Способ изачерения неодксродностеймагнитного поля
Патент 419820
Классы МПК
Способ изачерения неодксродностеймагнитного поля
Иллюстрации
Реферат
(1!1 4ll9820
СГ КСАН И Е
И:3ОБРЕТЕ H Й Я союз Советскии
;,оциапистических
Распубпик
К АВТОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Зависимое от авт. свидетельства (1!) Ч. Кд. б 01г 33/10 (22) Заявлено 01.12.71 (21) 1719387/18-10 с присоединением заявки (32) Приоритет
Опубликовано 15.03.74. Бюллетень ¹ 10
Дата опубликования оп!!сания 07.08.74
1с-,ударственный квинтет
Сонета Министров СССР
av. делам изооретенкй и открытий (53) УДК 621.317Л2 (088.8) (72) Л втор 1,!
11зобрстс!!и11= . 11с.:а"сп:, Г. И. Ягло (71) Заягитсль (54) С11ОС ЗБ 143МЕРЕНИЯ НЕОД "г1ОРОД!-1ОСТЕ1 1
1"11 .ГННТ1.1ОГО ПОЛЯ
F (Р,.,:) В, (2) Изобретение относится к области техники измерения магнитных полей, в частности, к определению их неоднородностей.
Известен способ измерения неоднородностей магнитного поля методом двух датчиков сигналов ядерно-магнитного резонанса.
Однако известными способами затруднительно измерить неоднородность магнитного поля в объемах, близких к микроскопическим, так как в этих случаях минимальныс размеры соъемов, в которых производятся измерения нсоднородностей, определяются размерам. и- мсритс7ь:1ых датчиков.
С уменьшением размеров датчиков увеличи- !7 вастся погрешность измерения. Кроме того, такой способ lil. позволяет измерить нсоднород1!ос гь магнитного поля в микроскопн !секи х ооъех!:1х, дос гу11ных Для! наб:Ilоде1111я в микроскоп.
Для повышения точности измерения в объемах, близких к MHKpOcKQHII÷åñêèì и микроскопических, предлагается способ, по которому в исследуемый объем помеща1от кювету с 2.= суспензисй (ферромагнитный порошок в жидкости, например в воде), определяют систем атическу1о скорость перемещения ферромагнитной частицы с известной намагниченностью в паправлснии градиента поля и коэффициент -0 днффуз1ги этой -1астицы в направлении, перпендикулярном градиенту, а искомую величину определяют по формуле:
ЛВ1.. 81-.
1 У 4? (/г? ) лв где — неоднородность магнитного поля
ЛГ на участке Л ;
Im намагниченность насыщения частицы:, V>- — скорое ь направленного перемещения частицы под действием поля в направлении 1 ;
D — -коэффициент диффузии, определенный в направлении Х, перпендикулярном 1 ;
Т вЂ” температура жидкости, нри которой производятся измерения;
/; — постоянная Больна!я н11.
На ферромагнитную частицу в неоднород11ом 11оде дсйствмет сидя где V — оператор Лапласа; Р„, — магнитный момент;  — пндукция магнитного поля, 419820
МТУг
DA т (9) (4) (ЬХ) 2Dt, (ЛЛ )
2i (6) при дВх дВ
dX lZ где б0
Силу, действующую на ферромагнитную частицу, можно найти по систематической скорости V направленного движения, обусловленного действием неоднородного магнитного поля где q — коэффициент вязкого сопротивления поступательному движению. Величина
q зависит от вязкости среды и размеров частицы и определяется из соотношения
D = где 0 — коэффициент диффузии частицы, участвующей в броуновском движении; й— постоянная Больцмана; Т вЂ” температура, при которой производят наблюдения.
Коэффициент диффузии броуновской частицы можно определить, используя соотношение Эйнштейна — Смолуховского для броуновского движения где (ЛХ) — средний квадрат смещения частицы в броуновском дви>кении; t — время наблюдения, или эквивалентное ему соотношение где (ЛХ) — квадрат смещения частицы за время t в направлении Х; t — среднее время смещения частицы на расстоянии ЛХ.
Используя равенства (2), (3) и (4), имеем дВ тVI„ дГ DP„, (7) дВ> — градиент индукции магнитнодY го поля; У, — скорость направленного движения частицы в направлении градиента под действием поля. г(ля конечных перемещений лВ kTVY
Ы 0Р„, (8) ЛВ,, Величина — — показывает изменение инЛ1 дукции магнитного поля ЛВ У на некотором расстоянии ЛУ вдоль оси У и является мерой неоднородности магнитного поля на участке ЛУ.
Если сферическую ферромагнитную частицу поместить в однородное магнитное полс, то ориентация магнитного момента или всей частицы под действием поля не влияет на коэффициент диффузии броуновского движения.
В неоднородном магнитном поле частица при10
55 обретает кроме этого систематическую скорость под действием этого поля. Поэтому можно записать коэфф11Ц11ен диффузии 61 оуноьски1о движения, изме1С Ц1ы,1 ь lldlipddлении с, перпендикулярном c ..
11римср рсd,IHÇüÖHH прсдлагасм010 способа.
00 ьем> в ко 1ором опрсделя1от неоднородНОСГь Ма1НИтНОГО ПОЛЯ, ПанрИМЕр, В ЗИЗОре
ЭЛЕKTPO;iIdx НИта, ПОМСЩа10 1 KIOBCTP С C) CIICHзиси i iidllPH;>10Ð НОРОшок никс.1Н В ВОДС) .
1lH0,подают посредством микроскопа частицы никеля В воде. Концентрация частиц никс. lя В Водс Выоираетс11 THKQH, чтооы В поле зрсHHH микроскопа Ilаходилось нс Оолсе ОДНОЙ частицы никеля. ля измерении предпочтитеilbHd "IHOTHlid pd3iliopoiki HopHjIKB 1 — 2 мкм и имс1ощая 1рорм) с1рсры или олизкую к ней.
"азмср частицы HI Io»pdIOT> исходя из возможности опредслсния lipH помощи микроскопа
1рормы частицы ll Возмогкност11 набл1одения за частицей с цель10 определения коэффициента ДИ1ьфузии в ороуновском движении и скорос1и движения иод деиствисм магнитных сил. Г1анраилсние градиента можно определить, например, наблюдая в микроскоп paciioложснис топк11х металлических питой В H3) часмом объел. Взаимное расположение микpocKoIia» опведслясмого объекта должно оыть так11м, чтобы частица под действием магнитных сил перемещалась В поле зрения микроскопа перпендикулярно оптичсской оси микроскопа.
Определение коэффициента диффузии.
С помощью окулярпой координатной сетки поле зрения микроскопа разбивают на квадраты. Ы некоторый момент времени, принятый за начало отсчета, предметный столик микроскопа устанавливают так, чтобы частица оказалась на линии в точке, принятой за начало отсчета.
После прохождения частицей заданного пространственного интервала, который выбирается В направлении х, перпендикулярном скорости направленного перемещения частицы Г1. под действием магнитных сил, и который соответствует расстоянию между соседними линиями в окулярной сетке Лх, регистрируют время прохождения частицей этого интервала.
Для определения коэффициента диффузии используют соотношение
D:: (10) где D — коэффициент диффузии частицы;
Х вЂ” квадрат смещения частицы; Х вЂ” расстояние, пройденное частицей в броуновском движении, которое соответствует расстоянию между соседними;пшиями в окулярной сетке; Х вЂ” среднее время прохождения частицей
419820 которое (15) (17) г0
50 заданного пространного интервала, находят по формуле — 3,+t,+...1„
Э и где гь г2.... 1„— времена прохождения частицей расстояния ЛХ, соответствующего промежутку между соседними линиями в окулярной сетке, которое легко установить с помощью, например, микрометра; n — число измерений временных интервалов.
Определение скорости направленного движения под действием магнитных сил производят по измерениям величины перемещения S частицы в направлении градиента за некоторый промежуток времени г .
1,7 ь. ,S (12) Можно выбрать перемещение S под действием магнитных сил достаточно большим по сравнению с перемещением в результате диффузии и, таким образом, при определении скорости пренебречь перемещением частицы вследствие диффузии в направлении У. Определить величину перемещения можно либо перемещая микроскоп вслед за движущейся частицей (в этом случае частица перемещается относительно источника магнитного поля), либо перемещая среду вместе с предмстпым столиком (в этом случае частица находится в покое относительно источника магнитного поля). Выбор того или иного способа оггределения скорости направленного движения зависит от условий эксперимента, но во втором случае дает более точные результаты.
Опредление магнитного момента частицы.
Выбирают частицу такого ферромагнетика, для которого напряженность магнитного поля достаточна для магнитного насыщения образца. Это может быть либо частица никеля, либо частица перминвара, для которого состояние насыщения наступает при напряженности порядка 1 3, либо частица феррита с узкой и прямоугольной петлей гистерезиса.
В этом случае при значении внешнего поля, большем, чем необходимо для состояния насыщения, магнитный момент частицы остается постоянным и не зависит от величины внешнего магнитного поля
Р --.1 6, (13) где 1 — намагниченность частицы в состоянии насыщения; 6 — объем частицы, кото6
Рый можно определить, зная коэффициент диффузии.
D=— т (14)
5 3 tT 1 где q — вязкость жидкости; т — радиус частицы, отсюда r= кт
Зк.iD и объем G = — —,.r = (11 (16) з" з 1з;;в/
Используя соотношения (9), (13) и (16), имеем
ЬВ,, 81-,.*
Л . — 4tÄ (т) х
Предмет изобретения
Способ измерения неоднородностей магнитного поля путем исследования броуновского движения сферической частицы ферромагнитной суспензпп под микроскопом, отл ич а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерения в объемах микроскопических и близких к микроскопическим, в исследуемый объем помещают кювету с суспензией ферромаг итпып,орошок в жидкости, например в воде), определяют систематическую скорость перемещения ферромагнитной частицы с извсстной намагниченностью в направлении градиента поля и коэффициент диффузии этой частицы в напра. ленни, перпендикулярном градиенту, а искомую величину определяют по формуле:
ЛВ 81-,.
t V 4t,.„.(КтР
ЛВ,. где — неоднородность магнитного поля г 1 на участкс АУ;
I„, — намагниченность насыщения частицы;
Vr- — скорость направленного перемещения частицы под действием поля в направлении У;
D;- — „сэффпцпент диффузии, определенный в направлении Х, пери сндш.ул я р но м У;
Т вЂ” температура жидкости, при которой производятся измерения;
/г — постоянная Больцмана.