СПОСОБ ИЗАчЕРЕНИЯ НЕОДКСРОДНОСТЕЙМАГНИТНОГО ПОЛЯ Советский патент 1974 года по МПК G01R33/10 

1

Изобретение относится к области техники измерения магнитных нолей, в частности, к онределению нх неоднородностей.

Известен сиособ измерения неоднородностей магнитного поля методом двух датчиков сигналов ядерно-магнитного резонанса.

Однако известными способами затруднительно измерить неоднородность магнитного ноля в объемах, близких к микроскопическим, так как в этих случаях минимальные размеры объемов, в которых нроизводятся измерения неоднородностей, определяются размерами измеритсл1,ных датчиков.

С уменьшением размеров датчиков увелнчивается ногрешпость измерения. Кроме того, такой сиособ не позволяет измерить иеодиородиссть магнитного ноля в микроскопических объемах, доступных для наблюдения г микроскоп.

Для повышения точности измерения в объемах, близких к микроскопическим и микроскоиических, предлагается способ, по которому в исследуемый объем помещают кювету с суспензией (ферромагнитный порошок в жидкости, папример в воде), определяют систематическую скорость перемеш,ения ферромагнитной частицы с известной намагниченностью в направлении градиента поля и коэффициент

диффузии этой частицы в нанравленин, перпендикулярном градиенту, а искомую величину определяют по формуле:

&ВУ

81г.2

2-Vy-Dx,(1)

дг 4/,„(П

Ву

где

- неоднородность магнитного поля

АГ

на участке А У;

/т-намагниченность насыщения частицы;

Vy - CKopocib наиравленного неремещения частицы под действием ноля в направлении F; DX - коэффициент диффузии, онрсделенный Б панравлении X, перпенднкуляриом К;

Т - темнература жидкости, нри которой нронзводятся измерения; А - постоянная Больцмана.

На ферромагнитную частицу в неоднородном ноле действует сила

f -(Р,,

(2)

где V - оиератор Лапласа; Рт - магнитный :-0 момент; В - ИНДУКЦИЯ магнитного поля.

Силу, действующую на ферромагнитную частицу, можно найти но систематической скорости V направленного движения, обусловленного действием неоднородного магнитного поля V где г| - коэффициент вязкого сопротивления поступательному движению. Величина Т зависит от вязкости среды и размеров частицы и определяется из соотношения где D - коэффициент диффузии частицы, участвующей в броуновском движении; k - постоянная Больцмана; Т - температура, при которой производят наблюдения. Коэффициент диффузии броуновской частицы можно определить, используя соотношение Эйнштейна-Смолуховского для броуновского движения ( -- 2DA где (Х) - средний квадрат смещения частицы в броуновском движепии; i - время наблюдения, или эквивалентное ему соотношениед--( 2с где () - квадрат смещения частицы за время 7 в направлении X; t - средпее время смещения частицы на расстоянии АХ. Используя равенства (2), (3) и (4), имеем градиент индукции магнитного поля; Vy - скорость направленного движения частицы в направлении градиента нод действием поля. Для конечных перемещений Величина показывает изменение индукции магнитного поля ASF на некотором расстоянии ДУ вдоль оси У и является мерой неоднородности магнитного поля на участке ДУ. Если сферическую ферромагнитную частицу поместить в однородное магнитное ноле, то ориентация магнитного момента или всей частицы под действием поля не влияет на коэффициент диффузии броуновского двнл.ения. В неоднородном магнитном поле частица присистематическую скоэтого ноля. Поэтому

....

kTVY

(9)

где Ux - коэффициеп диффузии бриуноьскиiu двил :ения, измеренный в направлении /, аернендикулярном /. пример реализации предлагаемого способа. и ооъем, в котором определяют неоднородность магнитного ноля, например, в зазоре электромагнита, помещают кювету с суспензией (например норошок никеля в воде). 11аолюдают посредством микроскопа частицы никеля в воде. К.опцептрация частиц ппкеля в воде выо фается такой, чтооы в ноле зрения микроскопа находилось не Оолее одной частицы никеля. Для измерении предночтительна частица размером порядка 1-2 мкм и имеющая форму сферы или олизкую к ней. г азмер частицы выонрают, исходя из возможности определения при помощн микроскопа q}opMbi частицы н возможности наблюдения за частицей с целью онределепия коэффициента диффузии в йроуповском движении и скорости движеиня нод действием магнитных сил. 1ианравленне градиента можно определить, например, наблюдая в микроскоп расположение топких металлических нитей в изучаемом объеме. Ьзаимпое расположение микроскона и онределяелюго объекта должно оыть таким, чтобы частица нод действием магнитных сил неремещалась в поле зрения микроскона нерпендикулярно оптической оси микроскона. Онределение коэффициента диффузии. С номощью окулярной координатной сетки ноле зрения микроскопа разбивают на квадраты. Б некоторый момент времени, принятый за начало отсчета, нредметный столик микроскона устанавливают так, чтобы частица оказалась на линии в точке, нринятой за начало отсчета. После нрохождения частицей заданного пространственного интервала, который выбирается в нанравлении х, перпендикулярном скорости направленного перемещения частицы VY под действием магнитных сил, и который соответствует расстоянию между соседними линиями в окулярной сетке Д.Л;, регистрируют время прохождення частицей этого интервала. Для онределення коэффициента диффузии используют соотношение х D где D - коэффициент диффузии частицы; Х - квадрат смещения частицы; X - расстояние, нройденное частицей в броуновском /движении, которое соответствует расстоянию между соседни.мн линиями в окулярной сетке; 7 - среднее время прохождения частицей