Jenis Magnetometer: Dari Skalar hingga Perangkat Vibrating-Sample Canggih

Panduan komprehensif tentang jenis magnetometer paling umum – skalar, vektor, gradien, dan instrumen vibrating-sample canggih.

Berdasarkan pengenalan kami sebelumnya tentang magnetometer dan aplikasi utamanya, artikel ini membahas teknologi spesifik yang memungkinkan pengukuran medan magnet yang presisi di berbagai lingkungan ilmiah dan industri.

Magnetometer Skalar

Instrumen skalar memberikan satu nilai numerik dari magnitude medan magnet, terlepas dari arah. Prinsip kerjanya bervariasi, tetapi semuanya bergantung pada fenomena fisika yang sudah terbukti:

• Efek Hall: Mengukur tegangan yang diinduksi di seluruh konduktor ketika terpapar medan magnet, menawarkan akurasi tinggi dan respons cepat.
• Precesi Proton (PPM): Memanfaatkan resonansi magnetik nuklear proton; frekuensi precesi menginduksi tegangan di suatu gulungan yang secara langsung mencerminkan kekuatan medan.
• Overhauser: Mirip dengan Hall dan PPM, tetapi menggunakan sinyal radio-frekuensi untuk memolarisasi spinn elektron, meningkatkan sensitivitas untuk survei geofisika.

Magnetometer Overhauser untuk aplikasi geofisika. Gambar dengan izin Gem System.

Magnetometer Vektor

• Induktif: Menentukan momen dipol sampel dengan mengukur arus yang diinduksi di gulungan deteksi setelah menerapkan medan yang bervariasi seiring waktu.
• Fluxgate: Memiliki inti cincin magnetik dengan gulungan drive dan sense, menyediakan komponen vektor resolusi tinggi.

Gulungan magnetometer fluxgate. Gambar dengan izin Imperial College London.

• Efek Hall: Menghasilkan tegangan proporsional dengan magnitude dan arah medan; disukai dalam aplikasi sensor dibandingkan karakterisasi material.
• Sistem Mikroelektromekanis (MEMS): Mendeteksi gerakan mikrostruktur resonan secara optik, memungkinkan pengukuran vektor yang kompak dan hemat biaya.

Magnetometer MEMS murah dan mudah diakses. Gambar dengan izin Sparkfun Electronics.

Magnetometer Gradien

Perangkat gradien berbagi komponen umum: sumber medan yang terkalibrasi (bolak-balik atau konstan), generator medan gradien bolak-balik, dan sistem deteksi—elektronik atau optik—untuk mengukur gaya yang diinduksi. Semuanya beroperasi secara resonan, mendorong sampel di dekat frekuensi alaminya untuk memaksimalkan amplitudo sinyal.

Orientasi memainkan peran kunci: misalnya, desain Zijlstra meratairkan baik medan AC maupun DC secara vertikal, sedangkan konfigurasi Foner getarkan sampel secara tegak lurus, menyederhanakan aparat.

Magnetometer Reed Getar

Diperkenalkan oleh Zijlstra pada tahun 1970, reed getar adalah instrumen gradien bolak-balik pertama yang mampu memetakan loop histeresis penuh suatu material. Kawat tipis (reed) memegang sampel kecil di ujungnya. Dua gulungan secara berlawanan menghasilkan gradien medan, melindungi gaya yang menyebabkan reed bergetar pada resonansi mekaniknya. Amplitudo getaran, diamati melalui mikroskop dan stroboskop, secara langsung mencerminkan momen magnetik sampel.

Sensitivitas tinggi dan kemampuan karakterisasi lengkapnya membutuhkan sampel yang sangat kecil; spesimen yang lebih besar membatasi metode pada pengukuran remanensi atau kepekaan daripada loop histeresis penuh.

Magnetometer Sampel Getar (VSM)

Ditemukan oleh Foner pada tahun 1959, VSM memperkenalkan gerakan sampel tegak lurus terhadap medan magnet yang diterapkan, mengurangi kompleksitas pengaturan dengan menghindari modifikasi pada sistem magnet. Saat ini, VSM umum di laboratorium penelitian dan tersedia secara komersial.

Magnetometer sampel getar (VSM) komersial. Gambar dengan izin Microsense.

Magnetometer Medan Bolak-Balik Terkombinasi

Instrumen hibrid ini menggabungkan fitur perangkat skalar, vektor, dan gradien dengan menerapkan dua medan magnet bolak-balik daripada satu AC dan satu DC. Pendekatan ini memungkinkan karakterisasi AC dan DC secara bersamaan, menangkap harmonik orde tinggi dari momen magnetik.

Berbeda dengan magnetometer gradien konvensional yang bergantung pada satu frekuensi resonansi, sistem kombinasi mengatur satu medan ke 0 Hz, sehingga berfungsi sebagai perangkat gradien tradisional saat diperlukan. Dikembangkan pada tahun 2015 oleh peneliti di Universitas Teknik Madrid, teknologi ini memperluas kemampuan pengukuran untuk material magnet kompleks.