Способ измерения магнитной восприимчивости слабомагнитных материалов

 

Изобретение относится к технике измерен™ магнитных свойств материалов : позволяет с высокой точностью измерять магнитную восприимчивость как жидких, так и твердых веществ, в том числе электропроводящих. Цель изобретения - новьппение точности измерений . Для этого исследуемый образец выполняют в врще полого циляндра и размещают снаружи симметрично относительно датчика ЯМР-магнитометра. При этом длина и наружный диаметр цилиндра, приведенные к его внутреннему диаметру, связаны соотношением J - о - (( / , где у5 - приведенная длина цилиндра, ai. - приведенный наружный диаметр цилиндра. 1 ил. с (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУЬЛИК

09> < (ill

+I 1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4067449/31-25 (22) 12. 05. 86 (46) 30. 08, 88. Бюл. Р 32 (71) Специальное конструкторско-технологическое бюро Донецкого физикотехнического института AH УССР (72) В. В. Сухой, Н.В. Таряник, А.Я.Лаптиенко и В.ВеШапаренко. (53) 539. 143. 43 (088. 8) (56) Garrett M. Axially Simmetric

systems for Generating and Measuring

Magnetic Fields. Part i. — J. of

Appl. Phys., 1951, v. 22, р. 10911107,. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ МАГНИТНОЙ ВОСПРИИМЧИВОСТИ СЛЛБОМАГНИТНЫХ НАТЕРНАЛОВ (1) @ G 01 N 24/08, G 01 R 33/04 (57) Изобретение относится к технике измерений магнитных свойств материалов позволяет с высокой точностью измерять магнитную восприимчивость как жидких, так и твердых вешеств, в том числе электропроводящих. Цель изобретения — повышение точности измерен ж. Для этого исследуемый образец выполняют в виде попого цилиндра и размещают снаружи симметрично отно сительно датчика ЯМР-магнитоме тра.

При этом длина и наружный диаметр цилиндра, приведенные к его внутреннему диаметру, связаны соотношением Р

= ljd — g< г 4 г-1, где,п — приведенЮ ная длина цилиндра,, - приведенный наружный диаметр цилиндра. 1 ил., 1420494

Изобретение относится к технике магнитных измерений и может быть использовано для измерения статической магнитной во сприимчиво сти мате5 риалов в сильных магнитных полях в широком диапазоне температур с высокой с те пенью точно с ти.

Цель изо 6 ре тен ия — повышение то чности измерений магнитной восприимчи- 10 вости за счет сохранения однородности поляризующе го поля.

На чертеже схематически изображено устройство для реализации способа. 15 (4/5 47à — 1 где 1—

Й длина цилиндра; внутренний диаметр цилиндра," 55 наружный диаметр цилиндра, приведенная длина цилиндра, приведенный наружный диаметр цилиндра.

Устройство для измерения магнитной восприимчивости слабомагнитных материалов содержит криостат 1 с размещенным в нем сверхпроводящим соленоидом 2, обмотка которого выполнена

20 с корректирующим наружным пазом 3, магнитометр ядерного магнитного резонанса (ЯМР), включающий зонд и регистрирующий прибор. Зонд содержит

25 же сткий ко ак сиал, выполненный, н апример, в виде отрезка металлической трубы 4 и центрального проводника 5, и датчик ЯМР, включающий высокочас-тотную катушку б, электрически соединенную с жестким коаксиалом, катушку

7 модуляции, ампулу 8 со спинсодержащим веществом, размещенную внутри высокочастотной катушки. Зонд через разъем (не показан) электрически соединен с генератором и регистрирующим прибором, конструктивно объединенным в один блок 9. Исследуемый образец 10 выполнен в виде полого цилиндра из слабомагнитного материала и закреплен на штанге 11 с возмож- 40 ностью перемещения вдоль и снаружи зонда. Зонд и штанга t1 герметично установлены в горловине криостата 1 с помощью уплотнения 12. Исследуе-. мый образец 10 в виде полого ци- 45 линдра выполнен определенных размеров, а именно приведенные к внутреннему диаметру длина цилиндра и его наружный диаметр связаны соотношением 50

Датчик ЯМР магнитометра установлен симметрично продольной оси соленоида 2 внутри исследуемого образца 10.

Способ осуществляют .следующим образом.

После захолаживания и заливки в криостат 1 жидкого гелия подают ток от,внешнего источника питания (не показан) в соленоид 2, возбуждая высакооднородное магнитное поле, что достигается за счет выполнения в обмотке соленоида корректирующего элемента, например наружного паза 3, а также использованием дополнительных компен сирующих о бмо ток. После до стиже н ия з адан но г0 зн ачен ия индукции магнитного поля соленоид 2 закорачивают сверхпроводящих ключом, источник питания отключают, а соленоид

2 переводят в режим "замороженного" магнитного поля с высокой стабильностью во времени. Зонд магнитометра ЯМР помещают в соленоид 2 так, чтобы высокочастотная катушка 6 с ампулой 8 со спинсодержащим веществом. датчика располагалась в центральной однородной зоне магнитного поля.

Затем измеряют резонансную частоту сигнал ЯМР от спинсодержащего "

1 веществ а. Резонансная частота сигнала ЯМР f связана с магнитным полемН соотношением (2) где - — гидромагнитное отношение вещества.

В виду того, что однородность магнитного поля соленоида 2 высокая и составляет, например 10 -10 в объеме ампулы, точность измерения часто-. ты (поля) также будет высокой. Затем в соленоид 2 с помощью штанги 11 снаружи и симметрично ампуле 8 датчика ЯМР устанавливают исследуемый образец 10 из слабомагнитного материала. Образец 10 выполнен в виде полого цилиндра, геометрические размеры которого связаны соотношением (1). Под действием магнитного поля соленоида 2 образец 10 однородно намагничив ае тся в силу то ro, что магнитное поле соленоида однородное в области размещения образца. Намагниченный образец 10 создает собственное дополнительное магнитное пеле Ь Н, в результате чего резонансная частота сигнала ЯМР изменяется

1420494 со- Однородно сть поля н амагн иченно сти образца определяется членами Р (<, ); Н Р (<, ) и т.д., при этом

F.(Ы„ ) Р, (g,ô Р,,(Ы,,„д) тоты н-а

Образец, выполненный в виде поло(3) го цилиндра с приведенными размерами маг- и „д, удовлетворяющими соотношению ности 1р (1), создает однородное магнитное поле в силу то ro, что и аибольший по абсолютной величине член разложения

Р (,(, ) =О. Улучшение однородности поля приводит к повышению точности

15 измерения частоты и, следовательно, к повышению точности измерения магнитной восприимчивости, особенно материалов со слабой намагниченностью. (5)2pФормулаизобретения

Способ измерения магнитной восприимчивости слабомагнитных материа" лов, заключающийся в том, что датчик . ЯМР с эталонным образом и исследуе25 мый образец помещают в зону однородного магнитного поля сверхпроводящего соленоида симметрично продольной е го о си, измеряют ре зон ан сные частоты сигналов ЯМР эталона и исследуемого образца, по которым судят о магнитной восприимчивости образца, отличающийся тем, что, . с целью повышения точности измерений за счет сохранения однородности по35 ляризующего поля, исследуемый образец выполняют в виде полого цилиндра, длина 1, наружный диаметр D u внутренний диаметр, которогО связаны соотношением

Н =ХН Р где g — магнитная восприимчивость, Н вЂ” магнитное поле соленоида, Р, — фактор формы образца.

Из уравнений (3) и (4) определяют магнитную восприимчиво сть

Йн 5

Я

Распределение магнитного поля намагниченности внутри полого цилиндра описывается выважением

Н (r,Î)= (F, (i,P) +

+F ((„ф) Р (cos8) (-) +,r <

+ F (е(/3) Р (соз 8) (— ) ° ° ° » где, — намагниченность

P (сов а) — полиномы Лежанура, опи п сывающие зависимость членов разложения ряда от полярного угла 8, 5/ Г 4,/ -3 ((4,Ф -3. )

" " ° тгл 1

3./ Г 7 (2 " 2 . ) 7 » +я 23 и становится равной Е, которая ответствует полю H — д Н.

Изменение магнитного поля на вызывает изменение резонансной д = г -г = д н

С другой стороны, изменение нитного поля за счет намагничен образца равно где /Ь = 1/с1;

= И<1, 45 а датчик ЯМР располагают в полости исследуемого образца.

1 420494

Со ставитель С. Варламов

Редактор А.Огар Техред А. Кравчук

Корректор И.Муска

Тираж 847 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 4324/49

Производственно-полиграфическое предприятие, r, Ужгород, ул. Проектная, 4