Электромагнитное устройство для создания неоднородного магнитного поля с зоной его стабильной неоднородности
ELECTROMAGNETIC DEVICE FOR INHOMOGENEOUS MAGNETIC FIELD WITH A STABLE INHOMOGENEITY ZONE

Изобретение предназначено для создания неоднородного магнитного поля, в котором содержится зона стабильной неоднородности, необходимая для проведения научных и практических исследований, в частности определения магнитной восприимчивости малообъемных образцов.
Сандуляк А.А. и др. Магнетометр Фарадея с полюсами сферической формы: 3D-оценка рабочих зон / Приборы, 2017, №10, с.4-7
Известно электромагнитное устройство, описанное в материалах публикации [], состоящие из намагничиваемого магнитопровода со взаимно удаленными друг от друга на расстояние b противостоящими полюсными наконечниками с торцевыми сферическими поверхностями диаметром D. В создаваемом между ними неоднородном магнитном поле содержится зона практически стабильной неоднородности (предназначенная, в частности, для проведения исследований по определению магнитной восприимчивости малообъемных образцов по принципу Фарадея).
При наличии обоснования местоположения центра этой зоны тем не менее, для данного устройства отсутствуют обоснования размеров самой зоны и соответствующие ограничители, которые бы указывали на границы зоны практически стабильной (в пределах оговариваемых допустимых отклонений) неоднородности. А неопределенность по поводу собственных размеров и границ этой зоны исключает получение информации о допустимых размерах исследуемого объекта, который необходимо помещать в такую зону. Тем самым вносится неопределенность в проведение научных и практических исследований при намерении использовать данное устройство для этой цели.
патент RU 2680863 C1, дата публикации: 28.02.2019
Известно электромагнитное устройство [], обладающее теми же конструктивными признаками, в котором дополнительно используется состоящая из смещаемого в двух направлениях лазерного модуля, испускаемого крестообразный луч, оптико-механическая система позиционирования датчика (применяемого для диагностики поля) и исследуемого объекта.
Данному устройству, снабженному указанной оптико-механической системой, предназначенной для четкого позиционирования датчика и исследуемого объекта, присущи отмеченные выше недостатки. При этом используемая оптико-механическая система не предусматривает фиксирование границ зоны стабильной неоднородности.
патент RU 2737609 С1, дата публикации: 01.12.2020
Известно электромагнитное устройство [], состоящее из намагничиваемого магнитопровода с противостоящими, взаимно удаленными друг от друга на расстояние b полюсными наконечниками с торцевыми сферическими поверхностями диаметром D. В создаваемом неоднородном магнитном поле между ними содержится необходимая для проведения исследований, определяемая опытно-расчетным путем и фиксируемая ограничителями, зона практически стабильной неоднородности.
Недостатком этого устройства-прототипа является то, что ограничители зоны стабильной неоднородности (как правило – специально монтируемые регулируемые упоры) осложняют своим присутствием размещение и ориентирование в этой зоне исследуемого объекта (фактически – с помощью исполнительного органа, где содержится исследуемый объект, например, с помощью элемента-держателя в манипуляторе сосуда с исследуемой жидкостно-дисперсной средой и пр.). Это затрудняет подготовку и проведение исследований, снижает оперативность их выполнения и функциональность устройства, особенно при его перенастройке, когда в соответствии с условиями проведения исследований требуется изменение параметров b и D.
Технический результат, который достигается настоящим изобретением, заключается в расширении функциональных возможностей устройства, в повышении оперативности при подготовке и выполнении с его помощью необходимых научно-прикладных исследований.
Этот результат достигается в электромагнитном устройстве, состоящем из намагничиваемого магнитопровода с противостоящими, взаимно удаленными друг от друга на расстояние b полюсными наконечниками с торцевыми сферическими поверхностями диаметром D, когда в неоднородном магнитном поле между ними содержится необходимая для проведения исследований, определяемая опытно-расчетным путем и фиксируемая ограничителями, зона практически стабильной неоднородности. При этом ограничители зоны практически стабильной неоднородности, используемой для размещения в ней исследуемого объекта при помощи исполнительного органа, создаются на поверхности неферромагнитного отражателя, расположенного между полюсными наконечниками, световыми маркерами посредством лучей, испускаемых источниками света с возможностью их программируемого целевого перемещения в зависимости от изменяемых параметров b и D.
Для реализации целевого программируемого перемещения источников света (в зависимости от изменяемых от опыта к опыту параметров b и D) может быть использована плата управления, например, RAMPS 1.4+Arduino Mega 2560.
Неферромагнитный отражатель предпочтительно закреплять на исполнительном органе, обеспечивающем размещение и ориентирование исследуемого объекта в зоне стабильной неоднородности поля для выполнения необходимых исследований, либо использовать для этого одну из поверхностей исполнительного органа.
Вариантом обеспечения необходимого перемещения источников света является применение шагового двигателя и ременной передачи.
Вариантом источников света, испускаемых лучи для создания световых маркеров (как ограничителей зоны стабильной неоднородности) могут служить лазерные модули.
1
2
2
3
4
5
3
4
6
7
8
6
7
11
12
3
4
9
10
На фиг.1 иллюстрируется предлагаемое устройство (вид сверху). Оно содержит намагничиваемый обмотками  магнитопровод с полюсными наконечниками , торцевые сферические поверхности которых (диаметром D) удалены друг от друга (на устанавливаемое для проведения исследований расстояние b). Между полюсными наконечниками , где создается неоднородное магнитное поле, содержится необходимая для проведения исследований, определяемая опытно-расчетным путем (см. патент-прототип RU 2737609 С1, дата публикации: 01.12.2020) зона практически стабильной неоднородности. Эта зона фиксируется двумя ограничителями: внешним  и внутренним  – в виде двух световых маркеров на неферромагнитном отражателе  (в частности, закрепленном на поверхности такого рабочего органа как сосуд с исследуемой жидкостно-дисперсной средой, содержащей  магнитоактивные частицы). Те или иные положения световых маркеров-ограничителей  и  (указывающих на границы зоны практически стабильной неоднородности – cм. фиг.2, вид сбоку) устанавливаются посредством целевого перемещения источников света (в частности, лазерных модулей  и , закрепленных на рамной конструкции  – см. фиг.3), причем с возможностью независимого перемещения каждого из них. Управление перемещением лазерных модулей  и обеспечивается типовой платой управления  (с возможностью соответствующего программирования на ПК ), выполняющей команду по установке световых маркеров-ограничителей  и   в зависимости от изменяемых от опыта к опыту параметров b и D) при помощи шагового двигателя  и ременной передачи  .
1
,
2
3
4
3
4
6
7
5
12
3
4
11
6
7
9
10
Электромагнитное устройство работает следующим образом. Посредством электромагнитной системы, содержащей намагничиваемый обмотками  магнитопровод в котором торцевые полюсные наконечники имеют сферическую форму, в межполюсном пространстве создается неоднородное магнитное поле с зоной практически стабильной неоднородности, требуемой для проведения в ней научных и/или практических исследований. Определяемые опытно-расчетным путем местоположение этой зоны и координаты ее границ, а именно внешней  и внутренней границы, фиксируются световыми маркерами  и (благодаря лучам, исходящих из лазерных модулей и) на поверхности устанавливаемого между полюсными наконечниками неферромагнитного отражателя . С помощью ПК  необходимые значения координат маркеров-ограничителей  и , задаваемых платой управления , обеспечиваются перемещением каждого из лазерных модулей и с помощью шагового двигателя  и ременной передачи .
Изобретательский уровень предложенного устройства подтверждается отличительной частью формулы изобретения.