Вставка кріостата для електромагнітооптичних досліджень

Реферат: Винахід належить до пристроїв для вивчення фізичних властивостей матеріалів. Вставка кріостата для електромагнітооптичних досліджень містить механізм просторового паралельного розведення постійних магнітів для зміни величини впливу магнітного поля на зразок, з можливістю вимірювання цього поля, можливість підведення регульованого магнітного поля та сигналу впливу електричного поля на зразок при одночасному проведенні оптичних досліджень. Технічним результатом винаходу є можливість одночасного проведення електрооптичних та магнітних досліджень. UA 103508 C2 (12) UA 103508 C2 UA 103508 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід 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 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 дороговартісною процедурою, що є недоліком для електро- і 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 обкатується по рейці, при цьому шток і трубка виконані з пружного матеріалу (а.с. СРСР № 488695). Недолік цієї вставки - обмежена функціональна можливість пристрою. Найближчою за сукупністю ознак і технічним результатом по винаходу є 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 і першою трубкою, причому друга трубка також виконана з пружного матеріалу. Кінематичний зв'язок між другою трубкою і кюветою зі зразком 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. В основу винаходу поставлена задача забезпечення можливості одночасного підведення до зразка регульованого магнітного поля за допомогою механізму просторового паралельного розведення постійних магнітів, струму або напруги і зняття зі зразка інформаційних сигналів при проведенні електрооптичних і магнітооптичних досліджень властивостей зразка у оптичному кріостаті. Для вирішення поставленої задачі вставка кріостата для електро- і магнітооптичних досліджень, в корпусі якої змонтовані тримач зразків, механізм переміщення зразків, виконаний у вигляді кінематично зв'язаного з тримачем зразків штока, на внутрішній поверхні корпусу вставки жорстко закріплена рейка, шток механізму переміщення тримача зразків пропущений через трубку, верхній кінець якої зв'язаний з корпусом сильфоном, а на нижньому кінці закріплене зубчате колесо, що обкатується по рейці, причому шток і трубка виконані із пружного матеріалу, відповідно до винаходу 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 в корпусі 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 електро- і магнітооптичних досліджень і зняття інформаційних сигналів у вставці розміщений вимірювальний блок. При цьому постійні магніти виконані з неодимового сплаву, а для вимірювання магнітного поля у вставці встановлений датчик Холла, для вимірювання температури зразків встановлений датчик температури. Суть винаходу пояснюється кресленням, де на Фіг. 1 показана вставка, на Фіг. 2 вертикальний переріз нижньої частини вставки, на Фіг. 3 - вертикальний переріз тримача зразка. Вставка має механізм просторового паралельного розведення магнітів, що перетворює обертальний рух штока навколо вертикальної осі в обертальний рух вала навколо горизонтальної осі за допомогою одноступеневої зубчатої конічної передачі, а обертальний рух вала навколо горизонтальної осі в синхронний поступальний рух в двох протилежних напрямках двох касет з магнітами за допомогою двох гвинтових пар з правою і лівою різьбою. Механізм просторового паралельного розведення магнітів встановлений в корпусі 1 і складається із закріпленого з можливістю обертання штока 2 (фіг. 1) з шестірнею 3 (фіг. 2), що закріплена на штифті 4, і яка кінематично зв'язана із зубчатим колесом 5, закріпленим на валу 1 UA 103508 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 6, що обертається у втулці 7, встановленій на пластині 8 (фіг. 1), яка, в свою чергу, встановлена на корпусі 1 через хвостовик 9. Кінці вала 6 (фіг. 2) з різних сторін мають праву і ліву різьби для синхронного в протилежних напрямах поступового переміщення різьбових втулок 10 і 11 також із правою та лівою різьбами. На кінцях вала 6 встановлені обмежувачі ходу 12 і 13. На втулках 10 і 11 через пластини 14 і 15 закріплені касети 16 і 17 з магнітами 18 і 19. Касети з магнітами переміщуються в циліндричних направляючих тримача 20 зразка. Корпус 1 з'єднаний зверху з комутаційною коробкою 21 через втулку 22 (фіг. 1). Зверху коробки встановлена втулка 23, в якій закріплена верхня частина штока 2, що з'єднаний з ручкою 24 через втулку 25 і штифт 26. Для відліку кута оберту штока на втулці 23 закріплений лімб 27. Для захисту електричних вводів-виводів від штока 2, що обертається встановлена трубка 28. В нижній частині корпуса 1 закріплений хвостовик 9, в якому встановлена, з можливістю обертання, нижня частина штока 2. На хвостовику 9 закріплена пластина 8 (фіг. 2), на якій встановлені: втулка 7 для кріплення вала 6, тримач 20 зразка і комутаційна плата 29 (фіг. 1). На тримачі 20 зразка є отвори 30 для проведення оптичних досліджень (фіг. 3). Вимірювальна частина вставки (фіг. 3) забезпечена електричними вводами-виводами 31 зразка 32 для зняття інформаційних сигналів. Вводи-виводи зразка 32, встановленого на тримачі 20 (фіг. 2), і закріпленого розрізним пружинним кільцем 33 під'єднані через комутаційну плату 29 і трубку 34 до роз’єму 35, встановленому на комутаційній коробці 21 (фіг. 1). На зовнішній поверхні тримача 20 навитий електронагрівач 36, а знизу на пластині 8 встановлений датчик температури 37 (фіг. 2). Всередині тримача 20 на пластині 38 встановлений датчик Холла 39, призначений для вимірювання магнітного поля. Виводи нагрівача 36, датчика температури 37 і датчика Холла 39 під'єднані через комутаційну плату 29 і трубку 40 до роз'єму 41, також встановленому на комутаційній коробці 21 (фіг. 1). Коробка 21 має кришку 42 для можливості доступу до роз'ємів 35 і 41. Вставка працює у такий спосіб. Ручка 24 обертає шток 2 на кут, що задається по лімбу 27 (фіг. 1). Шестірня 3, що на кінці штока, обертає зубчате колесо 5 разом із валом 6 (фіг. 2). Вал 6 при обертанні переміщує синхронно в двох різних напрямах різьбові втулки 10 і 11, що з'єднані через пластини 14 і 15 із касетами 16 і 17, які разом із магнітами 18 і 19 переміщуються по напрямним в тримачі 20 зразка. Таким чином в залежності від напряму обертання ручки 24, магніти 18 і 19 будуть зближуватися або віддалятися на рівні відстані відносно вертикальної осі вставки. Відстань між магнітами залежить від кута оберту ручки 24 (фіг. 1), передаточного числа конічної зубчатої пари 3, 5 і кроку правої та лівої різьб втулок 10 і 11 (фіг. 2). В залежності від відстані між магнітами буде змінюватися напруженість магнітного поля, що впливає на зразок 32 (фіг. 3). Найбільшого значення вона буде досягати, коли магніти зближені на мінімальну відстань, а найменшого - коли магніти віддалені на максимальну відстань. Між мінімальним і максимальним рівнями напруженості є можливість встановлювати проміжні рівні, регулюючи відстань між магнітами 18 і 19 (фіг. 2) обертанням ручки 24 (фіг. 1). У разі необхідності зміни зразка 32 (фіг. 3) потрібно відкрутити гвинти 43 (фіг. 2), зняти обмежувач ходу 13, пластину 15 разом з касетою 17 і магнітом 19, кільце 33. Після чого замінити зразок і встановити знову кільце 33, пластину 15 разом із касетою 17 і магнітом 19 та обмежувач ходу 13. 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. "Емкостный дилатометр для измерений в области температур 0,820К", - ПТЭ, 1990, № 4, стр. 237-239. 3. И.П. Жарков, Ю.И. Жирко, А.Н. Иващенко, В.В. Сафронов, В.А. Ходунов "Терморегулируемая криостатная система для исследования магнитооптических свойств материалов под давлением в диапазоне температур 77 - 300 К.», - Научное приборостроение, 2010, т. 20, № 2, стр. 120-125. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 55 60 1. Вставка кріостата для електромагнітооптичних досліджень, в корпусі (1) якої змонтовані тримач зразків (20), механізм переміщення зразків, виконаний у вигляді кінематично зв′язаного з тримачем зразків (20) штока (2), що пропущений крізь трубку (28), на нижньому кінці якої закріплене зубчасте колесо (5), причому шток (2) і трубка (28) виконані із пружного матеріалу, яка відрізняється тим, що у вставці розміщений механізм зміни величини магнітного поля в області зразка, який виконано як механізм просторового паралельного розведення касет (16, 2 UA 103508 C2 5 10 15 17) з постійними магнітами (18, 19), механізм складається із штока (2), закріпленого в корпусі (1) з можливістю обертання, шестірні (3), яка закріплена на нижній частині штока (2) і кінематично зв′язана із зубчатим колесом (5), яке закріплене на валу (6), що обертається у першій втулці (7), встановленій на пластині (15), яка закріплена на хвостовику (9) в нижній частині корпусу (1) вставки, на різних кінцях вала (6) закріплені дві гвинтових пари (43) з правою і лівою різьбою для синхронного поступового переміщення різьбових втулок (10, 11) в протилежних напрямах, на різьбових втулках (10, 11) закріплені касети (16, 17) з постійними магнітами (18, 19), у верхній частині штока (2) через другу втулку (25) закріплена ручка (24) для обертання штока (2), тримач зразка (20) виконаний з отворами (30) та містить електронагрівач (36), а у вставці розміщений вимірювальний блок з можливістю зняття інформаційних сигналів та з′єднаний з ним датчик магнітного поля (39). 2. Вставка кріостата за п. 1, яка відрізняється тим, що постійні магніти (18, 19) виконані з неодимового сплаву. 3. Вставка кріостата за п. 1, яка відрізняється тим, що датчиком магнітного поля (39) є датчик Холла. 4. Вставка кріостата за п. 1, яка відрізняється тим, що містить датчик температури (37). 3 UA 103508 C2 4 UA 103508 C2 5 UA 103508 C2 Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6