Визуализация невидимого магнитного поля

Содержание
Введение
1. Методы непосредственной визуализации
1.1. Физические основы
1.2. Основные методы непосредственной визуализации
2. Методы визуализации сканированием
2.1. Датчики магнитного поля
2.1.1. Магнтитостатические датчики
2.1.2. Индукционные датчики
2.1.3. Гальваномагнитные датчики (Датчики Холла)
2.1.4. Магниторезистивные датчики
2.1.5. Магниторезонансные датчики
2.1.6 Оптические датчики
2.1.7. Датчик SQID (Superconducting Quantum Interference Device — «сверхпроводящий квантовый интерферометр»)
2.2. Измерительные приборы
3. Теоретическая визуализация
Заключение
Список источников

Все эти датчики основаны на эффекте Фарадея – вращении плоскости поляризации света, распространяющегося в веществе вдоль силовых линий постоянного магнитного поля, проходящих через это вещество. Поляризация света магнитным полем в оптическом волокне схематически показана на Рис. 7.
Рис. 7
2.1.7. Датчик SQID (Superconducting Quantum Interference Device — «сверхпроводящий квантовый интерферометр»)
В этом датчике использованы волновые свойства электрона и квантовые свойства магнитного поля. Это самые чувствительные датчики, близкие к теоретическому пределу чувствительности измерений магнитного поля.
Они находят широкое применение, как средство визуализации магнитных полей в медицине, в частности в магнитогастрографии, исследованиях сердца и мозга, магнитном маркерном мониторинге; в технике – в целях геофизической разведки.
2.2. Измерительные приборы
В основе любого прибора для измерения силы и/или направления магнитного поля лежит датчик одного из описанных типов. Для работы датчика необходим источник энергии, так как индукция магнитного поля непосредственно не создает сигнал измерительной информации. В приборе должно быть устройство, измеряющее этот сигнал-отклик и устройство отображения, переводящее электрический сигнал в численное значение измеряемой индукции магнитного поля. Прибор, для возможностей непосредственной визуализации магнитного поля, должен имеет стандартный выход (интерфейс) к персональному компьютеру.
Пример блок схемы прибора приведен на Рис. 8а. На Рис. 8б. представлены фотографии современных приборов для измерения магнитного поля.
Рис. 8а.

Рис. 8б.
3. Теоретическая визуализация
Этот метод визуализации применяется тогда, когда величину магнитного поля нельзя измерить ни одним из описанных методов, из-за удаленности или недоступности объекта.
В настоящее время этот метод применяется астрофизиками для определения характеристик магнитных полей Солнца, звезд и галактик и их визуализации.
Магнитное поле звезд измеряют с помощью эффекта расщепления их линий спектра под действием магнитного поля (эффект Зеемана, тесно связанный с описанным выше эффектом Фарадея). Пример такого расщепления показан на Рис. 9а. Вторая возможность измерения дается уже описанным вращением плоскости поляризации света звезд под действием магнитного поля.
На Рис. 9б показана визуализация магнитного поля звезды SU Возничего, а на Рис. 9г – нейтронной звезды (пульсара), обладающей самым мощным магнитным полем в Галактике.

Рис. 9а. Рис. 9б. Рис. 9г.
Заключение
Основной вывод по результатам выполнения этой работы: визуализация магнитного поля представляет большой интерес для самых разных областей исследований, от медицины и биофизики до геофизики и космологии.
Основная причина большого интереса именно к непосредственному зрительному восприятия магнитных полей объясняется большой трудоемкостью математического описания пространственного распределения векторной функции индукции магнитного поля и еще большей трудностью ориентации в этом описании.
Список источников
1. Брук Э. Т., Фертман В. Е. «Ёж» в стакане. Магнитные материалы: от твёрдого тела к жидкости. Минск, Вышейшая школа, 1983. –75 с.
2. Виртуальная энциклопедия магнетизма: http://www.valtar.ru/Magnets4/mag_4_07.htm (16.01.13).
3. Воронов В. К., Подоплелов А. В. Современная физика: Учебное пособие. — М.: КомКнига, 2005. — 512 с.
4. Ильяшенко Е.И. и др. Измерение и визуализация сильных магнитных полей с помощью индикаторов на основе феррит-гранатовых пленок//Приборы и техника эксперимента, № 4, 2005, С. 89 – 94.
5. Конспект лекций по курсу "Методы и средства анализа данных" кафедры ИКТ МИЭМ. Лекция 11 "Визуальный анализ данных". Доступен по адресу: http://wiki.auditory.ru/, (15.07.13).
6. Орир Дж. Физика. Т1. – М.: Мир, 1981. – 336 с.
7. Проспекты компаний Helling и Diffu-Therm: http://www.ndtrade.ru/page42.html, (17.01.13).
8. Pузмайкин А. А., Соколов Д. Д., Шукуров А. М., Магнитные поля галактик, М., 1989. – 279 с.
Ферромагнетики — вещества, в которых ниже определённой критической температуры (точки Кюри) устанавливается дальний ферромагнитный порядок магнитных моментов. Ферримагнетики — материалы, у которых магнитные моменты вещества направлены противоположно и не равны по силе.
Орир Дж. Физика. Т.1. – М.: Мир, 1981. – 336 с. – С. 277 – 279.
Изменение направления на противоположное.
Брук Э. Т., Фертман В. Е. «Ёж» в стакане. Магнитные материалы: от твёрдого тела к жидкости. Минск, Вышейшая школа, 1983. –75 с.
Проспекты компаний Helling и Diffu-Therm: http://www.ndtrade.ru/page42.html, (17.01.12).
Никель – ферромагнетик, сам по себе средней выраженности. В сплавах может быть очень сильным ферромагнетиком.
Виртуальная энциклопедия магнетизма: http://www.valtar.ru/Magnets4/mag_4_07.htm (16.01.13).
Ильяшенко Е.И. и др. Измерение и визуализация сильных магнитных полей с помощью индикаторов на основе феррит-гранатовых пленок//Приборы и техника эксперимента, № 4, 2005, С. 89 – 94.
Воронов В. К., Подоплелов А. В. Современная физика: Учебное пособие. — М.: КомКнига, 2005. — 512 с. – С. 289 – 293.
4