Вопросы для самопроверки 7

Магнитодиагностика изделий из ферромагнитных материалов

Как механические, так и магнитные свойства железных, стальных, чугунных и других изделий из ферромагнитных материалов прямо определяются их микрокристаллической структурой. Поэтому, измеряя их магнитные свойства – магнитную проницаемость, коэрцитивную силу, магнитную индукцию насыщения и т.д., – можно контролировать соблюдение технологических режимов их изготовления, микроструктуру и механические свойства.

Известными магнитными сенсорами являются магнитные считывающие головки,– для считывания данных с других магнитных носителей информации (с магнитных лент, дисков, барабанов, карточек и т.п.). Магнитные считывающие головки на своем входе всегда имеют дело с сигналами, информацией, закодированными в виде переменного магнитного поля на поверхности носителя.

1. Какие сенсоры относятся к классу электромагнитных?

Используя известное соотношение между скоростью распространения, частотой и длиной волны рассчитайте для электромагнитных волн (

Вариант 1. Частоту радиоволн с длиной волны 1410 м.

Вариант 2. Период электромагнитных колебаний "коротких" радиоволн с длиной волны 16 м.

Вариант 3. Частоту сантиметровых радиоволн с длиной волны 3 см.

Вариант 4. Частоту инфракрасного излучения с длиной волны 60 мкм.

Вариант 5. Длину волны инфракрасного излучения с частотой 3×10¹⁴ Гц.

Вариант 6. Частоту видимого зеленого света с длиной волны 550 нм.

Вариант 7. Период электромагнитных колебаний рентгеновского излучения с длиной волны 15 нм.

Вариант 8. Длину волны гамма-излучения с частотой 3×10²⁰ Гц.

8. Cпектрофотометрические анализаторы 8.1. Принципы работы спектрофотометрических сенсоров Спектрофотометрический метод выявления присутствия и измерения концентрации веществ основан на том, что большинство веществ имеют свои специфические спектры излучения и поглощения в той или иной области спектра. Поэтому при прохождении света сквозь вещество его спектральный состав изменяется. По этим изменениям можно выявить присутствие контролируемого вещества (аналита) (это качественный спектральный анализ), а измеряя величину изменений спектральных интенсивностей, – вычислить концентрацию аналита или его количество (это количественный спектральный анализ – спектрофотометрия). В технике спектрофотометрические измерения производят обычно на плоскопараллельных прозрачных твердых пластинах, на тонких плоскопараллельных пленках, содержащих аналит, или на прозрачных растворах, залитых в плоскопараллельные кюветы калиброванной (точно заданной) толщины. Если спектральные интенсивности измеряют лишь на одной длине волны, то такой метод называют одноволновым, если на двух длинах волн, то – двухволновым, если на многих длинах волн, то – многоволновым. Может записываться также непрерывный спектр прошедшего сквозь исследуемые образцы излучения. Тогда для получения результатов анализа используют всё распределение спектральных интенсивностей в выделенной области спектра (метод непрерывного спектра). В зависимости от области спектра, в которой выполняются спектрофотометрические исследования, говорят об инфракрасной, видимой, ультрафиолетовой спектрофотометрии. Напомним вкратце законы поглощения и рассеяния света. Основной закон ослабления света при прохождении сквозь вещество в дифференциальной форме имеет вид:

(8.1)

где – интенсивность света в веществе на глубине , – прирост интенсивности света после прохождения очень тонкого слоя вещества толщиной , – коэффициент ослабления света в веществе. Знак минус означает, что при прохождении света сквозь вещество его интенсивность убывает. Ослабление света может происходить как за счет поглощения, так и за счет рассеяния света веществом. Коэффициент ослабления света веществом в общем случае зависит от длины волны света .

Если проинтегрировать дифференциальное выражение (8.1) по толщине слоя вещества от 0 до , принимая, что на входе в слой (при ) интенсивность света равна , то получим интегральный закон прохождения света через слой вещества:

(8.2)

Отношение интенсивности света после прохождения слоя вещества к интенсивности падающего на него света

(8.3)

называют пропусканием света. Тогда интегральный закон прохождения света через слой вещества записывают в виде:

(8.4)

Часто пользуются также понятием оптической плотности слоя вещества или абсорбцией, что одно и тоже.

(8.5)

Тогда интегральный закон прохождения света через слой вещества записывают в виде:

(8.6)

При работе с пластинами, тонкими пленками, кюветами с раствором (рис. 9) приходится учитывать также отражение света от их передней и задней граней.

Рис. 9. Типичная оптическая схема спектрофотометрии "на пропускание" света.

Тогда интенсивность света, прошедшего сквозь исследуемый образец, описывается известной формулой

(8.7)

где – коэффициент пропускания кюветы (пластины, тонкой пленки), учитывающий только отражение света на гранях. Иногда в него включают также "фоновое" поглощение чистого растворителя (вещества пластины, пленки) в отсутствие аналита. В оптике аналит часто называют также "красителем", поскольку он придает или меняет окраску раствора. В этом случае коэффициент пропускания показывает, какая доля падающего света проходит сквозь кювету с чистым растворителем (сквозь пластинку, плёнку и т.д.) при отсутствии аналита.

Если мы имеем раствор лишь одного вида молекул (одного "красителя") в прозрачном растворителе, то

(8.8)

где – молярный коэффициент поглощения красителя; – его молярная концентрация.

Измеряя спектральные интенсивности и в полосе поглощения красителя и зная пропускание кюветы , значения и , можно вычислить концентрацию красителя.

Если мы имеем раствор нескольких разных красителей в растворителе, который и сам частично поглощает свет, то

(8.9)

где – молярные коэффициенты поглощения вещества-растворителя и 1-го, 2-го,..., -го красителей соответственно; – их молярные концентрации.

Свет при прохождении сквозь вещество может ослабляться не только из-за поглощения, но и из-за рассеяния. Тогда в формулах (9.2) появляются аналогичные слагаемые, обусловленные рассеянием света.