ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Наименование инновационного проекта

«Способ измерения магнитных полей электронно-оптическим методом».

Рекомендуемая область пременения

- создание магнитооптических приборов;
- дефектоскопия проводников и магнитопроводов

Назначение, цели и задачи проекта

Изобретение относится к технике измерений переменных и постоянных величин, магнитных полей и может быть использовано для создания на его основе магнитооптических приборов. Также способ может быть применен в дефектоскопии проводников и магнитопроводов.

Технической задачей изобретения является возможность исследования магнитных полей с помощью электронно-оптического муарового эффекта с целью повышения точности их измерения.

Краткое описание заменяемого процесса или решаемой проблемы

Аналогом предлагаемого  в  проекте способа измерения магнитных полей электронно-оптическим методом являются: способ визуального определения напряженности неоднородных полей с помощью суспензии из парамагнитных частиц и способ получения оптического изображения магнитного поля. В первом случае по объемному распределению и плотности частиц осадка суспензии судят о распределении напряженности магнитного поля в исследуемом объеме.

Основным недостатком такого способа измерения и визуализации, магнитных полей является большое время формирования осадка, а также то, что для получения абсолютного распределения напряженности магнитного поля полученное распределение осадка градуируют, измеряя напряженность магнитного поля в нескольких точках над поверхностью магнитной системы, что вносит ошибку в истинное значение напряженности магнитного поля.

Способ получения оптического изображения магнитного поля состоит в следующем: с помощью магнитооптического эффекта получают изображение структуры слоя из магнитооптического материала, на который воздействуют исследуемым полем, причем при взаимодействии пластину охлаждают от температуры выше температуры магнитного упорядочения до температуры ниже температуры магнитного упорядочения, а получение изображения осуществляется при температуре не менее чем на 3°С ниже температуры магнитного упорядочения.

Основным недостатком этого способа является большое время охлаждения до определенной температуры (скорость охлаждения не менее чем 2°С), а также возможность перемагничивания под действием флуктуации, поскольку удельно-временная вероятность флуктуации определяется законами равновесного теплового излучения, и соответственно регулировке не поддается.

Краткое описание предлагаемого технологического процесса

1. Однородные магнитные поля.

Для отработки метода расчета абсолютных значений напряженности, анализируемого магнитного поля, эксперименты проводились с однородным магнитным полем постоянного тока в линейном проводнике.

Муаровые картины магнитных полей рассеяния были получены на электронографе ЭГ-100А. Электронно-оптическая схема наблюдения магнитных полей рассеяния прямого проводника постоянного тока представлена на фиг.1. В эксперименте использовалась эталонная сетка с прямоугольными ячейками 0,1.10'3х0,110"3 м. Конус лучей оказывается разбитым на отдельные пучки, сечения которых определяются геометрией ячеек сетки и геометрией съемки. Данные условия съемки позволяют получить на экране четырехкратное увеличение сетки 0,4.10"3х0,4.10"3 м.

Если между сеткой и экраном электроны проходят через магнитное поле, то под влиянием силы Лоренца они изменяют первоначальное направление, и, следовательно, изображение сетки исказится. Таким образом, мы получаем искаженное изображение сетки. Сравнение изображения сетки, получаемого после прохождения электронов через возмущающее поле, и изображения сетки в отсутствие поля может служить характеристикой поля. Точное совмещение изображений обеих сеток достигалось последовательным экспонированием на одну и ту же фотопластинку искаженного и неискаженного изображения сеток.

При подобном расположении рамки с током, как это показано на схеме эксперимента на фиг.1, получено однородное магнитное поле от участка проводника, параллельного оси Z. Длинные стороны рамки не оказывают влияния на траекторию пучка электронов, поскольку составляющая поля Hz параллельна oz и сила Лоренца равна нулю.

Составляющие поля Ну в симметричных, относительно плоскости XOY, точках равны по величине, но противоположны по знаку, что приводит к полной компенсации смещений при прохождении электронов около проводников, расположенных перпендикулярно к направлению движения электронов. Следовательно, при ориентировании рамки вдоль оси Z можно судить о поле линейного тока, создаваемого стороной, расположенной вдоль оси Z.

Полученные муаровые картины однородного магнитного поля рассеяния прямого проводника постоянного тока и их анализа облегчают задачу расчета и наблюдения топологии распределения напряженности этих полей, т.к. величина смещения теневого изображения искаженной сетки на экране электронографа служит мерой величины возмущающего поля.

Фигура 1.

Р – рамка; С – сетка; Э – экран; Ф - Фокус

2. Неоднородные магнитные поля.

Для отработки метода расчета абсолютных значений напряженности анализируемого по муаровым картинам магнитного поля эксперименты проводились с полем постоянного тока в прямом проводнике. Данное поле при расчетах считается однородным, двумерным. Метод электронно-оптического муара был положен в основу исследования более сложных магнитных полей. В качестве объекта, создающего неоднородное магнитное поле, использовался двойной круговой виток с током.

При конструировании радиоэлектронных средств перед конструктором и технологом одной из важнейших задач является взаимное расположение и компоновка частей схемы с учетом топологии электрических и магнитных полей. Поскольку исключить взаимное влияние этих полей невозможно, рациональное их расположение представляется важной задачей при контроле производственных моделей. При серийном выпуске электротехнических изделий возникает необходимость проводить оценку напряженности магнитного поля с целью определения его значительных искажений, вызванных дефектами и неточностями изготовления магнитопровода. Аналитический метод в данном случае вызывает значительные затруднения, а графический применим в основном к двумерным безвихревым полям, поэтому наиболее приемлемой будет визуализация поля, которой можно добиться, как было показано, с помощью электронно-оптического муара.

Эксперименты проводились на электронографе ЭГ-100А с ускоряющим напряжением 40 кВ. Два витка были сделаны из проволоки диаметром 1.10"3 м. Радиусы самих витков составляют а=3.10"3 м. Объект исследования устанавливается в колонне таким образом, чтобы можно было наблюдать на экране муаровый узор (фиг.2).

Условия проведения эксперимента аналогичны исследованиям по получению муаровых картин магнитного поля рассеяния, создаваемого линейным током рамки. Данные условия эксперимента позволяют получать на экране электронографа четырехкратное увеличение изображения сетки 0,4-10"3х0,4-10"3 м. При этом изображение самого объекта на экране электронографа, создающего исследуемое магнитное поле, имело двукратное увеличение.

Муаровый узор возникает при совмещении эталонного и искаженного изображений сеток. Искаженное изображение сетки получаетбя при включенном источнике поля в результате отклонения электронов под действием силы Лоренца. Точное совмещение обоих изображений достигалось последовательным экспонированием на одну и ту же фотопластинку электронографа искаженного и неискаженного изображений сеток.

Полученные средствами электронной микроскопии муаровые картины неоднородных магнитных полей облегчают исследование сложных полей подобного рода.

Фигура 2.

Ф – фокус; С – сетка; В – двойной виток; Э - экран

Технико-экономическое обоснование применения инновационной технологии

Заявляемый способ дает возможность исследования магнитных полей с помощью электронно-оптического муарового эффекта. При использовании данного способа точность измерения магнитных полей повышается на 15%. Вследствие чего повышается качество производимой продукции, растет ее конкурентоспособность. Применение данного способа ведет к снижению энергоемкости продукции на  15% и уменьшению ее себестоимости на 10%, что позволяет повысить производительность на 12%.

Вследствие качественно нового подхода к осуществлению процесса   сокращается время коммерциализации проекта в 1,2 раза, в связи с уменьшением времени внедрения данного проекта на существующие рынки действующим потребителям, что позволяет увеличить цикл жизни продукции на 17% в фазе максимального извлечения прибыли при сокращении внутренних издержек на 10%.   

Результат подтвержден в ОАО «Завод «Комсомолец» г. Тамбов при использовании данного способа.

Технико-экономические показатели трудо-энерго-природосбережения нового процесса

Высокая точность измерения – на 15% выше, чем у существующих аналогов.

Эффективность измерения на 10-15% выше, чем у существующих аналогов.

Затраты электроэнергии на 15% ниже, чем у существующих аналогов.

Новые потребительские свойства продукции

- высокое качество;
- экологическая безопасность;
- снижение энергоемкости.

Качественные характеристики, предъявляемые к сырью и материалам

Продукция соответствует государственным стандартам.

Стадия и уровень разработки

Данный способ прошел испытания в ОАО «Завод «Комсомолец» г. Тамбов. По заключению данного предприятия при использовании данной технологии при прочих равных условиях точность измерения увеличилась на 15 %.

Предлагаемые инвестиции

10 млн. руб.

Рынки сбыта

Приборостроение, машиностроение и металлообработка.

Возможность и эффективность импортозамещения

Нет.

Возможность выхода на мировой рынок

Срок окупаемости (в месяцах)

24

Дата поступления материала

10.05.2007