Виды магнитометров
В предыдущей статье мы познакомились с основами и принципом работы магнитометров и некоторыми из их основных областей применения. Сегодня мы сделаем еще один шаг и рассмотрим наиболее распространенные типы магнитометров.
Скалярные магнитометры
Скалярные магнитометры выполняют точное измерение числового значения магнитного поля. Каждый тип основан на разных физических явлениях:
- Магнитометры на основе эффекта Холла: определение напряжения, индуцированного на электрическом проводнике при приложении магнитного поля, идеально подходит для измерения магнитных полей.
- Магнитометры на основе прецессии протонов (PPM): используется ядерный магнитный резонанс для измерения резонанса протонов в магнитном поле, измерения напряжения, индуцированного в катушке из-за их переориентации.
- Оверхаузер: аналогичен магнитометрам с эффектом Холла и магнитометрам с прецессией протонов, но использует радиочастотные сигналы для поляризации электронных спинов.
Векторные магнитометры
- Индуктивные: измеряют дипольный момент некоторых частиц путем измерения тока, индуцированного в некоторых катушках обнаружения после воздействия на образец переменного магнитного поля.
- Магнитные клапаны: состоят из магнитного кольцевого сердечника с как минимум двумя обмотками катушки: обмотка возбуждения и обмотка считывания.
- Векторные магнитометры на основе эффекта Холла: генерируют напряжение, пропорциональное магнитному полю, и предоставляют информацию о его модуле и направлении; широко используется в рамках датчиков, а не для определения характеристик магнитных материалов.
- Микроэлектромеханические системы (МЭМС или MEMS): обнаружение движения резонансной структуры с помощью оптических средств в микроскопическом масштабе.
Градиентные магнитометры
Хотя каждый градиентные магнитометры немного отличаются друг от друга, каждый имеет примерно одинаковые элементы. Во-первых, им требуется устройство для создания известного магнитного поля, которое может быть переменным или постоянным. Во-вторых, градиентным магнитометрам требуется источник переменного градиентного поля. Наконец, им также требуются электронные или оптические средства для обнаружения и измерения результирующей силы.
Кроме того, все они работают в резонансе, поэтому магнитные образцы движутся вокруг своей резонансной частоты при достижении максимальной амплитуды.
Другой важный аспект магнитометров – ориентация магнитного поля. В некоторых магнитометрах, таких как Zijlstra, переменное и постоянное поле были выровнены и ориентированы вертикально. Напротив, в магнитометре Фонера образец вибрирует перпендикулярно магнитному полю, что упрощает необходимую настройку.
Вибрационный герконометр
Zijlstra представила один из первых магнитометров с переменным градиентом в 1970 году. Он был предназначен для преодоления ограничений предыдущих магнитометров и измерения полной кривой гистерезиса магнитных материалов.
Герконовый магнитометр (герконометр) состоит из тонкой проволоки, на конце которой прикреплен довольно маленький образец, который нужно охарактеризовать. Две катушки соединены последовательно, противоположно или дифференциально соединены, чтобы создать градиент поля. Это поле создает силу на образце и, как следствие, вибрацию язычка. Поскольку движение очень тонкое, частота устанавливается равной механическому резонансу язычка, поэтому движение усиливается и его легче обнаружить. За движением язычка наблюдают с помощью микроскопа и лампы стробоскопа. Когда ток через катушки постоянен, магнитное поле тоже; Измеряемое нами движение пропорционально магнитному моменту образца.
Наиболее заметным отличием магнитометров Zijlstra от предыдущих является чувствительность, а также способность полностью определять характеристики магнитных материалов. Чтобы иметь полную магнитную характеристику, образцы должны быть очень маленькими, чтобы избежать дефектов, проблема в том, что магнитометры, способные характеризовать образцы с размером микрон, могут характеризовать только некоторые магнитные свойства, такие как остаточная магнитная индукция или восприимчивость, но не полный цикл гистерезиса.
Магнитометры с вибрирующим образцом (VSM)
Большинство устройств, измеряющих магнитный момент, имеют катушку обнаружения, выровненную по горизонтали с катушками, генерирующими переменное магнитное поле. Магнитометры с вибрирующим образцом (VSM), изобретенные Фонером в 1959 году, представили новинку, заключающуюся в том, что образец движется перпендикулярно приложенному магнитному полю. Фонер снизил сложность настройки, избегая серьезных изменений магнитов. VSM присутствуют во многих лабораториях и коммерчески доступны.
Комбинированные магнитометры
Существует третья категория магнитометров, сочетающая характеристики предыдущих; это так называемые комбинированные магнитометры. Они по-прежнему используют два магнитных поля, однако вместо того, чтобы применять только одно переменное поле и другое постоянное, они применяют два переменных поля. Самым большим преимуществом является определение характеристик образцов как в переменном, так и в постоянном токе по сравнению с VSM или другими магнитометрами, которые ограничены полями постоянного тока.
Другие магнитометры создают магнитное поле с частотой, равной частоте механического резонанса образца. Комбинированные магнитометры создают два магнитных поля, разность которых равна резонансной частоте. Поскольку одно из магнитных полей может быть установлено на 0 Гц, он может отлично работать как традиционный градиентный магнитометр. При изменении обеих частот устройство работает как сенсептометр, измеряя высшие гармоники магнитного момента. Этот тип магнитометра был изобретен в 2015 году исследователями из Мадридского технического университета.
© digitrode.ru