RU200521U1

RU200521U1 - Портативный сканер-дисплей магнитного поля

Info

Publication number: RU200521U1
Application number: RU2020118547U
Authority: RU
Inventors: Алексей Николаевич Темников
Original assignee: Алексей Николаевич Темников
Priority date: 2020-05-26
Filing date: 2020-05-26
Publication date: 2020-10-28

Abstract

Устройство предназначено для экспресс-анализа магнитных материалов, в частности постоянных магнитов, путем визуализации пространственного распределения создаваемого ими магнитного поля с помощью магнитной жидкости. Сканер-дисплей представляет собой узкую длинную герметичную кювету, заполненную суспензией суперпарамагнитных наночастиц, образующей тонкий вертикальный слой, форма свободной поверхности которого отображает форму распределения магнитного поля вдоль длинной стороны кюветы. Перемещая кювету в различных направлениях, можно произвести трехмерное сканирование исследуемого поля. Для устранения наложения изображения внешних предметов, находящихся за кюветой, на изображение суспензии внутри кюветы и увеличения контрастности этого изображения ближняя к наблюдателю вертикальная стенка кюветы является прозрачной, а дальняя по отношению к наблюдателю вертикальная стенка кюветы - полупрозрачной белой матовой.

Description

Устройство предназначено для экспресс-анализа магнитных материалов, в частности постоянных магнитов, путем визуализации пространственного распределения создаваемого ими магнитного поля с помощью магнитной жидкости.

Известны (аналоги) так называемые феррофлюидные дисплеи (https://www.czferro.com/products?category=Ferrofluid+Displays). Каждый такой дисплей представляет собой герметичную прозрачную емкость прямоугольной, сферической, цилиндрической или более сложной формы, наполненную бесцветной жидкостью, в которой находится небольшое количество магнитной жидкости (феррофлюида) черного цвета. Под действием магнитного поля, неподвижный или движущийся источник которого находится снаружи емкости, феррофлюид может причудливо изменять свою форму и перемещаться по всему объему бесцветной жидкости.

Такие дисплеи могут использоваться для эффектных экспериментов, наглядно демонстрирующих действие магнитного поля на магнитную жидкость, однако они не предназначены для исследования распределения магнитного поля, создаваемого источником. Это связано, во-первых, с характеристиками феррофлюида, а во-вторых, с формой и размерами емкости. Высокая магнитная восприимчивость феррофлюида и, как следствие, его высокая способность к намагничиванию приводит к тому, что поверхность феррофлюида в магнитном поле принимает вид короны с множеством конусообразных выступов, вытянутых вдоль направления магнитного поля. При этом информация о пространственном распределении магнитного поля визуально недоступна. Большие размеры и сложная форма емкостей затрудняют пространственную локализацию отдельных участков феррофлюида по отношению к источнику магнитного поля. Большая толщина стенок дисплея искажает изображение и не позволяет исследовать магнитное поле в непосредственной близости к источнику поля. Прозрачный материал емкостей приводит к наложению изображений феррофлюида внутри дисплея и окружающих дисплей предметов, что ухудшает зрительное восприятие истинной формы феррофлюида.

Известно устройство (прототип) на основе суспензии суперпарамагнитных наночастиц, позволяющее устранить некоторые недостатки упомянутой выше конструкции (Темников А.Н. Вестник технологического университета. 2015. Т. 18. №12. С. 159). Устройство представляет собой длинную узкую тонкостенную прозрачную кювету, заполненную небольшим количеством суспензии суперпарамагнитных наночастиц магнетита, покрытых слоем олеиновой кислоты, в керосине. Концентрация суперпарамагнитных наночастиц в суспензии в несколько раз ниже их концентрации в феррофлюиде - это позволяет понизить магнитную восприимчивость суспензии и устранить образование конусообразных выступов на ее свободной поверхности.

Малая ширина кюветы позволяет локализовать узкую область магнитного поля в выбранном направлении, вдоль которого кювета устанавливается своей длинной стороной. Малая толщина стенок и дна кюветы дает возможность наблюдать распределение поля в непосредственной близости от поверхности магнита. Форма свободной поверхности тонкого слоя суспензии в данном устройстве практически повторяет форму распределения величины магнитной индукции, полученного с помощью датчика Холла при его движении вдоль того же направления, что и направление длинной стороны кюветы. Это позволяет использовать подобное устройство не только для качественных, но и для количественных оценок параметров распределения магнитного поля.

Форма свободной поверхности суспензии практически мгновенно изменяется при изменении положения кюветы и, соответственно, характеристик распределения магнитного поля, явления гистерезиса при этом не наблюдается. Перемещая кювету в различных направлениях, можно произвести трехмерное сканирование исследуемого поля. По существу устройство является особым видом сканера магнитного поля, в котором наночастицы, расположенные в различных областях пространства, выполняют функцию множества сенсоров. При этом они не только «чувствуют» локальное значение поля, но и управляют поведением суспензии, обеспечивая визуализацию распределения поля в пространстве. Учитывая сказанное, а также принимая во внимание небольшие размеры устройства-прототипа, его можно назвать портативным сканером-дисплеем магнитного поля

Недостатком прототипа, как и упомянутых выше аналогов, остается прозрачность всех стенок кюветы, что приводит к наложению изображения внешних предметов, находящихся за кюветой, на изображение суспензии внутри кюветы.

Для устранения этого недостатка в новой конструкции портативного сканера-дисплея магнитного поля ближняя к наблюдателю вертикальная стенка кюветы является прозрачной, а дальняя по отношению к наблюдателю вертикальная стенка кюветы - полупрозрачной белой матовой. Как видно на фотографии, это не только исключает наложение изображения внешних предметов на изображение суспензии, но и увеличивает контрастность этого изображения.

Claims

Портативный сканер-дисплей магнитного поля для экспресс-анализа магнитных материалов, в частности постоянных магнитов, путем визуализации распределения создаваемого ими магнитного поля с помощью магнитной жидкости представляет собой длинную узкую герметичную кювету, заполненную суспензией суперпарамагнитных наночастиц, образующей тонкий вертикальный слой, форма свободной поверхности которого отображает форму распределения магнитного поля вдоль длинной стороны кюветы, отличающийся тем, что ближняя к наблюдателю вертикальная стенка кюветы является прозрачной, а дальняя по отношению к наблюдателю вертикальная стенка кюветы - полупрозрачной белой матовой.