Магнитометр | это... Что такое Магнитометр? (original) (raw)

Магнитометр перед погружением

Магнитометр — (от греч. magnetis — магнит и… метр), прибор для измерения характеристик магнитного поля и магнитных свойств 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. Магнитометры градуируются в единицах напряжённости магнитного поля СГС системы единиц (Эрстед, мЭ, мкЭ, гамма = 105 Э) и в единицах магнитной индукции СИ (Тесла, мкТл, нТл). Магнитометры.

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).

Содержание

1 Типы магнитометров
2 Сравнение магнитометров
- 2.1 Применение магнитометров в медицине
3 Калибровка магнитометров
4 Некоторые факты развития магнитометрии в России
5 См. также
6 Примечания
7 Ссылки

Типы магнитометров

Магнитостатические магнитометры

(механический магнитометр) основаны на измерении механического момента , действующего на индикаторный магнит прибора в измеряемом поле H_i ; $\vec{J} = [\vec{M}, \vec{H_i}]$ , где — магнитный момент индикаторного магнита. Момент в магнитометрах различной конструкции сравнивается:

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 $\Theta$ . Изменение потока в катушке может быть связано:

Индукционные магнитометры применяются для измерения земного и космических магнитных полей, технических полей, в магнитобиологии и т. д.

Вибрационный магнитометр
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). Для наблюдения зависимости частоты $~\Omega$ прецессии магнитных моментов микрочастиц от напряжённости $~H_{i}$ измеряемого поля ( $\Omega=\gamma\times H_{i}$ , где $~\gamma$ — магнитомеханическое отношение) необходимо создать макроскопический магнитный момент ансамбля микрочастиц (ядер или электронов). 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 магнитометры (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 магнитохимии (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).

Чувствительность квантового магнитометра определяется следующим соотношением[2]:

$~G = k\Gamma/{\gamma S_n}$

где константа, $\Gamma$ — ширина спектральной линии, $\gamma$ - гиромагнитное отношение и S_n — отношение сигнал/шум. Чувствительность не зависит от ларморовой частоты. Магнитометры Оверхаузена, ларморова частота которых равна 0.042 Гц/нТл, цезиевый и гелиевый-4 магнитометры с 3.5 Гц/нТл и 28 Гц/нТл, соответственно, имеют одинаковую чувствительность. Ширина спектральной линиии $\Gamma$ для разных квантовых магнитометров приведена в таблице.

Сравнение магнитометров

Таблица 1, Ширина линии магнитного резонанса в различных магнитометрах

Тип магнитометра	Ширина резонансной линии, $\Gamma$ , нТл
Цезий
Гелий 3	$2.74x10^{-5}$
Гелий 4
Оверхаузен
Калий
Протон

Применение магнитометров в медицине

Таблица 2, Общая характеристика магнитных полей в биологии[3]

Величина магнитного поля, Тл	Источники и оценка магнитометра	Тип магнитометра
$10^{-2} - 10^{-3}$	Предельно допустимое поле на рабочем месте
$10^{-4}-10^{-7}$	Геомагнитное поле	Холловский датчик
$10^{-8}$	Городские магнитные помехи,	Феррозонд
$10^{-9}$	Порог магнитобиологических реакций	Феррозонд
$10^{-10}$	Сигнал электрического органа рыб, геомагнитный шум, сердце, ферромагнитные включения	Индукционный
$10^{-11}$	Мышцы скелетные, глаз	Магнитометр с оптической накачкой
$10^{-12}$	Фоновая и вызванная активность мозга	Магнитометр с оптической накачкой
$10^{-13}$	Клетчатка глаза	Магнитометр с оптической накачкой
$10^{-14}$	Чувствительность СКВИДА	СКВИД

Калибровка магнитометров

Установка для калибровки магнитометров

Некоторые факты развития магнитометрии в России

Русский ученый М. В. Ломоносов в 1759 г. в докладе «Рассуждение о большой точности морского пути» дал ценные советы, позволяющие увеличить точность показаний компаса[источник не указан 846 дней]. Для изучения земного магнетизма М. В. Ломоносов рекомендовал организовать сеть постоянных пунктов (обсерваторий), в которых производить систематические магнитные наблюдения; такие наблюдения необходимо широко проводить и на море. Мысль Ломоносова об организации магнитной обсерватории была осуществлена лишь спустя 60 лет в России.

В 1956 году на советской шхуне «Заря» проводятся измерения магнитного поля. Все материалы и предметы корабельного хозяйства на этой шхуне были изготовлены из дерева и немагнитных сплавов, влияние магнитных полей моторов и другого оборудования минимизировано. В настоящее время весь Земной шар покрыт сетью пунктов где производят магнитные измерения (Например международная сеть магнитометрических станций INTERMAGNET (укр.)русск.).

В 1934 г. впервые в мире советский географ А. А. Логачев сконструировал прибор, позволяющий измерять магнитное поле Земли с самолета. Катушка аэромагнитометра быстро вращается в магнитном поле Земли и в ней возникает электрический ток. Сила этого тока изменяется пропорционально изменению магнитного поля Земли.[источник не указан 846 дней]

См. также

Львовский центр Института космических исследований НАН и НКА Украины — производство магнитометров.

Примечания

↑ Магнитометр — статья из Физической энциклопедии
↑ Magnetometer Magnetometers Geophysics Magnetic Field Sensors Gradiometer Gradiometers
↑ Ю.А.Холодов, А.Н.Козлов, А.М. Горбачь, "Магнитные поля биологических объектов", Москва, "Наука", 1987 г.

Ссылки

NIST chip-scale atomic magnitometer project. Архивировано из первоисточника 14 марта 2012.
Протонный пешеходный магнитометр http://deepgeotech.com
Магнитометр — статья из Большой советской энциклопедии
Померанцев Н. М., Рыжков В. М., Скроцкий Г. В., Физические основы квантовой магнитометрии, М., 1972;