Электромагнитное устройство для создания неоднородного магнитного поля с зоной его стабильной неоднородности

Изобретение относится к области измерения магнитных свойств. Электромагнитное устройство для создания магнитного поля с зоной его стабильной неоднородности состоит из намагничиваемого магнитопровода со взаимно удаленными друг от друга на расстояние b противостоящими полюсными наконечниками с торцевыми сферическими поверхностями диаметром D, когда в неоднородном магнитном поле между ними содержится необходимая для проведения исследований, определяемая опытно-расчетным путем и фиксируемая ограничителями зона практически стабильной неоднородности, при этом ограничители зоны практически стабильной неоднородности, используемой для размещения в ней исследуемого объекта при помощи исполнительного органа, создаются на поверхности неферромагнитного отражателя, расположенного между полюсными наконечниками, световыми маркерами посредством лучей, испускаемых источниками света с возможностью их программируемого целевого перемещения в зависимости от изменяемых параметров b и D. Технический результат – расширение функциональных возможностей устройства, повышение оперативности при подготовке и выполнении с его помощью необходимых научно-прикладных исследований. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение предназначено для создания неоднородного магнитного поля, в котором содержится зона стабильной неоднородности, необходимая для проведения научных и практических исследований, в частности определения магнитной восприимчивости малообъемных образцов.

Известно электромагнитное устройство, описанное в материалах публикации [Сандуляк А.А. и др. Магнетометр Фарадея с полюсами сферической формы: 3D-оценка рабочих зон / Приборы, 2017, №10, с.4-7], состоящие из намагничиваемого магнитопровода со взаимно удаленными друг от друга на расстояние b противостоящими полюсными наконечниками с торцевыми сферическими поверхностями диаметром D. В создаваемом между ними неоднородном магнитном поле содержится зона практически стабильной неоднородности (предназначенная, в частности, для проведения исследований по определению магнитной восприимчивости малообъемных образцов по принципу Фарадея).

При наличии обоснования местоположения центра этой зоны тем не менее, для данного устройства отсутствуют обоснования размеров самой зоны и соответствующие ограничители, которые бы указывали на границы зоны практически стабильной (в пределах оговариваемых допустимых отклонений) неоднородности. А неопределенность по поводу собственных размеров и границ этой зоны исключает получение информации о допустимых размерах исследуемого объекта, который необходимо помещать в такую зону. Тем самым вносится неопределенность в проведение научных и практических исследований при намерении использовать данное устройство для этой цели.

Известно электромагнитное устройство [патент RU 2680863 C1, дата публикации: 28.02.2019], обладающее теми же конструктивными признаками, в котором дополнительно используется состоящая из смещаемого в двух направлениях лазерного модуля, испускаемого крестообразный луч, оптико-механическая система позиционирования датчика (применяемого для диагностики поля) и исследуемого объекта.

Данному устройству, снабженному указанной оптико-механической системой, предназначенной для четкого позиционирования датчика и исследуемого объекта, присущи отмеченные выше недостатки. При этом используемая оптико-механическая система не предусматривает фиксирование границ зоны стабильной неоднородности.

Известно электромагнитное устройство [патент RU 2737609 С1, дата публикации: 01.12.2020], состоящее из намагничиваемого магнитопровода с противостоящими, взаимно удаленными друг от друга на расстояние b полюсными наконечниками с торцевыми сферическими поверхностями диаметром D. В создаваемом неоднородном магнитном поле между ними содержится необходимая для проведения исследований, определяемая опытно-расчетным путем и фиксируемая ограничителями, зона практически стабильной неоднородности.

Недостатком этого устройства-прототипа является то, что ограничители зоны стабильной неоднородности (как правило – специально монтируемые регулируемые упоры) осложняют своим присутствием размещение и ориентирование в этой зоне исследуемого объекта (фактически – с помощью исполнительного органа, где содержится исследуемый объект, например, с помощью элемента-держателя в манипуляторе сосуда с исследуемой жидкостно-дисперсной средой и пр.). Это затрудняет подготовку и проведение исследований, снижает оперативность их выполнения и функциональность устройства, особенно при его перенастройке, когда в соответствии с условиями проведения исследований требуется изменение параметров b и D.

Технический результат, который достигается настоящим изобретением, заключается в расширении функциональных возможностей устройства, в повышении оперативности при подготовке и выполнении с его помощью необходимых научно-прикладных исследований.

Этот результат достигается в электромагнитном устройстве, состоящем из намагничиваемого магнитопровода с противостоящими, взаимно удаленными друг от друга на расстояние b полюсными наконечниками с торцевыми сферическими поверхностями диаметром D, когда в неоднородном магнитном поле между ними содержится необходимая для проведения исследований, определяемая опытно-расчетным путем и фиксируемая ограничителями, зона практически стабильной неоднородности. При этом ограничители зоны практически стабильной неоднородности, используемой для размещения в ней исследуемого объекта при помощи исполнительного органа, создаются на поверхности неферромагнитного отражателя, расположенного между полюсными наконечниками, световыми маркерами посредством лучей, испускаемых источниками света с возможностью их программируемого целевого перемещения в зависимости от изменяемых параметров b и D.

Для реализации целевого программируемого перемещения источников света (в зависимости от изменяемых от опыта к опыту параметров b и D) может быть использована плата управления, например, RAMPS 1.4+Arduino Mega 2560.

Неферромагнитный отражатель предпочтительно закреплять на исполнительном органе, обеспечивающем размещение и ориентирование исследуемого объекта в зоне стабильной неоднородности поля для выполнения необходимых исследований, либо использовать для этого одну из поверхностей исполнительного органа.

Вариантом обеспечения необходимого перемещения источников света является применение шагового двигателя и ременной передачи.

Вариантом источников света, испускаемых лучи для создания световых маркеров (как ограничителей зоны стабильной неоднородности) могут служить лазерные модули.

На фиг.1 иллюстрируется предлагаемое устройство (вид сверху). Оно содержит намагничиваемый обмотками 1 магнитопровод с полюсными наконечниками 2, торцевые сферические поверхности которых (диаметром D) удалены друг от друга (на устанавливаемое для проведения исследований расстояние b). Между полюсными наконечниками 2, где создается неоднородное магнитное поле, содержится необходимая для проведения исследований, определяемая опытно-расчетным путем (см. патент-прототип RU 2737609 С1, дата публикации: 01.12.2020) зона практически стабильной неоднородности. Эта зона фиксируется двумя ограничителями: внешним 3 и внутренним 4 – в виде двух световых маркеров на неферромагнитном отражателе 5 (в частности, закрепленном на поверхности такого рабочего органа как сосуд с исследуемой жидкостно-дисперсной средой, содержащей магнитоактивные частицы). Те или иные положения световых маркеров-ограничителей 3 и 4 (указывающих на границы зоны практически стабильной неоднородности – cм. фиг.2, вид сбоку) устанавливаются посредством целевого перемещения источников света (в частности, лазерных модулей 6 и 7, закрепленных на рамной конструкции 8 – см. фиг.3), причем с возможностью независимого перемещения каждого из них. Управление перемещением лазерных модулей 6 и 7 обеспечивается типовой платой управления 11 (с возможностью соответствующего программирования на ПК 12), выполняющей команду по установке световых маркеров-ограничителей 3 и 4 в зависимости от изменяемых от опыта к опыту параметров b и D) при помощи шагового двигателя 9 и ременной передачи 10 .

Электромагнитное устройство работает следующим образом. Посредством электромагнитной системы, содержащей намагничиваемый обмотками 1 магнитопровод, в котором торцевые полюсные наконечники 2 имеют сферическую форму, в межполюсном пространстве создается неоднородное магнитное поле с зоной практически стабильной неоднородности, требуемой для проведения в ней научных и/или практических исследований. Определяемые опытно-расчетным путем местоположение этой зоны и координаты ее границ, а именно внешней 3 и внутренней 4 границы, фиксируются световыми маркерами 3 и 4 (благодаря лучам, исходящих из лазерных модулей 6 и 7) на поверхности устанавливаемого между полюсными наконечниками неферромагнитного отражателя 5. С помощью ПК 12 необходимые значения координат маркеров-ограничителей 3 и 4, задаваемых платой управления 11, обеспечиваются перемещением каждого из лазерных модулей 6 и 7 с помощью шагового двигателя 9 и ременной передачи 10.

Изобретательский уровень предложенного устройства подтверждается отличительной частью формулы изобретения.

1. Электромагнитное устройство для создания магнитного поля с зоной его стабильной неоднородности, состоящее из намагничиваемого магнитопровода со взаимно удаленными друг от друга на расстояние b противостоящими полюсными наконечниками с торцевыми сферическими поверхностями диаметром D, когда в неоднородном магнитном поле между ними содержится необходимая для проведения исследований, определяемая опытно-расчетным путем и фиксируемая ограничителями зона практически стабильной неоднородности, отличающееся тем, что ограничители зоны практически стабильной неоднородности, используемой для размещения в ней исследуемого объекта при помощи исполнительного органа, создаются на поверхности неферромагнитного отражателя, расположенного между полюсными наконечниками, световыми маркерами посредством лучей, испускаемых источниками света с возможностью их программируемого целевого перемещения в зависимости от изменяемых параметров b и D.

2. Электромагнитное устройство по п.1, отличающееся тем, что программируемое целевое перемещение источников света осуществляется с помощью платы управления.

3. Электромагнитное устройство по п.1, отличающееся тем, что неферромагнитный отражатель закреплен на исполнительном органе, обеспечивающем выполнение исследований в зоне стабильной неоднородности поля.

4. Электромагнитное устройство по п.1, отличающееся тем, что отражателем служит поверхность исполнительного органа.

5. Электромагнитное устройство по п.1, отличающееся тем, что перемещение источников света осуществляется посредством шагового двигателя и ременной передачи.

6. Электромагнитное устройство по пп.1, 2, отличающееся тем, что источниками света являются лазерные модули.