Способ создания в исследуемых объектах локальных электрических и магнитных полей

Изобретение относится к электромагнетизму и может быть использовано для одновременного исследования магнитного, электронного и кристаллического микросостояния объектов. Способ создания в исследуемых объектах локальных электрических и магнитных полей содержит этапы, на которых осуществляют размещение объекта либо внутри соленоида, либо между обкладок конденсатора управляемого колебательного LC-контура, при этом вначале с помощью источника тока заряжают соленоид, затем отключают источник тока и подключают к соленоиду конденсатор, при этом созданное в соленоиде магнитное поле изменяется по закону , а электрическое поле в конденсаторе по закону , где Hi,j и Ei,j - заданные напряженности магнитного и электрического полей, Ω - заданная частота колебаний, β - заданная скорость затуханий колебаний, t - время, i, j=0, 1, 2, … N, где N целое число, а фаза является фиксированной и равной нулю. Технический результат – повышение точности измерения и улучшение пространственного разрешения магнитных и электрических микроскопов. 3 ил.

 

Изобретение относится к электромагнетизму и может быть использовано для одновременного исследования магнитного, электронного и кристаллического микросостояния объектов.

В частности известно, что физические свойства высокотемпературных сверхпроводников очень чувствительны к незначительным пространственным неоднородностям, так как их длина когерентности является величиной одного порядка по сравнению с межатомным и межэлектронным расстояниями. Следовательно, исследование особенностей проникновения магнитного потока в такие среды имеет большое научное и прикладное значение. Обычно для исследования пространственных неоднородностей используют разного рода микроскопы, которые позволяют наблюдать интегральные характеристики сверхпроводников, так как внешнее поле после его выключения или уменьшения плавно выходит из образца и частично захватывается образцом. Это обстоятельство не позволяет одновременно получить информацию о магнитной и кристаллографической микроструктурах образца [1, 2]. Также известно, что одновременно изучать магнитную и кристаллографическую микроструктуру образцов возможно с помощью дифракции нейтронов. Однако, несмотря на то, что распределение полей регистрируется локально, эта методика так же, как и известные к настоящему времени методики, является интегральной, так как магнитная структура образца исследуется в однородном магнитном поле или после его плавного снятия [3].

Традиционно для создания локальных магнитных полей используют концентраторы силовых линии магнитного поля [4], а для создания локальных электрических полей в качестве электродов используют заостренные штыри, на которые подают высоковольтный относительно земли электрический потенциал [5]. Эти способы имеют существенные недостатки. Во-первых, величина области локализации полей ограничена размерами кончиков концентраторов и электродов, а также расстоянием между концентраторами и электродами. Особенно это сильно сказывается тогда, когда исследуются толстые образцы из-за эффекта растекания поля на толщине образца. Электроды быстро выходят из строя из-за разогрева их кончиков. Для регистрации сигнала отклика необходимо сначала приблизить концентраторы к образцу, а потом, с целью исключения влияния остаточных (захваченных) в концентраторах магнитных полей на результаты измерения, отодвигать концентраторы от объекта. Эти требования усложняют конструкцию установки. Делают способ дорогостоящим и не надежным. Кроме этого, эти методики не позволяют одновременно создавать локальные электрические и магнитные поля. Для каждого случая необходимо применять свою установку. Для решения этих проблем разработка новых прецизионных методик на принципиально другой физической основе является актуальной задачей. В настоящее время нам не известны способы, решающие аналогичные задачи.

Техническим результатом изобретения является создание в исследуемых объектах в одном цикле локальных электрического и магнитного полей, а также повышение пространственного разрешения электромагнитного поля за счет повышения степени локализации электрического и магнитного полей.

Технический результат достигается тем, что в способе создания в исследуемых объектах локальных электрических и магнитных полей, включающем размещение объекта либо внутри соленоида, либо между обкладок конденсатора управляемого колебательного LC-контура, вначале с помощью источника тока заряжают соленоид, затем отключают источник тока и подключают к соленоиду конденсатор, при этом созданное в соленоиде магнитное поле изменяется по закону , а электрическое поле в конденсаторе по закону , где Hi,j и Ei,j - заданные напряженности магнитного и электрического полей, Ω - заданная частота колебаний, β - заданная скорость затуханий колебаний, t - время, i,j=0, 1, 2, …N, где N целое число.

Кроме сказанного, отличительной особенностью от обычного способа возбуждения электромагнитных колебаний в пассивных и активных LC контурах, где фаза колебания произвольна, предлагаемый способ позволяет фиксировать фазу, что очень важно не только для создания нужных полей, но и проведения исследования селективным образом.

На фиг. 1 представлена блок-схема установки для реализации способа, где 1 - исследуемый объект, 2, 3, 4 - токовые ключи, 5 - блок управления, 6 - биполярный источник тока.

Способ реализуется следующим образом: при одновременном поступлении в токовые ключи 2 и 3 от блока управления (компьютера) 5 импульсов прямой и обратной полярности происходит соединение регулируемого биполярного разрядного источника тока 6 с соленоидом L. Таким образом происходит накопление магнитной энергии в соленоиде. При смене полярностей импульсов, поступающих от блока управления 5 в токовые ключи 2 и 3, происходит отключение биполярного источника тока 6 и включение в цепь соленоида L емкости С. Это приводит к зарядке конденсатора C и к преобразованию магнитной энергии в электрическую. В результате последовательных преобразований магнитной энергии в электрическую, и наоборот, в LC-контуре возникает однополярное переменное затухающее во времени магнитное поле H(t)=Hiexp(-βt)cosΩt. В этом выражении β=r/(2L) - коэффициент затухания, Ω=(ω22)1/2 - собственная частота колебательного контура, ω2=1/(LC). Так как амплитуда колебания Hiexp(-βt) экспоненциально затухает от значения Hi до нуля, захват потока от переменного поля не происходит и фиксируется только от поля Hi. При получении от блока управления 5 управляющего импульса о смене полярности выходного напряжения биполярного источника 6 через соленоид L протекает ток обратного направления. В этом случае процесс накопления магнитной энергии в L, зарядка и разрядка емкости С происходят аналогично вышеописанному способу. В результате в LC-контуре создается осциллирующее затухающее во времени переменное высокостабильное однородное магнитное поле отрицательной полярности H(t)=-Hjexp(-βt)cosΩt.

На фиг. 2 приведена временная зависимость поля H(t) для произвольных параметров LC контура: 2.1 - для случая положительной полярности выходного напряжения источника 6; 2.2 - для случая отрицательной полярности выходного напряжения источника 6. С помощью изменения индуктивности L и емкости С можно обеспечить устойчивую работу LC контура в широком частотном диапазоне. Амплитуду, частоту и скорость затухания магнитного поля можно задавать независимо друг от друга в широком диапазоне.

Для создания постоянного однополярного или биполярного однородного магнитных полей от блока управления 5 в токовый ключ 4 поступают разнополярные импульсы, которые отключают из цепи емкость С и включают в цепь резистор R. Биполярный источники тока 6, подробно описанный в [6], представляет собой управляемый двоичным кодом биполярный преобразователь код-ток, построенный по принципу биполярного источника. Путем чередования переключений выходных напряжений источника 6 в LC-контуре будет создаваться осциллирующее затухающее во времени высокостабильное биполярное переменное однородное магнитное поле . Для создания в образце локального электрического поля исследуемый объект помещается между обкладками конденсатора С. Благодаря использованию в качестве задающего поля фронта переменного затухающего магнитного и электрического полей H(t), E(t) существенно улучшается пространственное разрешение магнитных и электрических микроскопов и повышается точность измерения. Это, в отличие от традиционных методик, позволяет одновременно исследовать кристаллические, электронные и магнитные микросостояния объектов и установить взаимосвязь между ними, а также обнаруживать незначительные пространственные разбросы локальных характеристик образца и изучить их влияние на диэлектрические и магнитные свойства объектов. Так, например, использование переменного затухающего во времени магнитного поля H(t) в качестве зондирующего поля позволило в отличие от высокоинформативных методов рентгенографического анализа и сканирующей электронной микроскопии высокого разрешения (позволяющие обнаружить границы двойникования размером до 50 ) в сильных внешних магнитных полях в эпитаксиальных пленках, монокристаллических и монодоменах квазимонокристаллических ВТСП образцах обнаружить и исследовать границы двойникования мелкого масштаба, являющиеся замаскированными со стороны границ двойникования больших размеров. Между тем, проведение такого рода анализа позволит получить полезную информацию о магнитном микросостоянии (локальных критических параметров монодоменов, кристаллитов и субкристаллитов, а также междоменных, межкристаллитных и межсубкристаллитных слабых связей; энергии междоменных, межкристаллитных и межсубкристаллитных джозефсоновских переходов; энергии конденсации в монодоменах, кристаллитах и субкристаллитах; сил пиннингов в них и т.д.) и кристаллографического микросостоянии (линейных размерах монодоменов, кристаллитов и субкристаллитов, степени изменения анизотропии; плотности границ двойникования; усиления ближнего порядка с уменьшением размеров монодоменов, кристаллитов и субкристаллитов; а также морфологии разномасштабных дефектов, локализованных дислокаций, пластических деформаций и других возможных дефектов микроструктуры и т.д.) сверхпроводников. Ответы на эти и другие вопросы позволят более подробно установить взаимосвязь кристаллографической и магнитной микроструктур ВТСП и помогут развитию многих перспективных технологий, основанных на использовании ВТСП. Методику можно также использовать для одновременного исследования магнитного и кристаллографического микросостояний ферромагнетиков, антиферромагнетиков, парамагнитных жидкостей, химических и других физических объектов. Путем создания локальных электрических полей разной напряженности, частоты и скорости затухания в широком температурном диапазоне исследовать диэлектрические свойства объектов, а именно такие, как поляризация и деполяризация диэлектриков, переориентация доменов сегнетоэлектриков, антисегнетоэлектриков и т.д. Электромагнитным полем возбуждать локальный звук (фонон) в металлах. Исследовать акустические кристаллы. Кроме этого следует подчеркнуть, что методика позволит в локальном магнитном поле измерить также гальваномагнитные эффекты, например, такие как проводимость, магнитосопротивление и эффект Холла. Заменяя датчик Холла на микросоленоид, внутри которого будет помещен образец, можно в локальном поле измерить интегральные характеристики образца, такие как магнитный момент, магнитная восприимчивость и магнитная проницаемость образца и т.д. Сопоставление локальных и интегральных магнитных и диэлектрических свойств объектов, которые изучались в локальных и нелокальных однородных постоянных и переменных электромагнитных полях, может послужить хорошим информативным способом для построения моделей адекватного описания физических и химических свойств объектов.

ЛИТЕРАТУРА

1. Zola D., Polichetti M., Senatore C. et al. // Phys. Rev. B. 2004. V. 70. P. 224504.

2. Jooss Ch., Albrecht J., Kuhn H. et al. // Rep. Prog. Phys. 2002. V. 65. P. 651.

3. Забенкин B.H., Аксельрод Л.А., Воробьев А.А. и др.// Письма в ЖЭТФ. 1999. Т. 70. С. 771.

4. Ozmanyn Kh. R., Sandomirskii V.В. and. Sukhanov A.A.. Supercond. Sci. Technol. 255 (1990).

5. Воннегут Б., Мур Г.Б. Журнал геофизических исследований. Т. 67. США: 1962, N 3.

6. Ростами X.Р. Преобразователь код-ток// Патент RU N 2007862 С1, 15.02.94., Бюл. №3.

Способ создания в исследуемых объектах локальных электрических и магнитных полей, включающий размещение объекта либо внутри соленоида, либо между обкладок конденсатора управляемого колебательного LC-контура, при этом вначале с помощью источника тока заряжают соленоид, затем отключают источник тока и подключают к соленоиду конденсатор, при этом созданное в соленоиде магнитное поле изменяется по закону , а электрическое поле в конденсаторе по закону , где Hi,j и Ei,j - заданные напряженности магнитного и электрического полей, Ω - заданная частота колебаний, β - заданная скорость затуханий колебаний, t - время, i, j=0, 1, 2, … N, где N целое число, а фаза является фиксированной и равной нулю.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области магнитных измерений и может быть использовано для измерений компонент и полного вектора индукции магнитного поля Земли. Сущность изобретения заключается в том, что предлагается способ определения температурных характеристик трехкомпонентного магнитометра (ТМ), в котором нагреванием или охлаждением ТМ в заданном диапазоне температур оказывают на него воздействие температуры до полного установления ее внутри ТМ для необходимого количества значений диапазона температур и при каждом значении определяют параметры характеристики преобразования ТМ ориентацией его геометрических осей относительно осей опорной системы координат.

Группа изобретений относится к автоматическому управлению трактором для контурной вспашки. Способ местоопределения тракторного агрегата заключается в том, что измеряют величину напряженности магнитного поля, сравнивают измеренное значение с компенсационным и формируют сигнал траекторного рассогласования как разность сравниваемых значений.

Изобретение относится к области магнитной защиты надводных или подводных объектов. Измерения параметров магнитного поля надводного или подводного объекта на стационарном магнитном стенде выполняют не менее чем в двух его различных фиксированных положениях относительно стенда.

Изобретение относится к управлению временем переключения устройства, включающего в себя магнитную цепь и по меньшей мере одну проводящую обмотку. Способ управления временем переключения устройства, содержащего магнитную цепь (1) и по меньшей мере одну проводящую обмотку (2), отличающийся тем, что содержит этапы, на которых получают по меньшей мере один результат измерения магнитного поля, создаваемого остаточным потоком в упомянутой магнитной цепи (1), с помощью по меньшей мере одного датчика (10а, 10b, 10с) магнитного поля, установленного в непосредственной близости к магнитной цепи (1); обрабатывают полученные результаты измерений магнитного поля для того, чтобы вывести из них остаточный поток в магнитной цепи (1), по остаточному потоку определяют оптимальное время переключения для подачи питания в устройство; причем все упомянутые этапы выполняют после отключения устройства.

Изобретение относится к геофизике. Сущность: система датчиков электрического и магнитного поля для измерения магнитотеллурического поля Земли состоит из двух пар заглубленных электродов с единой базой L.

Изобретение относится к измерительной технике и представляет собой двухпроводной дифференциальный магнитоимпедансный датчик. Датчик содержит два магнитоимпедансных детектора, изготовленных по бескаркасной намоточной технологии, т.е.

Изобретение относится к средствам информирования и ориентации инвалидов по зрению при их передвижении по городской территории. Способ состоит в размещении на стационарных объектах стационарных радиоинформаторов и размещении на инвалидах носимых абонентских устройств, автоматической передаче носимым абонентским устройством в радиоэфир сигнала запроса, по получении которого каждый стационарный радиоинформатор, находящийся в данный момент в зоне действия абонентского устройства, передает в радиоэфир ответ, содержащий его персональные данные, а абонентское устройство поочередно получает и запоминает полученные ответы от всех стационарных радиоинформаторов, находящихся в данный момент в зоне действия этого абонентского устройства, и автоматически направляет сигнал запроса на передачу информации стационарному радиоинформатору, который по получении этого сигнала запроса передает в радиоэфир сообщение о стационарном объекте, на котором он установлен, а абонентское устройство воспроизводит полученную от этого стационарного радиоинформатора информацию в виде звуковых повторяющихся сообщений.

Изобретение относится к средствам для ориентации инвалидов по зрению. Способ информирования инвалидов о прибывающих на остановку транспортных средствах общего пользования состоит в размещении на транспортных средствах общего пользования радиомодулей, пультов водителей и звукоизлучателей и размещении на инвалидах носимых абонентских устройств, при этом абонентское устройство инвалида автоматически передает в радиоэфир сигнал запроса, после чего радиомодуль каждого транспортного средства, находящегося в данный момент в зоне действия абонентского устройства, по получении сигнала запроса передает в радиоэфир ответ на полученный сигнал запроса, абонентское устройство поочередно получает и запоминает полученные ответы от всех радиомодулей, находящихся в данный момент в зоне действия этого абонентского устройства, и автоматически направляет сигнал запроса на передачу информации радиомодулю транспортного средства, который по получении этого сигнала запроса на передачу информации передает в радиоэфир сообщение о транспортном средстве, на котором он установлен, а абонентское устройство воспроизводит полученную от этого радиомодуля информацию в виде звуковых повторяющихся сообщений, затем радиомодуль выбранного инвалидом транспортного средства передает на пульт водителя сигнал для водителя и подает команду на установленный на транспортном средстве звукоизлучатель, который воспроизводит звуковой сигнал ориентирования, по которому инвалид определяет необходимое направление движения к открытой двери транспортного средства.

Изобретение предназначено для исследования структуры аксиально-симметричных магнитных полей. Устройство конструктивно представляет собой серию коаксиальных измерительных катушек, расположенных на малом расстоянии друг от друга.

Изобретение относится к измерительной технике и представляет собой способ получения изображений в растровой электронной микроскопии. Суть изобретения состоит в сегментации магнитного контраста микрообъектов путем исключения из полного РЭМ-изображения во вторичных электронах вклада, обусловленного топографическим контрастом.

Изобретение относится к магнитоизмерительной технике и может быть использовано при исследовании магнитных свойств веществ и материалов в областях физики магнитных явлений, геофизики. Способ определения напряженности намагничивающего поля в магнитометрах со сверхпроводящим соленоидом, включающий в себя определение значения напряженности Н намагничивающего поля по силе электрического тока I, протекающего через обмотку соленоида, при этом в магнитометр помещают образец, обладающий безгистерезисной зависимостью магнитного момента от магнитного поля, регулируют силу электрического тока так, чтобы регистрируемая магнитометром величина магнитного момента равнялась нулю, измеряют значение силы электрического тока I0, соответствующее нулевому магнитному моменту, и напряженность намагничивающего поля определяют по формуле Н=const⋅(I-I0), где Н - напряженность намагничивающего поля; const - константа соленоида; I - сила электрического тока, протекающего через обмотку соленоида; I0 - сила электрического тока, при которой магнитный момент равен нулю. Технический результат – повышение точности определения напряженности намагничивающего поля в магнитометрах со сверхпроводящим соленоидом. 4 ил.
Наверх