Вставка кріостата для електромагнітооптичних досліджень

Реферат: Вставка кріостата для електромагнітооптичних досліджень забезпечена механізмом для зміни величини магнітного поля в області зразка, який виконано як механізм просторового паралельного розведення магнітів, що складається із штока, закріпленого у втулці з можливістю обертання, шестірні, яка закріплена на нижній частині штока і кінематично зв'язана із зубчатим колесом, яке закріплено на валу, що обертається у втулці, встановленій на пластині, яка закріплена на хвостовику в нижній частині корпусу вставки, на різних кінцях вала закріплені дві гвинтові пари з правою і лівою різьбою для синхронного поступового переміщення різьбових втулок в протилежних напрямах, на втулках закріплені касети з постійними магнітами, у верхній частині штока через втулку закріплена ручка для обертання штока, а для проведення електромагнітооптичних досліджень і зняття інформаційних сигналів у вставці розміщена контактна частина, причому механізм для зміни величини магнітного поля перетворений в механізм просторового паралельного розведення магнітів по вертикалі, тобто упродовж робочої камери кріостата, при цьому встановлений шток з гвинтом, що закріплений вертикально на штоку, на різних кінцях якого встановлені дві гвинтові пари з правою та лівою різьбою, що переміщують вздовж вертикальної осі в різних напрямках дві обойми з магнітами для зміни величини впливу магнітного поля на зразок. UA 120401 U (12) UA 120401 U UA 120401 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до низькотемпературної кріостатної техніки для вивчення фізичних властивостей зразків матеріалів. Зазвичай для проведення низькотемпературних електрооптичних і магнітооптичних досліджень та підведення магнітного і електричного поля застосовують складні спеціалізовані кріостати, які містять вбудований в собі магніт у вигляді надпровідного соленоїда [1] чи вставку в кріостат з індукційною котушкою [2], або самі вбудовані в поле зовнішнього магніту [3]. Використання таких спеціалізованих кріостатів є досить вартісною процедурою, що є недоліком пристроїв для магнітооптичних досліджень. Відома вставка кріостата для оптичного дослідження зразків, у корпусі якої змонтовані мікропроектор, кювета і механізм переміщення, виконаний у вигляді кінематично зв'язаного з нею штока. На внутрішній поверхні корпуса жорстко закріплена рейка, шток механізму переміщення кювети пропущений через трубку, верхній кінець якої зв'язаний з корпусом за допомогою сильфона, а на нижньому кінці закріплене зубчате колесо, що обкочується по рейці, при цьому шток і трубка виконані з пружного матеріалу (а.с. СРСР № 488695). Недолік цієї вставки - обмежена функціональна можливість пристрою. Відома також вставка кріостата для оптичного дослідження зразків (а.с. СРСР № 804423), яка забезпечена механізмом обертання кювети, виконаним у вигляді другої трубки, кінематично зв'язаної з кюветою і змонтованої між штоком та першою трубкою, причому друга трубка також виконана з пружного матеріалу. Кінематичний зв'язок між другою трубкою і кюветою здійснюється у вигляді одноступеневої конічної зубчатої передачі, а кінематичний зв'язок між штоком і кюветою здійснюється за допомогою двоступеневої зубчатої передачі. Недоліком цієї вставки є також обмежена функціональна можливість, оскільки для проведення електрооптичних і магнітооптичних досліджень зразків матеріалів необхідно не тільки підводити до зразка магнітне поле, струм або напругу, але й знімати зі зразка інформаційний сигнал. Ці операції практично неможливо реалізувати на такій вставці. Найближчою за сукупністю ознак і технічним результатом по корисної моделі є вставка кріостата для електромагнітооптичних досліджень зразків (Патент України № 103508), згідно з яким у вставці розміщений механізм для зміни величини магнітного поля в області зразка, який виконано як механізм просторового паралельного розведення магнітів, що складається із штока, закріпленого у втулці з можливістю обертання, шестірні, яка закріплена на нижній частині штока і кінематично зв'язана із зубчатим колесом, яке закріплено на валу, що обертається у втулці, встановленій на пластині, яка закріплена на хвостовику в нижній частині корпусу вставки, на різних кінцях вала закріплені дві гвинтові пари з правою і лівою різьбою для синхронного поступового переміщення різьбових втулок в протилежних напрямах, на втулках закріплені касети з постійними магнітами, у верхній частині штока через втулку закріплена ручка для обертання штока, а для проведення електрооптичних досліджень і зняття інформаційних сигналів у вставці є вимірювальна частина. Недоліком цього рішення є обмежене просторове розведення постійних неодимових магнітів, викликане розмірами робочої камери кріостата, в якій розміщують вставку і, отже, обмежений діапазон значень магнітного поля, якого можна досягнути. В основу корисної моделі поставлена задача досягнення найбільшого діапазону значень магнітного поля при одночасному підведенні до зразка регульованого магнітного поля за допомогою механізму просторового паралельного розведення постійних магнітів по вертикалі (упродовж робочої шахти кріостата), а також підведення струму або напруги і зняття зі зразка інформаційних сигналів під час електрооптичних чи магнітооптичних досліджень властивостей зразка в оптичному кріостаті. Для вирішення поставленої задачі у вставці кріостата для електромагнітооптичних досліджень, в якій розміщений механізм просторового паралельного розведення магнітів, що складається із штока, закріпленого у втулці з можливістю обертання, шестірні, яка закріплена на нижній частині штока і кінематично зв'язана із зубчатим колесом, яке закріплене на валу, що обертається у втулці, встановленій на пластині, закріпленої на хвостовику в нижній частині корпусу вставки, на різних кінцях вала закріплені дві гвинтові пари з правою і лівою різьбою для синхронного поступового переміщення різьбових втулок в протилежних напрямах, а на втулках закріплені касети з постійними магнітами, причому у верхній частині штока через втулку закріплена ручка для обертання штока, а для зняття інформаційних сигналів у вставці розміщена контактна частина, відповідно до корисної моделі механізм для зміни величини магнітного поля перетворений в механізм просторового паралельного розведення магнітів по вертикалі, тобто упродовж робочої камери кріостата, за рахунок встановлення замість горизонтального вала штока з гвинтом, що закріплений вертикально на штоку, на різних кінцях якого встановлено дві гвинтові пари з правою та лівою різьбою, що переміщують зразок вздовж 1 UA 120401 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 вертикальної осі в різних напрямках дві обойми з магнітами для зміни величини впливу магнітного поля на зразок. Для проведення магнітоелектрооптичних досліджень вставка має два датчики Холла для вимірювання магнітного поля двох орієнтацій. Суть корисної моделі пояснюється кресленням, де на Фіг. 1 наведена вставка, на Фіг. 2 вертикальний переріз вигляду збоку, на Фіг. 3 - переріз А-А з Фіг. 2, на Фіг. 4 - схема електричних з'єднань вставки. Вставка складається з центральної трубки 1, підкладки 2 для кріплення зразка, комутаційної коробки 3, механізму 4 переміщення постійних магнітів і подовжувача 5. Трубка 1 це тонкостінна трубка, яка виконана з низькотеплопровідного матеріалу. Всередині трубки 1 закріплений з можливістю обертання шток 6 механізму переміщення магнітів. Механізм просторового паралельного розведення магнітів перетворює обертальний рух штока навколо вертикальної осі в синхронний поступальний рух в двох протилежних напрямках двох обойм з магнітами за допомогою двох гвинтових пар з правою і лівою різьбою. Також усередині трубки 1 закріплені чотири трубки 7, по яких пропущені провідники і кабель, що з'єднують зразок, нагрівач для зміни температури зразка, датчик температури, датчики Холла і ємнісний рівнемір з роз'ємами на комутаційній коробці 3. Підкладка 2 закріплена на хвостовику 8 в нижній частині трубки 1 через пластину 9 і кронштейн 10. Зразок 11 кріпиться на торець підкладки 2, розташований уздовж вертикальної осі маніпулятора. На підкладці встановлений датчик температури 12 і намотаний електронагрівач 13 (R=15 Ом ± 20 %). Також на підкладці на платах 14 і 15 закріплені два датчики Холла 16 і 17 для виміру напруженості магнітного поля різної орієнтації, а саме в геометріях Фарадея та Фойгта, тобто коли напрямок вектору магнітного поля Н є, відповідно, паралельним чи нормальним до напрямку хвильового вектору k світлового випромінювання [8]. 1) датчик 16 для вимірювання напруженості магнітного поля постійних неодимових магнітів з магнітними силовими лініями, що йдуть перпендикулярно вертикальній осі вставки; 2) датчик 17 для вимірювання напруженості магнітного поля постійних неодимових магнітів з магнітними силовими лініями, що йдуть паралельно вертикальній осі вставки. Вимірювання магнітного поля здійснюється незалежними стандартними тесламетрами, що приєднуються до вихідних контактів вищевказаних датчиків на роз'ємі 19. Провідники від зразка, нагрівача, датчика температури і датчиків Холла пропущені через трубки 19 і через комутаційні плати 20, 21, і 22 сполучені з провідниками, що йдуть через трубки 7 до роз'ємів на комутаційній коробці 3. Кабель 23 від ємнісного датчика рівня 24 пропущений через одну з трубок 7 і сполучений з роз'ємом на комутаційній коробці. Підключення електричних кіл до контактів роз'ємів показане на Фіг. 4. Комутаційна коробка 3 закріплена у верхній частині центральної трубки 1 через наконечник 25 і призначена для установки роз'ємів 26, 27, 28. На коробці є знімна кришка 29 для можливості доступу до контактів роз'ємів. Механізм 4 переміщення постійних магнітів призначений для синхронного переміщення постійних неодимових магнітів уздовж вертикальної осі маніпулятора на зближення або віддалення залежно від напряму руху штока механізму. Механізм складається з маховичка 30, який жорстко закріплений у верхній частині штока 6 і обертається із штоком у втулці 31, гвинта 32 з правою і лівою різьбою, закріпленою в нижній частині штока і обойм 33 і 34, в яких встановлені постійні магніти 35 і 36 і закріплені за допомогою накидних гайок 37 і 38. Обойма 33 з правою різьбою у верхній частині встановлена на нижній частині гвинта 32 і переміщується вгору разом з магнітом 35 при обертанні гвинта за годинниковою стрілкою. Обойма 34 через трубку 39 закріплена на гайці 40 з лівою різьбою, яка встановлена на верхній частині гвинта 32 і переміщається вниз разом з обоймою і магнітом 36 при обертанні гвинта 32 за годинниковою стрілкою. Таким чином, при обертанні маховичка 30 за годинниковою стрілкою магніти 35 і 36 будуть синхронно віддалятись по вертикалі відносно підкладки 2 із зразком і напруженість магнітного поля зменшуватиметься. При обертанні маховичка проти годинникової стрілки магніти синхронно зближуватимуться і напруженість магнітного поля збільшуватиметься. На хвостовику 8 закріплений кутник 41 з напрямною 42 для обойми 33 і гайки 40. На втулці 31 закріплений лімб 43 для відліку кута повороту штока 6 з гвинтом 32. Гвинт 32 виконаний з кроком лівої і правої різьби 1 мм. При одному обертанні гвинта (360°) магніти зближуватимуться або будуть віддалятись на 2 мм. Подовжувач 5 за допомогою гайки 44 кріпиться на верхньому патрубку кріостата. В сальниковому ущільненні 43,45 трубка 1 може переміщатися вверх-вниз, обертатися на 360° і фіксуватися гайкою 46. 2 UA 120401 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Вставка працює у такий спосіб. Маховик 30 обертає шток 6 на кут, що задається по лімбу 27 (Фіг. 1) по годинниковій стрілці, якщо магніти потрібно синхронно розсувати відносно зразка і зменшувати напруженість магнітного поля і проти годинникової стрілки, якщо магніти треба синхронно зближувати і збільшувати напруженість магнітного поля. За один оберт маховичка магніти зближуються або віддаляються на 2 мм. Вставка кріостата для електромагнітооптичних досліджень забезпечує дослідження характеристик зразків матеріалів при впливі електричних та магнітних полів зі зміною температур від кімнатних до наднизьких. Джерела інформації: 1. Ермаков В.М., Медведев B.C., Подолич В.Б. "Криостат" а.с. СССР № 981781, МКИ F25D 3/10,опубликовано 15.12.82. - Бюлл. изобретений СССР, № 46 от 17.12.82. 2. Солдатов А.В. и др. "Емкостной дилатометр для измерения в области температур 0,820 K", - ПТЭ, 1990, № 4, стр. 237-239. 3. Жарков И.П., Жирко Ю.И., Иващенко А.Н., Сафронов В.В., Ходунов В.А. "Терморегулируемая криостатная система для исследования магнито-оптических свойств материалов под давлением в диапазоне температур 77-300 K. " - Научное приборостроение, 2010, т. 20, № 2, стр. 120-125. 4. Ермаков В.М., Медведев B.C., Подолич В.Б. "Вставка криостата для оптического исследования образцов" а.с. СССР №488695, МКИ B25J 11/00, опубликовано 25.10.75. - Бюлл. изобретений СССР № 39 от 11.02.76. 5. В.М.Ермаков, В.Б. Подолич, B.C. Медведев., "Вставка криостата для оптического исследования образцов" а.с. СССР №804423, МКИ B25J 11/00, публ. 15.02.81. - Бюлл. изобретений СССР, № 6 от 18.02.81. 6. Жарков І.П., Комаров А.В., Маслов В.О., Сафронов В.В., Патент України на винахід № 103508 "Вставка кріостата для електромагнітооптичних досліджень", - Бюл. № 20. 25.10.2013., МПК B25J 11/00, G05D 23/30, F25D 3/10, опубл.25.10.2013. 7. Физическая энциклопедия. 2 Добротность-Магнитооптика. [Глав. ред. A.M. Прохоров]. Москва: Советская энциклопедия, 1990. - 701 с. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 1. Вставка кріостата для електромагнітооптичних досліджень, що забезпечена механізмом для зміни величини магнітного поля в області зразка, який виконано як механізм просторового паралельного розведення магнітів, що складається із штока, закріпленого у втулці з можливістю обертання, шестірні, яка закріплена на нижній частині штока і кінематично зв'язана із зубчатим колесом, яке закріплено на валу, що обертається у втулці, встановленій на пластині, яка закріплена на хвостовику в нижній частині корпусу вставки, на різних кінцях вала закріплені дві гвинтові пари з правою і лівою різьбою для синхронного поступового переміщення різьбових втулок в протилежних напрямах, на втулках закріплені касети з постійними магнітами, у верхній частині штока через втулку закріплена ручка для обертання штока, а для проведення електромагнітооптичних досліджень і зняття інформаційних сигналів у вставці розміщена контактна частина, яка відрізняється тим, що механізм для зміни величини магнітного поля перетворений в механізм просторового паралельного розведення магнітів по вертикалі, тобто упродовж робочої камери кріостата, при цьому встановлений шток з гвинтом, що закріплений вертикально на штоку, на різних кінцях якого встановлені дві гвинтові пари з правою та лівою різьбою, що переміщують вздовж вертикальної осі в різних напрямках дві обойми з магнітами для зміни величини впливу магнітного поля на зразок. 2. Вставка кріостата за п. 1, яка відрізняється тим, що має два датчики Холла для вимірювання магнітного поля двох орієнтацій. 3 UA 120401 U 4 UA 120401 U Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5