Способ диагностики исполнительной зоны магнитометров пондеромоторного и магнитно-реологического типов Российский патент 2025 года по МПК G01R33/3873 

Изобретение относится к области магнитных измерений и может быть использовано при изучении неоднородного магнитного поля между полюсными наконечниками магнитометров пондеромоторного и магнитно-реологического типов - для идентификации исполнительной зоны, в пределах которой проводят измерения, в частности магнитной восприимчивости магнитоактивных частиц.

Известны технические решения (патенты на изобретения РФ №2746040 и №2759889) для тестирования магнитной силы на разных полюсных намагниченных поверхностях. При их использовании первоначально осуществляется контакт феррозонда (предпочтительно шарообразного) с тестируемой поверхностью и последующий принудительный отрыв феррозонда от нее с регистрацией пондеромоторной, т.е. магнитной, силы. Недостатком данных решений является то, что не предусматривается возможность получения и представления результатов тестирования магнитной силы на расстоянии от полюсной поверхности (с желательным получением соответствующей зависимости) и в связи с этим не оговаривается возможный подход к диагностике и идентификации зоны, которая бы могла служить в качестве исполнительной для выполнения научных и практических исследований.

Известно техническое решение (патент РФ на полезную модель №208114) для получения данных о магнитной силе на разных расстояниях от полюсной поверхности. В нем реализована возможность осуществления непрерывного перемещения контрольного ферромагнитного тела (в частности, шара) - с фиксацией магнитной силы (посредством тензодатчика, регистрирующего усилия на изгиб, сжатие или растяжение). Однако не предполагается получение необходимых результатов для случаев, когда магнитное поле создается взаимодействующими противостоящими полюсными поверхностями, т.е. когда в межполюсной области возможно наличие специальных зон магнитного воздействия. Между тем, для научных и практических целей требуется идентификация (выяснение местоположения) такой зоны, в частности, зоны практически стабильной неоднородности. К тому же, применение феррозонда-шара одного диаметра может лишь частично давать соответствующую информацию, так как в создаваемом магнитном поле магнитная сила зависит от размера феррозонда (диаметра феррозонда-шара) и для получения достоверного результата предпочтительно располагать данными, полученными для шаров разного диаметра.

Наиболее близким по своей сущности (прототипом) является способ, реализуемый в магнитометре, для которого осуществляется диагностика зоны стабильной неоднородности поля (патент РФ на изобретение №2737609). Диагностика осуществляется путем пошагового измерения координатно управляемым датчиком (например, датчиком Холла) такого магнитного параметра как индукция неоднородного поля, создаваемого между двумя противостоящими, взаимно удаленными друг от друга полюсными наконечниками (с торцевыми сферическими поверхностями). Магнитная индукция измеряется по мере удаления от середины межцентрового расстояния полюсных наконечников - с получением соответствующей координатной зависимости, по которой, в том числе после ее преобразования в координатные зависимости (экстремальные) градиента индукции и магнитного силового фактора, идентифицируют местоположение исполнительной зоны магнитометра - той зоны, в которой целесообразно проводить исследование магнитной восприимчивости образцов.

Недостатком прототипа является то, что в дополнение к пошаговому измерению магнитной индукции и получению координатной зависимости (характеристики) индукции необходимо выполнять еще аналитическую обработку измеряемых данных (индукция не в полной мере отражает пондеромоторную силу) - с получением зависимостей (экстремального вида) градиента и магнитного силового фактора. Это снижает оперативность и повышает трудоемкость диагностики и идентификации исполнительной зоны магнитометров.

Задача предлагаемого изобретения заключается в повышении оперативности и снижении трудоемкости диагностики для идентификации исполнительной зоны магнитометров.

Поставленная задача решается в способе диагностики исполнительной зоны магнитометров пондеромоторного и магнитно-реологического типов, включающих два противостоящих, взаимно удаленных друг от друга полюсных наконечника с торцевыми сферическими поверхностями. Диагностика осуществляется путем пошагового измерения (координатно управляемым датчиком) магнитного параметра неоднородного магнитного поля, создаваемого между полюсными наконечниками, для получения данных этого параметра по мере удаления от середины межцентрового расстояния полюсных наконечников. Тем самым получают зависимость (экстремальную), которая необходима для идентификации местоположения исполнительной зоны магнитометра. Согласно способу, измеряемым магнитным параметром служит пондеромоторная сила, воздействующая на координатно управляемый датчик-феррозонд, в качестве которого предпочтительно использовать ферромагнитный шар. Используя же феррозонды-шары разного диаметра d, получают семейство экстремальных зависимостей пондеромоторной силы (по мере удаления от межцентрового расстояния полюсных наконечников). Определяя координаты экстремумов x_extr указанных зависимостей, далее получают зависимость установленных координат экстремумов x_extr от диаметра d феррозонда-шара. Экстраполируя ее до значений d→0, получают (идентифицируют) значение x_extr - как координату (ее значение уже не зависит от размеров феррозонда, т.е. является более универсальным), в окрестности которой располагается исполнительная зона магнитометра.

Непосредственное измерение в предлагаемом способе такого магнитного параметра как пондеромоторная (магнитная) сила и получение координатных зависимостей (экстремального вида) этой силы, в отличие от прототипа, не требуют их дополнительного преобразования (аналитической обработки), что повышает оперативность диагностики, снижая при этом ее трудоемкость.

В предлагаемом способе для восприятия пондеромоторной силы, воздействующей на датчик-феррозонд, можно использовать тензометрическую консоль, содержащую сменные контейнеры-державки с индивидуальными пазовыми отверстиями под различные диаметры феррозондов-шаров. Преобразуемую же (в частности, в электрическом блоке) пондеромоторную силу целесообразно выводить на экран персонального компьютера (в виде единицы «грамм-сила» или «миллиньютон»). При этом датчику-феррозонду можно придать расширенные функции, если в качестве такового использовать дисперсный образец, в том числе состоящий из магнитной и разрежающей его немагнитной фракции мелкодисперсных частиц (в этом случае становится также доступной информация о магнитных свойствах его отдельных частиц).

Ниже приводятся результаты опытов, комментирующие реализацию предлагаемого способа.

При использовании взаимно удаленных полюсных наконечников сферической формы в магнитометрах пондеромоторного и магнитно-реологического типов (фиг. 1) важное значение имеет установление исполнительной зоны, т.е. зоны, в которой следует выполнять необходимые исследования. Для проведения диагностики исполнительной зоны в середине межцентрового расстояния полюсных наконечников устанавливается датчик-феррозонд 1. При создании между полюсами (полусферами) неоднородного магнитного поля на датчик-феррозонд (шар) 1 диаметром d, закрепленный в пазовом отверстии контейнера-державки 2 тензометрической консоли 3, воздействует пондеромоторная (магнитная) сила F. Это приводит к деформации тензометрической консоли 3 - с фиксацией пондеромоторной силы F, значение которой благодаря электрическому блоку 4 выводится на экран персонального компьютера в виде единицы "грамм-сила" или "миллиньютон".

При проведении опытов, в котором использовались полюса-полусферы диаметром D = 184 мм, взаимно удаленные на расстояние b = 28 мм, датчик-феррозонд 1 пошагово (например, с шагом 1 мм) удаляли от межцентрового расстояния полюсных наконечников в направлении х (на фиг. 1 - вглубь плоскости чертежа), фиксируя при этом (пошагово) значения пондеромоторной силы F и получая зависимость F от x.

Как показывают эксперименты (фиг. 2), по мере удаления x датчика-феррозонда эта зависимость сначала возрастает, а затем убывает, демонстрируя тем самым экстремальный характер - с координатой экстремума (максимума) x_extr. Зона в окрестности экстремума зависимости F от x, где значения F практически постоянны, представляет собой искомую исполнительную зону магнитометра - ту зону, в которой целесообразно проводить исследования магнитной восприимчивости изучаемого образца.

В результате опытов выявлено, что для феррозондов-шаров разного диаметра d значения x_extr несколько отличаются друг от друга, причем с повышением d значение x_extr смещается влево (фиг. 2), т.е. в область меньших x_extr (это связано с тем, что сам феррозонд-шар, будучи помещенным в магнитное поле, вносит возмущение в это поле, которое тем больше, чем массивнее шар).

Значит, при диагностике исполнительной зоны магнитометра следует стремиться к использованию феррозонда-шара как можно меньшего диаметра d, однако это сопряжено с трудностью выполнения датчика все более высокой чувствительности.

Оправданным решением в таком случае является использование (при диагностике исполнительной зоны) нескольких феррозондов-шаров: разного диаметра d - с получением семейства зависимостей (экстремальных) и соответствующим обнаружением индивидуальных значений x_extr. Затем по полученным значениям x_extr необходимо получить зависимость x_extr от диаметра d шара, а последующая экстраполяция этой зависимости в область малых диаметров d, вплоть до d→0 (фиг. 3, штриховая линия), укажет на значение x_extr (в описанных опытах оно составило x_extr = 24 мм), в окрестности которого располагается искомая исполнительная зона.

Изобретательский уровень предложенного устройства подтверждается отличительной частью формулы изобретения.

[1]. Патент №2746040. Устройство для тестирования магнитной силы полюсных элементов магнитных аппаратов и приборов. (Сандуляк А.А., Сандуляк Д.А., Ершова В.А., Сандуляк А.В., Полисмакова М.Н.). 2021.

[2]. Патент №2759889. Устройство для контактного контроля магнитной силы на полюсных поверхностях. (Сандуляк Д.А., Сандуляк А.А., Киселев Д.О., Сандуляк А.В.). 2021.

[3]. Патент №208114. Устройство для диагностики магнитной силы на разных расстояниях от полюсной поверхности. (Сандуляк Д.А., Харин А.С., Сандуляк А.В., Сандуляк А.А., Полисмакова М.Н.). 2021.

[4]. Патент №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.

Изобретение относится к области магнитных измерений. Способ диагностики исполнительной зоны магнитометров пондеромоторного и магнитно-реологического типов заключается в пошаговом измерении координатно управляемым датчиком-феррозондом такого магнитного параметра, как пондеромоторная сила воздействующего на датчик неоднородного магнитного поля, создаваемого между полюсными наконечниками сферической формы. Получают зависимость пондеромоторной силы по мере удаления датчика-феррозонда от середины межцентрового расстояния полюсных наконечников. Используя феррозонды-шары разного диаметра d, получают семейство таких зависимостей, определяют координаты их экстремумов. Далее находят зависимость экстремумов от d, экстраполируя которую до значений d→0, идентифицируют местоположение исполнительной зоны магнитометра. Технический результат - повышение оперативности и снижение трудоемкости диагностики для идентификации исполнительной зоны магнитометров. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ диагностики исполнительной зоны магнитометров пондеромоторного и магнитно-реологического типов, включающих два противостоящих, взаимно удаленных друг от друга полюсных наконечника с торцевыми сферическими поверхностями, заключающийся в том, что диагностика осуществляется путем пошагового измерения координатно управляемым датчиком магнитного параметра неоднородного магнитного поля, создаваемого между полюсными наконечниками, для получения данных этого параметра по мере удаления от середины межцентрового расстояния полюсных наконечников, получая тем самым зависимость, которая, будучи экстремальной, необходима для идентификации местоположения исполнительной зоны магнитометра, отличающийся тем, что измеряемым магнитным параметром служит пондеромоторная сила, воздействующая на координатно управляемый датчик-феррозонд, в качестве которого предпочтительно применять ферромагнитный шар, а используя феррозонды-шары разного диаметра d, получают семейство экстремальных зависимостей пондеромоторной силы по мере удаления от межцентрового расстояния полюсных наконечников, определяют координаты экстремумов указанных зависимостей с последующим нахождением зависимости установленных координат экстремумов от диаметра феррозонда-шара, экстраполируя которую до значений d→0, идентифицируют местоположение исполнительной зоны магнитометра.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что воздействие пондеромоторной силы на датчик-феррозонд воспринимает используемая тензометрическая консоль со сменными контейнерами-державками, выполненными с индивидуальными пазовыми отверстиями под разные диаметры феррозондов-шаров.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что воспринимаемая тензометрической консолью пондеромоторная сила благодаря электрическому блоку выводится на экран персонального компьютера в виде единицы «грамм-сила» или «миллиньютон».

4. Способ по пп.1-3, отличающийся тем, что датчиком-феррозондом является шарообразный дисперсный образец, в том числе состоящий из магнитной и разрежающей его немагнитной фракции дисперсных частиц.