Student: Bozieanu Daniel Aplicatii ale magnetometrelor. Gradiomete pentru prospectiuni arheologice. Introducere Un magnetometru sau senzor magnetic este un instrument care măsoară magnetismul - fie magnetizarea unui material magnetic ca feromagnetul, fie direcția, rezistența sau schimbarea relativă a unui câmp magnetic la o anumită locație. O busolă este un tip simplu de magnetometru, unul care măsoară direcția unui câmp magnetic ambiant. Primul magnetometru capabil să măsoare intensitatea magnetică absolută a fost inventat de Carl Friedrich Gauss în 1833, iar evoluțiile notabile din secolul al XIX-lea au inclus efectul Hall, care este încă utilizat pe scară largă. Magnetometrele sunt utilizate pe scară largă pentru măsurarea câmpului magnetic al Pământului și în sondaje geofizice pentru a detecta anomalii magnetice de diferite tipuri. Ele sunt, de asemenea, utilizate în aplicații militare pentru a detecta submarine. În consecință, unele țări, cum ar fi Statele Unite, Canada și Australia, clasifică magnetometrele mai sensibile ca tehnologie militară și controlează distribuția lor. Magnetometrele pot fi folosite ca detectori de metale: pot detecta numai metale magnetice (feroase), dar pot detecta astfel de metale la o adâncime mult mai mare decât detectoarele metalice convenționale; acestea sunt capabile să detecteze obiecte mari, cum ar fi mașinile, la zeci de metri, în timp ce o gamă de detectoare de metale este rareori mai mare de 2 metri. În ultimii ani, magnetometrele au fost miniaturizate în măsura în care acestea pot fi încorporate în circuite integrate la un cost foarte scăzut și găsesc o utilizare din ce în ce mai mare ca compase miniaturizate (senzorul de câmp magnetic MEMS). Campuri magnetice
Câmpurile magnetice sunt cantități vectoriale caracterizate atât de putere, cât și de direcție. Rezistența unui câmp magnetic este măsurată în unități de tesla în unitățile SI și în gauss în sistemul cgs de unități. 10.000 de gauss sunt egale cu un tesla. Măsurătorile câmpului magnetic al Pământului sunt adesea citate în unități de nanotestă (nt), numită și gamma. Câmpul magnetic al pământului poate varia de la 20.000 la 80.000 nt în funcție de locație, fluctuațiile câmpului magnetic al Pământului sunt de ordinul a 100 nt, iar variațiile câmpului magnetic datorate anomaliilor magnetice pot fi în intervalul picotesla (pt). Gaussmetrele și teslametrele sunt magnetometre care măsoară în unități de gauss sau tesla, respectiv. În unele contexte, magnetometrul este termenul utilizat pentru un instrument care măsoară câmpuri mai mici de 1 millitesla (mt) și gaussmeter este utilizat pentru cei care măsoară mai mult de 1 mt. Tipuri de magnetometre Există două tipuri de măsurători magnetometrice de bază: Magnetometrele vectorice - măsoară valoarea densității fluxului într-o anumită direcție în spațiul tridimensional. Un exemplu este un magnetometru fluxgate care poate măsura puterea oricărei componente a câmpului Pământului prin orientarea senzorului în direcția componentei dorite. Magnetometre scalare - măsoară numai magnitudinea vectorului care trece prin senzor, indiferent de direcție. Magnetometrele cuantice sunt un exemplu de acest tip de magnetometru.
Performanță și capabilități Performanțele și capacitățile magnetometrelor sunt descrise prin specificațiile lor tehnice. Specificațiile cele mai importante includ: Rata de eșantionare - este cantitatea de citiri date pe secundă. Inversa este timpul ciclului în secunde pe citire. Rata de eșantionare este importantă în magnetometrele mobile; rata de eșantionare și viteza vehiculului determină distanța dintre măsurători. Bandwidth sau bandpass - caracterizează cât de bine un magnetometru urmărește schimbări rapide în câmpul magnetic. Pentru magnetometre fără prelucrare a semnalului la bord, lățimea de bandă este determinată de limita Nyquist stabilită prin rata de eșantionare. Magnetometrele moderne pot efectua netezirea sau medierea peste eșantioanele secvențiale. realizând un zgomot mai mic în schimbul unei lărgimi de bandă mai mici. Rezoluția - este cea mai mică modificare într-un câmp magnetic magnetometrul poate să rezolve. Un magnetometru ar trebui să aibă o rezoluție mult mai mică decât cea mai mică schimbare pe care o dorește să o respecte. Eroarea de cuantizare - este cauzată de înregistrarea rotunjită și trunchierea expresiilor digitale ale datelor. Eroarea absolută - reprezintă diferența dintre citirile unui câmp magnetic real al magnetometrului. Stabilitatea termică - este dependența măsurătorii de temperatura. Este dat ca un coeficient de temperatură în unități de nt per grad Celsius. Zgomotul - este fluctuațiile aleatoare generate de senzorul de magnetometru sau electronice. Zgomotul este dat în unități de, unde componenta de frecvență se referă la lățimea de bandă. Sensibilitatea - este cea mai mare valoare dintre zgomot sau rezoluție. Zona moartă - este regiunea unghiulară a orientării magnetometrului în care instrumentul produce măsurători slabe sau nu. Toate prelucrările cu precizie fără prelevare de protoni și magnețiometrele Overhauser au efecte de zonă moartă. Gradientul toleranței - este capacitatea unui magnetometru de a obține o măsurare fiabilă în prezența unui gradient de câmp magnetic. În sondajele de arme neexplodate sau depozitele de deșeuri, gradientele pot fi mari.
Aplicatii ale magnetometrelor Magnetometrele au o gamă foarte diversă de aplicații, printre care localizarea obiectelor cum ar fi submarinele, navele scufundate, pericolele pentru mașinile de găurit tuneluri, pericolele din minele de cărbune, armele neexplodate, tobele de deșeuri toxice, precum și o gamă largă de depozite minerale și structuri geologice. De asemenea, au aplicații în monitoarele de batere a inimii, poziționarea sistemelor de arme, senzori în frâne anti-blocare, predicții meteorologice (prin cicluri solare), stâlpi din oțel, sisteme de ghidare a burghiului, arheologie, tectonică plăci și propagare de unde radio și explorare planetară. În funcție de aplicație, magnetometrele pot fi instalate în nave spațiale, avioane, elicoptere, pe sol (rucsac), remorcate la distanță în spatele bicicletelor quad (sanie sau remorcă) instrument, sonda sau sonda) și remorcate în spatele ambarcațiunilor. Arheologie: Magnetometrele sunt de asemenea folosite pentru a detecta siturile arheologice, naufragiul și alte obiecte îngropate sau scufundate. Gradiometrele Fluxgate sunt populare datorită configurației lor compacte și costului relativ scăzut. Gradiometrele îmbunătățesc caracteristicile superficiale și elimină necesitatea unei stații de bază. Cesium și Overhauser sunt de asemenea foarte eficiente atunci când sunt utilizate ca gradiometre sau ca sisteme cu senzori cu stații de bază. Aurorele Magnetometrele pot indica o activitate aurorală înainte ca lumina din aurora să devină vizibilă. O rețea de magnetometre din întreaga lume măsoară constant efectul vântului solar asupra câmpului magnetic al pământului, care este apoi publicat pe indexul K.
Explorarea cărbunelui În timp ce magnetometrele pot fi utilizate pentru a ajuta la reprezentarea formei bazinului la scară regională, acestea sunt utilizate mai frecvent pentru a identifica pericolele minelor de cărbune, cum ar fi intruziunile basaltice (digurile, pragurile și dopurile vulcanice) care distrug resursele și sunt periculoase pentru echipamentul minier. Magnetometrele pot localiza, de asemenea, zonele aprinse de fulgere și sideritul (o impuritate în cărbune). Cele mai bune rezultate ale sondajului sunt obținute pe teren în sondaje de înaltă rezoluție (cu o distanță de aproximativ 10 m și o distanțare între stații de 0,5 m). Magnetometrele cu gauri cu ajutorul unui dihor pot ajuta, de asemenea, atunci când cusăturile de cărbune sunt adânci, folosind praguri multiple sau căutând sub fluxurile bazaltului de suprafață. Sondajele moderne utilizează, în general, magnetometre cu tehnologie GPS pentru a înregistra automat câmpul magnetic și locația acestora. Setul de date este apoi corectat cu date de la un al doilea magnetometru (stația de bază) care este lăsat staționar și înregistrează modificarea câmpului magnetic al Pământului în timpul sondajului. Militar În scopuri defensive, navele utilizează rețele de magnetometre amplasate pe etajele maritime în locații strategice (adică în jurul porturilor) pentru a monitoriza activitatea submarină. Submarinele "Goldfish" din Rusia au fost proiectate și construite cu mare cheltuială pentru a contracara astfel de sisteme (titanul pur este nemagnetic). Magnetometre, cum ar fi Foersterul german, sunt folosite pentru a localiza armamentul feros. Cesium și Overhauser sunt folosite pentru a localiza și ajuta la curățarea bombelor vechi și a gamei de teste. De asemenea, încărcăturile UAV (unmanned aerial vehicle) includ magnetometre pentru o serie de sarcini defensive și ofensive. Telefonie mobile Multe telefoane inteligente conțin magnetometre miniaturizate ale sistemelor microelectromecanice (MEMS) care sunt utilizate pentru a detecta intensitatea câmpului magnetic și sunt folosite ca busole. IPhone
3GS are un magnetometru, un senzor magnetorezistiv permalloy, AN-203 produs de Honeywell. În 2009, prețul magnetometrelor în trei axe a scăzut sub 1 USD pe dispozitiv și a scăzut rapid. Utilizarea unui dispozitiv cu trei axe înseamnă că nu este sensibil la modul în care este ținut în orientare sau înălțime. Expertize magnetice Sondajele sistematice pot fi utilizate în căutarea depozitelor minerale sau localizarea obiectelor pierdute. Aceste sondaje sunt împărțite în: Studiu aeromagnetic Gaură de sondă Sol Marin Senzori MEMS de câmp magnetic Un senzor de câmp magnetic MEMS este un sistem de microelectromecanică de dimensiune mică pentru detectarea și măsurarea câmpurilor magnetice (magnetometru). Multe dintre acestea funcționează prin detectarea efectelor forței Lorentz: o schimbare a tensiunii sau a frecvenței rezonante poate fi măsurată electronic sau o deplasare mecanică poate fi măsurată optic. Este necesară compensarea efectelor de temperatură. Utilizarea sa ca busolă miniaturizată poate fi o aplicație simplă, de exemplu. Avantaje Un senzor de câmp magnetic bazat pe MEMS este mic, astfel încât acesta poate fi plasat în apropierea locului de măsurare și astfel poate obține o rezoluție spațială mai mare decât alți senzori de câmp magnetic. În plus, construirea unui senzor de câmp magnetic MEMS nu necesită microfabricarea de material magnetic. Prin urmare, costul senzorului poate fi redus foarte mult. Integrarea senzorului MEMS și a microelectronicii poate reduce în continuare dimensiunea întregului sistem de detectare a câmpului magnetic.
BIOGRAFIE: https://en.wikipedia.org/wiki/magnetometer https://en.wikipedia.org/wiki/mems_magnetic_field_sensor