Способ измерения магнитной восприимчивости слабомагнитных материалов Советский патент 1988 года по МПК G01N24/08 G01R33/04 

ю

Изобретение относится к технике измерен™ магнитных свойств материалов : позволяет с высокой точностью измерять магнитную восприимчивость как жидких, так и твердых веществ, в том числе электропроводящих. Цель изобретения - новьппение точности измерений. Для этого исследуемый образец выполняют в врще полого циляндра и размещают снаружи симметрично относительно датчика ЯМР-магнитометра. При этом длина и наружный диаметр ци- линдра, приведенные к его внутреннему диаметру, связаны соотношением J - о - (( / , где у5 - приведенная длина цилиндра, ai. - приведенный наружный диаметр цилиндра. 1 ил. с (Л

со

Изобретение относится к технике магнитных измерений и может быть использовано для измерения статической магнитной восприимчивости мате- риалов в сильных магнитных полях в широком диапазоне температур с высо кой степенью точности.

Цель изобретения - повышение- точ- : ности измерений магнитной восприимчи- ; вести за счет сохранения однороднос- :ти поляризующего поля„

На чертеже схематически изображена устройство для реализации способа

Устройство для измерения магнитной восприимчивости слабомагнитных материалов содержит криостат 1 с размещенным в нем сверхпроводящим соленоидом 2 , обмотка которого выполнена с корректирующим наружным пазом 3, магнитометр ядерного магнитного резонанса (ЯМР), включающий зонд и регистрирующий прибор. Зонд содержит жесткий коаксиал, выполненный, например, в виде отрезка металлической трубы 4 и центрального проводника 5, :и датчик ЯМР, включающий высокочастотную катушку 6, электрически соеди- :ненную с жестким коаксиалом, катушку 7 модуляции, ампулу 8 со спинсодержащим веществом, размещенную внутри высокочастотной катушки. Зонд через разъем (не показан) электрически соединен с генератором и регистрирую- щим прибором, конструктивно объеди- неннь1м в один блок 9. Исследуемый образец 10 выполнен в виде полого цилиндра из слабомагнитного материала и закреплен на штанге 11 с возмо к- ностью перемещения вдоль и снаружи зонда. Зонд и штаига 11 герметично установлены в горловине криостата 1 с помощью уплотнения 12. Исследуе- мьш образец 10 в виде полого ци- линдра выполнен определенных размеров , а именно приведенные к внутреннему диаметру длина цилиндра и его нар1 жнЕ)1Й диаметр связаны соотношением.

о(/

с/Ь

(1)

длина цилиндра;

внутренний диаметр цилиндра, 55 нарулшый диаметр цилиндра;

приведенная длина цилиндра;

приведенный наружный диаметр цилиндра.

Датчик ЯМР магнитометра установлен симметрично продольной оси соленоида 2 внутри исследуемого образца 10. .

Способ осуществляют .следзтощим образом.

После захолаживания и заливки в криостат 1 жидкого гелия подают ток от ..внешнего источника питания (не показан) в соленоид 2, возбуждая высокооднородное магнитное поле, что достигается за сче.т выполнения в обмотке соленоида корректирующего элемента, наприьгер наружного паза 3, а также использованием дополнительных компенсирующих обмоток. После достижения заданного значения индукции магнитного поля соленоид 2 закорачивают сверхпроводящим ключом, источник питания отключают, а соленоид 2 переводят в режим замороженного магнитного поля с высокой стабильностью во времени. Зонд магнитометра ЯМР помещают в соленоид 2 так, чтобы высокочастотная катушка 6 с ампулой 8 со спинсодержащим веществом, датчика располагалась в централь- lioii однородной зоне магнитного поля. Затем измеряют резонансную частоту f сигнал. ЖР от сшш со держащего - вещества. Резонансная частота сигнала ЯМР f связана с магнитным полем - Н соотношением

f f. Н,

(2)

где - гидромагнитное отношение вещества, I .

В виду того, что однородность магнитного поля соленоида 2 высокая и составляет, например 10 -10 в объеме ампулы, точность измерения частоты (поля) также будет высокой. Затем в соленоид 2 с помощью штанги 11 снаружи и симметрично ампуле 8 дат- чика ЯМР устанавливают исследуемый образец 10 из слабомагнитного материала. Образец 10 выполнен в виде полого цилиндра, геометрические размеры которого связаны соотношением (1). Под действием магнитного поля . соленоида 2 образец 10 однрродно намагничивается в силу того, что магнитное поле соленоида одаородное в области размещения образца Намагниченный образец 10 создает собственное дополнительное магнитное пиле ДН, в результате чего резс н анс- ная частота сигнала ЯМР изменяется

3

и становится равной которая соответствует полю Н -дН.

Изменение магнитного поля наДН вызывает изменение резонансной часто ты н-а

&f )-Д Н

(3)

с другой стороны, изменение магнитного поля за счет намагниченности образца равно

Н ХН.Р.

р

где Jf - магнитная восприимчивость, Н - магнитное поле соленоида

Рд - фактор формы образца.

Из уравнений (3) и (4) определяют магнитную восприимчивость

- У - ДН , 1, .

и .р f- F -

0 . ff 0

Распределение магнитного поля намагниченности внутри полого цилиндра описывается выражением

H(r,()/A.jF, U,) + +7(,jb)P. (cosб) (-1)2 +

i.cl

rJ

+ Р(Ч,ДР„(соз0)()

где j/k-v намагниченность; P (cosff) - полиномы Лежанура, описывающие зависимость членов разложения ряда от полярного угла 0 j

F Ы А-) УГУ-З, /(4Азу)-1.

4 V 8 (1 + ,1)1)9/2 ;(г+ г-)9/г j,

u,

f74y НТ

-

1

2 1 (

)f Z

420494

Однородность ПОЛЯ на {агниченности образца определяется членами F (а( ,jb), F((,) и т.д., при этом

5F.(c/,/) F U,j) F.U,yi) .

Образец, выполненный в виде полого цилиндра с приведенными размерами с и , удовлетворяющими соотношению

to (1), создает однородное магнитное поле в силу того, что наибольший по аб- сол отной величине член разложения F2 ()0« Улучшение однородности поля приводит к повышению точности

15 измерения частоты и, следов атель- но, к повышению точности измерения магнитной восприимчивости, особенно материалов со слабор намагниченностью.

20 Формула изобретения

Способ измерения магнитной вос- приимч ивости слабомагнитных материалов, заключающийся в том, что датчик . ЯМР с эталонным образом и исслёдуе25 мьй образец помещают в зону однородного магнитного поля сверхпроводящего соленоида симметрично продольной- его оси, измеряют резонансные час- тоты сигналов ЖР эталона и иссле30 дуемого образца, по которым судят о магнитной восприимчивости образца, отличающийся тем, что, . с целью повьш1ения точности измерений за счет сохранения однородности поляризующего поля, исследуемый обра-

35

зец выполняют в виде- полого цилиндра, длина 1, наружный диаметр D и внутренний диаметр «i. , которогЬ связаны соотношением

40

./. .1.,

45

где 7Ь 1/d; .

( D/d, ,

а датчик ЯМР располагают в полости .исследуемого образца.