مگنتومتر یا مغناطیس سنج چیست و چگونه کار می کند؟

مگنتومتر یا مغناطیس سنج چیست؟ مغناطیس سنج چگونه کار می کند؟ کاربردهای مگنتومتر چیست؟ در این مطلب نگاهی خواهیم داشت به نحوه کار و استفاده از این ابزار.

مگنتومتر یا مغناطیس سنج چیست؟

مگنتومتر وسیله ای است که برای اندازه گیری میدان مغناطیسی، به ویژه با توجه به قدرت و جهت مغناطیسی آن استفاده می شود. یک مثال رایج از مغناطیس‌سنج، قطب‌نما است که برای اندازه‌گیری جهت میدان مغناطیسی محیط (یعنی در این مورد، میدان مغناطیسی زمین) استفاده می‌شود.

سایر مغناطیس سنج ها گشتاورهای دوقطبی مغناطیسی را اندازه گیری می کنند. دوقطبی مغناطیسی، حد یک حلقه بسته جریان الکتریکی یا یک جفت قطب است، زیرا اندازه منبع به صفر کاهش می‌یابد در حالی که گشتاور مغناطیسی - قدرت و جهت مغناطیسی میدان مغناطیسی - ثابت نگه داشته می‌شود. به فرومغناطیس فکر کنید، نوعی ماده مغناطیسی که برای ثبت اثر این دوقطبی مغناطیسی بر جریان القایی در یک سیم پیچ استفاده می شود.

مغناطیس سنج چگونه کار می کند؟

یک مغناطیس سنج می تواند به روش های مختلفی کار کند. به عنوان مثال، یک قطب نما را در نظر بگیرید. اکنون می دانیم که سوزن قطب نما در حالت سکون خود را با شمال میدان مغناطیسی زمین هماهنگ می کند. به عبارت دیگر، مجموع نیروهای وارد بر آن صفر است و وزن گرانش خود قطب نما، نیروی مغناطیسی زمین را که به آن وارد می شود، خنثی می کند.

این مثال ساده توضیح می دهد که چگونه این خاصیت مغناطیس به سایر مغناطیس سنج ها اجازه کار می دهد. قطب‌نماهای الکترونیکی نیز می‌توانند با استفاده از پدیده‌هایی مانند اثر هال، القای مغناطیسی یا مقاومت مغناطیسی به نشان دادن جهت شمال مغناطیسی کمک کنند.

عملکرد مگنتومتر با استفاده از اثر هال

یکی از روش‌هایی که مغناطیس‌سنج‌ها استفاده می‌کنند، بر چیزی است که به اثر هال معروف است.

اثر هال (Hall effect) چیست؟

به بیان ساده، اثر هال تولید اختلاف ولتاژ (ولتاژ هال) در یک هادی الکتریکی است که عرضی نسبت به جریان الکتریکی در هادی و میدان مغناطیسی اعمال شده عمود بر جریان است.

این بدان معناست که مغناطیس‌سنج‌ها می‌توانند از مواد نیمه‌رسانا برای عبور جریان استفاده کنند و تشخیص دهند که آیا میدان مغناطیسی نزدیک است یا خیر. بنابراین یک مگنتومتر نحوه انحراف یا زاویه جریان را به دلیل میدان مغناطیسی ارزیابی می کند و ولتاژی که در آن این اتفاق می افتد ولتاژ هال است که متناسب با میدان مغناطیسی است.

نحوه کالیبراسیون مگنتومترها

کالیبراسیون مغناطیس‌سنج‌ها معمولاً با استفاده از سیم‌پیچ‌هایی انجام می‌شود که توسط جریان الکتریکی برای ایجاد میدان مغناطیسی تامین می‌شوند. این به تعیین حساسیت مغناطیس سنج کمک می کند. در واقع، یکنواختی سیم پیچ کالیبراسیون یک عنصر کلیدی در چندین کاربرد است.

این موضوع توضیح می دهد که چرا سیم پیچ هایی مانند سیم پیچ های هلمهولتز معمولاً در یک محور یا پیکربندی سه محور استفاده می شوند. همچنین، در کاربردهای سخت، میدان مغناطیسی با همگنی بالا ضروری است. بنابراین کالیبراسیون میدان مغناطیسی را می توان با استفاده از سیم پیچ ماکسول، سیم پیچ کسینوس یا کالیبراسیون در میدان مغناطیسی بسیار همگن زمین انجام داد.

انواع مگنتومتر

مگنتومتر‌ها عمدتاً در دو دسته مانومترهای اسکالر و بردار طبقه‌بندی می‌شوند.

مانومتر اسکالر برای اندازه گیری دقیق مقدار اسکالر شدت شار مغناطیسی استفاده می شود. این مغناطیس‌سنج‌های اسکالر را می‌توان بیشتر به‌عنوان مغناطیس‌سنج‌های تقدم پروتون، اثر تعمیرات اساسی و مغناطیس‌سنج گاز یونیزه متمایز کرد.

از طرف دیگر، یک مانومتر برداری برای اندازه گیری مقدار و جهت میدان مغناطیسی استفاده می شود. اینها را می توان به انواعی مانند سیم پیچ دوار، اثر هال، مغناطیس مقاومتی، fluxgate، سیم پیچ جستجو، SQUID و مغناطیس سنج SERF طبقه بندی کرد.

کاربردهای مغناطیس سنج

مگنتومترها امروزه کاربردهای مختلفی دارند. در ادامه به معرفی برخی از این کاربردها می پردازیم.

• کاربرد مگنتومتر در باستان شناسی: مگنتومترها برای مطالعه مکان های باستان شناسی و شناسایی اشیای مدفون استفاده می شوند.
• قطب‌نماها: امروزه مغناطیس‌سنج‌ها به حدی کوچک شده‌اند که به راحتی با هزینه کم در آی سی ها قرار می‌گیرند و بنابراین به طور فزاینده‌ای به عنوان قطب‌نماهای کوچک (سنسور میدان مغناطیسی MEMS) مورد استفاده قرار می‌گیرند.
• بررسی های جغرافیایی: مگنتومترها به طور گسترده ای برای اندازه گیری میدان مغناطیسی زمین به ویژه در بررسی های ژئوفیزیکی استفاده می شود. آنها برای یافتن و شناسایی ناهنجاری های مغناطیسی در انواع مختلف، و برای تعیین گشتاور دوقطبی مواد مغناطیسی استفاده می شوند. نقشه برداران از آنها در کاربردهای ژئوفیزیک استفاده می کنند.
• هواپیماها: در هواپیماها نیز استفاده می‌شوند، جایی که معمولاً به عنوان مرجع سرفصل در سیستم مرجع نگرش و عنوان هواپیما استفاده می‌شوند.
• اهداف نظامی: مغناطیس‌سنج‌ها در دفاع و نیروی دریایی برای انجام فعالیت‌های زیردریایی و همچنین شناسایی زیردریایی استفاده می‌شوند. در واقع کشورهایی مانند ایالات متحده، کانادا و استرالیا، مغناطیس سنج های حساس را تحت فناوری نظامی دسته بندی کرده اند و بنابراین توزیع آنها را کنترل می کنند.
• اکتشاف نفت و گاز: مغناطیس‌سنج‌ها برای حفاری چاه‌های کشف‌شده استفاده می‌شوند. آنها در سنسورهای حفاری استفاده می شوند که برای تشخیص جهت یا مسیر فرآیندهای حفاری استفاده می شوند.
• جریان های پلاسما: مغناطیس سنج ها برای مطالعه باد خورشیدی و اجسام سیاره ای نیز مفید هستند.
• فلزیاب و اکتشاف زغال سنگ: از آنجایی که آنها می توانند فلزات مغناطیسی (آهنی) را تشخیص دهند، مغناطیس سنج ها، فلزیاب های خوبی هستند. علاوه بر این، آنها می توانند آنها را در اعماق بیشتر در مقایسه با فلزیاب های معمولی تشخیص دهند. همچنین، آنها می توانند اجسام بزرگ مانند اتومبیل را در ده ها متر تشخیص دهند، در حالی که یک فلزیاب برای فواصل بیشتر از 2 متر به خوبی کار نمی کند. به همین دلیل است که استفاده از آنها برای یافتن آستانه و سایر موانعی که می تواند منجر به انفجار شود، رایج است.
• نظارت بر مراقبت های بهداشتی: جالب توجه است که مگنتومترها نیز کاربردهای متعددی در مراقبت های بهداشتی دارند. آنها به ویژه در هنگام اجرای کاربرد های قلبی مفید هستند، مانند سیستم های تشخیصی که به طور غیر تهاجمی عملکرد قلب را اندازه گیری می کنند.

امیدواریم این مطلب برای شما مفید واقع شده باشد. در صورتی که هرگونه سوال یا نظری داشتید، خوشحال می شویم در قسمت نظرات آن را مطرح کنید.