Magnetométer - Magnetometer

A magnetométer olyan eszköz, amely mágneses mezőt vagy mágneses dipólusnyomatékot mér . Néhány magnetométer méri a mágneses mező irányát, erősségét vagy relatív változását egy adott helyen. Az iránytű az egyik ilyen eszköz, amely a környezeti mágneses mező irányát méri, ebben az esetben a Föld mágneses mezőjét . Más magnetométerek egy mágneses anyag, például ferromágnes mágneses dipólus nyomatékát mérik , például úgy, hogy rögzítik ennek a mágneses dipólusnak a tekercsben az indukált áramra gyakorolt ​​hatását .

Az első magnetométert, amely képes az abszolút mágneses intenzitás mérésére a tér egy pontján, Carl Friedrich Gauss találta fel 1833 -ban, és a 19. századi figyelemre méltó fejlemények közé tartozik a Hall -effektus , amelyet ma is széles körben használnak.

A magnetométereket széles körben használják a Föld mágneses mezőjének mérésére , geofizikai felmérésekben , különböző típusú mágneses anomáliák kimutatására és a mágneses anyagok dipólusnyomatékának meghatározására. Egy repülőgép helyzet és irány referencia rendszer , ők gyakran használják a címsor referencia. A magnetométereket a katonaság mágneses bányákban is használja tengeralattjárók észlelésére. Következésképpen néhány ország, például az Egyesült Államok, Kanada és Ausztrália az érzékenyebb magnetométereket katonai technológiának minősíti, és szabályozza azok eloszlását.

A magnetométerek fémdetektorokként használhatók : csak mágneses ( vas ) fémeket képesek kimutatni, de az ilyen fémeket sokkal nagyobb mélységben képesek észlelni, mint a hagyományos fémdetektorok; képesek nagyméretű tárgyak, például autók észlelésére több tíz méteren, míg a fémdetektor hatótávolsága ritkán haladja meg a 2 métert.

Az elmúlt években a magnetométereket olyan mértékben miniatürizálták, hogy nagyon alacsony költséggel integrálhatók az integrált áramkörökbe , és egyre gyakrabban használják miniatürizált iránytűként ( MEMS mágneses mező érzékelő ).

Bevezetés

Mágneses mezők

A mágneses mezők olyan vektormennyiségek, amelyeket erősség és irány jellemez. A mágneses mező erősségét a tesla mértékegységeiben mérik az SI -egységekben , és gauss -ban a cgs -egységrendszerben . 10 000 gauss egyenlő egy teslával. A Föld mágneses mezőjének méréseit gyakran nanotesla (nT) egységben adják meg, más néven gamma. A Föld mágneses tere 20 000 és 80 000 nT között változhat a helyszíntől függően, a Föld mágneses mezőjének ingadozása 100 nT nagyságrendű, és a mágneses mező eltérései a mágneses anomáliák miatt a picotesla (pT) tartományba eshetnek. A gaussmérők és a teslameterek magnetométerek, amelyek gauss vagy tesla mértékegységben mérnek. Bizonyos esetekben a magnetométer az 1 millitesla (mT) alatti mezők mérésére használt műszer, a gaussmeter pedig az 1 mT -nál nagyobb mérőeszközökre vonatkozik.

A magnetométer típusai

A magnetométer mérésének két alapvető típusa létezik. A vektoros magnetométerek egy mágneses mező vektoros összetevőit mérik. A teljes mezőmágneses vagy skaláris magnetométerek a vektor mágneses mező nagyságát mérik. A Föld mágneses mezőjének tanulmányozására használt magnetométerek deklináció (a mezővektor vízszintes komponense és a valós, vagy földrajzi, északi) szöge és a dőlés (a mezővektor és vízszintes felület).

Az abszolút magnetométerek mérik az abszolút nagyságú vagy vektoros mágneses mezőt egy belső kalibráció vagy a mágneses érzékelő ismert fizikai állandói segítségével. A relatív magnetométerek rögzített, de nem kalibrált alapvonalhoz viszonyítva nagyságot vagy vektor mágneses mezőt mérnek. Variométereknek is nevezik , a relatív magnetométereket a mágneses tér ingadozásának mérésére használják.

A magnetométereket helyzetük vagy rendeltetésük szerint is osztályozni lehet. A helyhez kötött magnetométereket rögzített helyzetbe kell felszerelni, és a méréseket álló helyzetben kell elvégezni. A hordozható vagy mobil magnetométereket mozgás közben kell használni, és mozgó járműben kézzel is szállíthatók vagy szállíthatók. Laboratóriumi magnetométereket használnak a bennük elhelyezett anyagok mágneses mezőjének mérésére, és jellemzően álló helyzetben vannak. A felmérési magnetométereket mágneses mezők mérésére használják geomágneses felmérések során; lehetnek fix bázisállomások, mint például az INTERMAGNET hálózatban, vagy mobil magnetométerek, amelyeket egy földrajzi régió beolvasására használnak.

Teljesítmény és képességek

A magnetométerek teljesítményét és képességeit műszaki leírásuk írja le. A főbb jellemzők közé tartozik

• A mintavételi sebesség a másodpercenként megadott leolvasások száma. Az inverz a ciklusidő másodpercenként olvasásonként. A mintavételi arány fontos a mobil magnetométerekben; a mintavételi arány és a jármű sebessége határozza meg a mérések közötti távolságot.
• A sávszélesség vagy sávszélesség jellemzi, hogy a mágneses mérő mennyire jól követi a mágneses mező gyors változásait. A fedélzeti jelfeldolgozás nélküli magnetométerek esetében a sávszélességet a mintavételi frekvencia által meghatározott Nyquist -határ határozza meg. A modern magnetométerek simítást vagy átlagolást végezhetnek a szekvenciális mintákon, és alacsonyabb zajt érhetnek el alacsonyabb sávszélességért cserébe.
• A felbontás a legkisebb változás a mágneses mezőben, amelyet a magnetométer fel tud oldani. A magnetométer felbontásának jóval kisebbnek kell lennie, mint a legkisebb megfigyelni kívánt változás.
• A kvantálási hibát az adatok digitális kifejezéseinek lekerekítése és csonkolása okozza.
• Az abszolút hiba a magnetométer valódi mágneses tér leolvasása közötti különbség.
• A drift az abszolút hiba időbeli változása.
• A hőstabilitás a mérés függvénye a hőmérséklettől. Hőmérsékleti együtthatóként nT / Celsius fok egységben van megadva.
• A zaj a magnetométer érzékelő vagy az elektronika által generált véletlenszerű ingadozás. A zaj egységben van megadva , ahol a frekvenciakomponens a sávszélességre vonatkozik.${\ displaystyle {\ rm {{nT}/{\ sqrt {\ rm {Hz}}}}}}$
• Az érzékenység a nagyobb zaj vagy felbontás.
• Irányhiba a mérésben bekövetkezett változás, amely a műszer tájolásának állandó mágneses térben történő megváltozása miatt következik be.
• A halott zóna a magnetométer orientációjának szögtartománya, amelyben a műszer gyenge vagy semmilyen mérést nem produkál. Minden optikailag szivattyúzott, protonmentes precesszió és az Overhauser magnetométerek némi halott zóna hatást tapasztalnak.
• A gradienstolerancia a magnetométer azon képessége, hogy megbízható mérést végezzen mágneses mező gradiens jelenlétében . A fel nem robbant lőszerek vagy hulladéklerakók felméréseiben a lejtők nagyok lehetnek.

Korai magnetométerek

Az iránytű, amely mágnesezett tűből áll, amelynek iránya a környezeti mágneses mező hatására megváltozik, egy egyszerű típusú magnetométer, amely a mező irányát méri. A mágnesezett tű oszcillációs frekvenciája arányos a környezeti mágneses mező erősségének négyzetgyökével; így például a vízszintesen elhelyezett iránytű tűjének lengési frekvenciája arányos a környezeti mező vízszintes intenzitásának négyzetgyökével.

1833 -ban Carl Friedrich Gauss , a göttingeni Geomagnetikus Obszervatórium vezetője publikációt közölt a Föld mágneses mezőjének méréséről. Egy új műszert írt le, amely egy aranyszálból vízszintesen felfüggesztett állandó rúdmágnesből állt . A oszcilláció mágnesezése és mágnesezése közötti oszcillációk különbsége lehetővé tette Gauss számára, hogy abszolút értéket számítson ki a Föld mágneses mezőjének erősségére.

A Gauss , a CGS egység mágneses fluxussűrűség nevezték tiszteletére, definíció szerint az egyik Maxwell négyzetcentiméterenként; ez 1 × ^10-4 tesla ( SI egység ).

Francis Ronalds és Charles Brooke 1846 -ban önállóan feltalálták a magnetográfokat, amelyek fényképek segítségével folyamatosan rögzítették a mágnes mozgását , így megkönnyítve a megfigyelők terhelését. Edward Sabine és mások gyorsan használták őket egy globális mágneses felmérésben, és a frissített gépeket a 20. században is használták.

Laboratóriumi magnetométerek

A laboratóriumi magnetométerek mérik a mágneseződést , más néven a mintaanyag mágneses momentumát . A felmérési magnetométerekkel ellentétben a laboratóriumi magnetométerek megkövetelik a minta behelyezését a magnetométerbe, és gyakran a minta hőmérsékletét, mágneses mezőjét és egyéb paramétereit lehet szabályozni. A minta mágnesezése elsősorban az atomjaiban lévő párosítatlan elektronok sorrendjétől függ , többek között a nukleáris mágneses momentumok , a Larmor -diamagnetizmus kisebb hozzájárulásával . Rendelési mágneses pillanatok elsősorban minősíteni diamágnesesek , paramágneses , ferromágneses vagy antiferromágneses (bár az állattan mágneses rendelés is ferrimágneses , helimagnetic , toroid , spinüveg , stb.) A mágnesezésnek a hőmérséklet és a mágneses mező függvényében történő mérése nyomokat adhat a mágneses elrendezés sorrendjére, valamint a fázisátmenetekre a különböző típusú mágneses sorrendek között, amelyek kritikus hőmérsékleten vagy mágneses mezőben fordulnak elő. Ez a fajta magnetometriai mérés nagyon fontos az anyagok mágneses tulajdonságainak megértéséhez a fizikában , a kémiában , a geofizikában és a geológiában , valamint néha a biológiában .

SQUID (szupravezető kvantum interferencia eszköz)

A SQUID egyfajta magnetométer, amelyet felmérésként és laboratóriumi magnetométerként is használnak. A SQUID magnetometria rendkívül érzékeny abszolút magnetometria technika. Azonban a SQUID -ek zajérzékenyek, ezért nem praktikusak, mint laboratóriumi magnetométerek nagy egyenáramú mágneses mezőkben és impulzusos mágnesekben. A kereskedelmi forgalomban kapható SQUID magnetométerek 300 mK és 400 kelvin közötti hőmérsékletre és 7 tesla mágneses mezőre állnak rendelkezésre.

Induktív hangszedő tekercsek

Az induktív hangszedő tekercsek (más néven induktív érzékelők) az anyag mágneses dipólusnyomatékát méri a tekercsben a minta változó mágneses momentuma miatt indukált áram érzékelésével. A minta mágnesezettsége megváltoztatható egy kis váltóáramú mágneses mező (vagy gyorsan változó egyenáramú mező) alkalmazásával, mint a kondenzátor által hajtott impulzusos mágneseknél. Ezekhez a mérésekhez különbséget kell tenni a minta által előállított mágneses mező és a külső alkalmazott mező között. Gyakran a törlőtekercsek speciális elrendezését használják. Például a felszedő tekercs fele az egyik, a másik fele a másik irányba van feltekerve, és a minta csak az egyik felébe kerül. A külső egyenletes mágneses mezőt a tekercs mindkét fele észleli, és mivel ellencsévéltek, a külső mágneses mező nem ad nettó jelet.

VSM (vibráló minta magnetométer)

A vibráló minta magnetométerek (VSM-ek) érzékelik a minta dipólusnyomatékát úgy, hogy mechanikusan rezegtetik a mintát egy induktív felvevőtekercs belsejében vagy egy SQUID tekercs belsejében. A tekercsben az indukált áramot vagy a változó fluxust mérik. A rezgést jellemzően motor vagy piezoelektromos hajtómű hozza létre. A VSM technika általában nagyságrendekkel kevésbé érzékeny, mint a SQUID magnetometria. A VSM -ek SQUID -ekkel kombinálhatók, hogy olyan rendszert hozzanak létre, amely érzékenyebb, mint bármelyik külön -külön. A minta rezgéséből adódó hő korlátozhatja a VSM alaphőmérsékletét, jellemzően 2 Kelvinre. A VSM praktikus a gyors gyorsulásra érzékeny törékeny minta mérésére is.

Impulzusmezős extrakciós magnetometria

Az impulzusmezős extrakciós magnetometria egy másik módszer, amely felszedő tekercseket használ a mágnesezés mérésére. Ellentétben a VSM-ekkel, ahol a minta fizikailag vibrál, az impulzusmezős extrakciós magnetometriában a minta rögzítve van, és a külső mágneses mező gyorsan változik, például egy kondenzátoros mágnesben. Ezután a többféle technika egyikét kell használni a külső mező törléséhez a minta által létrehozott mezőből. Ide tartoznak az ellentekercselt tekercsek, amelyek megszüntetik a külső egységes mezőt, és a háttérmérések, amikor a mintát eltávolítják a tekercsből.

Nyomaték magnetometria

A mágneses nyomaték magnetometria még érzékenyebb is lehet, mint a SQUID magnetometria. A mágneses nyomaték magnetometria azonban nem méri közvetlenül a mágnesességet, mint az összes korábban említett módszer. A mágneses nyomaték magnetometria ehelyett a minta μ mágneses momentumára ható τ nyomatékot méri egy egyenletes B mágneses mező eredményeként, τ = μ × B. A nyomaték tehát a minta mágneses vagy alakja anizotrópiájának mértéke. Bizonyos esetekben a minta mágnesezése kivonható a mért nyomatékból. Más esetekben a mágneses nyomatékmérést használják a mágneses fázisátmenetek vagy kvantumrezgések kimutatására . A mágneses nyomaték mérésének leggyakoribb módja, ha a mintát egy konzolra szerelik fel, és az elmozdulást a konzol és a közeli rögzített tárgy közötti kapacitásméréssel , vagy a konzol piezoelektromosságának mérésével vagy a konzol felületének optikai interferometriájával mérik. .

Faraday -erő magnetometria

A Faraday -erő magnetometria azt a tényt használja, hogy a térbeli mágneses mező gradiens olyan erőt állít elő, amely mágnesezett tárgyra hat, F = (M⋅∇) B. A Faraday -erő magnetometriájában a mintára ható erő mérhető skálával (a minta érzékeny mérlegre akasztásával), vagy rugóval szembeni elmozdulással. Általában kapacitív mérőcellát vagy konzolokat használnak érzékenysége, mérete és a mechanikus alkatrészek hiánya miatt. A Faraday -erő magnetometria körülbelül egy nagyságrenddel kevésbé érzékeny, mint a SQUID. A Faraday -erő magnetometria legnagyobb hátránya, hogy bizonyos eszközöket igényel nemcsak mágneses mező előállítására, hanem mágneses mező gradiens előállítására is. Míg ez speciális pólusfelületek használatával érhető el, a gradiens tekercsek használatával sokkal jobb eredmény érhető el. A Faraday Force magnetometria egyik fő előnye, hogy kicsi és ésszerűen tolerálja a zajt, és így sokféle környezetben alkalmazható, beleértve a hígító hűtőszekrényt is . A Faraday -erő magnetometriáját a nyomaték jelenléte is bonyolíthatja (lásd az előző technikát). Ezt meg lehet kerülni úgy, hogy a gradiens mezőt az alkalmazott egyenáramú mezőtől függetlenül változtatjuk, így a nyomaték és a Faraday -erő hozzájárulása elválasztható, és/vagy olyan Faraday -erőmágnes -mérőt tervezünk, amely megakadályozza a minta elforgatását.

Optikai magnetometria

Az optikai magnetometria különféle optikai technikákat alkalmaz a mágnesezés mérésére. Az egyik ilyen technika, a Kerr-magnetometria a mágneses-optikai Kerr-effektust használja. Ebben a technikában a beeső fény a minta felületére irányul. A fény nemlineárisan kölcsönhatásba lép a mágnesezett felülettel, így a visszavert fény elliptikus polarizációval rendelkezik, amelyet egy detektor mér. Az optikai magnetometria egy másik módszere a Faraday -féle rotációs magnetometria . A Faraday Rotation Magnetometry nemlineáris magneto-optikai forgást alkalmaz a minta mágnesezésének mérésére. Ennél a módszernél Faraday -moduláló vékonyréteget visznek fel a mérendő mintára, és egy képsorozatot készítenek a visszavert fény polarizációját érzékelő kamerával. A zaj csökkentése érdekében ezután több képet átlagolunk. Ennek a módszernek az egyik előnye, hogy lehetővé teszi a mágneses jellemzők feltérképezését a minta felületén. Ez különösen akkor lehet hasznos, ha olyan dolgokat tanulmányozunk, mint a szupravezetőkre gyakorolt ​​Meissner -hatás. Mikrogyártású optikailag szivattyúzott magnetométerekkel (µOPM) lehet pontosabban kimutatni az agyrohamok eredetét és kevesebb hőt termelni, mint a jelenleg rendelkezésre álló szupravezető kvantum interferencia eszközök, ismertebb nevén SQUID . A készülék polarizált fény segítségével szabályozza a rubídium atomok centrifugálását, amelyekkel a mágneses mező mérhető és figyelhető.

Felmérési magnetométerek

A felmérési magnetométerek két alaptípusra oszthatók:

• A skaláris magnetométerek mérik a mágneses mező teljes erősségét, amelyre ki vannak téve, de nem az irányát
• A vektoros magnetométerek képesek mérni a mágneses mező összetevőit egy adott irányban,az eszköz térbeli orientációjához képest.

A vektor egy nagyságú és irányú matematikai entitás. A Föld mágneses tere egy adott ponton vektor. A mágneses iránytűt úgy tervezték, hogy vízszintes csapágyirányt adjon , míg a vektoros magnetométer a teljes mágneses mező nagyságát és irányát méri. Három ortogonális érzékelőre van szükség a mágneses mező összetevőinek mindhárom dimenzióban történő méréséhez.

Akkor is "abszolútnak" minősülnek, ha a mező erőssége a saját ismert belső állandókból kalibrálható, vagy "relatív", ha egy ismert mező alapján kell kalibrálni.

A magnetográf egy magnetométer, amely folyamatosan rögzíti az adatokat.

A magnetométerek akkor is besorolhatók "AC" -hoz, ha viszonylag gyorsan változó mezőket mérnek (> 100 Hz), és "DC" -et, ha csak lassan (kvázi-statikus) vagy statikus mezőket mérnek. A váltakozó áramú magnetométereket elektromágneses rendszerekben (például magnetotellurikákban ) használják, az egyenáramú magnetométereket pedig a mineralizáció és a megfelelő geológiai szerkezetek kimutatására.

Skaláris magnetométerek

Protonprecessziós magnetométer

A protonprecessziós magnetométerek , más néven protonmagnetométerek , PPM -ek vagy egyszerűen mágnesek, méri a protonok (hidrogénmagok) rezonancia frekvenciáját a mérendő mágneses mezőben, a nukleáris mágneses rezonancia (NMR) miatt. Mivel a precessziós frekvencia csak az atomállandóktól és a környezeti mágneses tér erősségétől függ, az ilyen típusú magnetométer pontossága elérheti az 1 ppm -et .

A mágnesszelepben áramló egyenáram erős mágneses teret hoz létre egy hidrogénben gazdag folyadék körül (a kerozin és a dekán népszerűek, sőt víz is használható), ami miatt a protonok egy része igazodik ehhez a mezőhöz. Az áram ekkor megszakad, és ahogy a protonok igazodnak a környezeti mágneses mezőhöz, olyan frekvencián haladnak előre, amely közvetlenül arányos a mágneses mezővel. Ez gyenge forgó mágneses mezőt hoz létre, amelyet egy (néha különálló) induktor felvesz, elektronikusan felerősít , és egy digitális frekvenciaszámlálóhoz táplál, amelynek kimenete jellemzően skálázott, és közvetlenül térerősségként vagy digitális adatként jelenik meg.

A kézben/hátizsákban hordott egységeknél a PPM mintavételi sebessége általában kevesebb mint egy minta másodpercenként. A méréseket általában úgy végzik, hogy az érzékelőt rögzített helyeken tartják, körülbelül 10 méteres lépésekben.

A hordozható műszereket az érzékelő térfogata (súlya) és az energiafogyasztás is korlátozza. A PPM -ek akár 3000 nT/m -es terepi lejtőkben is működnek, ami a legtöbb ásványkutatási munkához megfelelő. A magasabb gradienstolerancia érdekében, mint például a sávos vasképződmények feltérképezése és a nagy méretű vas tárgyak észlelése, az Overhauser magnetométerek 10 000 nT/m, a cézium magnetométerek pedig 30 000 nT/m -t képesek kezelni.

Viszonylag olcsóak (<8 000 USD), és valamikor széles körben használták az ásványkutatásban. Három gyártó uralja a piacot: GEM Systems, Geometrics és Scintrex. A népszerű modellek közé tartozik a G-856/857, a Smartmag, a GSM-18 és a GSM-19T.

Az ásványok feltárása érdekében ezeket Overhauser, cézium és kálium műszerek váltották fel, amelyek mindegyike gyors ciklusú, és nem szükséges, hogy a kezelő szüneteljen a leolvasások között.

Overhauser hatású magnetométer

Az Overhauser -hatású magnetométer vagy az Overhauser -magnetométer ugyanazt az alapvető hatást használja, mint a protonprecessziós magnetométer a mérésekhez. Ha szabad gyököket ad a mérőfolyadékhoz , a nukleáris Overhauser -effektus kihasználható a protonprecessziós magnetométer jelentős javítására. Ahelyett, hogy a protonokat mágnesszeleppel igazítanák , alacsony teljesítményű rádiófrekvenciás mezőt használnak a szabad gyökök elektronpörgetésének igazítására (polarizálására), amely az Overhauser-effektuson keresztül kapcsolódik a protonokhoz. Ennek két fő előnye van: az RF mező meghajtása az energia töredékét veszi igénybe (lehetővé teszi a könnyebb akkumulátorok használatát a hordozható egységek számára), és gyorsabb mintavételt, mivel az elektron-proton csatolás akár mérés közben is megtörténhet. Az Overhauser magnetométer 0,01 nT és 0,02 nT közötti szórással ad leolvasást, miközben másodpercenként egyszer vesz mintát.

Cézium -gőz magnetométer

Az optikailag szivattyúzott cézium -gőz magnetométer egy nagyon érzékeny (300 fT/Hz ^0,5 ) és pontos eszköz, amelyet számos alkalmazásban használnak. Az egyik ilyen alkáli gőz (beleértve a rubídiumot és a káliumot ) egyike.

A készülék nagyrészt egy fotonkibocsátóból , például lézerből, egy abszorpciós kamrából, amely céziumgőzt kever egy " puffergázzal ", amelyen keresztül a kibocsátott fotonok áthaladnak, és egy ilyen sorrendben elhelyezett fotondetektorból. A puffergáz általában hélium vagy nitrogén, és ezeket használják a céziumgőz atomok közötti ütközések csökkentésére.

Az alapelv az, hogy lehetővé teszi az eszköz működését az a tény, hogy a cézium atom létezik semmilyen kilenc energiaszintet , ami lehet informálisan úgy, mint az elhelyezés elektron atomi pályák körül atommag . Amikor a cézium atomja a kamrában találkozik a lézer fotonjával, az magasabb energiájú állapotba gerjed, fotont bocsát ki, és meghatározatlan alacsonyabb energiaállapotba esik. A céziumatom kilenc energiaállapotából háromban "érzékeny" a lézerből származó fotonokra, ezért zárt rendszert feltételezve végül minden atom olyan állapotba kerül, amelyben a lézerből származó összes foton akadálytalanul áthalad, és fotondetektorral mérik. A céziumgőz átlátszóvá vált. Ez a folyamat folyamatosan történik, hogy minél több elektronot tartson fenn ebben az állapotban.

Ezen a ponton a mintát (vagy populációt) optikailag szivattyúzzák, és készen állnak a mérésre. Amikor egy külső mezőt alkalmaz, megszakítja ezt az állapotot, és az atomok különböző állapotokba kerülnek, ami a gőzt kevésbé átlátszóvá teszi. A fotóérzékelő meg tudja mérni ezt a változást, és ezért a mágneses mező nagyságát.

A cézium magnetométer leggyakoribb típusában nagyon kicsi AC mágneses mezőt alkalmaznak a cellára. Mivel az elektronok energiaszintjének különbségét a külső mágneses mező határozza meg, van egy frekvencia, amelynél ez a kis váltakozó áramú mező megváltoztatja az elektronok állapotát. Ebben az új állapotban az elektronok ismét képesek elnyelni egy fény fotont. Ez jelzést eredményez egy fotóérzékelőn, amely méri a cellán áthaladó fényt. A kapcsolódó elektronika ezt a tényt használja fel, hogy pontosan a külső mezőnek megfelelő frekvenciájú jelet hozzon létre.

A cézium magnetométer egy másik típusa modulálja a cellára kifejtett fényt. Ezt a Bell-Bloom magnetométernek nevezik a két tudós után, akik először vizsgálták a hatást. Ha a fényt a Föld mezőjének megfelelő frekvencián kapcsolják be és ki, akkor a fotóérzékelőn látható jel megváltozik. Ismételten, a kapcsolódó elektronika ezt használja, hogy pontosan a külső mezőnek megfelelő frekvenciájú jelet hozzon létre. Mindkét módszer nagy teljesítményű magnetométerekhez vezet.

Kálium gőz magnetométer

A kálium az egyetlen optikailag szivattyúzott magnetométer, amely egyetlen, keskeny elektron spin rezonancia (ESR) vonalon működik, ellentétben más alkáli gőz magnetométerekkel, amelyek szabálytalan, összetett és széles spektrumú vonalakat és héliumot használnak az eredendően széles spektrális vonallal.

Alkalmazások

A cézium- és kálium -magnetométereket általában akkor használják, ha a protonmágnes -mérőnél nagyobb teljesítményű magnetométerre van szükség. A régészetben és a geofizikában, ahol az érzékelő végigsöpör egy területen, és sok pontos mágneses mező mérésre van szükség, a cézium- és kálium -magnetométerek előnyösek a proton -magnetométerrel szemben.

A cézium- és kálium -magnetométer gyorsabb mérési sebessége lehetővé teszi az érzékelő gyorsabb mozgatását a területen adott számú adatpont esetén. A cézium és kálium magnetométerek érzéketlenek az érzékelő forgására a mérés során.

A cézium- és kálium -magnetométerek alacsonyabb zajszintje lehetővé teszi, hogy ezek a mérések pontosabban mutassák a helyszíni változásokat.

Vektor magnetométerek

A vektoros magnetométerek elektronikusan mérik a mágneses mező egy vagy több összetevőjét. Három ortogonális magnetométerrel mind az azimut, mind a dip (dőlés) mérhető. Ha az összetevők négyzetösszegének négyzetgyökét vesszük, a Pythagorasz -tétel alapján kiszámítható a teljes mágneses térerősség (más néven teljes mágneses intenzitás, TMI) .

A vektoros magnetométerek hőmérsékleti eltéréseknek és a ferritmagok méretbeli instabilitásának vannak kitéve. A teljes mezős (skaláris) műszerekkel ellentétben szintezést is igényelnek az alkatrészinformációk megszerzéséhez. Ezen okok miatt már nem használják ásványok feltárására.

Forgó tekercs magnetométer

A mágneses mező szinuszhullámot vált ki egy forgó tekercsben . A jel amplitúdója arányos a mező erősségével, feltéve, hogy egyenletes, és a tekercs forgástengelye és a mezővonalak közötti szög szinuszával . Ez a típusú magnetométer elavult.

Hall -hatású magnetométer

A legelterjedtebb mágneses érzékelő eszközök a szilárdtest Hall-effektusok . Ezek az érzékelők az alkalmazott mágneses mezővel arányos feszültséget termelnek, és érzékelik a polaritást is. Ezeket olyan alkalmazásokban használják, ahol a mágneses térerő viszonylag nagy, például az autók blokkolásgátló fékrendszereiben , amelyek érzékelik a kerék forgási sebességét a keréktárcsák résein keresztül.

Mágneses rezisztens eszközök

Ezek vékony Permalloy csíkokból készülnek , nagy mágneses áteresztőképességű , nikkel-vas ötvözetből, amelynek elektromos ellenállása a mágneses tér változásával változik. Jól meghatározott érzékenységi tengelyük van, 3-D változatban is előállíthatók és integrált áramkörként sorozatgyártásban is előállíthatók. Válaszidejük kevesebb, mint 1 mikroszekundum, és akár 1000 -szer másodpercenként mintavételezhetők mozgó járművekben. Használhatók 1 ° -on belül olvasható iránytűkben, amelyekhez az alapul szolgáló érzékelőnek megbízhatóan fel kell oldania a 0,1 ° -ot.

Fluxgate magnetométer

A fluxuszsilipes magnetometer találta H. Aschenbrenner és G. Goubau 1936 A csapat Gulf Research Laboratories által vezetett Victor VACQUIER kifejlesztett fedélzeti fluxuszsilipes magnetométereket kimutatására tengeralattjárók alatt a második világháború és a háború után megerősítette az elmélet lemeztektonika azok alkalmazásával mérni a mágneses minták eltolódását a tengerfenéken.

A fluxgate magnetométer egy kis mágneses érzékeny magból áll, amelyet két tekercs huzal tekercsel. Egy tekercsen váltakozó elektromos áramot vezetnek át, amely a magot a mágneses telítettség váltakozó ciklusán keresztül hajtja ; azaz mágnesezve, mágnesezetlenül, fordítva mágnesezve, mágnesezetlenül, mágnesezve stb. Ez az állandóan változó mező elektromos áramot indukál a második tekercsben, és ezt a kimeneti áramot egy detektor méri. Mágnesesen semleges háttérben a bemeneti és kimeneti áramok megegyeznek. Ha azonban a magot egy háttérmezőnek teszik ki, akkor könnyebben telíthető a mezőhöz igazodva, és kevésbé könnyen telítődik vele szemben. Ezért a váltakozó mágneses mező és az indukált kimeneti áram nem lép fel a bemeneti árammal. Ennek mértéke a háttér mágneses mező erősségétől függ. Gyakran a kimeneti tekercsben lévő áram integrálva van, és a mágneses mezővel arányos analóg kimeneti feszültséget eredményez.

Jelenleg sokféle érzékelő áll rendelkezésre, amelyeket mágneses mezők mérésére használnak. A fluxgate iránytű és a gradiométer méri a mágneses mezők irányát és nagyságát. A fluxgaták megfizethetőek, strapabíróak és kompaktak, a miniatürizálás pedig a közelmúltban elérte a teljes érzékelőmegoldásokat IC -chipek formájában, beleértve a tudományos élet és az ipar példáit. Ez, valamint jellemzően alacsony energiafogyasztásuk ideálissá teszi őket különféle érzékelési alkalmazásokhoz. A gradiométereket általában régészeti kutatásokhoz és fel nem robbant lőszer (UXO) felderítéséhez használják, például a német hadsereg népszerű Foersterét .

A tipikus fluxgate magnetométer egy "érzékelő" (másodlagos) tekercsből áll, amely körülvesz egy belső "meghajtó" (elsődleges) tekercset, amely szorosan fel van tekerve egy erősen áteresztő maganyag, például mu-fém vagy permalloy körül . A hajtás tekercselésére váltakozó áramot vezetnek, amely a magot folyamatosan ismétlődő telítési és telítettségi ciklusban hajtja. Egy külső mező számára a mag váltakozva gyengén és erősen áteresztő. A magot gyakran toroidan becsomagolt gyűrű vagy pár lineáris elem alkotja, amelyek meghajtó tekercselései ellentétes irányban vannak feltekerve. Az ilyen zárt fluxusút minimálisra csökkenti a hajtás és az érzékelő tekercsek közötti kapcsolást. Külső mágneses mező jelenlétében, amikor a mag erősen áteresztő állapotban van, az ilyen mező helyileg vonzódik vagy kapuzódik (innen a fluxgate név) az érzékelő tekercselés révén. Ha a mag gyengén áteresztő, a külső mező kevésbé vonzódik. A külső mező folyamatos kapu az érzékelő tekercselésbe és ki, indukál egy jelet az érzékelő tekercselésben, amelynek fő frekvenciája kétszerese a meghajtási frekvenciának, és erőssége és fázisorientációja közvetlenül változik a külső mező nagyságától és polaritásától függően.

Vannak további tényezők, amelyek befolyásolják a kapott jel méretét. Ezek a tényezők magukban foglalják az érzékelőtekercsben lévő fordulatok számát, a mag mágneses áteresztőképességét, az érzékelő geometriáját és az idő függvényében bekövetkező változó áramlási sebességet.

A fázisszinkron érzékelést ezeknek a harmonikus jeleknek az érzékelő tekercsből történő kinyerésére és a külső mágneses mezővel arányos egyenfeszültségre alakítására használják. Aktív áramvisszacsatolás is alkalmazható, így az érzékelő tekercselés a külső mező ellensúlyozására szolgál. Ilyen esetekben a visszacsatolóáram lineárisan változik a külső mágneses mezővel, és a mérés alapjául szolgál. Ez segít ellensúlyozni a vele járó nemlinearitást az alkalmazott külső térerősség és az érzékelő tekercsen keresztül áramló fluxus között.

SQUID magnetométer

A SQUID -k vagy szupravezető kvantuminterferencia -eszközök rendkívül kicsi változásokat mérnek a mágneses mezőkben. Nagyon érzékeny vektoros magnetométerek, a zajszint a kereskedelmi műszerekben akár 3 fT Hz ^½ , a kísérleti eszközökben pedig 0,4 fT Hz ^½ . Sok folyékony-héliummal hűtött kereskedelmi SQUID készülék lapos zajspektrumot ér el, közel DC-től (kevesebb, mint 1 Hz) és több tíz kilohertzig, így az ilyen eszközök ideálisak az időtartományú biomágneses jel méréséhez. A laboratóriumokban eddig bemutatott SERF atomi magnetométerek versenyképes zajszintet érnek el, de viszonylag kis frekvenciatartományban.

A SQUID magnetométerek hűtést igényelnek folyékony héliummal (4,2  K ) vagy folyékony nitrogén (77 K ) működtetéséhez, ezért a használatukra vonatkozó csomagolási követelmények meglehetősen szigorúak mind termikus-mechanikai, mind mágneses szempontból. A SQUID magnetométereket leggyakrabban a laboratóriumi minták által előállított mágneses mezők mérésére használják, az agy vagy a szív aktivitására is ( magnetoencephalography és magnetocardiography ). A geofizikai felmérések időről időre SQUID -eket használnak, de a SQUID hűtésének logisztikája sokkal bonyolultabb, mint más, szobahőmérsékleten működő magnetométerek.

Spin-exchange relaxációs mentes (SERF) atomi magnetométerek

Elég nagy atomsűrűség mellett rendkívül nagy érzékenység érhető el. A kálium- , cézium- vagy rubídium- gőzt tartalmazó centrifugálás-ellazulásmentes ( SERF ) atommagnetométerek a fent leírt cézium-magnetométerekhez hasonlóan működnek, de elérhetik az 1 fT Hz ^½- nél alacsonyabb érzékenységet . A SERF magnetométerek csak kis mágneses mezőkben működnek. A Föld mezeje körülbelül 50 µT ; A SERF magnetométerek 0,5 µT alatti mezőkben működnek.

A nagy térfogatú érzékelők 200 aT Hz ^½ érzékenységet értek el . Ez a technológia nagyobb érzékenységet mutat egységnyi térfogatra, mint a SQUID érzékelők. A technológia nagyon kicsi magnetométereket is előállíthat, amelyek a jövőben helyettesíthetik a változó mágneses mezők észlelésére szolgáló tekercseket. Ez a technológia előállíthat egy mágneses érzékelőt, amelynek minden bemeneti és kimeneti jele fény formájában van száloptikai kábeleken. Ez lehetővé teszi a mágneses mérést nagy elektromos feszültség közelében.

A magnetométerek kalibrálása

A magnetométerek kalibrálását általában tekercsek segítségével végzik, amelyeket elektromos áram szolgáltat, hogy mágneses teret hozzon létre. Lehetővé teszi a magnetométer érzékenységének jellemzését (V/T). Sok alkalmazásban a kalibráló tekercs homogenitása fontos jellemző. Emiatt az olyan tekercseket, mint a Helmholtz tekercseket , általában egy- vagy háromtengelyes konfigurációban használják. Igényes alkalmazások esetén kötelező a nagy homogenitású mágneses mező, ilyen esetekben a mágneses mező kalibrálása elvégezhető Maxwell tekercs , koszinusz tekercsek vagy kalibrálás segítségével a rendkívül homogén Föld mágneses mezőjében .

Felhasználások

A magnetométerek nagyon sokféle alkalmazási területtel rendelkeznek, beleértve a tárgyak, például tengeralattjárók, elsüllyedt hajók, az alagútfúró gépek veszélyei, a szénbányák veszélyei, a fel nem robbant lőszer, a mérgező hulladék dobok, valamint az ásványi lerakódások és geológiai szerkezetek széles skáláját. Alkalmazásaik a szívverés-monitorokban, a fegyverrendszerek pozícionálásában, a blokkolásgátló fékek érzékelőiben, az időjárás-előrejelzésben (napciklusokon keresztül), az acéloszlopokban, a fúróvezetési rendszerekben, a régészetben, a lemeztektonikában, valamint a rádióhullámok terjedésében és a bolygók feltárásában is megtalálhatók. A laboratóriumi magnetométerek meghatározzák a mágneses minta mágneses dipólusnyomatékát, jellemzően a hőmérséklet , a mágneses mező vagy más paraméter függvényében. Ez segít felfedni mágneses tulajdonságait, például a ferromágnesességet , az antiferromágnesességet , a szupravezető képességet vagy a mágnesességet befolyásoló egyéb tulajdonságokat .

Az alkalmazástól függően a magnetométereket űrhajókba, repülőgépekbe ( rögzített szárnyú magnetométerek), helikopterekbe ( csípő és madár ), a talajra ( hátizsák ) lehet telepíteni, és a quadok (ATV -k) mögötti távolságra vontatni ( szánon vagy pótkocsin ) , süllyesztik fúrásokba ( szerszám , szonda vagy szonda ), és csónakok mögé vontatják ( vontatott halak ).

Mechanikus feszültségmérés

A magnetométereket a ferromágneses anyagok mechanikai feszültségének mérésére vagy megfigyelésére használják. A mechanikai igénybevétel javítja a mágneses tartományok mikroszkopikus léptékű igazítását, ami megemeli a mágneses mezőt, amelyet az anyaghoz közelítenek a magnetométerek. A stressz-mágnesezettség kapcsolatáról különböző hipotézisek léteznek. Azonban a mechanikai igénybevétel hatása a mért mágneses mezőre a minta közelében számos tudományos publikációban bizonyított. Törekedtek a mágnesezés-feszültség feloldásának fordított problémájának megoldására annak érdekében, hogy a mért mágneses mező alapján számszerűsítsék a feszültséget.

Gyorsító fizika

A magnetométereket széles körben használják a kísérleti részecskefizikában a kulcsfontosságú komponensek, például a koncentráció vagy a fókuszáló sugármágnesek mágneses mezőjének mérésére.

Régészet

A magnetométereket régészeti lelőhelyek , hajóroncsok és egyéb eltemetett vagy víz alá került tárgyak észlelésére is használják . A fluxgate gradiométerek népszerűek kompakt konfigurációjuk és viszonylag alacsony költségeik miatt. A gradiométerek fokozzák a sekély vonásokat, és nem teszik szükségessé a bázisállomást. A cézium és az Overhauser magnetométerek is nagyon hatékonyak, ha gradiométerekként vagy bázisállomásokkal ellátott egyérzékelő rendszerekként használják őket.

A Time Team TV -műsor népszerűsítette a „geofizikákat”, beleértve a régészeti munkában használt mágneses technikákat tűzrakások, sült téglafalak és mágneses kövek, például bazalt és gránit felderítésére. A sétapályák és az utak néha feltérképezhetők differenciális tömörítéssel mágneses talajokban, vagy zavarásokkal az agyagokban, például az Alföldön . A szántott mezők mágneses zajforrásként viselkednek az ilyen felmérések során.

Aurora

A magnetométerek jelezhetik az aurorális aktivitást, mielőtt az aurora fénye láthatóvá válik. A magnetométerek hálója világszerte folyamatosan méri a napszél hatását a Föld mágneses mezőjére, amelyet aztán közzétesznek a K-indexen .

Szén feltárása

Míg a magnetométerek felhasználhatók a medence alakjának regionális léptékű feltérképezésére, gyakrabban használják a szénbányászat veszélyeinek feltérképezésére, mint például a bazaltos behatolások ( gátak , küszöbök és vulkáni dugók ), amelyek elpusztítják az erőforrásokat és veszélyesek a hosszúfalú bányászati ​​berendezésekre . A magnetométerek a villám és a sziderit (szennyeződés a szénben) által meggyújtott zónákat is megtalálhatják .

A legjobb felmérési eredményeket a földön érik el a nagy felbontású felmérésekben (kb. 10 m sortávolsággal és 0,5 m állomástávolsággal). A görényt használó furatos magnetométerek akkor is segíthetnek, ha a szénvarratok mélyek, több küszöb használatával vagy a felszíni bazaltáramlás alatt.

A modern felmérések általában GPS -technológiájú magnetométereket használnak a mágneses mező és helyük automatikus rögzítésére. Az adatkészletet ezután egy második magnetométer (bázisállomás) adataival korrigálják, amely helyben marad, és rögzíti a Föld mágneses mezőjének változását a felmérés során.

Irányított fúrás

A magnetométereket olaj vagy gáz irányított fúrásában használják a fúrógép közelében lévő fúrószerszámok azimutjának kimutatására . Ezeket leggyakrabban gyorsulásmérőkkel párosítják a fúrószerszámokban, így megtalálható a fúró dőlése és azimutja.

Katonai

Védelmi célokra a haditengerészet stratégiai helyeken (azaz kikötők környékén) a tengerfenéken elhelyezett magnetométereket használ a tengeralattjárók tevékenységének megfigyelésére. Az orosz Alfa osztályú titán tengeralattjárókat nagy költséggel tervezték és építették az ilyen rendszerek meghiúsítására (mivel a tiszta titán nem mágneses).

A katonai tengeralattjárókat leszerelik- rendszeres időközönként nagy víz alatti hurkokon áthaladva-, hogy segítsenek elkerülni a tengerfenéki megfigyelőrendszerek, a mágneses anomáliaérzékelők és a mágnesesen kiváltott aknák észlelését . A tengeralattjárókat azonban soha nem kell teljesen mágnesezni. A tengeralattjáró mélységét meg lehet határozni a mágneses mező mérésével, amely torzul, mivel a nyomás torzítja a hajótestet és ezáltal a mezőt. A fűtés megváltoztathatja az acél mágnesezését is.

A tengeralattjárók hosszú szonár tömböket vontatnak a hajók észlelésére, és még a különböző propellerzajokat is felismerik. A szonár tömböket pontosan kell elhelyezni, hogy háromszögelni tudják az irányt a célokhoz (pl. Hajók). A tömbök nem húzódnak egyenes vonalban, ezért fluxgate magnetométereket használnak a tömb minden szonárcsomópontjának orientálására.

A fluxgatátok fegyverek navigációs rendszereiben is használhatók, de ezeket nagyrészt felváltotta a GPS és a gyűrűs lézeres giroszkóp .

Magnetométereket, mint például a német Foerster, használnak a vasfegyverek felderítésére. A cézium- és az Overhauser -magnetométereket a régi bombázási és vizsgálati tartományok felkutatására és segítésére használják.

Az UAV hasznos terhelései közé tartoznak a magnetométerek is számos védekező és támadó feladathoz.

Ásványkutatás

A magnetometriai felmérések hasznosak lehetnek az ércet reprezentáló mágneses anomáliák (közvetlen észlelés), vagy bizonyos esetekben az érclerakódásokhoz kapcsolódó ásványok meghatározásában (közvetett vagy következtetéses). Ide tartozik a vasérc , a magnetit , a hematit és gyakran a pirrotit .

Az olyan fejlett országok, mint Ausztrália, Kanada és az USA, jelentős összegeket fektetnek be kontinenseik és a környező óceánok szisztematikus levegőben történő mágneses felmérésébe, hogy segítsék a térképföldrajzot és az ásványi lelőhelyek feltárását. Az ilyen aeromag felméréseket általában 400 m sorközökkel végzik 100 m magasságban, 10 méteres vagy annál nagyobb leolvasással. Az adatsűrűség aszimmetriájának kiküszöbölése érdekében az adatokat sorok között interpolálják (általában ötször), majd a vonal mentén lévő adatokat átlagolják. Az ilyen adatokat 80 m × 80 m pixelméretre rácsosítják, és a képeket egy olyan program segítségével dolgozzák fel, mint az ERMapper. Feltárási bérleti skálán a felmérést egy részletesebb helimag vagy növényi porlasztó stílusú rögzített szárny követheti 50 m sortávolságon és 50 m magasságban (terep megengedve). Egy ilyen kép 10 x 10 m pixelre rácsos, 64 -szeres felbontást kínálva.

Ahol a célpontok sekélyek (<200 m), az aeromagi rendellenességek nyomon követhetők földi mágneses felmérésekkel 10–50 m sortávolságon, 1 m állomástávolsággal a legjobb részletesség érdekében (2–10 m pixelrács) (vagy 25 -ször fúrás előtti felbontás).

Az érc mágneses testeiből származó mágneses mezők az inverz távolsággal kockázva ( dipólus célpont), vagy legjobb esetben fordított távolság négyzetben ( mágneses monopol pólus ) esnek le . A távolság-felbontás egyik analógiája egy autó, amely éjszaka vezet világítással. 400 m távolságban egy izzó köd látható, de ahogy közeledik, két fényszóró, majd a bal villogó látható.

A mágneses adatok ásványkutatás céljából történő értelmezése számos kihívással jár. Több célpont keveredik, mint több hőforrás, és a fénytől eltérően nincs mágneses távcső a mezők fókuszálására. A több forrás kombinációját a felszínen mérik. A célok geometriája, mélysége vagy mágnesezettségi iránya (remanence) szintén általában nem ismert, és így több modell is meg tudja magyarázni az adatokat.

A Potent by Geophysical Software Solutions [1] egy vezető mágneses (és gravitációs) értelmezési csomag, amelyet széles körben használnak az ausztrál kutatási iparban.

A magnetométerek közvetlenül segítik az ásványkutatókat (azaz a magnetithez kapcsolódó arany mineralizációt , a kimberlit -csövekben lévő gyémántokat ), és gyakrabban közvetve, például az ásványosodáshoz hozzájáruló geológiai struktúrák feltérképezésével (azaz a nyírási zónák és a gránitok körül kialakult elváltozások).

A levegőben lévő magnetométerek érzékelik a Föld mágneses mezőjének változását a repülőgéphez "szúró" formájában rögzített érzékelők segítségével, vagy egy kábel végén egy magnetométerrel. A kábel magnetométerét alakja miatt gyakran "bombának" nevezik. Mások "madárnak" nevezik.

Mivel a repülőgép alatti dombok és völgyek miatt a mágneses értékek emelkednek és csökkennek, a radarmagasságmérő nyomon követi a jelátalakítónak a föld feletti névleges magasságától való eltérését. Előfordulhat olyan fényképezőgép is, amely fényképeket készít a földről. A mérés helyét GPS rögzítésével határozzák meg.

Mobiltelefonok

Sok okostelefon miniatürizált mikroelektromechanikus rendszerek (MEMS) magnetométereket tartalmaz, amelyek a mágneses térerősség észlelésére szolgálnak és iránytűként szolgálnak . Az iPhone 3GS rendelkezik egy magnetométerrel, egy mágneses rezisztens permalloy érzékelővel, a Honeywell által gyártott AN-203-mal. 2009-ben a három tengelyes magnetométerek ára eszközönként 1 amerikai dollár alá süllyedt, és gyorsan csökkent. A háromtengelyes eszköz használata azt jelenti, hogy nem érzékeny a tájolás vagy a magasság tartásának módjára. A Hall -hatású eszközök szintén népszerűek.

A Deutsche Telekom kutatói mobileszközökbe ágyazott magnetométereket használtak az érintés nélküli 3D interakció lehetővé tételéhez . A MagiTact nevű interakciós keretük nyomon követi a mobiltelefon körüli mágneses mező változásait, hogy azonosítsa a kézfogás vagy mágnes viselése által tett különböző gesztusokat.

Olajkutatás

Az olajkutatás elsődleges felmérési módszereként a szeizmikus módszereket részesítik előnyben, mint a magnetométereket, bár a mágneses módszerek további információkat adhatnak a mögöttes geológiáról és bizonyos környezetekben a csapdákból származó szivárgás bizonyítékait. A magnetométereket az olajkutatásban is használják, hogy megmutassák a fúrást kivitelezhetetlenné tevő geológiai jellemzők helyeit, és más olyan jellemzőket, amelyek teljesebb képet adnak a geofizikusoknak a rétegtanról .

Űrhajó

A háromtengelyes fluxgate magnetométer a Mariner 2 és a Mariner 10 küldetések része volt. A kettős technikájú magnetométer része a Cassini -Huygens Szaturnusz feltárására irányuló küldetésének. Ez a rendszer egy vektor héliumból és fluxgate magnetométerekből áll. A magnetométerek egyben a Mercury MESSENGER küldetés egyik összetevője is voltak . A magnetométert olyan műholdak is használhatják, mint a GOES , bolygó vagy hold mágneses mezőjének nagyságának és irányának mérésére .

Mágneses felmérések

A szisztematikus felmérések felhasználhatók ásványlelőhelyek keresésére vagy elveszett tárgyak felkutatására. Az ilyen felmérések a következőkre oszlanak:

• Aeromágneses felmérés
• Fúrólyuk
• Talaj
• tengeri

Ausztrália Aeromag adatkészletei letölthetők a GADDS adatbázisból .

Az adatok feloszthatók pontban elhelyezkedő és képadatokra, amelyek utóbbi ERMapper formátumban vannak.

Magnetovision

A mágneses mező paramétereinek (pl. Amplitúdója vagy iránya) térben mért eloszlása ​​alapján a magnetovision képek előállíthatók. A mágneses adatok ilyen megjelenítése nagyon hasznos a további elemzéshez és az adatok összeolvasztásához .

Gradiométer

A mágneses gradiométerek olyan magnetométerpárok, amelyek érzékelőit általában vízszintesen, meghatározott távolság választja el. A mért értékeket levonjuk, hogy megmérjük az érzékelt mágneses mezők közötti különbséget, ami megadja a mágneses anomáliák okozta térátmeneteket. Ez az egyik módja annak, hogy kompenzálja mind a Föld mágneses mezőjének időbeli változékonyságát, mind más elektromágneses interferenciaforrásokat, ezáltal lehetővé téve az anomáliák érzékenyebb észlelését. Mivel közel azonos értékeket vonnak le, a magnetométerek zajteljesítményére vonatkozó követelmények extrémek.

A gradiométerek fokozzák a sekély mágneses anomáliákat, és így jóak a régészeti és helyszíni kutatási munkákhoz. Valós idejű munkavégzésre is alkalmasak, például fel nem robbant lőszerek elhelyezésére. Kétszer hatékonyabb egy bázisállomás működtetése és két (vagy több) mobil érzékelő használata a párhuzamos vonalak egyidejű olvasására (feltéve, hogy az adatokat tárolják és utólag feldolgozzák). Ily módon a vonal mentén és a vonalon keresztüli gradiens is kiszámítható.

Mágneses felmérések helyzetszabályozása

A hagyományos ásványkutatási és régészeti munkákban a teodolit és mérőszalag által elhelyezett rácscsapokat használták a felmérési terület meghatározására. Egyes UXO felmérések köteleket használtak a sávok meghatározásához. A légi felmérések rádióháromszögelési jelzőket használtak, mint például a Siledus.

Nem mágneses elektronikus csípőlánc-triggereket fejlesztettek ki a magnetométerek kiváltására. Forgótengely -kódolókat használtak az eldobható pamuttekercsek közötti távolság mérésére.

A modern felfedezők számos alacsony mágneses GPS-egységet használnak, beleértve a valós idejű kinematikus GPS-t.

Irányhibák a mágneses felmérésekben

A mágneses felmérések számos forrásból származó zajtól szenvedhetnek. A különböző magnetométeres technológiák különböző zajproblémákkal küzdenek.

Az irányítási hibák a zajok egyik csoportját képezik. Három forrásból származhatnak:

• Érzékelő
• Konzol
• Operátor

Néhány teljes mezőérzékelő tájolásától függően különböző értékeket ad. A hiba elsődleges oka az érzékelő mágneses anyaga. Bizonyos magnetométerekben, például a gőzmágnesmérőkben (cézium, kálium stb.) Vannak olyan irányváltási hibák a fizikában, amelyek kis mennyiségben hozzájárulnak a teljes irányhibához.

A konzolzaj a konzolon vagy a konzolon belüli mágneses alkatrészekből származik. Ezek közé tartozik a ferrit magokban az induktivitásokban és transzformátorokban, acélkeret az LCD -k körül, lábak az IC -chipeken és acéltokok az eldobható elemekben. Néhány népszerű MIL -csatlakozó acélrugóval is rendelkezik.

A kezelőknek gondoskodniuk kell a mágneses tisztaságról, és ellenőrizniük kell a felmérés során szállított összes ruházat és tárgy „mágneses higiéniáját”. Az Akubra kalapok nagyon népszerűek Ausztráliában, de acélperemeiket el kell távolítani használat előtt a mágneses felmérések során. A jegyzettömbök acélgyűrűi, az acélsapkás csizma és az acélrugók a teljes fülekben szükségtelen zajt okozhatnak a felmérések során. A toll, a mobiltelefonok és a rozsdamentes acél implantátumok szintén problémásak lehetnek.

Az indukció és a remanencia miatt a kezelőegységen és a konzolon lévő vas tárgyak mágneses reakciója (zaj) változhat. Az aeromágneses felmérő repülőgépek és quadbicikli -rendszerek speciális kompenzátorokkal korrigálhatják az irányhibát.

A fejléchibák úgy néznek ki, mint a halszálkás minták a felmérési képeken. Alternatív vonalak is hullámosíthatók.

Mágneses adatok képfeldolgozása

Az adatok rögzítése és a képfeldolgozás felülmúlja a valós idejű munkát, mivel a kezelő által gyakran elmulasztott finom anomáliák (különösen a mágnesesen zajos területeken) korrelálhatók a vonalak, formák és csoportok között. Kifinomult javítási technikák sora is használható. Van nyomtatott példány is, és szisztematikus lefedettségre van szükség.

Repülőgép navigáció

A Magnetometer Navigation (MAGNAV) algoritmus kezdetben repülési kísérletként működött 2004 -ben. Később az Egyesült Államok Légierő Kutatólaboratórium (AFRL) gyémánt magnetométereket fejlesztett ki, mint jobb navigációs módszert, amelyet az ellenség nem akadályozhat meg.

Lásd még

Hivatkozások

További irodalom

Külső linkek

• Földrengés -előrejelzési technikák és további kutatások az elektromágneses mezők tanulmányozásáról
• USGS Geomagnetism Program
• Földi mező NMR (EFNMR)
• Űralapú magnetométerek
• Gyakorlati irányelvek hobbisták magnetométerének elkészítéséhez - 1. rész Bevezetés
• Gyakorlati irányelvek hobbisták mágnesmérőjének építéséhez - 2. rész Építés