Электромагнитное устройство для определения магнитной восприимчивости вещества

Авторы патента:

Ткаченко Роман Юрьевич (RU)

Сандуляк Дарья Александровна (RU)

Полисмакова Мария Николаевна (RU)

Титов Аркадий Арсеньевич (RU)

Матвеев Владимир Васильевич (RU)

Сандуляк Анна Александровна (RU)

Сандуляк Александр Васильевич (RU)

Киселев Дмитрий Олегович (RU)

G01R33/1215 - Устройства для измерения переменных магнитных величин

G01R33/12 - измерение магнитных свойств образцов твердых или текучих материалов или изделий из них (с применением электронного или ядерного магнитного резонанса G01R 33/20)

Владельцы патента RU 2680863:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "МИРЭА - Российский технологический университет" (RU)

Изобретение относится к устройствам для определения магнитной восприимчивости разделяемых веществ. Электромагнитное устройство для определения магнитной восприимчивости образцов содержит полюсные наконечники в виде полусфер для создания градиентного магнитного поля, передвижной датчик для измерения напряженности или индукции поля в межполюсной области, весы для измерения пондеромоторной силы, действующей на изучаемый образец, при этом устройство снабжено оптико-механической системой позиционирования измерительного датчика и образца в межполюсной области, при этом в качестве указанных весов для измерения пондеромоторной силы используются электронные весы на пьезоэлементах для исключения перемещения образца во время действия этой силы. Технический результат – повышение точности измерения позиционирования образца. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к устройствам для магнитных измерений и может быть использовано в тех отраслях промышленности (горнообогатительной, энергетической, машиностроительной, стекольной, керамической и др.), где осуществляются процессы магнитного разделения -для определения магнитной восприимчивости разделяемых веществ, что необходимо при решении задач, связанных с созданием эффективной технологии магнитного разделения.

Из уровня техники [патент RU 2098807 С1, дата публикации: 10.12.1997] известно электромагнитное устройство для определения магнитной восприимчивости магнитной жидкости. Оно содержит электромагнит с полюсными наконечниками в виде усеченных конусов, между которыми находится поверхность исследуемой магнитной жидкости, а для получения необходимой информации о создаваемом магнитном поле используется, в частности, датчик Холла. Устройство, как это оговорено в самом названии патента, имеет специфичное назначение: исключительно для определения магнитной восприимчивости лишь магнитной жидкости (суспензии). Оно не применимо для других сред, в частности, порошковых образцов (зачастую малообъемных), нуждающихся в соответствующей диагностике для получения данных об их магнитной восприимчивости.

Также известны электромагнитные устройства для определения магнитной восприимчивости малообъемных образцов по методу Фарадея [Чечерников В.И. Магнитные измерения / Учебное пособие. - М.: МГУ, 1963. - 286 с.; Деркач В.И. Специальные методы обогащения полезных ископаемых / Учебное пособие. - М.: Недра, 1966, 338 с]. Они состоят из катушек намагничивания, магнитопровода с полюсными наконечниками той или иной формы, между которыми создается градиентное магнитное поле (характеристика поля находится посредством, например, измерений напряженности). Между полюсными наконечниками размещается малообъемный образец. Для определения магнитной восприимчивости χ образца измеряется действующая на него магнитная (пондеромоторная) сила F (в устройствах-аналогах применяются обычно рычажные весы) и используется одна из эквивалентных формул:

где μо - магнитная константа, V - объем образца, Н и В - соответственно напряженность и индукция магнитного поля в зоне нахождения образца, причем эта формула приводится также во многих других источниках, в том числе в документе [патент RU 2543671 С2, дата публикации: 10.03.2015].

Указанные устройства обладают недостатками, связанными с отсутствием информации как о наличии, так и местоположении зоны стабильности градиента поля, т.е. зоны, куда необходимо помещать изучаемый образец, что снижает точность измерений. Недостаточная точность и к тому же низкая оперативность выполнения измерений обусловлены также использованием рычажных весов, что приводит к смещению места позиционирования образца (под воздействием пондеромоторной силы) и вызывает необходимость в неоднократной балансировке.

Из материалов публикации [Сандуляк А.В. Магнитно-фильтрационная очистка жидкостей и газов. - М.: Химия, 1988. - 136 с; электронный ресурс: https://dlib. rsl. ru/viewer/01001440011#?page=1, с. 101] известно электромагнитное устройство для определения магнитной восприимчивости малообъемных образцов, тоже основанное на методе Фарадея. Оно состоит из катушек намагничивания, магнитопровода с полюсными наконечниками в виде контактирующих друг с другом полусфер, между которыми создается градиентное магнитное поле (характеристика поля находится посредством, например, измерений напряженности или индукции). Между полусферами размещается малообъемный образец. Здесь тоже определению магнитной восприимчивости образца предшествуют измерения действующей на него пондеромоторной силы F (традиционно с помощью рычажных весов). Магнитную восприимчивость образца χ определяют, используя одну из указанных формул (1).

Указанное устройство обладает недостатком, обусловленным его ограниченными функциональными возможностями. Так, поскольку полюсные наконечники-полусферы контактируют друг с другом, межполюсная область является узкой, что создает сложности для размещения образца в определенной зоне межполюсной области (зоне стабильности градиента поля) и, как следствие, снижается точность измерений. Использование же рычажных весов, как уже оговорено выше, приводит к неизбежному смещению места позиционирования образца (под воздействием пондеромоторной силы), вызывая необходимость в неоднократной балансировке, что также обусловливает недостаточную точность и низкую оперативность выполнения измерений.

Наиболее близким по технической сущности (прототипом) является электромагнитное устройство для определения магнитной восприимчивости малообъемных образцов [Сандуляк А.А. и др. Магнетометр Фарадея с полюсами сферической формы: ЗD-оценка рабочих зон / Приборы, 2017, №10, с. 4-7]. Оно состоит из катушек намагничивания, магнитопровода с полюсными наконечниками в виде разобщенных друг с другом полусфер, между которыми создается градиентное магнитное поле. Характеристика поля находится экспериментально посредством, например, измерений индукции В (в частности, датчиком Холла), после чего расчетом находится также характеристика градиента gradS. Будучи экстремальной (с легко определяемым местоположением экстремума), она свидетельствует о наличии и местоположении зоны практической стабильности градиента - в окрестности экстремума. В эту зону помещается малообъемный изучаемый образец: измерения действующей на него пондеромоторной силы F дают возможность определять магнитную восприимчивость образца χ сиспользованием указанной выше формулы (1).

В этом устройстве (прототипе), в отличие от предыдущего устройства-аналога, из-за разобщенности полюсных наконечников-полусфер есть возможность создать необходимую межполюсную область, позволяющую устанавливать образец, причем таким размером, который соответствует размеру и местоположению рабочей зоны стабильности градиента и тем самым устранить отмеченный выше недостаток. Вместе с тем, при использовании полюсных наконечников-полусфер, в том числе дистанционно расположенных, возникают дополнительные сложности (а вместе с ними погрешности) - в реализации точного позиционирования (в частности, в обеспечении точного начального положения), прежде всего, измерительного датчика. Это отрицательно сказывается на точности получения необходимых координатных характеристик поля, а значит - на точности определения рабочей зоны стабильного градиента (для размещения изучаемого образца) и, как следствие, на достоверности результата определения восприимчивости. А даже при точном определении рабочей зоны столь же важной является реализация точного позиционирования образца, причем стационарного (исключающего его перемещения во время действия пондеромоторной силы).

Технический результат, который достигается в настоящем изобретении, заключается в повышении точности измерения позиционирования образца.

Указанный технический результат достигается тем, что электромагнитное устройство для определения магнитной восприимчивости образцов, включающее полюсные наконечники в виде полусфер для создания градиентного магнитного поля, передвижной датчик для измерения напряженности или индукции поля в межполюсной области, весы для измерения пондеромоторной силы, действующей на изучаемый образец, характеризуется тем, что оно дополнительно снабжено оптико-механической системой позиционирования измерительного датчика и образца в межполюсной области, при этом в качестве указанных весов для измерения пондеромоторной силы используются электронные весы на пьезоэлементах для исключения перемещения образца во время действия этой силы.

В одном из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения оптико-механическая система позиционирования состоит из смещаемого в двух направлениях лазерного модуля с крестообразным лучом для начального позиционирования датчика и Web-камеры, подключенной к компьютеру, со взаимно перпендикулярными шкалами (координатами) для начального и контрольного позиционирования датчика и образца, а также координатного средства, представляющего собой трехкоординатный столик, жестко связанный с датчиком, для обеспечения начального позиционирования датчика и его перемещения в межполюсной области.

На фиг. 1 показана функциональная схема предложенного в настоящем изобретении устройства. Оно содержит катушки намагничивания 1, магнитопровод 2 с полюсными наконечниками-полусферами 3, щуп с датчиком (например, датчик Холла) 4 для измерения индукции поля (жестко связанный с трехкоординатным столиком 5), лазерный модуль 6 с крестообразным лазерным лучом, направляемым на исходную точку позиционирования датчика (в его начальном положении, например, в центре симметрии межполюсной области), Web-камер 7 и 8 (подключены к компьютеру) со взаимно перпендикулярными шкалами. Действие на изучаемый образец 9 пондеромоторной силы измеряется электронными весами 10 на пьезоэлементах.

Устройство работает следующим образом. С помощью координатного столика 5 датчик Холла 4 помещают в начальное положение (например, в центр симметрии межполюсной области или в определенную точку на межцентровой линии полюсных наконечников-полусфер 3), совмещая для этого датчик 4 с заведомо установленной (в центре симметрии межполюсной области или в любой другой определенной точке) точкой пересечения крестообразного лазерного луча, исходящего из лазерного модуля 6. Тем самым производят первое (прицельное) позиционирование датчика 4, после чего, используя Web-камеры 7 и 8, с помощью шкал (взаимно перпендикулярных), демонстрируемых на компьютере, при помощи координатного столика 5 производят второе (уточненное, контрольное) позиционирование датчика 4. Затем при помощи того же координатного столика 5 осуществляют перемещение датчика 4 в межполюсной области, например, в одном из направлений возможного позиционирования изучаемого образца Р. Вследствие этого получают координатную зависимость индукции В. Ее дифференцирование дает экстремальную (в случае использования наконечников-полусфер 3) кривую, где зона в окрестности экстремума (координаты которого определяются непосредственно из графика или соответствующим расчетом, как это оговорено в устройстве-прототипе) свидетельствует о наличии рабочей зоны (с практически стабильным градиентом), и размерах этой зоны (для размещения образца), а также о значениях gradi?. Затем, принимая во внимание найденную координату экстремума, в соответствующую точку помещают исследуемый образец Р. Уточненное позиционирование образца 9 осуществляется при помощи Web-камер 7 и 8, подключенных к компьютеру и позволяющих визуализировать позиционирование. Электронными весами 10 (посредством соответствующих, иллюстрируемых на фиг. 1, средств) производят измерение пондеромоторной силы F - для определения по формуле (1) магнитной восприимчивости образца χ. При этом, благодаря использованию электронных весов 10, работа которых основана на проявлении пьезоэффекта (в отличие от традиционно применяемых рычажных весов), перемещение элементов весов и нежелательное перемещение изучаемого образца при измерениях не происходит.

1. Электромагнитное устройство для определения магнитной восприимчивости образцов, включающее полюсные наконечники в виде полусфер для создания градиентного магнитного поля, передвижной датчик для измерения напряженности или индукции поля в межполюсной области, весы для измерения пондеромоторной силы, действующей на изучаемый образец, отличающееся тем, что устройство снабжено оптико-механической системой позиционирования измерительного датчика и образца в межполюсной области, при этом в качестве указанных весов для измерения пондеромоторной силы используются электронные весы на пьезоэлементах для исключения перемещения образца во время действия этой силы.

2. Электромагнитное устройство по п. 1, отличающееся тем, что оптико-механическая система позиционирования измерительного датчика и образца в межполюсной области состоит из смещаемого в двух направлениях лазерного модуля с крестообразным лучом для начального позиционирования датчика и Web-камеры, подключенной к компьютеру, со взаимно перпендикулярными шкалами для начального и контрольного позиционирования датчика и образца, а также координатного средства, представляющего собой трехкоординатный столик, жестко связанный с датчиком, для обеспечения начального позиционирования датчика и его перемещения в межполюсной области.

Изобретение относится к устройствам для проведения векторных измерений слабых геомагнитных полей. Однокомпонентный сенсор геомагнитных полей содержит три параллельно расположенные стальные пластины, в зазорах между которыми установлены постоянные магниты, одноименные полюсы которых присоединены к обеим сторонам внутренней пластины, каждый генератор установлен на диэлектрической подложке с металлизированным основанием, генераторы размещены в зазорах системы намагничивания между магнитами и присоединены металлизированным основанием к противоположным сторонам внутренней стальной пластины, при этом пленки ЖИГ резонаторов выполнены в виде квадрата или диска, входные и выходные преобразователи СВЧ сигналов расположены на противоположных сторонах резонаторов и ориентированы вдоль ортогональных осей резонаторов.

Магниторезонансный безопасный зонд низкой стоимости для измерения температуры // 2678794

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения температуры в магниторезонансной среде. Зонд 130 для измерения температуры для использования в магниторезонансной среде содержит удлиненную подложку 202, по меньшей мере одну электропроводящую трассу 200, 200a, 200b, 200a', 200b' с высоким сопротивлением, напечатанную по меньшей мере на одном термисторе 204, который расположен на подложке и электрически соединен с трассой.

Управление движением в линейном ускорителе (linac), управляемом с помощью mri // 2675678

Группа изобретений относится к медицинской технике, а именно к медицинским системам визуализации и радиотерапии. Реализованный с помощью компьютера способ управления адаптивной радиационной терапией, управляемой с помощью изображения в режиме реального времени по меньшей мере части области пациента, содержит этапы, на которых получают множество данных об изображениях в режиме реального времени, соответствующих двумерным (2D) изображениям магнитно-резонансной томографии (MRI), включающих в себя по меньшей мере часть области, выполняют оценку 2D поля движения по множеству данных об изображениях, выполняют аппроксимацию оценки трехмерного (3D) поля движения, включающей в себя применение модели преобразования к оценке 2D поля движения, при этом модель преобразования определяется путем: выполнения оценки 3D поля движения по меньшей мере по двум объемам данных о 3D изображениях, включающих в себя по меньшей мере часть области и полученных в течение первого периода времени; выполнения оценки 2D поля движения по данным о 2D изображениях, соответствующих по меньшей мере двум 2D изображениям, включающих в себя по меньшей мере часть области и полученных в течение первого периода времени, и определения модели преобразования с использованием уменьшения размерности по меньшей мере одного из: оцененного 3D поля движения и оцененного 2D поля движения; определяют по меньшей мере одно изменение в режиме реального времени по меньшей мере части области на основании аппроксимированной оценки 3D поля движения; и управляют терапией по меньшей мере части области с использованием определенного по меньшей мере одного изменения.

Обнаружение пространственной близости // 2666789

Изобретение относится к области радиосвязи. Техническим результатом является автоматическое инициирование сеанса обмена данными с целевым терминалом на основании обнаружения пространственной близости.

Узел магнитно-резонансной катушки для фидуциальных маркеров // 2665343

Изобретение относится к магнитно-резонансной томографии, а именно к фидуциальным маркерам в магнитно-резонансной томографии. Медицинский аппарат содержит узел магнитно-резонансной катушки, содержащий антенну магнитного резонанса с первым антенным и со вторым антенным участками для приема от фидуциального маркера данных о местоположении магнитного резонанса.

Держатель образца для сквид-магнитометра типа mpms для исследования анизотропных свойств орторомбических монокристаллов // 2664421

Изобретение относится к устройствам для измерения переменных магнитных величин и может быть использовано при проведении магнитных измерений. Держатель образца для СКВИД-магнитометра типа MPMS для исследования анизотропных свойств орторомбических монокристаллов содержит цилиндрическую трубку из органического материала, при этом дополнительно содержит размещенные внутри трубки выполненные из немагнитного материала прямоугольную пластину, два диска и прямую треугольную призму с прямым углом при одной из вершин ее основания, причем пластина противоположными краями жестко крепится к торцам первого и второго дисков, к центру пластины боковой гранью жестко крепится призма, к большой боковой грани которой жестко крепится образец.

Способ испытаний антиблокировочной системы автотранспортного средства на восприимчивость к электромагнитному полю // 2664122

Изобретение относится к испытаниям транспортных средств. В способе испытаний антиблокировочной системы тормозов на восприимчивость к электромагнитному полю устанавливают транспортное средство с антиблокировочной системой в испытательную камеру на ролики симулятора, ориентируют его относительно полеобразующей системы и реализуют ездовые циклы при воздействии на транспортное средство электромагнитного поля.

Схема магнитной компенсации и способ компенсации выходного сигнала магнитного датчика, реагирующего на изменения первого магнитного поля // 2663682

Изобретение относится к измерению магнитных полей, а в частности к способам и устройствам для точного обнаружения присутствия слабого рассеянного магнитного поля при наличии известного более сильного поля.

Радиочастотная принимающая катушка для использования в системах магнитно-резонансной томографии с предупреждением о разъединении // 2663088

Изобретение относится к области магнитно-резонансной томографии (МРТ). Устройство радиочастотной (РЧ) принимающей катушки для использования в системе магнитно-резонансной (МР) томографии содержит РЧ-принимающую катушку, штекер для соединения РЧ-принимающей катушки с системой МР-томографии, сенсорное средство для восприятия присутствия магнитного поля системы МР-томографии, средство обнаружения для обнаружения, соединен ли штекер с системой МР-томографии, и средство предупреждения для генерирования предупреждения, когда сенсорное средство воспринимает присутствие магнитного поля системы МР-томографии и средство обнаружения обнаруживает, что штекер не соединен с системой МР-томографии.

Магниторезонансная томография с использованием последовательностей импульсов с нулевым временем эхо // 2660401

Изобретение относится к магниторезонансной томографии. Система магниторезонансной томографии содержит магнит для генерирования основного магнитного поля с зоной томографирования и систему градиентных катушек.

Способ определения насыщения магнитопровода трансформатора тока // 2674580

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к диагностике измерительных трансформаторов тока в режиме реального времени. Сущность: на проводник с измеряемым током устанавливают диагностируемый трансформатор и пояс Роговского.

Способ прогнозирования потерь в железе листа из нетекстурированной электротехнической стали после резки // 2658133

Изобретение относится к способу использования листов из нетекстурированной электротехнической стали для железных сердечников двигателей и т.п., и более конкретно к способам прогнозирования потерь в железе листов из нетекстурированной электротехнической стали после резки.

Система (варианты) и способ детектирования наличия аналита в жидком образце // 2653451

Представленные изобретения касаются способа детектирования наличия аналита в жидком образце, способа детектирования наличия патогена в образце цельной крови, способа детектирования наличия вируса в образце цельной крови, способа детектирования присутствия нуклеиновой кислоты-мишени в образце цельной крови, способа детектирования наличия организмов, относящихся к видам Candida в жидком образце, системы для детектирования одного или более аналитов нуклеиновой кислоты в жидком образце и сменного картриджа для размещения реагентов для анализа и расходных материалов в указанной системе.

Способ испытаний электрооборудования автотранспортных средств на восприимчивость к электромагнитному полю // 2640376

Изобретение относится к электрическим испытаниям транспортных средств. В способе испытаний электрооборудования автотранспортных средств на восприимчивость к внешнему электромагнитному полю испытываемое электрооборудование устанавливают в бортовую сеть транспортного средства и подвергают воздействию внешнего излучения с заданными параметрами.

Прибор контроля фазового состава стали // 2629920

Изобретение относится к неразрушающему контролю металлов и сплавов, а именно к устройствам, предназначенным для автоматизированного экспресс-контроля состава сплавов на основе железа, а именно содержания ферритной фазы в различных марках стали при литье и, прежде всего, в стальных пробах и калибровочных образцах.

Способ измерения магнитных моментов объекта // 2628448

Изобретение относится к области измерения магнитного момента (ММ), а именно к измерению магнитных моментов объектов путем измерения составляющих индукции магнитных полей в условиях наличия естественных и промышленных помех.

Устройство измерения вебер-амперных характеристик электротехнических устройств // 2627559

Изобретение относится к магнитным измерениям и предназначено для измерения вебер-амперных характеристик электротехнических устройств. В устройство измерения вебер-амперных характеристик электротехнических устройств, содержащее источник питания, намагничивающую обмотку, нанесенную на испытуемый образец, измерительный шунт, причем к выходу источника питания присоединено масштабирующее устройство, усилитель, дифференциатор, нуль-орган, аналого-цифровой и цифроаналоговый преобразователи, дополнительно введены согласно изобретению шесть амплитудных детекторов, коммутатор, первый и второй многополосный фильтр, первое и второе устройства выборки и хранения, персональный компьютер, блок модели.

Устройство для определения магнитных свойств и способ определения магнитных свойств // 2623813

Изобретения относятся к определению магнитного свойства каждого магнитного материала, входящего в состав листа бумаги, перемещаемого по транспортному пути, и определению этих магнитных материалов.

Удаление фона при получении изображений с использованием магнитных частиц // 2622481

Изобретение относится к устройству и способу обнаружения магнитных частиц в поле зрения, которые позволяют удаление фоновых сигналов. Устройство содержит: средство выбора, содержащее блок (110) генератора сигналов поля выбора и элементы (116) поля выбора для создания магнитного поля (50) выбора, имеющего такую пространственную структуру его напряженности магнитного поля, что в поле (28) зрения формируются первая подзона (52), имеющая низкую напряженность магнитного поля, где намагничивание магнитных частиц не доходит до насыщения, и вторая подзона (54), имеющая более высокую напряженность магнитного поля, где намагниченность магнитных частиц доходит до насыщения, средство (120) возбуждения, содержащее блок (122) генератора сигнала возбуждающего поля и катушки (124; 125, 126, 127) возбуждающего поля для изменения положения в пространстве двух подзон (52, 54) в поле (28) зрения посредством возбуждающего магнитного поля, чтобы намагничивание магнитного материала изменялось локально, приемное средство, содержащее блок (140) приема сигнала и приемную катушку (148) для получения сигналов обнаружения, причем сигналы обнаружения зависят от намагничивания в поле (28) зрения и на намагничивание влияют изменения положения первой и второй подзон (52, 54) в пространстве, и средство (152) реконструкции для реконструкции изображения поля (28) зрения из сигналов обнаружения, причем спектр упомянутых сигналов обнаружения включает в себя множество частотных составляющих, при этом одна или более из упомянутых частотных составляющих выбираются и/или взвешиваются путем использования коэффициента качества конкретного сигнала частотной составляющей, полученного из результатов измерений фоновых сигналов, причем для реконструкции изображения используются только выбранные и/или взвешенные частотные составляющие.

Терапия пучками заряженных частиц и магнитно-резонансная томография // 2681075

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к области направления заряженных частиц в целевую зону в пределах исследуемого субъекта, причем частицы наводят с использованием магнитно-резонансной томографии. Медицинский аппарат содержит систему магнитно-резонансной томографии для получения магнитно-резонансных данных от объема визуализации, захватывающего по меньшей мере частично исследуемый субъект, причем система магнитно-резонансной томографии содержит главный магнит для генерирования магнитного поля в пределах объема визуализации, аппарат для получения пучка частиц, имеющий линию передачи пучка частиц для пучка заряженных частиц, включающую в себя гентри, выполненный с возможностью вращения вокруг оси (R) вращения, которая расположена в продольном направлении главного магнита, причем гентри содержит по меньшей мере один отклоняющий магнит для направления пучка частиц в облучаемый объем в пределах объема визуализации, активную компенсационную катушку, которая расположена практически окружающей по меньшей мере объем визуализации и которая предусмотрена поблизости от внешней поверхности главного магнита и снаружи внешней поверхности главного магнита, и блок управления для управления активной компенсационной катушкой для подавления поля рассеяния, вызванного упомянутым по меньшей мере одним отклоняющим магнитом в пределах объема визуализации, по меньшей мере в продольном направлении главного магнита. Использование изобретения позволяет повысить надежность проведения магнитно-резонансной томографии. 10 з.п. ф-лы, 8 ил.