 |
Ученые Пермского Политеха создали компактный магнитометр для авиации и геологоразведки
Магнитометры используют для поиска металлов, коррекции курса самолета и даже для диагностики заболеваний сердца и мозга. Россия зависит от импорта таких устройств. При этом современные технологии требуют создания более компактных датчиков. Ученые ПНИПУ разработали упрощенную схему магнитометра, способную улавливать поля порядка 0,01 Тл.
Магнитометры — это приборы для измерения магнитных полей. Их используют для поиска полезных ископаемых и металлов в геологии, коррекции курса самолета в системах авиационной навигации и даже для диагностики сердечно-сосудистых заболеваний и патологий центральной нервной системы (например, эпилепсии). Сегодня Россия зависит от импорта таких устройств, поэтому наработки в этой сфере крайне важны для перспективы создания отечественной продукции. При этом современные технологии требуют создания более компактных и точных датчиков. Ученые Пермского Политеха разработали упрощенную схему магнитометра, способную улавливать поля порядка 0,01 Тл, что полезно в навигации по магнитным линиям, контроле качества металлов и их поиске под землей.
Статья опубликована в журнале «Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics», том 88, 2024. Исследование выполнено при поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (проект № FSNM-2023-0006).
Магнитометры широко используются в науке и технике. С их помощью ищут подводные лодки и затонувшие корабли, неразорвавшиеся боеприпасы, месторождения полезных ископаемых, определяют опасность для буровых станков и угольных шахт, они важны в авиационной навигации и даже клинических исследованиях по мониторингу состояния мозга и сердца.
Измерять поля можно по-разному. Оптические магнитометры применяются в геологоразведке и авиационной навигации, потому что способны улавливать магнитное поле Земли: аномалии в нем указывают на залежи железной руды или пустоты, а системы навигации самолета могут корректировать по нему свой курс или обнаруживать препятствия (например, стальные конструкции). Такие магнитометры работают на основе света. Обычно он колеблется во всех направлениях, как морская волна или веревка, которую хаотично трясут. Можно заставить его колебаться либо только в одной плоскости (линейно), либо по кругу — это называется поляризацией света. В магнитометрах важен именно «закрученный» свет, поскольку он позволяет увеличить чувствительность прибора.
Для улавливания светового излучения в современных датчиках используют специальное оптическое SPUN-волокно (от английского spun – «скрученный»). В отличие от обычного, сохраняющего только линейную поляризацию, оно намного меньше искажает излучение при изгибах и перепадах температуры, а самое главное – работает только с «закрученным» светом, что и нужно для измерения.
Современные технологии требуют создания более простых и при этом точных датчиков, чтобы облегчить их использование. Ученые Пермского Политеха разработали схему магнитометра, которая позволяет сделать его конструкцию более компактной.
– Традиционно в таких устройствах используется оптическое волокно длинной 1 км, плотно намотанное в виде катушки. Мы заменили его на короткий отрезок волокна длиной всего 10 м, замкнутый в кольцо, то есть оптический резонатор – благодаря нему даже при малой длине свет проходит большое расстояние за счет многократных оборотов. Это значительно уменьшает габариты устройства, – комментирует Антон Чувызгалов, младший научный сотрудник кафедры общений физики ПНИПУ.
Для «закручивания» света в SPUN-волокне нужна отдельная деталь – кристаллическая пластинка. Без этого оптический магнитометр не сможет работать. Однако дополнительные детали добавляют лишний вес и усложняют конструкцию, делая ее менее удобной в применении.
— Обычно такие пластинки — это отдельные детали из кристаллов. Чтобы конструкция была компактнее, мы сделали проще: соединили два типа волокон. В месте их сварки линейная поляризация автоматически превращается в круговую. Так вся система остается удобной для датчиков, – поясняет Даниил Гилев, научный сотрудник кафедры общений физики ПНИПУ, кандидат технических наук.
Политехники провели эксперимент, в ходе которого пропускали ток и создавали магнитное поле, которое улавливало SPUN-волокно: чем сильнее был ток, тем больше «закручивался» свет. Полученные данные подтвердили, что SPUN-волокно действительно способно засекать поля от 0,01 Тл (примерно в 200 раз слабее магнита на холодильник). Устройства с такой чувствительностью полезны в контроле качества металлов, геологоразведке и авиационной навигации, поскольку они способны обнаружить, например, металл под землей или намагниченную деталь в двигателе.
Ученые Пермского Политеха отмечают, что дальнейшие исследования позволят повысить чувствительность разработанного магнитометра, что может позволить применять такие датчики и в медицине. Это важный шаг для отечественного производства: в будущем отечественные устройства могут стать доступной альтернативой существующим зарубежным аналогам, сочетая высокую точность с малыми габаритами.
Контактное лицо: Лидия Попова (написать письмо автору)
Компания: ПНИПУ (все новости этой организации)
Добавлен: 23:05, 10.04.2025
Количество просмотров: 400
Страна: Россия
| От него зависит работа сердца и мозга: ученые Пермского Политеха рассказали, что важно знать о гемоглобине, ПНИПУ, 17:57, 30.10.2025, Россия |
336 |
| Анемия является самым распространенным заболеванием крови у россиян и диагностируется у 15% человек. Ученые ПНИПУ рассказали, почему гемоглобин понижается не только из-за дефицита железа, чем опасна анемия, почему она возникает у спортсменов, как этот повышенный белок приводит к инсульту, как регулировать его уровень. |
|
| Ученые ПНИПУ рассказали, что скрывается в некачественной косметике, ПНИПУ, 17:19, 30.10.2025, Россия |
47 |
| Покупая косметику, мы часто не знаем, на что обращать особое внимание в составе. Ученые ПНИПУ рассказали, почему в нанесении SPF-крема зимой больше вреда, чем пользы, а шампуни без SLS раздражают кожу, как кремы с маслами разрушают защитный барьер и какие отдушки являются аллергенами. |
|
|
|
