Прибор на основе 3D-принтера помог построить карты магнитных полей

Ученые БФУ разработали новый недорогой способ картирования магнитных полей. Используя 3D-принтер и обычное лабораторное оборудование, команда создала автоматизированный прибор, который обеспечивает высокое разрешение за низкую стоимость по сравнению с аналогичными коммерческими устройствами. Установка способна характеризовать постоянные магниты, их системы и различные приборы, использующие магнитные поля, например смартфоны и компьютеры. Результаты исследования опубликованы в журнале Measurement Science and Technology.

Все электронные устройства, включая смартфоны, компьютеры, медицинские приборы и многое другое, содержат десятки магнитных элементов. При этом, чтобы вся система работала корректно, магнитные поля должны иметь строго определенные характеристики, в частности напряженность и пространственную структуру. В связи с этим перед учеными стоит задача разработки устройств, позволяющих точно оценивать свойства магнитных полей.

На сегодняшний день уже существует несколько вариантов датчиков для измерения силы магнитных полей, причем некоторые из них, называемые датчиками Холла, довольно дешевые и компактные, а потому очень удобные в использовании. Однако они измеряют величину магнитных полей в какой-то одной точке. При этом найти приборы, позволяющие описать пространственную структуру магнитных полей, до сих пор крайне трудно. Подобные устройства очень редки и имеют высокую цену — порядка нескольких тысяч евро.

Ученые из Балтийского федерального университета имени Иммануила Канта (Калининград) с коллегами из Университета Генуи (Италия) и Университета Овьедо (Испания) разработали новое дешевое и простое в конструировании устройство для 3D-картирования магнитных полей. Авторы использовали подход, который часто описывают словосочетанием «сделай сам», то есть из отдельных частей нескольких различных приборов самостоятельно собрали новый аппарат. За основу исследователи взяли механическую часть (ту, что двигается и переносит в нужное место печатающую головку) от 3D-принтера, закрепили на ней датчик Холла и разработали программное обеспечение, которое автоматизировало процесс.

Авторы экспериментально проверили работу устройства, определив пространственную структуру магнитных полей, создаваемых смартфоном, дискетой и гибким магнитом, который имел магнитное поле только с одной из своих сторон. Ученые записали в программном обеспечении «маршрут», по которому должен был двигаться закрепленный на 3D-принтере датчик Холла, и благодаря этому смогли точно перемещать датчик в пространстве и измерять напряженность магнитного поля в каждой интересующей точке. В результате на компьютере, подключенном к установке, получились трехмерные графики величин магнитного поля для каждого из проанализированных объектов.

«Благодаря тому, что мы использовали широко доступные на рынке компоненты и технологию 3D-печати, предложенный подход обеспечивает дешевый и гибкий способ картирования магнитных полей. Его легко можно адаптировать для различных систем и применений, например, просто заменив датчик Холла на любой другой, более подходящий для конкретной работы. В дальнейшем мы планируем использовать данную систему для тестирования изготавливаемых нами образцов — систем, состоящих из нескольких постоянных магнитов и композитных магнитных материалов, имеющих остаточную намагниченность», — рассказывает Александр Омельянчик, заведующий лабораторией нано- и микромагнетизма НОЦ «Умные материалы и биомедицинские приложения» БФУ имени Иммануила Канта.