geophysics
Live Sales and Support
  aab12@rambler.ru
ГлавнаяСтатьи Загрузить Как это работает Контакты Инструкция Фото Купить

Общие сведения о магнитометрах


Магнитометр - (от греч. magnetis - магнит и... метр), прибор для измерения характеристик магнитного поля и магнитных свойств веществ (магнитных материалов). В зависимости от определяемой величины различают приборы для измерения: напряжённости поля (эрстедметры), направления поля (инклинаторы и деклинаторы), градиента поля (градиентометры), магнитной индукции (тесламетры), магнитного потока (веберметры, или флюксметры), коэрцитивной силы (коэрцитиметры), магнитной проницаемости (мю-метры), магнитной восприимчивости (каппа-метры), магнитного момента.
В более узком смысле М. - приборы для измерения напряжённости, направления и градиента магнитного поля.
Шкалы М. градуируются в единицах напряжённости магнитного поля СГС системы единиц (эрстед, мэ, мкэ, гамма = 105 э) и в единицах магнитной индукции СИ (тесла, мктл, нтл).
Самым главным параметром магнитометра является его чувствительность. При этом формализовать этот параметр, сделать его единым для всех магнитометров практически невозможно и не только потому, что магнитометры отличаются принципом действия, но и конструкцией преобразователей и функцией обработки сигнала.
Для магнитометров принято чувствительность обозначать величиной магнитной индукции поля, которое способен зарегистрировать прибор. Обычно чувствительность измеряют в нанотеслах (нТл) 1нТл=(1Е-9)Т.
Кроме чувствительности для определения качества прибора используют такой параметр, как разрешающая способность, который также измеряется в нанотеслах и определяет ту минимальную разницу индукции, которую возможно зарегистрировать прибором.Для того чтобы представить величину индукции магнитного поля, которое регистрируют современные магнитометры, достаточно вычислить величину магнитного поля, создаваемого проводник с током в 1 мА на расстоянии 0.1м. Поле Земли составляет величину примерно 35000nT (35µT). Это усредненная величина – в различных точках земного шара она меняется в диапазоне 35000nT (35µT) – 60000nT (60µT). Таким образом задача поиска ферромагнитных предметов состоит в том, чтобы на фоне природного поля Земли обнаружить приращение поля, обусловленное искажениями от ферромагнитных предметов. * Bmax = 70µT Hmax=55.7A/m Bmin = 20µT Hmin=15.9A/m
Существует несколько физических принципов и основанных на них типов магнитометрических приборов, позволяющих фиксировать минимальные изменения магнитного поля Земли или искажения, вносимые ферромагнитными объектами. Современные магнитометры обладают чувствительностью от 0.01nT до 1nT, в зависимости от принципа действия и класса решаемых задач.
Различают М. для измерений абсолютных значений характеристик поля и относительных изменений поля в пространстве или во времени. Последние называются вариометрами магнитными. М. классифицируют также по условиям эксплуатации и, наконец, в соответствии с физическими явлениями, положенными в основу их действия.
Магнитная Индукция против Магнитного поля
Магнитная индукция и магнитное поле часто употребляются как синонимы. Во многих случаях легко переходить от магнитной индукции к магнитному полю и наоборот. Магнитное поле H описывает область, произведенную только свободным потоком, магнитная индукция B описывает область, произведенную потоком плюс эффект намагничивания материала. Материалы могут уменьшить или увеличить магнитную индукцию. Их тогда называют парамагнитными или диамагнитными материалами.
Применяется:
* в геологии, при поиске полезных ископаемых,
* в археологии, при археологических раскопках,
* в астрофизике, при исследовании орбиты планет.
* в навигации на море, космосе и авиации.
* в биологии и медицине.
* в сейсмологии (предсказании землетрясений).
Типы магнитометров
Магнитостатические магнитометры
(механический магнитометр) основаны на измерении механического момента J, действующего на индикаторный магнит прибора в измеряемом поле . Момент J в магнитометрах различной конструкции сравнивается:
* с моментом кручения кварцевой нити (действующие по этому принципу кварцевые магнитометры и универсальные магнитные вариометры на кварцевой растяжке обладают чувствительностью G ~ 1 нтл)
* с моментом силы тяжести (магнитные весы с G ~ 10 − 15 нтл)
* с моментом, действующим на вспомогательный эталонный магнит, установленный в определённом положении (оси индикаторного и вспомогательного магнитов в положении равновесия перпендикулярны). В последнем случае, определяя дополнительно период колебания вспомогательного магнита в поле Hi, можно измерить абсолютную величину Hi (абсолютный метод Гаусса).
Основное назначение магнитостатических магнитометров — измерение компонент и абсолютной величины напряжённости геомагнитного поля, градиента поля, а также магнитных свойств веществ.
Индукционные магнитометры
Индукционный магнитометр
Основаны на явлении электромагнитной индукции — возникновении эдс в измерительной катушке при изменении проходящего сквозь её контур магнитного потока Θ. Изменение потока в катушке может быть связано:
* с изменением величины или направления измеряемого поля во времени (примеры — индукционные вариометры, флюксметры). Простейший флюксметр (веберметр) представляет собой баллистический гальванометр, действующий в сильно переуспокоенном режиме (G ~ 10 − 4 вб/деление); широко применяются магнитоэлектрические веберметры с G ~ 10 − 6 вб/деление, фотоэлектрические веберметры с G ~ 10 − 8 вб/деление и другие.
* с периодическим изменением положения (вращением, колебанием) измерительной катушки в измеряемом поле (рис. 2); простейшие тесламетры с катушкой на валу синхронного двигателя обладают G ~ 10 − 8 тл. У наиболее чувствительных вибрационных магнитометрах G ~ 0,1—1 нтл.
* с изменением магнитного сопротивления измерительной катушки, что достигается периодическим изменением магнитной проницаемости пермаллоевого сердечника (он периодически намагничивается до насыщения вспомогательным переменным полем возбуждения); действующие по этому принципу феррозондовые магнитометры имеют G ~ 0,2—1 нтл.
Индукционные магнитометры применяются для измерения земного и космических магнитных полей, технических полей, в магнитобиологии и т.д.
* Вибрационный магнетометр
* Флюксметр
* Феррозондовый магнитометр.
Квантовые магнитометры
Приборы, основанные на свободной прецессии магнитных моментов ядер или электронов во внешнем магнитном поле и других квантовых эффектах (ядерном магнитном резонансе, электронном парамагнитном резонансе). В зависимости от способа создания макроскопического магнитного момента и метода детектирования сигнала различают: протонные магнитометры (свободной прецессии, с динамической поляризацией и с синхронной поляризацией), резонансные магнетометры (электронные и ядерные), магнитометры с оптической накачкой и др. Квантовые магнитометры применяются для измерения напряжённости слабых магнитных полей (в том числе геомагнитного и магнитного поля в космическом пространстве), в геологоразведке, в магнетохимии (G до 10 - 5-10 − 7 нтл). Значительно меньшую чувствительность (G ~ 10 - 5 тл) имеют квантовые магнитометры для измерения сильных магнитных полей.
* Протонный магнитометр.
* Гелиевый магнитометр.
* Атомный магнитометр на щелочный металлах с оптической накачкой.
+ Атомный магнитометр, свободный от спин-обменного уширения (SERF-магнитометр)
* СКВИД (англ. SQUID).