Магнитометр для реализации экспресс-метода магнитно-реологической диагностики магнитных свойств частицы Российский патент 2023 года по МПК B03C1/00 

Изобретение, относящееся к области магнитных измерений, предназначено для определения магнитной восприимчивости отдельных частиц.

Известен магнитометр, описанный в публикации [1], электромагнитная система которого включает в себя намагничиваемый магнитопровод со взаимно удаленными друг от друга на определенное расстояние противостоящими полюсными наконечниками с торцевыми сферическими поверхностями. В создаваемом между ними неоднородном магнитном поле содержится зона практически стабильной неоднородности (предназначенная для выполнения в ней научных и прикладных исследований, в частности, для диагностики магнитной восприимчивости малообъемных образцов по принципу Фарадея).

Однако для данного магнитометра, при наличии решений о местоположении центра этой зоны, тем не менее, не приводятся обоснования ее размеров и отсутствуют соответствующие ограничители, которые бы указывали на границы такой зоны практически стабильной неоднородности. Это затрудняет применение данного устройства для проведения тех исследований, где информация о размерах зоны практически стабильной (в пределах оговариваемых допустимых отклонений) неоднородности является принципиально важной.

Известно устройство [2], содержащее такую же, как в предыдущем аналоге, электромагнитную систему, но с фиксированием соответствующих границ рабочей зоны, т.е. требуемой для выполнения исследований (диагностики) зоны практически стабильной неоднородности.

Данное устройство, имеющее необходимые ограничители рабочей зоны стабильной неоднородности, обладает недостатком, например, когда для выполнения с его помощью исследований требуется регистрация времени прохождения исследуемым объектом рабочей зоны, в частности, времени прохождения таким исследуемым объектом как магнитоактивная частица (согласно патенту [3]) - при выполнении магнитно-реологической диагностики ее магнитных свойств. Так, хотя это время в принципе может быть измерено традиционно (секундомером), точность такого измерения недостаточна, особенно когда это время невелико (при сравнительно небольшой протяженности рабочей зоны). К тому же, факт входа в рабочую зону магнитоактивной частицы и ее выхода из нее обычно фиксируется визуально, субъективно, т.е. зависит от реакции экспериментатора.

По числу признаков наиболее близким к заявляемому изобретению является описанный в [3] способ магнитно-реологического контроля магнитной восприимчивости частицы, который на практике служит экспресс-методом такого контроля (диагностики) магнитных свойств частицы. Он реализуется с помощью магнитометра, содержащего электромагнитную систему с полюсными наконечниками сферической формы. Благодаря этому в создаваемом неоднородном магнитном поле между полюсами обеспечивается получение ограниченной рабочей зоны практически стабильной неоднородности. В межполюсной области этого магнитометра содержится также сосуд с жидкостью, в которой под действием ряда сил, в том числе магнитной, осуществляется вертикальная седиментация магнитоактивной частицы, причем измеряется время ее прохождения в пределах рабочей зоны по факту входа в нее и факту выхода из нее частицы для последующего определения ее магнитной восприимчивости, исходя из условия баланса всех сил, действующих на частицу.

Указанное техническое решение имеет недостатки, отмеченные в предыдущем устройстве-аналоге. Кроме того, из-за не предусматриваемой такой инструментальной фиксации (во времени) факта входа изучаемой магнитоактивной частицы в рабочую зону и факта ее выхода из этой зоны, которая бы осуществлялась автоматически, снижается точность измерений, оперативность выполнения исследований и функциональность устройства-магнитометра.

Технический результат, который достигается предлагаемым изобретением, заключается в расширении функциональных возможностей предлагаемого устройств-магнитометра, повышении точности измерений (диагностики), причем с возможностью оперативности измерений за счет их автоматизации и цифровизации.

Этот результат достигается в магнитометре для реализации экспресс-метода магнитно-реологической диагностики магнитных свойств частицы, содержащем электромагнитную систему с полюсными наконечниками сферической формы, благодаря чему в создаваемом неоднородном магнитном поле между полюсами обеспечивается получение ограниченной рабочей зоны практически стабильной неоднородности, а также содержащем в межполюсной области сосуд с жидкостью, в которой под действием ряда сил, в том числе магнитной, осуществляется вертикальная седиментация магнитоактивной частицы, причем измеряется время ее прохождения в пределах рабочей зоны по факту входа в нее и факту выхода из нее частицы для последующего определения ее магнитной восприимчивости, исходя из условия баланса всех сил, действующих на частицу. При этом факт входа частицы в рабочую зону и последующий во времени факт выхода частицы из этой зоны регистрируются датчиками индикации, от которых сигнал поступает на блок цифровой обработки информации и отображения, причем как прямых замеряемых данных времени прохождения частицей рабочей зоны, так и определяемых данных магнитной восприимчивости частицы.

В качестве датчиков, регистрирующих факты входа частицы в рабочую зону и выхода из нее, могут быть использованы разные решения. Один из вариантов - использование фотодиодов, освещаемых световыми лучами от источников света, расположенных на противоположной от сосуда с жидкостью стороне. Сигналом прохождения частицей границы рабочей зоны в этом случае является регистрируемое затемнение луча собственным телом частицы. Еще один вариант - использование охватывающих сосуд с жидкостью потокоизмерительных петель, подключенных к RLC-метру.

На фиг.1 показан предлагаемый магнитометр, с фотоиллюстрацией его рабочей зоны и границ этой зоны. Он содержит электромагнитную систему 1 с полюсными наконечниками сферической формы 2, благодаря чему в создаваемом неоднородном магнитном поле между полюсами обеспечивается получение ограниченной рабочей зоны 3 практически стабильной неоднородности, а также содержащий в межполюсной области сосуд с жидкостью 4, в которой под действием ряда сил, в том числе магнитной, осуществляется вертикальная седиментация магнитоактивной частицы 5. Факт входа магнитоактивной частицы 5 в рабочую зону и последующий во времени факт выхода частицы из этой зоны автоматически регистрируются датчиками индикации, например, в виде фотодиодов 6, при освещении их световыми лучами от источников света 7 (расположенных на противоположной от сосуда с жидкостью 4 стороне). Полученный фотодиодами 6 сигнал поступает на блок цифровой обработки информации и ее отображения (например, компьютер), причем отображения как прямых замеряемых данных времени прохождения частицей рабочей зоны, так и определяемых, исходя из условия баланса всех сил, действующих на частицу, данных магнитной восприимчивости частицы.

Магнитометр работает следующим образом. Исследуемая магнитоактивная частица 5 помещается на поверхность жидкости, находящейся в сосуде 4. Под действием ряда сил, в том числе магнитной, происходит вертикальная седиментация частицы, при которой она проходит через рабочую зону - ограниченную фактически стабильной неоднородностью. Факт входа магнитоактивной частицы 5 в рабочую зону и последующий во времени факт выхода частицы из этой зоны фиксируются с помощью фотодиодов 6 при освещении их световыми лучами от источников света 7. Полученный фотодиодами сигнал поступает на блок цифровой обработки информации и ее отображения, причем отображения как прямых замеряемых данных времени прохождения частицей рабочей зоны, так и определяемых данных магнитной восприимчивости частицы.

Изобретательский уровень предложенного способа подтверждается отличительной частью формулы изобретения.

[1]. Сандуляк А.А., Киселев Д.О., Сандуляк А.В., Полисмакова М.Н., Сандуляк Д.А. Магнетометр Фарадея с полюсами сферической формы: 3D-оценка рабочих зон // Приборы, 2017, №10, с.4-8.

[2]. Патент RU 2737609. Устройство для создания и диагностики зоны стабильной неоднородности магнитного поля (Сандуляк А.А., Сандуляк А.В., Полисмакова М.Н., Сандуляк Д.А., Киселев Д.О.), 2020.

[3]. Патент RU 2753159. Способ магнитно-реологического контроля магнитной восприимчивости частицы (Сандуляк А.А., Сандуляк А.В., Ершова В.А., Сандуляк Д.А.), 2021.

Предложенное изобретение относится к области магнитных измерений, предназначено для определения магнитной восприимчивости отдельных частиц. Магнитометр для реализации экспресс-метода магнитно-реологической диагностики магнитных свойств частицы содержит электромагнитную систему с полюсными наконечниками сферической формы для создания между ними неоднородного магнитного поля и обеспечения получения ограниченной рабочей зоны стабильной неоднородности, а также содержащий в межполюсной области сосуд с жидкостью для осуществления вертикальной седиментации магнитоактивной частицы под действием ряда сил, в том числе магнитной. Магнитометр выполнен с возможностью измерения времени прохождения частицы в пределах рабочей зоны по факту входа в нее и факту выхода из нее частицы для последующего определения ее магнитной восприимчивости исходя из условия баланса всех сил, действующих на частицу. Снабжен датчиками индикации в виде фотодиодов для регистрации факта входа частицы в рабочую зону и последующего во времени факта выхода частицы из этой зоны, источниками света, расположенными на противоположной стороне от сосуда с жидкостью, для освещения световыми лучами фотодиодов. Также снабжен блоком цифровой обработки информации и ее отображения, выполненным с возможностью принятия сигналов от фотодиодов и отображения замеряемых данных времени прохождения частицей рабочей зоны и определяемых данных магнитной восприимчивости частицы. Технический результат - повышение точности измерений (диагностики), с возможностью оперативности измерений за счет их автоматизации и цифровизации. 1 ил.

Магнитометр для реализации экспресс-метода магнитно-реологической диагностики магнитных свойств частицы, содержащий электромагнитную систему с полюсными наконечниками сферической формы для создания между ними неоднородного магнитного поля и обеспечения получения ограниченной рабочей зоны стабильной неоднородности, а также содержащий в межполюсной области сосуд с жидкостью для осуществления вертикальной седиментации магнитоактивной частицы под действием ряда сил, в том числе магнитной, причем магнитометр выполнен с возможностью измерения времени прохождения частицы в пределах рабочей зоны по факту входа в нее и факту выхода из нее частицы для последующего определения ее магнитной восприимчивости исходя из условия баланса всех сил, действующих на частицу, отличающийся тем, что снабжен датчиками индикации в виде фотодиодов для регистрации факта входа частицы в рабочую зону и последующего во времени факта выхода частицы из этой зоны, источниками света, расположенными на противоположной стороне от сосуда с жидкостью, для освещения световыми лучами фотодиодов, а также блоком цифровой обработки информации и ее отображения, выполненным с возможностью принятия сигналов от фотодиодов и отображения замеряемых данных времени прохождения частицей рабочей зоны и определяемых данных магнитной восприимчивости частицы.