Magnetometru

Magnetometrul este instrumentul de măsurare al câmpului magnetic . Măsurarea componentelor câmpului de-a lungul a trei direcții independente permite definirea numai a vectorului câmpului magnetic în punctul în care se face măsurarea. Citirea poate fi atât analogică, cât și digitală . Există o mare varietate de instrumente care pot fi împărțite în două categorii:

Magnetometre scalare : măsoară magnitudinea câmpului magnetic
Magnetometre vectoriale : măsoară componenta câmpului magnetic de-a lungul unei anumite direcții a spațiului

Magnetometru cu ac

Este cel mai simplu și mai vechi instrument de măsurare a câmpului magnetic. Se compune dintr-un ac din material magnetizat suspendat prin intermediul unui sistem mecanic cu frecare redusă (în general un fir cu un moment de revenire redus). Acul se orientează paralel cu câmpul magnetic, dezvăluind direcția acestuia. Sistemul nu poate furniza măsurarea intensității câmpului.

Spre deosebire de busolă , magnetometrul cu ac oferă și unghiul de înclinare.

Magnetometre cu bobină

Redați fișierul media

Descrierea magnetometrului cu bobină

Aceste instrumente măsoară câmpul magnetic folosind inducția electromagnetică într-o bobină . De fapt, prin plasarea unei bobine plate într-un câmp magnetic, se observă o tensiune electrică la capetele sale:

V=-{\frac {\mathrm {d} \Phi }{\mathrm {d} t}}=-{\frac {\mathrm {d} {\vec {B}}\cdot {\hat {n}}}{\mathrm {d} t}}\Sigma

{\ displaystyle V = - {\ frac {\ mathrm {d} \ Phi} {\ mathrm {d} t}} = - {\ frac {\ mathrm {d} {\ vec {B}} \ cdot {\ hat {n}}} {\ mathrm {d} t}} \ Sigma}

{\ displaystyle V = - {\ frac {\ mathrm {d} \ Phi} {\ mathrm {d} t}} = - {\ frac {\ mathrm {d} {\ vec {B}} \ cdot {\ hat {n}}} {\ mathrm {d} t}} \ Sigma}

\Phi

{\ displaystyle \ Phi}

\ Phi

este fluxul magnetic prin bobină

{\hat {n}}

{\ displaystyle {\ hat {n}}}

\ hat n

este vectorul unitar normal la suprafața bobinei

\Sigma

{\ displaystyle \ Sigma}

\ Sigma

este zona bobinei

Bobină fixă : utilizată pentru măsurarea câmpurilor care variază în timp. Măsurarea tensiunii permite derivarea ${\frac {\mathrm {d} {\vec {B}}\cdot {\hat {n}}}{\mathrm {d} t}}$ ${\ displaystyle {\ frac {\ mathrm {d} {\ vec {B}} \ cdot {\ hat {n}}} {\ mathrm {d} t}}}$ ${\ displaystyle {\ frac {\ mathrm {d} {\ vec {B}} \ cdot {\ hat {n}}} {\ mathrm {d} t}}}$ , care este variația temporală a componentei câmpului normală la buclă.

Bobină rotativă : este utilizată pentru măsurarea câmpurilor constante în timp. Mulineta este rotită cu viteză unghiulară ${\vec {\omega }}$ ${\ displaystyle {\ vec {\ omega}}}$ ${\ displaystyle {\ vec {\ omega}}}$ . La capetele bobinei se formează în timp o tensiune de tendință sinusoidală. Prin măsurarea amplitudinii sale este posibil să reveniți la $|{\vec {\omega }}\times {\vec {B}}|$ ${\ displaystyle | {\ vec {\ omega}} \ times {\ vec {B}} |}$ ${\ displaystyle | {\ vec {\ omega}} \ times {\ vec {B}} |}$ și deci la componenta câmpului ortogonală la axa de rotație.

Sondă Hall

Sonda Hall constă dintr-o placă conductivă traversată de un curent electric. Datorită efectului Hall , la marginile sale se formează o tensiune proporțională cu componenta câmpului magnetic normal față de placă.

Dimensiunile tipice ale sondei sunt de 1cm, motiv pentru care este adesea utilizată pentru cartarea câmpurilor cu rază medie (de exemplu, cele produse de electroimneți ).

Magnetometru cu protoni

Se compune dintr-un vas umplut cu o substanță bogată în protoni (de obicei hidrocarburi ) înfășurată într-un solenoid .

Solenoidul este traversat inițial de un curent, astfel încât să producă un câmp magnetic de intensitate mult mai mare decât cel al câmpului care urmează să fie măsurat. În acest fel, protonii, care sunt înzestrați cu un moment magnetic intrinsec, se aliniază rapid cu câmpul în care sunt scufundați. Ulterior curentul este întrerupt și protonii sunt supuși doar câmpului magnetic extern. În aceste condiții, acestea preced cu o frecvență $f=\alpha |{\vec {B}}|$ ${\ displaystyle f = \ alpha | {\ vec {B}} |}$ ${\ displaystyle f = \ alpha | {\ vec {B}} |}$ ( Frecvența Larmor ), generând în solenoid o tensiune indusă de o frecvență egală, măsurabilă printr-un contor de frecvență .

Fiind $\alpha$ ${\ displaystyle \ alpha}$ $\ alfa$ cunoscut cu o precizie bună, este posibil să faceți citiri cu precizie de la 0,01nT la 0,1nT.

Magnetometrul cu protoni este utilizat în special în geofizică pentru măsurarea variațiilor temporale ale câmpului geomagnetic și a anomaliilor magnetice produse de corpurile magnetizate, cum ar fi obiectele metalice îngropate, epavele, depozitele feroase, mineralele cu susceptibilitate magnetică mare etc.