Устройство для определения магнитных полей

 

Применение: область магнитометрии, в частности при определении поля магнитных головок. Суть изобретения: устройство содержит блок регистрации визуальной информации, катушка Гельмгольца 2, магнитооптический датчик, представляющий собой тонкий плоский слой магнитной жидкости с микрокапельными агрегатами, ограниченный покровными стеклами 4. Напряженность магнитного поля измеряемого объекта определяют путем сравнения с напряженностью магнитного поля, в котором форма микрокапельных агрегатов меняется от слабо вытянутой до нитевидной. 4 ил.

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для определения полей рассеяния микроскопических объектов, в частности магнитных головок.

Известны устройства для определения магнитного поля, основанные на применении полупроводниковых датчиков Холла. Эти устройства позволяют измерять поле величиной, начиная с нескольких эрстед в объеме, ограниченном датчиком Холла ≈1 мм ˙ 1 мм.

Недостатком этих устройств является низкая резрешающая способность, которая ограничена размерами датчика, так как измеряемое поле усредняется по размеру датчика.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для исследования неустойчивости капли магнитной жидкости в цилиндрическом капилляре, принятое за прототип и содержащее намагничивающую систему - катушки Гельмгольца, в центре которой расположен магнитооптический датчик - цилиндрический прозрачный капилляр с магнитной жидкостью, и блок регистрации визуальной информации. Разрешающая способность известного устройства ограничена размерами капилляра d=1,28 мм и длиной цилиндрического столбика жидкости в капилляре l=15 мм.

Цель изобретения - повышение чувствительности и разрешающей способности определения магнитных полей.

Указанная цель достигается тем, что в известном устройстве магнитооптический датчик - цилиндрический прозрачный капилляр размером ≈1 мм, содержащий каплю магнитной жидкости и немагнитный прозрачный раствор хлористого кальция, заменяют магнитооптическим датчиком - прозрачным плоским слоем магнитной жидкости с микрокапельными агрегатами толщиной ≈100 мкм. Разрешающая способность предлагаемого устройства ограничена размерами микрокапельных агрегатов, составляющими 2-20 мкм, что на два порядка выше, чем в известном устройстве.

На фиг. 1 показан блок регистрации визуальной информации; на фиг. 2 - общий вид предлагаемого устройства; на фиг. 3 - изменение формы микрокапельного агрегата при наложении магнитного поля; на фиг. 4 - зависимость отношения полуосей микрокапельных агрегатов от поля.

Предлагаемое устройство состоит из блока 1 регистрации визуальной информации, катушек Гельмгольца 2, магнитооптического датчика, представляющего собой тонкий плоский слой магнитной жидкости 3 с микрокапельными агрегатами, ограниченный покровными стеклами 4. Датчик размещен на оптический оси блока 1 в центре катушек 2 таким образом, что плоскость датчика параллельна вектору напряженности магнитного поля катушек Гельмгольца 2 .

На фиг. 3 показана форма микрокапельного агрегата вне поля - а; в слабом поле - б; при достижении порогового значения Н₁ - в.

Вне поля микрокапельный агрегат диаметром d имеет сферическую форму, в слабом поле - форму вытянутого вдоль поля эллипсоида вращения с полуосями а и b. По достижении полем величины порогового поля Н₁ микрокапельные агрегаты сильно вытягиваются и принимают форму иголок.

На фиг. 4 показана зависимость отношения полуосей а/b микрокапельных агрегатов от поля при d=7,5 мкм (кривая I), d=4,5 мкм (кривая II), d=2,7 мкм (кривая III). Коэффициент поверхностного натяжения на границе микрокапельный агрегат - окружающая его жидкость 1,3 ˙ 10^-5 Н/м.

Принцип работы предлагаемого устройства основан на том, что напряженность магнитного поля измеряемого объекта определяют путем сравнения с напряженностью магнитного поля, в котором форма микрокапельных агрегатов меняется от слабо вытянутой до нитевидной.

Низкое значение коэффициента поверхностного натяжения на границе раздела микрокапельный агрегат - окружающая его жидкость и высокая магнитная проницаемость микрокапельных агрегатов позволяют получить значение определяемых полей порядка нескольких эрстед, что позволяет увеличить разрешающую способность предлагаемого устройства по сравнению с прототипом. В известном устройстве чувствительность ограничена величиной не менее 40 Э, так как это минимальное магнитное поле, при котором возникает неустойчивость капли магнитной жидкости в немагнитном растворе при ограничении объема стенками капилляра диаметром ≈1 мм.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Размещают исследуемый объект вблизи магнитооптического датчика, с помощью блока 1 регистрации визуальной информации, например микроскопа, получают вне поля четкое изображение микрокапельных агрегатов, находящихся в магнитной жидкости 3, заключенной между покровными стеклами 4. Регистрируют изменение формы микрокапельных агрегатов: в поле меньше Н₁ измеряют а и b, в поле Н=Н₁ регистрируют сильное удлинение. Сопоставляют значения напряженности исследуемого поля с калибровочными значениями напряженности однородного магнитного поля катушек Гельмгольца, в которых происходят аналогичные изменения формы микрокапельных агрегатов.

Калибровка микрокапельных агрегатов проводится в однородном поле катушек Гельмгольца. Для калибровки с помощью блока 1 регистрации визуальной информации получают четкое изображение микрокапельных агрегатов, измеряют их диаметр d; подключают катушки к источнику питания, измеряют полуоси а и b эллипсоидов в полях Н< Н₁, увеличивают ток до тех пор пока не будет иметь место сильное удлинение в поле Н₁. Заносят полученные результаты в градуировочную таблицу, производя калибровочные измерения для микрокапель разного диаметра.

Сопоставительный анализ заявляемого устройства и прототипа показывает, что заявляемое решение отличается от известного тем, что в качестве магнитного датчика вместо капилляра диаметром ≈1 мм, заполненного каплей магнитной жидкости и немагнитным прозрачным раствором, используется плоский тонкий слой магнитной жидкости с микрокапельными агрегатами.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ, содержащее магнитооптический датчик с магнитной жидкостью, расположенный в системе катушек Гельмгольца, блок регистрации визуальной информации, на оптической оси которого расположен датчик, отличающееся тем, что, с целью повышения чувствительности и разрешающей способности, датчик представляет плоский прозрачный тонкий слой, расположенный параллельно полю катушек, а магнитная жидкость содержит микрокапельные агрегаты.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4