Магнито́метр — (от гр. μαγνητό — магнит + гр. μετρεω измеряю), прибор для измерения характеристик магнитного поля и магнитных свойств материалов. В зависимости от измеряемой 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 зависимости от природы измеряемой величины магнитометры градуируются в тех или иных единицах (напряжённости магнитного поля, единицах магнитной индукции, направления магнитного поля и др.).
Магнитометры применяются в:
Основаны на измерении механических моментов, действующих на чувствительный элемент прибора (например, небольшой постоянный магнит) в измеряемом поле. При воздействии внешнего поля, не совпадающего с направлением поля этого постоянного магнита, чувствительный магнит испытывает вращающий момент, зависящий от напряжённости внешнего измеряемого поля и ориентации поля измерительного магнита и внешнего поля. Измерительный магнит подвешен на упругой для кручения подвеске, по степени закручивания, с учётом ориентации прибора, определяют внешнее поле .
Момент на чувствительном (индикаторном) магните выражается векторным произведением:
где — магнитный момент индикаторного магнита.
Возникающий механический момент в магнитометрах различной конструкции уравновешивается разными способами:
Основное применение магнитостатических магнитометров — измерение направления и абсолютной величины напряжённости геомагнитного поля, градиента поля, а также магнитных свойств веществ.
Основаны на явлении электромагнитной индукции — возникновении эдс в измерительной катушке при изменении проходящего сквозь её контур магнитного потока . Изменение потока в катушке может быть связано:
Индукционные магнитометры применяются для измерения земного и космических магнитных полей, технических полей, в магнитобиологии и т. д.
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 прецессии магнитных моментов микрочастиц от напряжённости измеряемого поля ( , где — 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 - нТ). Значительно меньшую чувствительность (G ~ Т) имеют квантовые магнитометры для измерения сильных магнитных полей.
Чувствительность квантового магнитометра определяется следующим соотношением[2]:
где константа, — ширина спектральной линии, - гиромагнитное отношение и — отношение сигнал/шум. Чувствительность не зависит от ларморовой частоты. Магнитометры Оверхаузера, ларморова частота которых равна 0.042 Гц/нТ, цезиевый и гелиевый-4 магнитометры с 3.5 Гц/нТ и 28 Гц/нТ, соответственно, имеют одинаковую чувствительность. Ширина спектральной линии для разных квантовых магнитометров приведена в таблице.
Тип магнитометра | Естественная ширина резонансной линии, , нТ (В поле ~50 мкТ) |
---|---|
Цезий | |
Гелий 3 | |
Гелий 4 | |
Оверхаузер | |
Калий | |
Протон |
Величина магнитного поля, Т | Источники и оценка магнитометра | Тип магнитометра |
---|---|---|
Предельно допустимое поле на рабочем месте | ||
Геомагнитное поле | Холловский датчик | |
Городские магнитные помехи, | Феррозонд | |
Порог магнитобиологических реакций | Феррозонд | |
Сигнал электрического органа рыб, геомагнитный шум, сердце, ферромагнитные включения | Индукционный | |
Мышцы скелетные, глаз | Магнитометр с оптической накачкой | |
Фоновая и вызванная активность мозга | Магнитометр с оптической накачкой | |
Сетчатка глаза | Магнитометр с оптической накачкой | |
Чувствительность СКВИДА | СКВИД |
Русский учёный 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 3097 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).
В 1934 г. впервые в мире советский географ А. А. Логачев сконструировал прибор, позволяющий измерять магнитное поле Земли с самолёта. 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 3097 дней]
Данная страница на сайте WikiSort.ru содержит текст со страницы сайта "Википедия".
Если Вы хотите её отредактировать, то можете сделать это на странице редактирования в Википедии.
Если сделанные Вами правки не будут кем-нибудь удалены, то через несколько дней они появятся на сайте WikiSort.ru .