Способ формирования поляризующего магнитного поля в радиоспектроскопической аппаратуре Советский патент 1989 года по МПК G01N24/10 

Изобретение относится к технической физике и может быть использовано при разработке источников поляризующего магнитного поля для радиоспектрометров электронного парамагнитного и ядерного магнитного резо- нансов, в первую очередь при разработке малогабаритных источников, имеющих малые размеры рабочего зазора.

Цель изобретения - повышение пространственной однородности магнитно- го поля в рабочем зазоре путем компенсации эффекта рассеяния магнитного потока в зазоре за счет формирования неоднородного магнитного потока в полюсных наконечниках,

На фиг. 1 представлена конструкция устройства (электромагнита) для фор- . мирования поляризующего магнитного

Од СП ел

315

поля в радиоспектроскопической аппаратуре, реализугощего предлагаемый способ; на фиг. 2 - распределение плотности магнитного потока в центральном сечении кернов магнитопрово- да; на фиг. 3 - конфигурация магнитного ноля в рабочих зазорах длиной-, 10, 12 и 14 мм; на фиг. 4, 5 - зависимости однородности магнитного поля от длины и диаметра рабочего зазора соответственно.

Устройство для формирования поляризующего магнитного поля в радиоспектроскопической аппаратуре содержит намагничивающие катушки 1, расположенные на кернак 2 магнитопрово- да 3 броневого типа, и полюсные наконечники 4 конической формы, лицевыми поверхностями 5 образующие рабочий зазор 6. Иамагничиваюоще катушки 1 размещены непосредственно перед долюсньми наконечниками 4, длина которых в 5-10 раз меньше диаметра кернов 2, а отношение диаметра лицевой поверхности 5 полюсных наконечников 4 ic длине рабочего зазора 6 составляет 4,2 - 5,6.

Магнитное поле в рабочем зазоре 6 формируется следующим образом..

Намагничивающие катушки 1 при протекании через них электрического тока создают намагничивающее магнитное поле, индуцирующее в магнитопроводе 3 магнитный поток. Полюсньми наконечниками 4 магнитный поток концентрируется в рабочий зазор 6. Поскольку поле намагничивающих катушек 1 является радиально-неоднородным (его напряженность возрастает при удалении от оси катушки), то и магнитный поток, формируемый в кернах 2 магни- топровода под воздействием неоднородного намагничивающего ноля катушек 1 , также является неоднородньЕч - плотность магнитного потока возраста ет в радиальном направлении от цент ра кернов 2 к внешней поверхности.

Неоднородное распределение плотности магнитного потока, формирующееся в кернах 2 магнитопровода, сохраняется при его концентрации в рабочий зазор 6 нолюснымн наконечниками 4. Для этого намагничивающие катушки 1 размещаются непосредственцо перед полюсными наконечниками 4, а полюсные наконечники 4 выполняются малой длины - меньше характерной ллины выравнивания плотности магиит

655

ного потока. В результате магнитный поток, поступающий в рабочий зазор 6, имеет неоднородную (возрастающую к краю зазора 6) плотность.

В рабочем,зазоре 6 происходит рассеяние магниг ного потока, однако это не приводит к ухудшению однородности магнитного поля в зазоре, а наоборот,

,4 именно в результате рассеяния не- однородное распределение магнитного потока, поступающего из полюсных наконечников 4, выравнивается. Таким образом, в предлагаемом

5 способе однородное магнитное поле формируется путем комбинации двух эффектов: создания неоднородного распределения поступающего в рабочий зазор 6 магнитного потока и рассея20 ния магнитного потока на краях зазора.

Неоднородное распределение магнитного потока формируется по всему объему полюсных наконечников, что

25 позволяет компенсировать эффект рассеяния в значительно большем объеме зазора б и за счет этого повысить пространственную однородность магнитного поля.

о

2Q Высокая пространственная однородность магнитного поля может быть получена только при точном соответствии функции распределения м.агнитного потока в полюсном наконечнике 4 и функции рассеяния потока в рабочем зазоре 6i плотность магнитного потока в полюсном наконечнике 4 возрастает к его краю, а эффект рассеяния проявляется в уменьшении плотности магнитного потока к краю рабочего зазора 6. Действие этих факторов должно точно компенсировать друг друга.

Необходимое соответствие функций распределения и рассеяния достигает- ся за счет выбора диаметра лицевой поверхности полюсных наконечников 4 и длины рабочего зазора 6: изменение диаметра полюсных наконечников 4 влияет в основном на функцию распре50 деления магнитного потока, а изменение длины рабочего зазора 6 приводит к изменению функции рассеяния. Оптимальное отношение диаметра лицевой поверхности наконечников к длине ра55 бочего зазора составляет 4,2 - 5,6. Согласно фиг. 1 магнитопровод 3 (включающий керны 2) и полюсные наконечники 4 выполнены из магнитно40

51

мягкого материала типа АРМКО. Длина полюснЬгх наконечников равна 10 мм, что составляет 1/7 от диаметра кернов 2, равного 70 мм. Это обеспечивает сохранение неоднородности распределения магнитного потока, формирующегося в кернах 2 катушками 1. Намагничивающие катушки 1 размещены непосредственно перед полюсными наконечниками 4, что сводит к минимуму выравнивания магнитного потока внутр кернов 2,

Максимальная пространственная однородность магнитного поля (фиг. 3) достигается в зазоре длиной 12 мм (кривая 8), когда неоднородность распределения плотности магнитного потока, поступающего в рабочий зазор, точно компенсируется за счет его рассеяния. При меньшей длине рабочего зазора наблюдается недостаточная компенсация (кривая 7), а при большей - перекомпенсация (кривая 9). Согласно фиг. 4 и 5 величина однородности измеряется как разность между максимальным и минимальным-.значениями магнитного поля в заданном объеме рабочего зазора. В рассматриваемом случае выбран объем в виде цилиндрического слоя диаметром 25 и толщиной 4 мм.

Максимальная пространственная однородность магнитного поля (на уровне не хуже 5.10) обеспечивается при отношении диаметра полюсных наконечников к длине рабочего зазора 4,2 - 5,6. При этом диаметр зоны однородности составляет приблизительно 2/5 от диаметра лицевой поверхности полюсных наконечников.

Изобретение особенно эффективно для малогабаритных источников поляризующего магнитного поля, имеющих малые размеры рабочего зазора, в ко16556

торых невозможно применять такие способы повышения однородности, как активные токовые шиммы или пассивны шиммы в виде колец Розе.

Способ опробирован при создании серийного варианта малогабаритного радиоспектрометра ЭПР АЭ-4700. Источник обеспечивает относительную

4Г, однородность магнитного поля 10 в

I и/о

объеме р 25x4 мм , диапазон магнитных полей 0,02 - 0,7 Тл.

Формула изобретения

Способ формирования поляризующего магнитного поля в радиоспектроскопической аппаратуре, включающий создание магнитного потока намагничивающими катушками, размещенными на магпи- топроводе, концентрахщю его в рабочий зазор, образованньш; лицевыми поверхностями конических полюсных наконечников, при этом длина полюсных

наконечников определяется длиной выравнивания плотности магнитного потока, отличающийся тем, что, с целью повьпнения пространственной однородности магнитного поля в

рабочем зазоре путем компенсации эффекта рассеяния магнитного потока в зазоре за счет формирования неоднородного магнитного потока в п.олюйньгх: наконечниках, в магнитопроводе формируют магнитный поток с увеличивающей- ся в радиальном направлении плотностью с помощью намагничивающих катушек, размещенных непосредственно перед полюсными наконечниками, длина которых в 6,5 - 14 раз меньше длины выравнивания плотности магнитного потока, и концентрируют его в зазор полюсными наконечниками, диаметр лицевых поверхностей которых в 4,2 - 5,6 раз больше длины рабочего зазора.

50 fin

Изобретение относится к области технической физики и может быть использовано при разработке источников поляризующего магнитного поля для радиоспектрометров электронного парамагнитного и ядерного магнитного резонансов, в первую очередь, при разработке малогабаритных источников, имеющих малые размеры рабочего зазора. Целью является повышение пространственной однородности магнитного поля в рабочем зазоре путем компенсации эффекта рассеяния магнитного потока в зазоре за счет формирования неоднородного магнитного потока в полюсных наконечниках. Намагничивающие катушки формируют в кернах магнитопровода радиально-неоднородный магнитный поток (МП), который затем концентрируется полюсными наконечниками в рабочий зазор без выравнивания неоднородности МП. Однородное магнитное поле формируется при рассеянии неоднородного МП в рабочем зазоре за счет точной компенсации эффекта рассеяния неоднородным распределением МП, что обеспечивается при определенных соотношениях между длиной полюсных наконечников, диаметром их лицевой поверхности и длиной рабочего зазора. 5 ил.

к

2 N

N

t: i:

СЭ b

Д4 S, Af/f 7л

- ///////л//////////

7,8 Э,

Фи&.З

M 3

т

5

I

t

/

l

-6

ПН 4

PS

г

Фиг.

Аля,Гу7

OX,y, Hfl

О 5if

Ллиназалй(}а

мм

Диаметр на- KOHetJHUKOB

60 мм