مغناطیس‌سنج‌ها ابزارهای علمی هستند که قدرت و/یا جهت یک میدان مغناطیسی را اندازه‌گیری می‌کنند. به طور معمول، مغناطیس‌سنج‌ها یک میدان مغناطیسی یا چگالی شار را در واحدهای متریک گاوس (G) یا سیستم بین‌المللی (IS) واحد تسلا (T) اندازه‌گیری می‌کنند. تصویر مغناطیس سنج

مغناطیس‌سنج‌ها و گاوس‌مترها گاهی اوقات نام‌های قابل تعویضی هستند که ابزار میدان مغناطیسی مشابهی را که برای سنجش یا اندازه‌گیری میدان مغناطیسی استفاده می‌شود، توصیف می‌کنند. با این حال، این دو را می توان بر اساس سطح حساسیت آنها متمایز کرد. گام سنج ها دستگاه های اندازه گیری با استحکام بالا برای میدان های بالاتر از 1 میلی تسلا (mT) در نظر گرفته می شوند، در حالی که مغناطیس سنج ها برای کاربردهای با حساسیت بالا زیر 1 mT استفاده می شوند.

مغناطیس و مغناطیس سنج

مغناطیس توضیح می دهد که چگونه، در سطح میکروسکوپی، مواد به یک میدان مغناطیسی اعمال شده پاسخ می دهند. این میدان های مغناطیسی مواد مغناطیسی را احاطه کرده و با نیرویی که بر سایر مواد مغناطیسی و بارهای الکتریکی متحرک وارد می کنند، شناسایی می شوند. انواع مغناطیس شامل فرومغناطیس، فری مغناطیس، ضد فرومغناطیس، پارامغناطیس و دیامغناطیس است.

از آنجایی که مغناطیس بر اساس مکان و با تفاوت در میدان مغناطیسی یا مغناطیس کره زمین متفاوت است، مغناطیس‌سنج‌ها برای ارائه اطلاعات جهت‌یابی، ناوبری و تراز کردن استفاده می‌شوند. برای مثال، قطب‌نماها و مغناطیس‌سنج‌های ترکیبی در ماهواره‌ها و هواپیماهایی که ساختار محلی میدان مغناطیسی زمین را ترسیم می‌کنند، استفاده می‌شوند. نیروی دریایی از قطب نما و مغناطیس سنج برای تشخیص زیردریایی های زیر آب استفاده می کند. نقشه‌برها می‌توانند از این مغناطیس‌سنج‌ها برای تعیین مکان‌های مرزی مدفون در زمین یا پنهان شده توسط پوشش گیاهی استفاده کنند.

انتخاب

هنگام انتخاب مغناطیس‌سنج‌ها، خریداران باید نوع خاصی از فناوری مغناطیس‌سنج، شکل آن، خروجی‌ها و رابط‌های آن و مشخصات طراحی آن را در نظر بگیرند.

نوع

دو نوع اصلی مغناطیس سنج وجود دارد: اسکالر و برداری. مغناطیس سنج های اسکالر برای اندازه گیری تصویر مغناطیس سنج قدرت کل یک میدان مغناطیسی استفاده می شود. مغناطیس‌سنج‌های برداری برای اندازه‌گیری یک جزء از یک میدان مغناطیسی در یک جهت خاص استفاده می‌شوند. هر دو نوع ابزار علمی دارای تعدادی فناوری هستند.

اسکالر

مغناطیس‌سنج‌های اسکالر شامل دستگاه‌های Overhauser، با پمپ نوری و دستگاه‌های تقدم پروتون هستند.

مغناطیس‌سنج‌های Overhauser یک مایع غنی از الکترون را با هیدروژن ترکیب می‌کنند و در معرض سیگنال فرکانس رادیویی (RF) قرار می‌گیرند. در حضور این سیگنال، الکترون‌های بی‌پیوند در مایع به پروتون‌های هسته‌های هیدروژن منتقل می‌شوند. انتقال انرژی حاصل، مایع را قطبی می کند. فرکانس تقدم با چگالی شار مغناطیسی خطی است و بنابراین می توان برای اندازه گیری آن استفاده کرد.

مغناطیس‌سنج‌های اثر هال دستگاه‌هایی هستند که انرژی ذخیره‌شده در یک میدان مغناطیسی را با استفاده از ولتاژ متناسب در یک هادی حامل جریان به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌کنند. این دستگاه ها قطبیت را نیز حس می کنند.

مغناطیس‌سنج‌های تقدیمی پروتون یا مغناطیس‌سنج‌های پروتون از رزونانس مغناطیسی هسته‌ای (NMR) برای اندازه‌گیری فرکانس تشدید پروتون‌ها در میدان مغناطیسی استفاده می‌کنند. این شامل مایعاتی با چگالی بالا از اتم های هیدروژن مانند نفت سفید و متانول است. جریان DC قطبی از طریق سیم پیچی که نمونه را احاطه کرده است عبور داده می شود و شار مغناطیسی بالایی ایجاد می کند. هنگامی که شار پلاریزه کننده آزاد می شود، فرکانس تقدم پروتون ها به برای اندازه گیری میدان مغناطیسی محیط می توان از تنظیم مجدد نرمال استفاده کرد.

بردار

مغناطیس‌سنج‌های برداری از فناوری بردار متعامد برای تعیین قدرت میدان مغناطیسی و همچنین شیب و انحراف استفاده می‌کنند. دسته‌های دستگاه‌ها شامل گیت‌های شار، دستگاه‌های القایی مغناطیسی، دستگاه‌های تداخل کوانتومی ابررسانا (SQUID)، مغناطیس‌سنج‌های بدون تبادل اسپین اتمی (SERF) و دستگاه‌های مقاومت مغناطیسی هستند.

ابزارهای دروازه شار اندازه گیری مداوم تفاوت های میدان مغناطیسی را در انتهای یک میله عمودی انجام می دهند و آنها را بر روی شبکه ای از ناحیه ترسیم می کنند. آنها به طور گسترده در برنامه های ناوبری مبتنی بر قطب نما مغناطیسی استفاده می شوند. آنها از یک هسته کوچک و حساس به مغناطیسی با دو سیم پیچ تشکیل شده اند. آنها ممکن است در یک پیکربندی گرادیومتر مرتب شوند.

SQUID از دو ابر رسانا تشکیل شده است که توسط لایه های عایق نازک از هم جدا شده و دو اتصال موازی جوزفسون را تشکیل می دهند. آنها به میدان های مغناطیسی کم بسیار حساس هستند و می توانند میدان هایی به اندازه تصویر مغناطیس سنج محدوده فمتوتسلا را اندازه گیری کنند. آنها طیف گسترده ای از اندازه گیری میدان مغناطیسی دارند و در کاربردهای پزشکی، به ویژه علوم اعصاب، استفاده می شوند.

مغناطیس‌سنج‌های اتمی SERF حساسیت میدان مغناطیسی بسیار بالایی را با نظارت بر بخار چگالی بالا اتم‌های فلز قلیایی که در یک میدان مغناطیسی نزدیک به صفر پردازش می‌شوند، به دست می‌آورند. آنها از حساس ترین حسگرهای میدان مغناطیسی موجود هستند.

سنسورهای القایی مغناطیسی سیم پیچی را احاطه کرده اند که یک هسته فرومغناطیسی را احاطه کرده است که نفوذپذیری آن در میدان مغناطیسی زمین تغییر می کند. سیم پیچ به عنوان عنصر القایی در یک نوسان ساز عمل می کند که فرکانس آن متناسب با میدان مغناطیسی اندازه گیری شده است. یک جریان DC برای تنظیم نوسانگر به منطقه خطی خود. تغییرات جهت باعث تغییر در فرکانس نوسانگر می شود و مغناطیس سنج را قادر می سازد تا بازخورد جهتی و ناوبری را ارائه دهد.

مغناطیس‌سنج‌های مقاومتی مغناطیسی دستگاه‌های نیمه‌رسانایی هستند که در آنها مقاومت الکتریکی تابعی از میدان مغناطیسی اعمال‌شده یا محیطی است.

فرم

فرم می تواند عامل مهمی در انتخاب مغناطیس سنج باشد، زیرا تعیین می کند که یک دستگاه کجا می تواند کار کند. دستگاه‌های دستی آن‌هایی هستند که قابل حمل هستند یا می‌توانند برای کارهای صحرایی حمل یا حمل شوند. دستگاه های رومیزی یا ماژول ها ماژول های مستقلی هستند که معمولاً در یک مکان ثابت استفاده می شوند.

خروجی ها و رابط ها

خروجی ها و رابط ها تعیین می کنند که مغناطیس سنج چگونه اطلاعات خود را نمایش و انتقال می دهد. خروجی ها شامل جریان آنالوگ، ولتاژ آنالوگ، فرکانس آنالوگ یا دیجیتال است. رابط ها شامل موازی، سریال، سوئیچ یا USB است.

مشخصات طراحی

مغناطیس‌سنج‌ها مجموعه‌ای از مشخصات طراحی را شامل می‌شوند که می‌تواند برای یافتن دستگاهی مناسب برای یک کاربرد خاص مهم باشد.

دقت سنجش دقت قرائت مورد نیاز مغناطیس سنج را مشخص می کند.
وضوح کوچکترین افزایش اندازه گیری ممکن با دستگاه است. وضوح بالاتر دستگاهی را نشان می دهد که می تواند خوانش های حساس تری داشته باشد یا می تواند در مقیاس کوچکتر اندازه گیری کند.
پهنای باند محدوده فرکانسی است که دستگاه با مشخصات دقت خود مطابقت دارد. دقت در فرکانس‌های پایین‌تر و پایین‌تر کاهش می‌یابد، مگر اینکه دستگاه قادر به پاسخ dc باشد، و در فرکانس‌های بالاتر نزدیک به تشدید و فراتر از آن، جایی که پاسخ خروجی آن خاموش می‌شود. فرکانس های موجود در پایگاه داده معمولاً فرکانس های roll-off 3dB هستند.
اندازه‌گیری چگالی شار محدوده‌ای است که حسگر یا ابزار برای اندازه‌گیری از طریق آن طراحی می‌شود، که اغلب مربوط به ناحیه خروجی خطی فناوری سنجش است. چگالی شار مغناطیسی به عنوان میدان مغناطیسی نیز شناخته می شود. این در واحدهای گاوس یا تسلا (1 T = 1000 G) اندازه گیری می شود.
دمای عملیاتی محدوده دمایی که دستگاه باید در آن کار کند را نشان می دهد.
منبع
globalspec