RU2709703C1 - Способ измерения параметров магнитного поля - Google Patents

Способ измерения параметров магнитного поля Download PDF

Info

Publication number
RU2709703C1
RU2709703C1 RU2019117361A RU2019117361A RU2709703C1 RU 2709703 C1 RU2709703 C1 RU 2709703C1 RU 2019117361 A RU2019117361 A RU 2019117361A RU 2019117361 A RU2019117361 A RU 2019117361A RU 2709703 C1 RU2709703 C1 RU 2709703C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
magnetic field
magnetic
measuring
sensitivity
particles
Prior art date
Application number
RU2019117361A
Other languages
English (en)
Inventor
Денис Олегович Зятьков
Владимир Борисович Балашов
Василий Иванович Юрченко
Виктор Николаевич Черепанов
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (ТГУ, НИ ТГУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (ТГУ, НИ ТГУ) filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (ТГУ, НИ ТГУ)
Priority to RU2019117361A priority Critical patent/RU2709703C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2709703C1 publication Critical patent/RU2709703C1/ru

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/0213Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using deviation of charged particles by the magnetic field

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Magnetic Means (AREA)

Abstract

Изобретение относится к измерению направления или напряженности магнитных полей. Способ измерения постоянного магнитного поля путем измерения параметра, возникающего на обкладках конденсатора из диэлектрического материала, снабженного двумя токопроводящими пластинами с выводами, установленными параллельно друг к другу, где диэлектриком является композит, при помещении его в магнитное поле, при этом применяют композит магнитожидкостной с 10% содержанием частиц из нанокристаллического магнитномягкого материала с высокой магнитной проницаемостью (μ≥50000) продолговатой формы и размеров, лежащих в пределах 1-100 мкм, измерение емкости производят на частоте 1 МГц, и величину магнитного поля определяют по градуировочной кривой или по известной величине, характеризующей чувствительность конденсатора. Технический результат – повышение чувствительности и упрощение способа измерения постоянного магнитного поля. 6 ил.

Description

Изобретение относится к измерению направления или напряженности магнитных полей, может найти применение в создании миниатюрных датчиков магнитного поля в контрольно-измерительной аппаратуре для индикации и измерения параметров магнитного поля.
Для измерения напряженности магнитного поля в настоящее время используются много способов [1] основными из которых являются следующие:
1 - магнитометрический способ, основанный на действии магнитного поля на магнитную стрелку, он прост в исполнении, однако имеет большую погрешность.
2 - способ, основанный на измерении эдс, возникающей в результате явления электромагнитной индукции. К этому способу относится баллистический способ, основанный на измерении заряда, индуктируемого в магнитной катушке при изменении пронизывающего ее магнитного потока, связан с необходимостью вращать либо передвигать контур и также имеет небольшую чувствительность.
3 - способ, основанный на измерении эдс Холла, возникающей в результате эффекта Холла имеет максимальную чувствительность до 1 мВ/Э [2] и основан на измерении постоянного сигнала, что значительно понижает его помехоустойчивость.
Известен также способ [3], основанный на измерении разности фаз, возникающей при прохождении электронов через сверхпроводящее кольцо с двумя переходами Джозефсона в магнитном поле. Этот способ имеет максимальную чувствительность, однако его применение связано с использованием веществ, находящихся в сверхпроводящем
Известен способ магнитопорошкового контроля, заключающийся в намагничивании изделия, нанесении непосредственно на его поверхность магнитного порошка или ферромагнитной суспензии и последующий визуальный осмотр индикаторного изображения на поверхности этого изделия [4].
Недостатком такого способа является невозможность количественной оценки результатов неразрушающего контроля, так как контроль дефектов осуществляется визуально.
Известен способ, который показывает изменение величины магнитного поля. Данный способ основан на чувствительном элементе в виде магнитной жидкости, которая под воздействием магнитного поля имеет возможность перемещаться и изменять свою форму (от слабо вытянутой до нитевидной) [5, 6].
Недостатком способа является низкая чувствительность и необходимость использования специальной аппаратуры анализа визуальной информации.
Наиболее близко к заявляемому изобретению по использованию, технической сущности и достигаемому техническому результату и принятому за прототип, является способ позволяющий определить изменение вектора магнитного поля в листовом металле [7], способ основан на чувствительном элементе в виде магниточувствительной жидкости, которая под воздействием магнитного поля меняет свою световую проницаемость, которая фиксируется фотоэлементом.
Недостатком данного способа является низкая чувствительность и механизм регистрации показаний.
Задача заявленного изобретения - упростить способ, повысить чувствительность.
Для решения этой задачи предложен способ измерения магнитного поля путем измерения емкости пластинчатого конденсатора, диэлектриком которого является магниточувствительная жидкость со следующими параметрами: частицами из нанокристаллического магнитномягкого материала с высокой магнитной проницаемостью (μ≥50000), продолговатой формы и размеров, лежащих в пределах 1-100 мкм.
Сущность изобретения поясняется фиг. 1, состоящей из: 1. корпуса из немагнитного материала; 2. магниточувствительная жидкость; 3. токопроводящие контакты; 4. выводы для подключения измерительного прибора.
При помещении конденсатора в магнитное поле силовые линии этого поля пронизывают магниточувствительную жидкость, в результате чего, домены магниточувствительной жидкости ориентируются коллиниарно к вектору магнитного поля и происходит объединение частиц в цепочечные агрегаты вследствие взаимодействия магнитных моментов и выстраивание их определенным образом вдоль вектора магнитного поля. В результате емкость конденсатора с магниточувствительной жидкостью изменяется. Измерение емкости конденсатора проводилось на измерителе Е7-12 на частоте 1 МГц. Это изменение связано с изменением диэлектрической проницаемости магниточувствительной жидкости при воздействии магнитного поля. Изменение емкости зависит от процентного содержания, размера и формы частиц, а также их магнитной проницаемости. В качестве диэлектрика конденсатора использовалась магниточувствительную жидкость с частицами анизотропной формы (в виде «иголок» или «дисков») из нанокристаллического магнитномягкого материала с высокой магнитной проницаемостью (μ≥50000).
Выбор измерителя емкости Е7-12 с частотой 1 МГц обусловлен наибольшей простотой и чувствительностью данного прибора. Использование приборов с большей частотой усложняет процедуру измерения и снижает чувствительность и точность измерений.
Выбор материала и продолговатой формы частиц с высокой магнитной проницаемостью (μ≥50000) обусловлен общеизвестным свойством чувствительности магнитных частиц к внешнему магнитному полю.
Выбор 10% процентного содержания частиц обусловлен экспериментально установленной величиной, обеспечивающей простоту и воспроизводимость приготовления магнитной жидкости.
Выбор диапазона размеров частиц 1-100 мкм обусловлен ограничением снизу чувствительностью способа измерения емкости, а сверху сложностью приготовления магнитной жидкости и вязкостью ее основы.
Пример конкретного осуществления изобретения приведен ниже:
В экспериментальных исследованиях применялась магнитная жидкость на основе полиметилфенилсилоксана (ПФМС-4), содержащая наночастицы железа размером 100 нм, частицы карбонильного железа размером 2–5 мкм и частицы нанокристаллического сплава марки 5 БДСР дисперсностью 1-140 мкм
Концентрация частиц в ПФМС-4 не превышает 15 объемных процента.
Приготовление магнитной жидкости осуществлялось механическим и ультразвуковым интенсивным перемешиванием. Далее суспензия помещалась в измерительную ячейку (фиг. 2) объемом 0,5 см3. Внутри корпуса располагались медные обкладки площадью S = 10 мм2 на расстоянии d = 3 мм, которые соединялись с гибкими выводами.
При помещении конденсатора в магнитное поле силовые линии этого поля пронизывают магниточувствительную жидкость, в результате чего, домены магниточувствительной жидкости ориентируются коллиниарно к вектору магнитного поля и происходит объединение частиц в цепочечные агрегаты вследствие взаимодействия магнитных моментов и выстраивание их определенным образом вдоль вектора магнитного поля. В результате емкость конденсатора с магниточувствительной жидкостью изменяется. Это изменение связано с изменением диэлектрической проницаемости магниточувствительной жидкости при воздействии магнитного поля Измерение емкости ячейки проводили на приборе типа E7-12 на частоте 1 МГц. Для изучения влияния магнитной жидкости на электрические параметры ячейки она подвергалась воздействию внешнего магнитного поля. Измерения емкости ячейки проводились при воздействии магнитного поля параллельно и перпендикулярно измерительному электрическому полю. На фиг. 3 приведена экспериментальная установка для исследования влияния магнитного поля на магнитную жидкость в конденсаторе, где 5 – измеритель L, C, R типа Е7-12; 6 – измерительная ячейка, заполняемая исследуемой жидкостью с площадью пластин S=10 мм 2 и расстоянием между пластинами d=3 мм; 7 – магнит.
Магнитное поле создавалось постоянным магнитом. Для определения силы магнитного поля (магнитной индукции) магнита, действующего на измерительную ячейку, использовали микротесламетр МТ-10. Для этого показания микротесламетра МТ-10 устанавливали на ноль и подносили магнит, по измерительной линейке определяли расстояние от магнита до микротесламетра МТ-10 и фиксировали силу магнитного поля магнита действующего на микротесламетр МТ-10 (фиг. 4), где 8 – микротесламетр МТ-10; 9 – измерительная линейка; 7 – магнит. Для измерения чувствительности данного способа конденсатор с магниточувствительной жидкостью помещали в экранированную трубу, которая была изготовлена из лент аморфных магнитомягких сплавов (фиг. 5).
Магнитная индукция внутри данной трубы измерялась при помощи микротесламетра МТ-10. Изменение магнитной индукции, равное ΔВ = 5,9 мкТл, приводило к изменению емкости (ΔС) на 1,35 пФ, то есть чувствительность данного способа составила 0,228 пФ/мкТл в соответствии с градуировочной кривой (фиг. 6).
Измерения показали возможность повышения чувствительности, изменяя конфигурацию и размер частиц.
Использование предлагаемого способа позволяет упростить способ и повысить чувствительность измерений.
Источники:
1. Электрические измерения. Средства и методы измерений. Под ред. Е.Г. Шрамкова. -М., Высшая школа, 1972, 520 с.
2. Бараночников М.Л. Микромагнетоэлектроника. -М.: ДМК Пресс, 2001, 554 с.
3. Бароне А., Патерно Дж. Эффект Джозефсона. Физика и применение. -М.: Мир, 1984, 639 с.
4. Г.С. Шелихов. Магнитопорошковая дефектоскопия деталей и узлов. Москва, 1995 г., с.34-45.
5. Неразрушающий контроль металлов и изделий: справочник / под редакцией Г.С. Самойловича. – М. : Машиностроение, 1976 . – 456 с.
6. Б.М. Берковский и др. Магнитные жидкости. М.: Химия, 1989. - 240 с.
7. Патент РФ № 55996 U1, МПК G01R33/02, опубл. 27.08.2006.

Claims (1)

  1. Способ измерения постоянного магнитного поля путем измерения параметра, возникающего на обкладках конденсатора из диэлектрического материала, снабженного двумя токопроводящими пластинами с выводами, установленными параллельно друг к другу, где диэлектриком является композит, при помещении его в магнитное поле, отличающийся тем, что композит магнитожидкостной с 10% содержанием частиц из нанокристаллического магнитномягкого материала с высокой магнитной проницаемостью (μ≥50000) продолговатой формы и размеров, лежащих в пределах 1-100 мкм, измерение емкости производят на частоте 1 МГц, и величину магнитного поля определяют по градуировочной кривой или по известной величине, характеризующей чувствительность конденсатора.
RU2019117361A 2019-06-05 2019-06-05 Способ измерения параметров магнитного поля RU2709703C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019117361A RU2709703C1 (ru) 2019-06-05 2019-06-05 Способ измерения параметров магнитного поля

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019117361A RU2709703C1 (ru) 2019-06-05 2019-06-05 Способ измерения параметров магнитного поля

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2709703C1 true RU2709703C1 (ru) 2019-12-19

Family

ID=69007018

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019117361A RU2709703C1 (ru) 2019-06-05 2019-06-05 Способ измерения параметров магнитного поля

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2709703C1 (ru)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU204586U1 (ru) * 2021-02-11 2021-06-01 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук Магнитооптический датчик
WO2023046901A1 (en) * 2021-09-24 2023-03-30 Analog Devices International Unlimited Company, Magnetic field sensing based on particle position within container
US11940502B2 (en) 2021-09-24 2024-03-26 Analog Devices International Unlimited Company Magnetic field sensing based on particle position within container

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU55996U1 (ru) * 2006-04-04 2006-08-27 Сергей Валерьевич Селезнев Магнитооптический датчик для измерения напряженности магнитного поля
RU78584U1 (ru) * 2007-09-24 2008-11-27 Сергей Валерьевич Селезнев Магнитооптический датчик для измерения напряженности магнитного поля
RU2584720C1 (ru) * 2015-04-09 2016-05-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тихоокеанский государственный университет" Способ измерения магнитного поля
CN109633493A (zh) * 2018-12-20 2019-04-16 北京交通大学 一种基于磁性液体液滴的电容式磁场强度传感器

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU55996U1 (ru) * 2006-04-04 2006-08-27 Сергей Валерьевич Селезнев Магнитооптический датчик для измерения напряженности магнитного поля
RU78584U1 (ru) * 2007-09-24 2008-11-27 Сергей Валерьевич Селезнев Магнитооптический датчик для измерения напряженности магнитного поля
RU2584720C1 (ru) * 2015-04-09 2016-05-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тихоокеанский государственный университет" Способ измерения магнитного поля
CN109633493A (zh) * 2018-12-20 2019-04-16 北京交通大学 一种基于磁性液体液滴的电容式磁场强度传感器

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU204586U1 (ru) * 2021-02-11 2021-06-01 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук Магнитооптический датчик
WO2023046901A1 (en) * 2021-09-24 2023-03-30 Analog Devices International Unlimited Company, Magnetic field sensing based on particle position within container
US11940502B2 (en) 2021-09-24 2024-03-26 Analog Devices International Unlimited Company Magnetic field sensing based on particle position within container

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2709703C1 (ru) Способ измерения параметров магнитного поля
Bauer et al. High-performance iron oxide nanoparticles for magnetic particle imaging–guided hyperthermia (hMPI)
Dieckhoff et al. Fluxgate based detection of magnetic nanoparticle dynamics in a rotating magnetic field
Nair et al. A GMR-based eddy current system for NDE of aircraft structures
Ramos et al. Using the skin effect to estimate cracks depths in mettalic structures
CN103675094A (zh) 一种无损探伤装置
CN109655771A (zh) 交流磁化率测量装置及其测量方法
JP2009103534A (ja) 磁気測定装置
Pavlyuchenko et al. Testing for discontinuities in metals using film flux detectors
Ripka et al. AMR proximity sensor with inherent demodulation
WO2019072720A9 (en) Electromagnetic sensing device for detecting magnetic nanoparticles
Baglio et al. Exploitation of Temperature Effect in 100 µm Ferromagnetic Wire
Haraszczuk et al. Spectroscopic susceptibility measurements of magnetic markers by sv-gmr needle probe
US3904956A (en) Alternating force magnetometer
Guo et al. Detection of Surface and Back-Surface Defects on Metal Plate via Rectangular Wave Eddy Current Testing Using Magnetoresistive Sensor
Yamada et al. Application of giant magnetoresistive sensor for nondestructive evaluation
RU2654827C1 (ru) Датчик измерения механических деформаций
RU2739730C1 (ru) Способ измерения намагниченности вещества методом ядерного магнитного резонанса
Reutov et al. Hardware for inspection of ferromagnetic low coercive-force articles
RU2298202C1 (ru) Способ измерения напряженности магнитного поля
Reig et al. High-Spatial Resolution Giant Magnetoresistive Sensors-Part I: Application in Non-Destructive Evaluation
Capova et al. Recent trends in electromagnetic non-destructive sensing
CN203616286U (zh) 一种无损探伤装置
Yamada High-Spatial-Resolution Magnetic-Field Measurement by Giant Magnetoresistance Sensor–Applications to Nondestructive Evaluation and Biomedical Engineering
Haraszczuk et al. Monitoring Minute Changes of Magnetic Markers' Susceptibility by SV-GMR Needle-Type Probe