研制和生產(chǎn)過程中，需要進行一系列的測試，其中磁光特性和反射率的測試最為重要，磁光特性測試包括磁光克爾效應磁滯回線的繪制以及克爾角、矯頑力和矩形度的測量。測量偏振角常用的方法有“差動法”和“對稱角振動法”，差動法利用偏振分光鏡將磁光盤的反射光分成兩路光，由檢測兩路光電信號的差值并轉動偏振分光鏡來確定光的偏振角變化量，從而確定克爾角；對稱角振動法用調制器使入射光偏振面振動，然后從樣品反射光的光電背景信號中識別出代表克爾角的信號分量。對稱角振動法的裝置結構復雜、測試時要用標準偏振角樣品定標，華中工學院學報1987年第15卷第3期發(fā)表的“磁性薄膜克爾回轉角的測試方法研究”一文，提供了一種差動法測量裝置，其電路和光路較對稱角振動法簡單，但測量時操作較復雜，需要用手工轉動偏振分光鏡以補償樣品反射光偏振角的變化量，其補償精度較差，一般為0.01°左右，且測量結果受光源功率波動的影響，由此產(chǎn)生的相對誤差等于光源功率的相對波動值。此外這兩種方法的裝置都只能測量磁光盤或磁光材料膜系的克爾角，而不能測試反射率。
本發(fā)明的目的在于克服目前差動法測量裝置不便操作和精度較差的問題，做到簡化操作過程，便于安裝調試，消除光源功率波動對測試結果的影響，減少測試誤差，提高儀器總的精確度，同時增加測量功能，既能測量磁光特性又能測量反射率。為達到上述目的，本發(fā)明采用伺服跟蹤機構代替人工轉動偏振分光鏡，同時取伺服機構中的一路光電壓信號作為樣品反射光功率的指示，借助標準反射參考樣品，可以確定被測樣品的反射率。
本發(fā)明的裝置，包括線偏振光源、平面反射鏡、偏振分光鏡、光電轉換電路、差動放大器、磁場反饋電路、磁場驅動電路以及顯示磁光回線的X—Y記錄儀；所述測試裝置采用了伺服跟蹤機構，該機構包括驅動電路、伺服電機和減速器，驅動電路將差動放大器的信號功率放大，驅動伺服電機，伺服電機轉速經(jīng)減速器減速后，推動偏振分光鏡轉臺旋轉，轉臺的轉角信息由角度傳感器接收后，傳送給X—Y記錄儀的Y輸入端，角度傳感器的轉角信息由角度指示器顯示，光電轉換電路輸出電壓由電壓指示器顯示。
自動掃場電磁鐵的磁場強度信號經(jīng)磁場檢測電路放大后，輸送給X—Y記錄儀的X輸入端，同時輸送給磁場反饋電路，與三角波發(fā)生電路產(chǎn)生的三角波電壓比較，其差值疊加在三角波電壓上，經(jīng)磁場驅動電路去激勵電磁鐵線圈產(chǎn)生線性極好的三角波掃描磁場，在該磁場作用下，樣品上的磁介質磁化翻轉，引起反射光偏振方向改變，該偏振方向改變的角度的一半，即等于克爾角。本發(fā)明由于所述伺服機構的作用，偏振分光鏡的轉角變化始終跟蹤樣品反射光偏振角的變化，所以從角度顯示器的讀數(shù)可以測得樣品的克爾角。X—Y記錄儀在角度信號和掃描磁場強度信號共同作用下給出樣品的極向克爾效應磁滯回線，從回線可以確定樣品的矯頑力和矩形度，也可以確定樣品的克爾角。
本發(fā)明測量樣品的反射率時，首先把反射率為ρR，的非磁性反射參考標準放在電磁鐵氣隙中，參考標準將線偏振光源的入射光束反射到偏振分光鏡，分為透射光和反射光，在光電轉換電路輸出端分別產(chǎn)生兩電壓VST和VSR，由于伺服跟蹤機構作用，這兩個電壓一定要相等，否則差動放大器將輸出誤差電壓驅動伺服跟蹤機構推動偏振分光鏡轉動，直到誤差信號為零為止，于是得到V0＝VST＝VSR，可由電壓指示器讀出。然后，移開反射參考標準，放上被測磁性樣品，樣品的反射光同樣在光電轉換電路輸出端產(chǎn)生兩個電壓VT和VR，由于伺服機構作用，這兩個電壓應相等，在電壓指示器讀出V＝VT＝VR，根據(jù)兩次測量可確定樣品的反射率ρ=VVR·ρR]]>。
本發(fā)明由于采用了伺服跟蹤機構，大大簡化了測試的操作過程，角度跟蹤精度很容易達到0.001°，比手工轉動偏振分光鏡的操作精度提高了一個數(shù)量級。由于采用伺服機構，光源功率波動80％對克爾角測試結果無明顯影響，完全消除了光源波動帶來的誤差。本發(fā)明能同時測量樣品的磁光特性(包括克爾角、克爾效應磁滯回線、矯頑力和矩形度)和反射率。當光源功率波動為1％、光電轉換的非線性和局部非均勻性引起的靈敏度變化為1％、標準反射參考樣品的反射率標定值誤差為2％時，反射率測試誤差為4％，可以方便地用于磁光薄膜材料的研究測量以及磁光盤的研制、生產(chǎn)和商檢過程中的測量。
圖1為本發(fā)明的結構框圖；圖2為本發(fā)明伺服傳動機構正視圖；圖3為本發(fā)明伺服傳動機構附視圖；圖4為本發(fā)明中平面反射鏡鏡架立體圖；圖5為本發(fā)明中電磁鐵與下底板固定聯(lián)接的剖面圖。
現(xiàn)結合


本發(fā)明實施情況小功率激光器1發(fā)射線偏振光束經(jīng)平面反射鏡2反射后，入射到位于電磁鐵3氣隙中的被測樣品4上，經(jīng)樣品4反射后，垂直入射到偏振分光鏡5上，分成反射光束和透射光束，分別由光電池6和7轉換為兩光電流，再經(jīng)電流一電壓變換器8和9轉換為兩個電壓，該兩電壓的差值信號為誤差信號，經(jīng)差動放大器10放大后，送驅動電路11功率放大，用以驅動伺服電機12，伺服電機轉速經(jīng)減速器13減速后，推動偏振分光鏡轉臺14旋轉，轉臺14帶動偏振分光鏡5轉動，使偏振分光鏡5的檢偏軸與樣品4的反射光偏振面夾角始終保持為一恒定值，這樣，偏振分光鏡5的轉角變化始終跟蹤樣品反射光偏振角的變化，轉臺14的轉角信息由角度傳感器15接收，并由角度指示器16顯示，同時角度傳感器15把角度信號傳送給X—Y記錄儀17的Y輸入端。與此同時，位于電磁鐵3氣隙中的霍爾片18檢取磁場強度信號，經(jīng)磁場檢測電路19放大后輸送給X—Y記錄儀的X輸入端，同時輸送給磁場反饋電路20，在磁場反饋電路20中磁場強度信號與三角波發(fā)生電路21產(chǎn)生的三角波電壓比較，其差值疊加在三角波電壓上，經(jīng)前置放大器22和電磁鐵驅動電路23組成的磁場驅動電路去激勵電磁鐵3的線圈。聯(lián)接于電流一電壓變換器9輸出端的電壓指示器，可讀出伺服跟蹤作用后的光電轉換電壓，用于測量樣品的反射率。
為增加伺服跟蹤機構的穩(wěn)定性，伺服跟蹤機構的減速器13由長齒輪26、大齒輪27、絲桿28、螺母30、連桿33和永久磁鐵塊32構成，伺服電機12帶動長齒輪26轉動，經(jīng)大齒輪27減速后，帶動固聯(lián)在大齒輪上的絲桿28在螺母30中旋進，絲桿頂尖29推動連桿33帶動偏振分光鏡轉臺14轉動，永久磁鐵塊32裝設于連桿上與絲桿頂尖29相觸處嵌裝的鐵極頭31外側，可以用磁力實現(xiàn)絲桿28與鐵極頭31之間的活動聯(lián)接，為了消除絲桿28與螺母30之間的螺紋間隙，永久磁鐵塊可同時裝設于螺母30外側，使鋼質絲桿和螺母之間保持預緊磁力。
為排除傳動誤差，減速器13、偏振分光鏡轉臺14和角度傳感器15安裝在同一底板上，偏振分光鏡轉臺14和角度傳感器15之間采用浮懸傳動裝置聯(lián)結，該浮懸傳動裝置由支架42、簧片39、托架38、彈簧40及固定架41構成，支架42固定于底板，兩片互相平行的簧片39下部固定于支架42，上部與托架38固定聯(lián)接，構成僅可在垂直于簧片方向運動的彈性導軌，角度傳感器15固定于托架38上，角度傳感器15的軸上固定安裝傳動輪36，該傳動輪與偏振分光鏡轉臺14之間用金屬絲傳送帶35形成傳動聯(lián)接，彈簧40一端固定在托架38上，另一端固定于偏振分光鏡轉臺相對一側的固定架41上，將金屬絲傳送帶35以固定拉力拉緊，保證傳送帶與傳動輪36之間有必要的摩擦力，同時保證當轉臺14或角度傳感器15的軸有微小晃動時該摩擦力保持不變。
為方便地調試平面反射鏡2，將所述平面反射鏡2安設于鏡架上，該鏡架由轉盤54、鏡座49、支座55、調節(jié)螺釘53構成，轉盤中心部位有通光孔56，鏡座49和支座55均固定于轉盤54上，平面反射鏡2的刀口48安置在鏡座49的直角V形槽50中，平面反射鏡2背面固定U形拉板51，U形拉板51被固定在轉盤上的彈簧52拉緊，聯(lián)接U形拉板和支座55的調節(jié)螺釘53可調節(jié)平面反射鏡2的角度。從左前方入射到平面反射鏡2刀口48邊緣中部的光束，經(jīng)反射后射入到通光孔56中，小范圍轉動轉盤54的角度可以改變光點落在通光孔中的橫向位置(與光線入射到反射鏡2的入射面相垂直的方向)，調節(jié)螺釘53可以改變光點的縱向位置(與橫向垂直的方向)。這樣在裝置安裝時可以很方便地將平面反射鏡2反射的光點調整到電磁鐵3氣隙的正中間，并且由于利用平面反射鏡的邊緣進行反射，平面鏡對通光孔56的遮蓋部分將減到最小，測試時對光將變得比較容易。
本裝置使用的電磁鐵與裝置底板的固定聯(lián)接方式示于圖5，電磁鐵3與底板之間用螺釘46固緊，在底板與電磁鐵3之間放置有墊片44，這樣的結構大大減輕電磁鐵在掃場過程中由磁力引起的形變對底板變形的影響，增加了裝置光路的穩(wěn)定性，從而增加整個裝置讀數(shù)的穩(wěn)定性。
權利要求
1.一種磁光盤特性測試裝置，包括線偏振光源、平面反射鏡、偏振分光鏡、光電轉換電路、差動放大器、自動掃場電磁鐵、磁場檢測電路、三角波發(fā)生電路、磁場反饋電路、磁場驅動電路以及顯示磁光回線的X—Y記錄儀；其特征在于(1)所述測試裝置采用伺服跟蹤機構，該機構包括驅動電路、伺服電機和減速器，驅動電路將差動放大器的信號功率放大，驅動伺服電機，伺服電機轉速經(jīng)減速器減速后，推動偏振分光鏡轉臺旋轉，轉臺的轉角信息由角度傳感器接收后，傳送給X—Y記錄儀的Y輸入端；(2)所述角度傳感器轉角信息由角度指示器顯示；(3)所述光電轉換電路輸出電壓由電壓指示器顯示。
2.如權利要求1所述的測試裝置，其特征在于所述伺服跟蹤機構減速器由長齒輪、大齒輪、絲桿、螺母、連桿和永久磁鐵塊構成，伺服電機帶動長齒輪轉動，經(jīng)大齒輪減速后，帶動固聯(lián)在大齒輪上的絲桿在螺母中旋進，絲桿頂尖推動連桿帶動偏振分光鏡轉臺轉動，永久磁鐵塊裝設于連桿上與絲桿頂尖相觸處嵌裝的鐵極頭外側，并可裝設于螺母外側。
3.如權利要求1或2所述的測試裝置，其特征為所述減速器、偏振分光鏡轉臺和角度傳感器安裝在同一底板上，偏振分光鏡轉臺和角度傳感器之間采用浮懸傳動裝置聯(lián)結，該浮懸傳動裝置由支架、簧片、托架、彈簧及固定架構成，支架固定于底板，兩片互相平行的簧片下部固定于支架，上部與托架固定聯(lián)接，構成僅可在垂直于簧片方向運動的彈性導軌，角度傳感器固定于托架上，角度傳感器的軸上固定安裝傳動輪，該傳動輪與偏振分光鏡轉臺之間用金屬絲傳送帶形成傳動聯(lián)接，彈簧一端固定在托架上，另一端固定于偏振分光鏡轉臺相對一側的固定架上，將金屬絲傳送帶以固定拉力拉緊。
4.如權利要求1或2所述的測試裝置，其特征為所述平面反射鏡安設于鏡架上，鏡架由轉盤、鏡座、支座、調節(jié)螺釘構成，轉盤中心部位有通光孔，鏡座和支座均固定于轉盤上，平面反射鏡的刀口安置在鏡座的直角V形槽中，平面反射鏡背面固定U形拉板，U形拉板被固定在轉盤上的彈簧拉緊，聯(lián)接U形拉板和支座的調節(jié)螺釘可調節(jié)平面反射鏡的角度。
5.如權利要求3所述的測試裝置，其特征為所述平面反射鏡安設于鏡架上，鏡架由轉盤、鏡座、支座、調節(jié)螺釘構成，轉盤中心部位有通光孔，鏡座和支座均固定于轉盤上，平面反射鏡的刀口安置在鏡座的直角V形槽中，平面反射鏡背面固定U形拉板，U形拉板被固定在轉盤上的彈簧拉緊，聯(lián)接U形拉板和支座的調節(jié)螺釘可調節(jié)平面反射鏡的角度。
全文摘要
磁光盤特性測試裝置，采用伺服跟蹤機構，差動放大器的信號經(jīng)伺服跟蹤機構推動偏振分光鏡轉臺旋轉，轉角信息由角度指示器顯示并送X-Y記錄儀，光電轉換電路輸出電壓由電壓指示器顯示。本裝置采用一系列措施增加伺服跟蹤機構的穩(wěn)定性、排除傳動誤差，能同時測量樣品的磁光特性(克爾角、克爾效應磁滯回線、矯頑力和矩形度)和反射率，大大簡化了測試操作過程，角度跟蹤精度可達0.001°，可用于磁光薄膜材料以及磁光盤的研制、生產(chǎn)和商檢過程。
文檔編號G01R33/02GK1115853SQ9510084
公開日1996年1月31日 申請日期1995年3月20日 優(yōu)先權日1995年3月20日
發(fā)明者譚立國, 李佐宜 申請人:華中理工大學