Jenis Magnetometer

Panduan tingkat tinggi ini memperkenalkan jenis magnetometer umum, termasuk skalar, vektor, gradien, dan banyak lagi.

Dalam artikel sebelumnya, kami memperkenalkan dasar-dasar magnetometer dan beberapa aplikasi utamanya. Hari ini kita akan melangkah lebih jauh dan melihat jenis magnetometer yang paling umum.

Magnetometer Skalar

Magnetometer skalar melakukan pengukuran yang akurat dari nilai numerik medan magnet. Setiap jenis didasarkan pada fenomena fisik yang berbeda:

• Efek hall: Merasakan tegangan yang diinduksi melintasi konduktor listrik saat menerapkan medan magnet dapat digunakan dengan sempurna untuk mengukur medan magnet
• Presesi proton (PPM): Manfaatkan resonansi magnetik nuklir untuk mengukur resonansi proton di medan magnet, mengukur tegangan yang diinduksi dalam kumparan karena reorientasinya
• Overhauser: Mirip dengan efek Hall dan magnetometer presesi proton, tetapi menggunakan sinyal frekuensi radio untuk mempolarisasi putaran elektron

Magnetometer Overhauser untuk aplikasi geofisika. Gambar yang digunakan atas izin Sistem Permata

Magnetometer Vektor

• Induktif: Ukur momen dipol beberapa partikel dengan mengukur arus yang diinduksi dalam beberapa kumparan deteksi setelah sampel dikenai medan magnet yang bervariasi
• Fluxgate: Terdiri dari inti cincin magnet dengan setidaknya dua gulungan kumparan:belitan penggerak dan belitan indera

Gulungan magnetometer fluxgate. Gambar milik Imperial College London

• Efek hall: Menghasilkan tegangan yang sebanding dengan medan magnet dan memberikan informasi tentang modul dan arahnya; banyak digunakan untuk aplikasi penginderaan daripada untuk mengkarakterisasi bahan magnetik
• Sistem mikroelektromekanis (MEMS): Mendeteksi gerakan struktur resonansi menggunakan alat optik pada skala mikroskopis

Magnetometer MEMS murah dan mudah diakses. Gambar digunakan atas izin Sparkfun Electronics

Magnetometer Gradien

Meskipun setiap magnetometer gradien sedikit berbeda, masing-masing secara kasar memiliki elemen yang sama. Pertama, mereka membutuhkan perangkat untuk menghasilkan medan magnet yang diketahui, yang bisa bolak-balik atau konstan. Kedua, magnetometer gradien membutuhkan sumber untuk medan gradien bolak-balik. Terakhir, mereka juga memerlukan sarana elektronik atau optik untuk mendeteksi dan mengukur gaya yang dihasilkan.

Mereka semua juga memiliki operasi resonansi, sehingga sampel magnetik bergerak di sekitar frekuensi resonansinya ketika amplitudo maksimum tercapai.

Aspek lain yang relevan dari magnetometer adalah orientasi medan magnet. Dalam beberapa magnetometer, seperti Zijlstra, medan bolak-balik dan DC keduanya sejajar dan berorientasi vertikal. Sebaliknya, pada magnetometer Foner, sampel bergetar tegak lurus terhadap medan magnet, yang mengurangi kerumitan penyiapan yang diperlukan.

Magnetometer Buluh Bergetar

Zijlstra memperkenalkan salah satu magnetometer gradien bolak-balik pertama pada tahun 1970. Ini dimaksudkan untuk mengatasi keterbatasan magnetometer sebelumnya dan mengukur kurva histeresis lengkap bahan magnetik.

Magnetometer buluh terdiri dari kawat tipis dengan sampel yang cukup kecil untuk dicirikan terpasang di ujungnya. Ada dua kumparan yang terhubung dalam oposisi seri, atau digabungkan secara diferensial, untuk membuat gradien medan. Bidang ini menciptakan gaya pada sampel, dan akibatnya getaran buluh. Karena gerakannya sangat halus, frekuensinya disetel sama dengan resonansi mekanis buluh, sehingga gerakannya diperkuat dan lebih mudah dideteksi. Pergerakan buluh diamati dengan menggunakan mikroskop dan lampu stroboscope. Ketika arus yang melalui kumparan konstan, begitu juga medan magnet; gerakan yang kita ukur sebanding dengan momen magnetik sampel.

Perbedaan yang paling menonjol antara magnetometer Zijlstra dan yang sebelumnya adalah sensitivitas dan juga kemampuan untuk mengkarakterisasi bahan magnetik secara lengkap. Untuk memiliki karakterisasi magnetik penuh, sampel harus sangat kecil untuk menghindari ketidaksempurnaan, masalahnya adalah magnetometer yang mampu mengkarakterisasi sampel dengan ukuran mikron hanya dapat mengkarakterisasi beberapa sifat magnetik seperti remanen atau suseptibilitas, tetapi tidak siklus histeresis yang lengkap. .

Magnetometer Sampel Bergetar (VSM)

Sebagian besar perangkat yang mengukur momen magnet memiliki kumparan pendeteksi yang sejajar secara horizontal dengan kumparan yang menghasilkan medan magnet bolak-balik.

Vibrating sample magnetometers (VSM), ditemukan oleh Foner pada tahun 1959, memperkenalkan hal baru bahwa gerakan sampel tegak lurus terhadap medan magnet yang diterapkan. Foner mengurangi kerumitan pengaturan, menghindari modifikasi magnet yang sulit.

VSM hadir di banyak laboratorium dan tersedia secara komersial.

Sebuah sampel magnetometer bergetar komersial (VSM). Gambar milik Microsense

Gabungan Magnetometer Medan Bolak-balik

Ada kategori magnetometer ketiga yang menggabungkan karakteristik yang sebelumnya; mereka disebut magnetometer gabungan. Mereka masih menggunakan dua medan magnet; namun, alih-alih menerapkan hanya satu bidang bolak-balik dan bidang konstan lainnya, mereka menerapkan dua bidang bolak-balik. Keuntungan terbesar adalah karakterisasi sampel di AC, serta di DC, dibandingkan dengan VSM atau magnetometer lain yang terbatas pada medan DC.

Magnetometer lain menghasilkan medan magnet dengan frekuensi yang sama dengan frekuensi resonansi mekanis sampel. Magnetometer gabungan menghasilkan dua medan magnet yang perbedaannya sama dengan frekuensi resonansi. Karena salah satu medan magnet dapat diatur ke 0 Hz, ia dapat bekerja dengan sempurna sebagai magnetometer gradien tradisional. Saat memvariasikan kedua frekuensi, perangkat bekerja sebagai susceptometer, mengukur harmonik orde tinggi dari momen magnetik. Jenis magnetometer ini ditemukan pada tahun 2015 oleh para peneliti di Technical University of Madrid.