3.10.2. Изучение эффекта Баркгаузена.

Эффект Баркгаузена можно легко продемонстрировать на опыте. Для этого нужно взять катушку индуктивности с сердечником из магнитного материала и подсоединить ее выводы к усилителю низкой частоты с выходом на динамик. Если катушку индуктивности – измеритель магнитного поля медленно перемещать вблизи намагниченного магнитотвердого материала – магнита (например, закаленной стали), в динамике будут слышны характерные шумы. Появление этих шумов объясняется тем, что при нарастании магнитного поля Hв индикаторной обмотке с ферромагнетиком возникают скачки Баркгаузена вследствие перемагничивания отдельных доменов, которые и создают магнитный шум. Шумы будут возникать также при изменениях магнитного поля вблизи катушки индуктивности с сердечником с частотой несколько герц. Их нельзя объяснить собственными шумами усилителя и катушки, поскольку внешнее магнитное поле в катушке индуктивности изменяется с частотой, гораздо меньшей той, которую способно услышать человеческое ухо, но мы отчетливо услышим “шорохи”, возникающие в такт с изменениями магнитного поля. Влияние усилителя и катушки легко выяснить. При удалении из катушки сердечника никакого шума (кроме слабого собственного шума усилителя) не будет слышно.

Если заменить сердечник из магнитно-твердого материала на сердечник из магнитно-мягкого материала, то магнитные шумы уменьшатся. Это один из способов снижения магнитных шумов.

3.10.3. Ограничение чувствительности магнитных датчиков и считывающих устройств из-за шумов Баркгаузена

Интерес к изучению магнитных шумов обусловлен широким применением ферромагнитных материалов в магнитных усилителях, в различных зондах и магнитных датчиках, в том числе для измерений биомагнитных полей. При регистрации магнитных полей (МП) биообъектов в настоящее время используются магнитометры, различающиеся как по способу построения, так и по своей структуре. Первые измерения МП сердца человека выполнены с помощью индукционного магнитометра - многовитковой катушки с сердечником из материала с высокой магнитной проницаемостью.

Наряду с индукционными магнитометрами в настоящее время используют феррозондовые магнитометры (ФМ), которые являются разновидностью индукционных магнитометров. Их принципиальное отличие состоит в том, что сердечник постоянно находится в перемагничивающем МП, т. е. периодически меняется его магнитная проницаемость. Выходное напряжение ФМ пропорционально приложенному МП вдоль направления оси сердечника, полоса пропускания простирается от нуля до частот порядка 100—1000 Гц.

Чувствительность феррозондового магнитометра определяется шумами Баркгаузена, возникающими при движении доменных стенок в сердечнике при наличии поля возбуждения. Шумы Баркгаузена зависят от качества магнитного материала сердечника. СП шума остается примерно постоянной в пределах от 1 Гц до нескольких сотен герц. Чувствительность для лучших коммерческих приборов находится на уровне около 10 пТлГц^-1/2. Лучшие экспериментальные образцы ФМ на кольцевых сердечниках имеют СП магнитного шума 0,3 пТл Гц^-1/2 на частотах выше 3 Гц. Магнитные шумы определяют пороговую чувствительность подобных устройств.

В последние годы наметилась тенденция повышения плотности записи информации на жесткие магнитные диски. Уже более полугода назад компанией Fujitsu был продемонстрирован реальный лабораторный образец жесткого диска с плотностью записи около 50 Гбит на одну пластину. В настоящее время имеются уже жесткие диски с плотностью записи свыше 20 Гбит на квадратный дюйм. Естественно, как промышленность, так и потребители не намерены останавливаться на достигнутом, и следующей принципиальной вехой должно стать повышение плотности записи информации до порядка 10¹² (терабит) на квадратный дюйм. Однако рост плотности записи ограничен рядом фундаментальных факторов. К их числу относятся, прежде всего, магнитные шумы, связанные с эффектом Баркгаузена, которые определяют предел чувствительности считывающих магнитных устройств.