Устройство для обнаружения и индикации магнитного поля Советский патент 1992 года по МПК G01R33/00 

г

34 3

ФигЛ

Изобретение относится к устройствам для индикации магнитных переменных величин и может быть использовано для обна- ружения и непосредственного непрерывного наблюдения меняющейся конфигурации магнитного поля, в частности для обнаружения, контроля и наблюдения полей рассеяния источников постоянных и меняющихся магнитных полей в различных магнитных системах.

Цель изобретения - повышение разрешающей способности и достоверности визуального контроля.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для обнаружения и индикации магнитного поля за счет возникновения анизотропии рассеяния света, обусловленной магнитной анизотропией частиц, содержащем емкость, выполненную из немагнитного материала, заполненную ферромагнитным коллоидным раствором, передняя стенка которой оптически прозрачна и равноотстоит от задней стенки, последняя представляет собой темное зеркало, причем толщина слоя коллоидного раствора h в емкости удовлетворяет условию

10

5

р

п

6,2 10

- 4

Р.

где р - объемно-долевая концентрация магнитных частиц в коллоидном растворе в пределах 0,01 ,3.

На фиг. 1 представлено устройство для обнаружения и индикации магнитных полей плоской прямоугольной и круглой формы; на фиг. 2 - то же, для объемной цилиндрической формы; на фиг. 3 - график интенсивности рассеяния естественного света () в зависимости от направления магнитного поля под углом наблюдения 90° (кривая а) относительно интенсивности рассеяния без действия магнитного поля (прямая б); на фиг. 4-зависимостьтолщины слоя коллоидного раствора от объемно-долевой концентрации.

Устройство для обнаружения и индикации магнитного поля представляет собой герметичную емкость 1, сформированную двумя равноотстоящими стенками: прозрачной передней 2 и задней, представляющей собой черное зеркало 3, и боковой стенкой 4, заполненную коллоидным раствором ферромагнитной жидкости 5. Причем форма стенок может быть различна.

Устройство работает следующим образом.

Постоянный магнит или изделие с постоянным, переменным или вращающимся

магнитным полем помещается за задней стенкой 3 устройства.

Ферромагнитные частицы коллоидного раствора намагничиваются и рриентируются (поворачиваются длинной осью) вдоль силовых линий магнитного поля. Так как их размеры меньше длины волны падающего на устройство естественного света, то частицы рассеивают свет с различной интен0 сивностью в разных направлениях в зависимости от ориентации поля, т.е. наблюдается явление анизотропии рассеяния естественного света, обусловленное магнитной анизотропией частиц. Причем, если

5 направление силовых линий магнитного поля совпадает с направлением наблюдения, интенсивность рассеяния света будет минимальной, т.е. в этих местах наблюдатель видит затемнение экрана с коллоидным

0 раствором.

Максимальная интенсивность рассеяния света будет в местах перпендикулярного расположения силовых линий магнитного поля по направлению к наблюдателю.

5 Задняя стенка устройства выполнена в виде темного зеркала в соответствии с правилом круга Ньютона. По правилу Ньютона для наблюдения желтого или желто-зеленого цвета (коллоидный раствор, применяе0 мый в устройстве, рассеивает свет с длиной волны преимущественно этого спектра) наибольшая контрастная чувствительность зрения будет на черном, фиолетовом, сине-фиолетовом или синем фоне,

5 таким образом, темное зеркало усиливает в два раза контраст эффекта рассеяния за счет отражения.

Выполнение остальных стенок емкости оптически прозрачными позволяет прони0 кать естественному свету с различных сторон и освещать весь слой коллоидного раствора независимо от расположения устройства в пространстве.

Толщина слоя коллоидного раствора,

5 т.е. расстояние между передней и задней стенками устройства выбирается таким образом, чтобы обеспечить проникновение ес- тественного света через весь слой коллоидного раствора, так как частицы кол0 лоидиого раствора обладают способностью через толстый слой жидкости, более hmax, не пропускать свет. При толщине слоя коллоидного раствора менее hmin магнитных частиц недостаточно для обнаружения эффекта

е анизотропии рассеяния естественного света.

Минимальная толщина коллоидного раствора hmin определяется из условия способности глаза минимального различения яркости соседних точек, которая составляет 10%, что соответствует значению оптической плотности DminЈiO,1 отн.ед. Поскольку оптическая плотность магнитного коллоидного раствора обусловлена Релеевским рассеянием, то можно при Я 600 нм (где А - длина волны электромагнитного излучения)получить соотношение

W2 hmin 1,3 -Ю 24,

где v - содержание частиц в коллоидном растворе, 1/м3;

V - объем коллоидной частицы, м3.

Поскольку v и V связаны соотношением (р v V , где р- объемно-долевая концентрация магнитного коллоидного раствора, то соотношение (1) будет иметь вид

р V hmin 1,3 10

,-24

При размере коллоидных частиц

о

г 1000 А, который обусловлен оптимальными значениями Релеевского рассеяния, уравнение (2) можно записать в виде

hmin -

2,7 10

- 5

V

Максимальная толщина слоя коллоидного раствора hmax определяется из условия, что 90% света рассеивается (или поглощается) этим слоем, что соответствует значению оптической плотности ,3. Исходя из этого для hmax по аналогии с выводом уравнения (3) можно записать

hr

6,2 10

- 4

Р

При 1-30об. %(0,01 (f 0,3)вычисляем hmin И hmax.

Расчеты толщины слоя коллоидного раствора приведены в таблице.

На фиг. 4 обозначены: кривая I - зависимость h отопри максимальной оптической плотности из условия поглощения света до 90%, кривая II - зависимость h от р при минимальной оптической плотности из условия отличия рассеянного света от падающего на 10%, кривая III - расчетная оптимальная толщина в зависимости от р.

При меньшей концентрации частиц картина магнитного поля без дополнительно созданных специальных условий наблюдаться не будет из-за разреженности среды. При большой концентрации коллоидный

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

раствор теряет устойчивость и частицы оседают.

Интенсивность яркости анизотропии рассеяния света становится зависимой от направления магнитного поля и от направления наблюдения. В коллоидном растворе с магнитными частицами минимальное рассеяние естественного света будет в том случае, если расположение магнитных силовых линий совпадает с направлением наблюдения, а максимальное рассеяние света - при перпендикулярном расположении магнитных силовых линий к направлению наблюдения.

Таким образом, возникновение анизотропии рассеяния света формирует картину, отображающую структуру магнитного поля в любой плоскости сечения, доступную для прямого зрительного восприятия. Устройство позволяет путем зондирования пространства обнаружить наличие магнитного поля и определить его направление за счет возникновения магнитной анизотропии частиц. Многократный визуальный контроль магнитного поля в различных точках (плоскостях) пространства позволяет достоверно обнаружить магнитное поле и по интенсивности анизотропного рассеяния света судить об объемной конфигурации магнитного поля в пространстве.

Итак, применение коллоидного раствора с ферромагнитными частицами раз- о

,их содержанием в устройстве для индикации магнитного поля дает возможность практически мгновенного обнаружения и установления картины магнитного поля в любой плоскости сечения за счет возникновения анизотропии рассеяния падающего на устройство света, обусловленного магнитной анизотропией частиц, что повышает разрешающую способность и достоверность визуального контроля.

Устройство для обнаружения и индикации магнитного поля позволяет обнаружить магнитное поле в любой точке объемного распределения магнитного поля и наблюдать конфигурацию любого магнитного поля. При этом не требуется никаких дополнительных средств для наблюдения магнитного поля (визуального контроля). Устройство также позволяет обнаружить и наблюдать линейно меняющиеся импульсные переменные и вращающиеся поля, так как при изменении магнитного поля частицы раствора мгновенно переориентируются в соответствии с магнитными линиями другого магнитного поля вследствие практичеw

мером 50-1000 А и 7,7-1018-2,6-1020 1/мс

ского отсутствия времени релаксации из-за малых размеров частиц.

Формула изобретения Устройство для обнаружения и индикации магнитного поля, содержащее емкость, выполненную из немагнитного материала, передняя стенка которого оптически прозрачна, заполненную ферромагнитным коллоидным раствором, отличающееся тем, что, с целью повышения разрешающей

способности и достоверности визуального контроля, задняя стенка емкости выполнена в виде темного зеркала, равноотстоящего от передней стенки и обеспечивающего толщину h слоя коллоидного раствора в пределах

0

2,7 10

- 5

h

6,2 10

- 4

.гдер9 Р

объемно-долевая концентрация магнитных

частиц в коллоидном растворе в пределах 0,01 ,3.

Толщина слоя раствора

ТОЛ

Изобретение относится к устройствам для индикации магнитных переменных величин и может быть использовано для обнаружения и непосредственного непрерывного наблюдения меняющейся конфигурации магнитного поля. Цель изобретения - повышение разрешающей способности и достоверности контроля. Устройство содержит емкость 1, выполненную из немагнитного материала и сформированную передней оптически прозрачной стенкой 2, задней стенкой 3, представляющей собой темное зеркало, и боковой стенкой 4. Емкость заполнена коллоидным раствором 5, толщина слоя которого в емкости удовлетворяет условию 2,7 10 -5 h 6,2 10 - 4 где -объемно-долевая концентрация магнитных частиц в растворе, находящаяся в пределах 0,01 р 0,3. 4 ил, 1 табл. (Л