Очень часто, при построении различных электрических генераторов или двигателей, требуется определить полюс магнита. Почти каждый человек, из школьных уроков по физике, знает, что магнит имеет два полюса: северный (обозначается синим цветом буквой «N») и южный (обозначается красным цветом и буквой «S»).
Этот простой электронный детектор поможет вам определить название полюса магнита. Для его не постройки вам не понадобиться дефицитных деталей и компонентов.
В качестве датчика в детекторе применен датчик Холла, который можно выпаять из старого кулера от компьютера. Благо, такого «добра» сейчас у всех навалом.
Как известно, компьютерные вентиляторы имеют в своем составе бесщеточный двигатель. Который состоит из двух обмоток на якоре и коммутирующего элемента – датчика Холла. Этот датчик переключает обмотки в зависимости от положения подвижного магнитного кольца, расположенного в крыльчатке.
Схема вентилятора
Этот элемент имеет четыре вывода. Два это питание, и два выхода, на которых находиться питание в зависимости от магнитного поля. То есть, уровень питания может находиться только на одном из выводов.
Схема магнитного детектора
За место обмоток мы подключим разноцветные светодиоды, через ограничивающий резистор. Питать всю схему будем от батарейки 3 Вольта типа «таблетка».
Схему соберем на макетной плате. Выведем датчик немного на выводах.
Проверяем. Единственным минусом этого датчика является то, что уровень всегда присутствует на одном из выводов, вне зависимости от наличия магнитного поля. Поэтому я добавил кнопку питания, для коммутации схемы с источником. В итоге работает так: поднес к магниту, нажал кнопку – загорелся светодиод обозначающий поле, все – кнопку можно отпустить.
Я засунул плату в корпус от плоского маркера. Получилось все очень красиво. В итоге я стал обладателем такого карманного индикатора магнитного поля. В хозяйстве сгодиться.
Производителем детектора электромагнитного излучения GM3120 является китайская компания Benetech. Выпускаемый фирмой прибор используется для измерения интенсивности электромагнитных полей. Применение устройства дает возможность качественно определять физические величины напряжения и силы тока электромагнитного излучения, исходящего от различных объектов и предметов бытовой техники.
Детектор от производителя Benetech
Основное направление специализации фирмы Benetech связано с производством измерительного оборудования. В любых отраслях промышленности применяются различные виды приборов для измерения напряжения, давления, температуры и других параметров. К ним можно отнести:
- манометры;
- термометры;
- ваттметры;
- люксометры;
- мультиметры и др.
Компания Benetech выпускает не только промышленные, но и бытовые виды устройств. К ним относится
рассматриваемый детектор. Прибор подходит для контроля уровня электромагнитного излучения вокруг электрического оборудования, линий электропередач, бытовой домашней техники.
Для удобства эксплуатации детектор можно переносить в кармане. Производителем предусмотрена
возможность установки устройства на ровную поверхность. Аппарат способен эффективно выявлять
наличие электромагнитного поля, которое оказывает отрицательное влияние на здоровье человека.
Производителем прилагается инструкция к прибору на английском и русском языках.
Вся документация, идущая в комплекте с устройством, предоставляется потребителю на китайском языке.
Для облегчения выбора измерительного прибора в инструкции указаны все технические характеристики.
Benetech — продвинутый на рынке производитель.
Стоимость, по которой реализуется бытовой тестер от этой компании, является достаточно низкой.
Детектор от этой фирмы можно приобрести на различных
специализированных сайтах либо в супермаркетах по цене от 1080 рублей. На упаковке данного товара имеется информация о производителе, его электронный адрес.
Модель, выполненная в китайском варианте, имеет иероглифы на поверхности корпуса.
Производитель поставляет на рынок и английскую версию устройства. При покупке детектора иероглифам можно не придавать большого значения, поскольку для измерения необходимы только цифры на экране устройства.
Область применения измерителя Benetech
Основное назначение тестера связано с измерением электромагнитных полей. Эта наиболее
известная физическая величина возникла на этапе зарождения вселенной. Видимый свет — основная форма исследуемого измерителем показателя.
Обзор электрических и магнитных полей выявил, что они являются частью спектра электромагнитного
излучения, которое бывает следующих видов:
- статическое электрическое;
- магнитное;
- радиоволновое;
- инфракрасное;
- рентгеновское.
Областью применения устройства считается:
- замер напряженности электромагнитного поля (ЭМП), которое генерируется линиями электропередач (ЛЭП) либо различными видами электронной техники;
- обнаружение скрытого кабеля;
- выявление качества заземления электрического оборудования;
- исследование уровня интенсивности излучения, исходящего от электроприборов в домашних условиях;
- исследование радиационной обстановки рядом с электростанциями, высоковольтными линиями, заводами, военными объектами, аэропортами.
СанПиН 2.1.2.1002-00 устанавливает предельно допустимые гигиенические нормы. В российских условиях нормальный уровень электромагнитного излучения считается равным 10 мкТл. С целью недопущения отрицательных последствий влияния фактора ЭМП Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ) рекомендуется безопасный уровень этого показателя, равный 0,2 мкТл. При этом должна учитываться неопределенность в изучении эффектов влияния ЭМП.
Возможности детектора
Тестер полезен тем, что с помощью него допускается делать замеры интенсивности электромагнитного излучения от бытовых электроприборов и техники.
Детектор позволяет выявлять наличие в квартире скрытой проводки.
Благодаря встроенному датчику можно узнавать результаты тестирования, оптимальность которого зависит от наличия 2-х режимов.
Дисплей показывает точные цифровые данные, которые измеряются в следующих единицах:
- электрическое поле — V/m;
- магнитное поле — µt.
В процессе замеров можно заметить, что небольшое увеличение расстояния способно снизить силу поля.
Вместе с тем бытовая техника, обладающая достаточной мощностью, передает электромагнитное поле на расстояние.
Таким образом, детектор от фирмы Benetech,
применяемый в быту и в промышленных условиях, позволяет контролировать электромагнитное излучение вблизи электрических приборов и прочих объектов.
Применение прибора GM3120 дает возможность не только заранее выявить месторасположение кабеля, но и подобрать место, где допускается удачно проложить новую проводку, просверлить стены, установить розетки.
При чрезмерном и постоянном воздействии электрического и магнитного поля на организм человека увеличивается вероятность развития определенных заболеваний. По мнению изготовителя, прибор незаменим для тех, у кого диагностированы сердечно-сосудистые патологии.
Внешний вид детектора
Компактный внешний вид детектора, напоминающего обычный мультиметр, обеспечивает качество применения прибора. Корпус ярко-оранжевого цвета имеет ребристые боковые части. Это позволяет удобно удерживать устройство в руке.
Задняя часть тестера с табличкой основных параметров устройства предусматривает наличие отсека для элемента питания. Он представляет собой батарейку типа «Крона» (9 В).
Корпус выполнен так, что
вставить батарейку неверно нельзя. Наличие небольшого монохромного дисплея в верхней части тестера позволяет выявлять показатели физических величин.
Под экраном на корпусе прибора имеются 3 кнопки, обеспечивающие проведение измерений. Выше него
указан частотный диапазон, в пределах которого могут выполняться замеры. Там же отведено место
для наименования торговой марки и названия модели измерителя.
Под экраном тестера имеется надпись «Electromagnetic Radiation Tester». В переводе с английского
языка слово «radiation» означает излучение. Полностью надпись под дисплеем переводится как «тестер электромагнитного излучения», но к радиоактивным приборам детектор не имеет никакого отношения.
Справа от надписи имеется светодиод красного цвета, срабатывающий в условиях превышения порога в 40 В/м и/или 0,4 мкТ. Светодиод начинает мигать при обнаружении превышения допустимых норм. При включении звука прибор издает пикающий сигнал.
Достоинства и недостатки устройства
Достоинство прибора состоит в том, что им можно определять электромагнитную радиационную обстановку на открытом воздухе или в помещении.
С помощью этого тестера выявляются только приблизительные физические величины, поскольку он не относится к профессиональным измерительным приборам.
Заявленная производителем точность детектора не дает возможности определить силу электромагнитного поля без погрешности.
Преимуществом тестера считается возможность измерять силу электромагнитного поля, передаваемого бытовыми приборами на определенное расстояние.
С помощью устройства можно измерять электромагнитное излучение в частотном диапазоне до 2000 МГц, поэтому прибор не способен реагировать на WiFi-излучение.
Тестер обладает следующими видами преимуществ, выделяющих его среди аналогичных измерителей:
- двойной режим замера ЭМП;
- наличие звуковой и световой сигнализации;
- вывод значений замеров в виде текстовых подсказок;
- дисплей с тремя зонами;
- возможность одновременного отображения результатов замеров;
- автоматическая сигнализация в случае превышения показаниями безопасных значений;
- наличие индикатора заряда батарейки;
- возможность автоматического выключения подсветки экрана;
- показ средних и пиковых значений замеров;
- режим энергосбережения;
- функция «HOLD», удерживающая данные на дисплее.
Правая сторона дисплея показывает информацию о режиме работы, оставшемся заряде батарейки.
Делать измерения прибором можно и в темное время суток. Это допускается благодаря равномерной
подсветке. Она не слишком яркая, что делает ее приятной для зрения. С боковых сторон корпуса
измерителя имеются выступающие элементы, обеспечивающие более удобное удержание прибора в руке.
Технические характеристики и комплектация
Перед покупкой детектора лучше ознакомиться с его техническими характеристиками, представленными
в инструкции к устройству. Единицей измерения электрического поля является В/м, а магнитного —
мкТл. Модель детектора GM3120 обладает следующими функциональными и техническими параметрами для замеров электрического и магнитного поля соответственно:
- шаг измерений составляет 1 В/м, 0,01 мкТл;
- сигнал тревоги имеет пороговое значение 40 В/м, 0,4 мкТл.
Среди предусмотренных параметров измерения, на которые следует обратить внимание, выделяются
следующие диапазоны:
- электрического поля — 1-1999 В/м;
- магнитного поля — 0,01-19,99 мкТл;
- частот (время выборки) — 5-3500 МГц;
- рабочих температур — 0…+50°C.
Время тестового режима — около 0,4 секунд. Прибор способен функционировать в условиях низкой
освещенности и влажности не более 80% при рабочем напряжении 9 В (1 батарейка «Крона»). ЖК-дисплей прибора имеет размеры, равные 43х32 мм. Вес измерителя составляет 146 г, а его габариты —
130х65х30 мм. В комплект с устройством в оригинальной упаковке входят инструкция и батарейка.
Принцип действия измерителя GM3120
Принцип работы тестера основан на выявлении показателей, связанных с измерением следующих
физических величин, приходящихся на определенное расстояние от объекта излучения:
- напряжения, являющегося причиной возникновения электрического поля;
- силы тока, вызывающего появление магнитного поля.
Сила электрического поля измеряется в вольтах на метр (В/м), а магнитного — в амперах на метр
(А/м). Электрическое поле способно сохраняться даже в том случае, если прибор выключен. По мере
удаления от устройства этот показатель уменьшается. Наличие электрического поля нейтрализуется
большинством строительных материалов.
Верхний показатель на дисплее отражает данные о наличии электрического поля или низкочастотных
излучений. Максимальной величиной показаний является порог, равный 1999 V/м. Согласно нормам
СанПиНа, значение предельно допустимого уровня составляет 500 V/м. Наибольшую опасность
представляют собой объекты, создающие большое напряжение на открытом пространстве, например,
столбы ЛЭП.
Нижний показатель на дисплее прибора позволяет определить магнитное поле или высокочастотное
излучение, измеряемое в мкТл. Такой тип излучения исходит от мобильных телефонов, компьютеров,
телевизоров и т. д. Максимальным уровнем считается 19,99 мкТл (микротесл). Наличие магнитного
поля нельзя устранить с помощью большинства строительных материалов.
Измерение электромагнитного поля
Сердцем измерительного прибора является однокристальный микроконтроллер WT56F216 универсального типа. Слева от него располагается контроллер дисплея, оснащенный возможностью управления памятью HT1621B. Выше микроконтроллера имеется операционный усилитель 27M2С. Все это можно узнать, если разобрать прибор, сняв крышку с корпуса.
Чтобы включить измеритель, потребуется его снова собрать. Когда он готов к работе, можно включать его. При этом начинают светиться все сегменты дисплея. Верхняя часть экрана показывает единицу измерения напряженности электрического поля или «В/м» (вольт на метр). В нижней части дисплея высвечивается «мкТл» (микротесла), т. е. единица, кратная Тл, составляющая 0,000001 Тл (тесла). Это единица измерения магнитной индукции, плотности потока магнитной индукции.
Под дисплеем предусмотрен красный светодиод небольшого размера. В случае превышения допустимого уровня он мигает красным цветом. Для проведения измерений прибор необходимо включить, а затем поднести на максимально близкое расстояние к бытовому устройству верхней гранью. В торце детектора есть антенна, поэтому его нужно направлять именно этой стороной на исследуемый объект.
Прибор автоматически издает звуко-световой сигнал, если результат измерений превысил безопасное
значение. Ниже дисплея располагаются 3 кнопки:
- Кнопка внизу. Включает/выключает питание прибора (подсветку экрана), для чего кнопка нажимается и удерживается.
- Кнопка «HOLD/BEEP». Нажатие кратковременно позволяет сохранить на экране значение, отображаемое в данный момент, при длительном нажатии будет включаться/выключаться звук при превышении установленной нормы.
- Кнопка «AVG/VPP». Переводит прибор в режим средних/пиковых значений.
Кнопка AVG\VPP обеспечивает переключение режима измерения. Если режим VPP позволяет зафиксировать на экране максимальное значение показаний, то AVG предусмотренен для динамического измерения, проводимого тестером. Показания могут изменяться 3 раза в секунду.
Обзор детектора GM3120, используемого для измерения электромагнитного поля, выявил основные
преимущества этого прибора.
Таким образом, измеритель, производимый китайской компанией Benetech, представляет собой компактное устройство. Прибор является безопасным для человека. Его можно использовать с целью поддержания собственного здоровья для устранения источников электромагнитного излучения, норма которого превышает значение, установленное СанПиН.
Это интересное устройство позволяет услышать мир электромагнитного излучения, что нас окружает. Оно преобразует колебания высокой частоты излучения, генерируемого разнообразными электронными устройствами в слышимую форму. Можно использовать его возле компьютеров, планшетов, мобильных телефонов и т. д. Благодаря ему вам удастся услышать действительно уникальные звуки, создаваемые работающей электроникой.
Принципиальная электросхема
Схема предполагает реализацию данного эффекта с как можно наименьшим числом радиоэлементов. Дальнейшие улучшения и исправления лежат уже на вашем усмотрении. Некоторые значения деталей вы можете подобрать для своих потребностей, другие являются постоянными.
Процесс сборки
Сборка предполагает использование макетной платы размером не менее 15 x 24 отверстия, и особое внимание обращается на расположение элементов на ней. На фотографиях показано рекомендуемое расположение каждого из радиоэлементов и какие связи между ними выполнить. Перемычки на печатной плате можно выполнить из фрагментов кабеля или отрезанных ножек от других элементов (резисторы, конденсаторы), которые остались после их монтажа.
Сначала надо впаять катушки L1 и L2. Хорошо отодвинуть их друг от друга, что даст нам пространство и увеличит эффект стерео. Эти катушки являются ключевым элементом схемы - они ведут себя как антенны, которые собирают электромагнитное излучение из окружающей среды.
После впайки катушек можно установить конденсаторы C1 и C2. Их емкость составляет 2,2 мкФ и определяет нижнюю частоту среза звуков, которые будут услышаны в наушниках. Чем выше значение ёмкости, тем ниже звуки воспроизводящиеся в системе. Большая часть мощного электромагнитного шума лежит на частоте 50 Гц, так что есть смысл его отфильтровать.
Далее припаиваем резисторы по 1 кОм - R1 и R2. Резисторы эти, вместе с R3 и R4 (390 кОм) определяют усиление операционного усилителя в схеме. Инвертирование напряжения не имеет в нашей системе особого значения.
Виртуальная масса - резисторы R5 и R5 с сопротивлением 100 кОм. Они являются простым делителем напряжения, который в данном случае будет делить напряжение 9 V на половину, так что с точки зрения схемы питается м/с напряжением -4,5 V и +4,5 V по отношению к виртуальной массе.
Можно поставить в панельку операционный усилитель любой со стандартными выводами, например OPA2134, NE5532, TL072 и другие.
Подключаем аккумулятор и наушники - теперь мы можем использовать этот акустический монитор для прослушки электромагнитных полей. Батарею можно приклеить к плате скотчем.
Дополнительные возможности
Что можно добавить, чтобы увеличить функциональность? Регулятор громкости - два потенциометра между выходом из схемы и гнездом для наушников. Выключатель питания - сейчас схема включена все время, пока не отсоединится батарейка.
При испытаниях оказалось, что устройство очень чувствительно на источника поля. Вы можете услышать, например, как обновляется экран в мобильном телефоне, или как красиво поет кабель USB во время передачи данных. Приложенный к включенному громкоговорителю работает как обычный и вполне точный микрофон, который собирает эл-магнитное поле катушки работающего динамика.
Хорошо ищет кабеля в стене, на манер трассоискателя. Только надо поднять НЧ, увеличив все 4 ёмкости до 10 мкФ. Недостатком является довольно большой шум и ещё сигнал слишком слабый - нужен какой-то дополнительный усилитель мощности, например на .
Видео работы детектора ВЧ
Обсудить статью НЕОБЫЧНЫЙ ДЕТЕКТОР ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ
О чем эта статья
Для определения параметров магнитного поля применяются датчики магнитного поля. Принцип их действия строиться на основе четырех физических явлений. В статье описаны устройство различных типов детекторов магнитного поля. Преимущества и недостатки каждой реализации.
Вы также можете посмотреть другие статьи. Например, «Принцип работы твердомеров по Бринеллю, Виккерсу и Роквеллу » или «Что такое неразрушающий контроль, где и как он применяется ».
Приборов детектирования и измерения параметров магнитного поля достаточно много, отчего они используются во многих сферах как чисто технических, так и бытовых. Эти детекторы используются в системах, связанных с задачами навигации, измерения угла поворота и направления движения, определения координат объекта, распознавания «свой - чужой» и т. д.
Широкая область применения таких датчиков требует использования различных свойств магнитного поля для их реализации. В данной работе рассмотрены принципы работы, которые заложены в датчики магнитного поля:
- использующие эффект Виганда;
- магниторезистивные;
- индукционные;
- работающие на эффекте Холла;
Датчики Виганда
Работа датчика базируется на эффекте, открытом американским ученным Вигандом. Суть эффекта Виганда проявляется в следующем. При внесении ферромагнитной проволоки в магнитное поле, в ней происходит самопроизвольное изменение магнитной поляризации. Это явление наблюдается при выполнении двух условий. Первое - проволока должна иметь специальный химический состав (52% кобальта,10% ванадия - викаллой) и двухслойную структуру (рисунок справа). Второе - напряженность магнитного поля должна быть выше определенного порогового значения - порога зажигания .
Момент изменения поляризации проволоки можно наблюдать с помощью катушки индуктивности, расположенной рядом с проволокой. Индукционный импульс напряжения на ее выводах при этом достигает нескольких вольт. При изменении направления магнитного поля полярность индуктируемых импульсов изменяется. В настоящее время эффект объясняют различной скоростью переориентации элементарных магнитов в магнитомягкой сердцевине и магнитотвердой оболочке проволоки.
Конструкция датчиков Виганда содержит катушку индуктивности и проволоку Виганда. При смене полярицации проволоки, катушка, намотанная на неё, фиксирует это изменение.
Чувствительные элементы Виганда применяются в расходомерах , датчиках скорости, угла поворота и положения . Кроме того, одно из наиболее частых применений этого элемента - системы считывания идентификационных карт, которыми все мы пользуемся ежедневно. При прикладывании намагниченной карты меняется напряженность поля, на что реагирует датчик Виганда.
К достоинствам датчика Виганда следует отнести независимость от влияния внешних электрических и магнитных полей, широкий температурный диапазон работы (-80° … +260°C), работу без источника питания.
Магниторезистивные датчики магнитного поляв качестве чувствительного элемента содержат магниторезистор. Принцип действия датчика заключается в эффекте изменения оммического сопротивления материала в зоне действия магнитного поля. Наиболее сильно этот эффект проявляется в полупроводниковых материалах. Изменение их сопротивления может быть на несколько порядков больше чем у металлов.
Физическая суть эффекта заключается в следующем. При нахождении полупроводникового элемента с протекающим током в магнитном поле, на электроны действуют силы Лоренца. Эти силы вызывают отклонение движения носителей заряда от прямолинейного, искривляют его и, следовательно, удлиняют его. А удлинение пути между выводами полупроводникового элемента равносильно изменению его сопротивления.
В магнитном поле изменение длины «пути следования» электронов обусловлено взаимным положением векторов намагниченности этого поля и поля протекающего тока. При изменении угла между векторами поля и тока пропорционально изменяется и сопротивление.
Таким образом, зная величину сопротивления датчика можно судить о количественной характеристике магнитного поля.
Магнитосопротивление сильно зависит от конструкции магниторезистора. Конструктивно датчик магнитного поля представляет магниторезистор, состоящий из подложки с расположенной на ней полупроводниковой полоской. На полоску нанесены выводы.
Для исключения влияния эффекта Холла размеры полупроводниковой полоски выдерживаются в определенных допусках - ширина ее должна быть много больше длины. Но такие датчики обладают малым сопротивлением, поэтому на одной подложке размещают необходимое число полосок и соединяют их последовательно.
С этой же целью часто датчик выполняется в виде диска Корбино. Запитывается датчик путем подключения к выводам расположенным в центре диска и по его окружности. При отсутствии магнитного поля путь тока прямолинеен и направлен от центра диска к периферии по радиусу. При наличии магнитного поля ЭДС Холла не возникает, так как у диска отсутствуют противоположные грани. Сопротивление же датчика изменяется - под действием сил Лоренца пути тока искривляются.
Датчики этого типа, благодаря высокой чувствительности, могут измерять незначительные изменения состояния магнитного поля и его направление. Они применяются в системах навигации, магнитометрии, распознавания образов и определения положения объектов.
Датчики этого типа относятся к генераторному типу датчиков. Конструкции и назначения таких датчиков различна. Они могут использоваться для определения параметров переменных и стационарных магнитных полей. В данном обзоре рассмотрен принцип работы датчика, работающего в постоянном магнитном поле.
Принцип работы индукционных датчиков базируется на способности переменного магнитного поля индуцировать в проводнике электрический ток. При этом ЭДС индукции, появляющаяся в проводнике, пропорциональна скорости изменения магнитного потока через него.
Но в стационарном поле магнитный поток не изменяется. Поэтому для измерения параметров стационарного магнитного поля применяются датчики с катушкой индуктивности, вращающейся с постоянной скоростью. В этом случае магнитный поток будет изменяться с определенной периодичностью. Напряжение на зажимах катушки будет определяться скоростью изменения потока (числом оборотов катушки) и количеством витков катушки.
По известным данным легко вычисляется величина магнитной индукции однородного магнитного поля.
Конструкция датчика показана на рисунке. Он состоит из проводника в качестве которого может выступать катушка индуктивности, расположенной на валу электродвигателя. Съем напряжения с вращающейся катушки осуществляется с помощью щеток. Выходное напряжение на выводах катушки представляет переменное напряжение, величина которого тем больше, чем больше частота вращения катушки индуктивности и чем больше магнитная индукция поля.
Датчики магнитного поля на эффекте Холла используют явление взаимодействия перемещающихся электрических зарядов с магнитным полем.
Суть эффекта поясняется рисунком. Через полупроводниковую пластину пластину протекает ток от внешнего источника.
Пластина находится в магнитном поле, пронизывающем ее в направлении перпендикулярном движению тока. В магнитном поле под действием силы Лоренца электроны отклоняются от прямолинейного движения. Эта сила сдвигает их в направлении перпендикулярном направлению магнитного поля и направлению тока.
В данном случае у верхнего края пластины электронов будет больше, чем у нижнего, т.е. возникает разность потенциалов. Эта разность потенциалов и обуславливает появление выходного напряжения - напряжения Холла. Напряжение Холла пропорционально току и индукции магнитного поля. При постоянном значении тока через пластину оно определяется только значением индукции магнитного поля (рисунок слева).
Чувствительные элементы для датчиков изготовляются из тонких полупроводниковых пластинок или пленок. Эти элементы наклеиваются или напыляются на подложки и снабжаются выводами для внешних подключений.
Датчики магнитного поля с такими чувствительными элементами отличаются высокой чувствительностью и линейным выходным сигналом. Они широко применяются в системах автоматики, в бытовой технике и системах оптимизации работы различных агрегатов.
Схема экспериментальной установки
Иллюстрация: Kasper Jensen et al., 2016, arXiv:1601.03273
Датские и российские ученые разработали неинвазивный метод измерения магнитного поля отдельных нервов, который работает при комнатной температуре и обладает практически неограниченной чувствительностью. О своей работе они сообщили в публикации, препринт которой доступен на сайте arxiv.org.
Сигнал распространяется по нервным волокнам в виде электрического потенциала действия. Регистрация электрической активности нервов критически важна для изучения физиологии нервной системы и диагностики ее заболеваний. Однако для измерения электрического потенциала нервного волокна необходимо соединить его с микроэлектродом, что требует хирургического вмешательства. Кроме того, само подключение электрода может искажать характеристики сигнала.
Поэтому электрическую активность нервов измеряют по создаваемому ей магнитному полю. Это поле очень слабо, и для его регистрации требуются высокоточные методы. С 1980-х годов таким методом служила магнитометрия с помощью сверхпроводящего квантового интерферометра (СКВИД, от англ. SQUID , Superconducting Quantum Interference Device ). Этот метод громоздок, дорогостоящ, требует охлаждения проводника до сверхнизких температур и может измерять только магнитное поле нерва, пропущенного через спираль детектора, что делает его применение в клинике невозможным.
Сотрудники Копенгагенского и Санкт-петербургского университетов использовали в работе модифицированный оптический атомный магнитометр собственной разработки. В основе его действия лежит способность атомов газообразного цезия поляризовать свет под действием внешнего магнитного поля (цезий был выбран из-за высокого давления его насыщенного пара, обеспечивающего высокую точность измерений при комнатной температуре). В качестве источника поляризуемого света используется лазер. Измерение магнитного поля проводится в двух режимах - постоянном и импульсном. Все это помогло достичь точности измерений, ограниченной только квантовыми эффектами; прибор способен зафиксировать магнитные поля индуктивностью менее пикотесла (10 -12 тесла).
Датчик, представляющий собой паровую камеру с цезием, имеет внутренний диаметр 5,3 миллиметра и толщину стенки 0,85 миллиметра, что позволяет проводить высокоточные измерения на расстоянии четырех миллиметров от нервного волокна, то есть, например, через кожу. Испытания на седалищном нерве лягушки позволили при комнатной температуре зарегистрировать электрическую активность нервных волокон и ее изменения в реальном времени.
«Такой магнитометр подходит для медицинской диагностики в таких физиологических и клинических областях как кардиография плода, регистрация синаптических взаимодействий в сетчатке глаза и магнитоэнцефалографии», - пишут авторы исследования.