Magnetómetros: lo que es, tipos, asesoramiento sobre la selección y operación

• ¿Lo que es?
• Principio de funcionamiento
• Variedades
• Modelos
• Área de aplicación
• ¿Como escoger?

Hay muchos instrumentos de medida. Algunos miden lo que no se puede ver ni tocar. Un ejemplo sorprendente de tales dispositivos es solo un magnetómetro.

Magnetómetros Fluxgate (vector)

Barredoras Karcher: tipos, asesoramiento sobre la selección y operación

Las compuertas de flujo son uno de los tipos de magnetómetros . Ferroprobes fue inventado por Friedrich Foerster ( Friedrich Förster )

en 1937, y sirvió para la determinación del vector de inducción magnética .

Puede leer sobre mi prototipo de magnetómetro fluxgate aquí.

Diseño de puerta de flujo

compuerta de flujo de varilla simple

La compuerta de flujo más simple consiste en una varilla de permalloy, en la que hay una bobina de accionamiento , alimentada por corriente alterna, y una bobina detectora .

Permalloy es una aleación con propiedades magnéticas blandas, que consta de hierro y 45-82% de níquel. Permalloy tiene alta permeabilidad magnética (máxima permeabilidad magnética relativa ~ 100.000) y baja fuerza coercitiva. Una marca popular de permalloy para la fabricación de compuertas de flujo es 80NXC – 80% de níquel + cromo y silicio con una inducción de saturación de 0,65-0,75 T, utilizado para núcleos de transformadores de pequeño tamaño, reactancias y relés que operan en campos débiles de escudos magnéticos, para núcleos de transformadores de pulso, amplificadores magnéticos y relés sin contacto, para núcleos de cabeza magnéticos.
La dependencia de la permeabilidad magnética relativa de la intensidad de campo para algunas variedades de permalloy tiene la forma:

Si se aplica un campo magnético constante al núcleo, entonces el voltaje de los armónicos pares aparece en la bobina de medición , cuyo valor sirve como una medida de la fuerza del campo magnético constante. Este voltaje se filtra y se mide.

Fluxgate de doble varilla

Como ejemplo, podemos citar el dispositivo descrito en el libro de V.N. Karalis. «Circuitos electrónicos en la industria»:el dispositivo está diseñado para medir campos magnéticos constantes en el rango de 0.001 … 0.5 oersted. Los devanados de campo del sensor L1 y L3 se encienden de manera opuesta. El devanado de medición L2 se enrolla sobre los devanados de campo. Los devanados de campo son alimentados por una corriente de 2 kHz de un generador push-pull con retroalimentación inductiva. El modo generador se estabiliza mediante un divisor de corriente constante entre las resistencias R8 y R9 .

Fluxgate de núcleo toroidal
Una de las opciones de diseño más populares para un magnetómetro de fluxgate es un fluxgate de núcleo de anillo –

En comparación con las compuertas de flujo de varilla, este diseño tiene menos ruido y requiere mucha menos fuerza magnetomotriz .

Este sensor es un devanado de excitación enrollado en un núcleo toroidal, a través del cual fluye una corriente alterna con una amplitud suficiente para llevar el núcleo a la saturación, y un devanado de medición del que se extrae una tensión alterna, que se analiza para medir el campo magnético externo.
El devanado de medición se enrolla sobre el núcleo toroidal, cubriéndolo por completo (por ejemplo, en un marco especial) –

Este diseño es similar al diseño original de las compuertas de flujo (se agregó un capacitor para lograr resonancia en el segundo armónico) –

compuertas de flujo
ortogonales También se utilizan compuertas de flujo ortogonales ( ortogonales ) –

En el caso de una puerta de flujo ortogonal, su núcleo corresponde a las perlas de ferrita utilizadas en las perlas de ferrita en varios cables.
Los tamaños de estos cilindros difieren entre sí:

El principio de funcionamiento de la puerta de flujo.

La puerta de flujo es una especie de convertidor de ferroinducción . La característica principal de tales convertidores es el cambio en la permeabilidad magnética $ \ mu $ del núcleo bajo influencias externas (mecánicas, térmicas o magnéticas).

Consideremos el principio de funcionamiento de una compuerta de flujo con núcleo toroidal. En ausencia de un campo magnético externo, no se induce EMF en la bobina de medición, ya que los flujos magnéticos creados por la corriente del devanado de excitación en las dos mitades del núcleo son iguales en magnitud y opuestos en dirección y compensados ​​mutuamente. Si se aplica un campo magnético externo al núcleo, surge un desequilibrio, ya que en una mitad del núcleo este campo se suma al campo de excitación, y en la segunda se resta. Debido a esto, se induce un EMF en el devanado de medición, que parece pulsos cortos.

Para evaluar la fuerza del campo magnético externo, se analiza el valor del segundo armónico de este EMF, ya que la asimetría del sensor se manifiesta con más fuerza en la ocurrencia de armónicos impares.

diagrama de bloques de la puerta de flujo

Magnetómetros fluxgate profesionales

Ebinger Magnex

Foerster ferex

Schiebel Dimads (3 ejes)

Aplicación de magnetómetros fluxgate Las
compuertas flux se utilizan para buscar minerales (por ejemplo, petróleo), facturar equipaje, estudiar materiales, comprobar la eficacia del blindaje magnético, buscar tuberías submarinas …

El incidente con la bomba de hidrógeno (Tybee Bomb)
El caso más exótico del uso de un fluxgate para buscar la bomba atómica estadounidense perdida cerca de la costa de California. Este incidente se denominó la bomba Tybee . El 5 de febrero de 1958, un piloto de bombardero B-47 « Stratojet » se vio obligado alanzar una bomba de hidrógeno Mark 15 desde 7.200 pies al océano frente a la costa sur de la isla deshabitada de Little Tybee después de una colisión en el aire con un avión de combate F-86 « Saberjet «para garantizar un aterrizaje seguro: una bomba. MK15

Tripulación del B-47
(de izquierda a derecha: Howard Richardson , Robert Lagerstrom , Leland Woolard )

¡La bomba nunca fue encontrada! Puede leer más sobre esto en el interesante libro » Chasing Loose Nukes» del coronel Derek L. Duke :

Magnetómetros cuánticos (escalares)

Otros tipos de magnetómetros son dispositivos basados ​​en efectos cuánticos.

Magnetómetros de protones

Los más populares de los magnetómetros cuánticos son los magnetómetros de precesión de protones ( PPM ), que utilizan el fenómeno de la resonancia magnética nuclear (RMN). La diferencia entre un magnetómetro de este tipo y un fluxgate es que mide solo el módulo de inducción magnética .
En la Enciclopedia física. En 5 volúmenes. – M.: Enciclopedia soviética. Editor jefe A.M. Prokhorov. 1988 muestra un diagrama de un magnetómetro de protones –

En los magnetómetros de protones, se coloca un recipiente con un líquido rico en protones (agua destilada, queroseno, alcohol etílico) dentro de la bobina. Los protones (los núcleos de los átomos de hidrógeno) se comportan como imanes microscópicos. Una corriente continua de hasta varios amperios pasa a través de la bobina, creando un campo magnético con una inducción de aproximadamente 10 mT, que provoca la polarización de los imanes de protones en el líquido y se dirige aproximadamente perpendicular al campo magnético medido . Si entonces la corriente en la bobina se apaga abruptamente, entonces el campo magnético creado por esta corriente también desaparecerá, y los ejes de rotación de los protones volverán a su posición original, pero este retorno estará acompañado en unos segundos (tiempo de relajación) por la precesión de estos ejes ( precesión de Larmor ) –

En este caso, en la bobina aparece un EMF sinusoidal amortiguado muy débil (unidades de microvoltios) con una frecuencia de precesión (frecuencia de Larmor ), que depende de la inducción del campo magnético medido – $ f = {B \ over 23.4875} $,
donde $ f $ – frecuencia Hz; $ B $ es la inducción del campo magnético medido, nT.
El coeficiente 23.4875 es igual a $ 2 \ pi L \ sobre M $, donde
$ L $ es el momento angular del protón, $ M $ es el momento magnético del protón. Es el recíproco de la relación giromagnética de protones = 0,042576 Hz / nT.
Para medir la frecuencia de precesión, la bobina de inducción se conecta a través de un amplificador a un medidor de frecuencia. La sensibilidad de dicho magnetómetro puede alcanzar los 10 pT.
Este método, utilizado por muchos geofísicos y aficionados, recibió el nombre de Varian-Packard por los nombres de los científicos que publicaron el artículo Packard M., Varian R., Free Nuclear Induction in the Earth’s magnet field, Phys.Rev. 93, 941 (1954), y existe desde la década de 1950.
Desventajas de los magnetómetros de protones –

• se requiere una medición de frecuencia muy precisa (con una precisión de 0.04 Hz para una frecuencia de miles de Hz) para una señal muy débil (unidades de microvoltios);
• susceptibilidad a interferencias electromagnéticas externas, por ejemplo, del cableado eléctrico, por lo que los magnetómetros de protones no se utilizan dentro de edificios y estructuras.

Aplicaciones de los magnetómetros de protones Los magnetómetros de
protones se utilizan ampliamente en la investigación arqueológica.
El magnetómetro de protones se menciona en la novela de ciencia ficción de Michael Crichton « Timeline «:
señaló más allá de sus pies. Tres carcasas amarillas pesadas se sujetaron a los puntales delanteros del helicóptero. «Ahora mismo llevamos mapeadores de terreno estéreo, infrarrojos, UV y radar de barrido lateral». Kramer señaló por la ventana trasera, hacia un tubo plateado de dos metros de largo que colgaba debajo del helicóptero en la parte trasera. «Magnetómetro de protones». «Uh-huh. ¿Y hace qué?» «Busca anomalías magnéticas en el suelo debajo de nosotros que podrían indicar paredes enterradas, cerámica o metal».

Michael Crichton

Magnetómetros de cesio

Los magnetómetros de metales alcalinos atómicos bombeados ópticamente son un tipo de magnetómetros cuánticos.

magnetómetro de cesio G-858

Magnetómetros Overhauser

Cómo elegir un magnetómetro

S.G. Sedov, Geofísico, Candidato a Geológico-Minero. ciencias

En primer lugar, los magnetómetros se dividen en levantamiento y búsqueda.… Los dispositivos de topografía incluyen magnetómetros diseñados para construir mapas geofísicos del campo magnético utilizado en la investigación geológica. Dado que los objetos geológicos tienen tamaños de cientos de metros a decenas y cientos de kilómetros, el paso entre los puntos de medición de campo varía de 50 metros a decenas de kilómetros. Por esta razón, la medición discreta y punto a punto del campo magnético no es un problema en la exploración geológica. El trabajo arqueológico y de prospección es otro asunto. Aquí la medición punto a punto tiene desventajas significativas. En primer lugar, se pierde toda la información en el espacio punto a punto; solo hay que esperar que no haya nada allí. Reducir la distancia entre los puntos de medición, digamos, hasta 50 cm, reduce mucho la productividad (tasa de búsqueda de área), que con el tiempo, el operador cambia a mediciones después de 1-2 metros o al trabajo en movimiento. Sin embargo, los dispositivos de filmación de peatones no están adaptados para trabajar en movimiento. Por lo general, el fabricante lo indica en las instrucciones del dispositivo. El hecho es que los dispositivos de imágenes de protones tienen un retraso de 2 a 10 segundos. desde presionar el botón “Start” hasta recibir el valor del campo digital en la pantalla, causado por el tiempo empleado en la polarización del líquido en el sensor y en la medición de la frecuencia de precesión. Tal inercia obliga a la anomalía a «deslizarse» 2 o más metros, luego regresar y nuevamente, haciendo mediciones puntuales, encontrar su centro. Además, trabajar con magnetómetros de protones en movimiento bruscamente, varias veces, reduce la precisión de la medición de campo (también debe estar estipulado en la Instrucción) y, en consecuencia, reduce la confiabilidad de los estudios.

Otra característica de los magnetómetros de protones de estudio es el gran volumen de sensores. La consecuencia de esto es la falta de homogeneidad de un campo fuerte dentro de su volumen cuando un objeto de hierro se acerca a él. Como resultado, el magnetómetro no puede medir el campo; aparecen ceros sólidos en la pantalla. Este fenómeno siempre se observa al excavar un objeto del suelo: es imposible determinar en qué dirección expandir el agujero y si se debe profundizar para llegar a este objeto.

Es bastante obvio que las operaciones de prospección requieren una recepción rápida y completa de información y, por lo tanto, el dispositivo de búsqueda debe garantizar su flujo continuo hacia el operador. En particular, un detector de minas del ejército y un detector de metales arqueológico, que son un ejemplo típico de un dispositivo de búsqueda, proporcionan información continua a lo largo del camino. Un magnetómetro de búsqueda debería tener una propiedad similar. Los dispositivos de este tipo incluyen varios magnetómetros-gradiómetros extraños y el magnetómetro-gradiómetro “Magnum”. Los sensores de estos dispositivos de búsqueda tienen un volumen pequeño y no son sensibles a campos de gradiente fuerte. Los magnetómetros de búsqueda también tienen otras características, descritas en las secciones «Beneficios» y «Magnetómetro-Gradientómetro».

Los magnetómetros también difieren en su principio de funcionamiento: pueden ser de protones, cuánticos, fluxgate, criogénicos, inductivos, de efecto Hall, etc. Sin embargo, solo los tres primeros tipos se utilizan ampliamente.

Magnetómetros de protones

Partículas elementales de materia, incl. Los núcleos atómicos son portadores de magnetismo, es decir, tienen sus propios momentos magnéticos. El núcleo atómico precesa (gira) en un campo magnético alrededor de la dirección del campo con frecuencia. Determinado por la relación de Larmor. La relación giromagnética de los núcleos de cada isótopo (la relación del momento magnético con el momento mecánico) es una constante atómica que no depende de factores externos (temperatura, presión, humedad, etc.). Por lo tanto, la frecuencia de precesión del núcleo de un isótopo dado depende solo de la fuerza del campo magnético externo. más >>>

Magnetómetros cuánticos

Como se sabe, los niveles de energía de los átomos de vapor de metal en un campo magnético se dividen en varios subniveles (efecto Zeeman). Si un haz de luz monocromática polarizada circularmente pasa a través de un recipiente con vapores metálicos (rubidio o cesio), los átomos de metal pasarán de un nivel de energía más bajo a uno más alto. más >>>

Magnetómetros Fluxgate

El elemento magnéticamente sensible de un magnetómetro fluxgate es un fluxgate, una bobina eléctrica con un núcleo de material magnético suave alimentado con corriente alterna. Que es sensible a la magnitud y dirección del campo magnético externo. La puerta de flujo tiene otros nombres: sensor de saturación magnética. Sensor saturado magnéticamente, sensor de modulación magnética. En la literatura extranjera, la ferroprobe se denomina puerta de flujo: transmisor de flujo, receptor de flujo. más >>>

Configuración de magnetómetros

Las bobinas de Helmholtz se pueden utilizar para probar la puerta de flujo . Las bobinas de Helmholtz se utilizan para producir un campo magnético casi uniforme. Idealmente, son dos bucles circulares idénticos conectados en serie y ubicados a una distancia del radio del bucle entre sí. Por lo general, las bobinas de Helmholtz consisten en dos bobinas en las que se enrollan un cierto número de vueltas, y el grosor de la bobina debe ser mucho menor que su radio. En sistemas reales, el grosor de las bobinas puede ser comparable a su radio. Así, podemos considerar como un sistema de anillos de Helmholtz dos bobinas idénticas situadas coaxialmente, cuya distancia entre los centros es aproximadamente igual a su radio medio. Este sistema de bobina también se llama solenoide dividido (solenoide dividido).

En el centro del sistema hay una zona de campo magnético uniforme (el campo magnético en el centro del sistema en un volumen de 1/3 del radio de los anillos es uniforme dentro del 1% ), que se puede utilizar para fines de medición, para calibrar sensores de inducción magnética, etc.

La inducción magnética en el centro del sistema se define como $ B = \ mu _0 \, {\ left ({4 \ over 5} \ right)} ^ {3/2} \, {IN \ over R} $,
donde $ N $ es el número de vueltas en cada bobina, $ I $ es la corriente a través de las bobinas, $ R $ es el radio promedio de la bobina.

Las bobinas de Helmholtz también se pueden utilizar para proteger el campo magnético de la Tierra. Para esto, es mejor usar tres pares de anillos mutuamente perpendiculares, entonces su orientación no importa.

Principio de funcionamiento, sensibilidad y resolución del magnetómetro.

Actualizado 08.28.2018 magnetómetro ( magnetómetro – Ing.) – Instrumento geofísico especializado, orientado magnéticamente que se utiliza para medir las características del campo magnético y analizar anomalías magnéticas diversas (ferromagnéticas y huecos) en las diferentes estructuras del suelo, incluido el suelo con alta densidad y mineralosoderzhaniem.

¿Cuál es el principio físico para detectar un magnetómetro para objetos metálicos? ¿Qué parámetros de un magnetómetro son más importantes para la detección de metales? Sacamos información …

Principio físico de funcionamiento y parámetros básicos del magnetómetro.

Como saben, la Tierra tiene un campo magnético natural, que se caracteriza por un patrón de líneas de fuerza y ​​una cierta cantidad de intensidad. El valor de la intensidad para un área limitada (por la estructura del suelo) del terreno es el mismo, es decir, el campo magnético en este lugar es uniforme.

Cualquier objeto ferromagnético u objeto que tenga su propio campo magnético, ubicado en el campo magnético uniforme de la Tierra, creará una anomalía magnética local. Esta anomalía distorsionará la imagen de las líneas de fuerza y ​​el valor de la intensidad del campo uniforme en la ubicación.

El principio físico de funcionamiento del magnetómetro es detectar anomalías magnéticas locales registrando la diferencia en los parámetros de un campo uniforme en la ubicación de la anomalía.

Así, para un magnetómetro, como dispositivo especializado, la sensibilidad y la resolución son los principales parámetros.

Estos parámetros determinan la diferencia mínima en la inducción y la intensidad del campo magnético que el magnetómetro es capaz de registrar. El rango de registro de estos parámetros para los magnetómetros modernos es de 0,01 nT – 1 nT (nanoTesla).

Tipos existentes de magnetómetros

Existen varios tipos diferentes de magnetómetros , que naturalmente tienen diferentes principios de funcionamiento y funciones de procesamiento de señales y, en consecuencia, diferentes valores de sensibilidad y resolución. Los principales tipos de magnetómetros:

• Fluxgate

• Cuántico (protón)

• Magnetoinductivo

• Magnetómetros de efecto Hall

• Magnetoresistor

Los más interesantes en cuanto a sus características para la detección de metales son los magnetómetros fluxgate y de protones . Al igual que los detectores de metales, existen magnetómetros para estudios terrestres (terrestres) y submarinos.

Magnetómetros fluxgate profesionales: Ebinger Magnex (Alemania), Foerster Ferex (EE.UU.), SCHIEBEL DIMADS ™

Magnetómetro-gradiómetro Fluxgate «Magnum»

El estudio de la ruta del magnetómetro debe entenderse como la recopilación continua de datos de medición de las características del campo magnético a lo largo de la ruta del movimiento del magnetómetro. En este caso, las medidas se vinculan automáticamente a las coordenadas de la ruta mediante GPS en tiempo real.

Obviamente, los magnetómetros son fundamentalmente diferentes de los detectores de metales en su principio físico de funcionamiento y, en consecuencia, en la práctica, tienen sus propias características específicas y otras capacidades.

Cabe señalar que un magnetómetro no puede reemplazar a un detector de metales profesional. Pero, ¿detectará el detector de metales un vacío en el suelo en forma de sótano, «piragua» o pozo? Por lo tanto, el magnetómetro proporcionará una ayuda invaluable no solo para la geo-prospección, sino también para la detección de metales profesional junto con un detector de metales.

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Magnetómetros cuánticos

En los magnetómetros cuánticos se utilizan fenómenos cuánticos: precesión libre ordenada de momentos magnéticos nucleares (resonancia magnética nuclear, RMN) o de electrones ( resonancia paramagnética electrónica , ESR) en un campo magnético externo, las transiciones cuánticas entre los subniveles magnéticos de los átomos y la cuantificación del flujo magnético en el bucle superconductor … Dependiendo del método de creación de un macroscópico. Se distinguen los métodos de detección de momento y señal magnéticos: protón M. (M. de precesión libre, con polarización dinámica y sincrónica), M. con óptica. bombeado, etc.

Un recipiente con un líquido diamagnético, cuyas moléculas contienen átomos de hidrógeno, sirve como sensor de M. Dicho líquido puede ser agua, queroseno, benceno, heptano, etc. Se coloca una ampolla con un líquido en una bobina, o la bobina se sumerge en un recipiente con un líquido de trabajo. Primero se pasa una corriente de polarización a través de la bobina, lo que crea un campo magnético que orienta los momentos magnéticos de los protones y magnetiza el líquido. Después de la desconexión de la corriente de polarización, los momentos magnéticos de los protones comienzan a movimiento de precesión alrededor de la dirección del campo magnético medido H _meas con la frecuencia ω = γ _p H _meas , donde γ _p– Relación giromagnética de protones. Por tanto, la medición de la frecuencia de precesión permite determinar la magnitud de la intensidad del campo magnético con gran precisión.

En el trabajo de M cuántica, también se puede utilizar la precesión en un campo magnético de los momentos magnéticos de electrones desapareados de átomos paramagnéticos. La frecuencia de precesión de electrones es cientos de veces mayor que la frecuencia de precesión de protones. Se han creado microscopios de protones en los que EPR aumenta la intensidad de la RMN (el efecto Overhauser).

Óptica cuántica M. (bombeado ópticamente) a menudo se denomina simplemente M. cuántico. Cuando se transmite luz con polarización circular y una longitud de onda correspondiente a la transición de átomos metálicos a uno de los niveles excitados a través del bulbo, los átomos llenan uno de los subniveles magnéticos de este nivel, lo que conduce a una disminución en la absorción de resonancia y dispersión de la luz. Cuando la bombilla se coloca en un campo magnético alterno con una frecuencia ω = γ _e H _med (γ _e– la relación giromagnética de los electrones), la población de los subniveles magnéticos se nivela y la absorción y dispersión de la luz aumentan drásticamente. La sensibilidad de protones y M. óptica es 10

-4

-diez

-cinco

A / m.

Todos los campos magnéticos cuánticos descritos se utilizan para medir la fuerza de los campos magnéticos débiles, incluido el campo geomagnético en el espacio. espacio, así como en exploración geológica.

El principio de funcionamiento de los magnetómetros cuánticos superconductores (magnetómetros SQUID) se basa en los efectos cuánticos en los superconductores: la cuantificación del flujo magnético en un superconductor y la dependencia del crítico. corriente de contacto de dos superconductores de H _med (ver efecto Josephson). Los campos magnéticos superconductores miden campos magnéticos super débiles y se utilizan en biofísica, física del estado sólido, magnetoquímica y otros, así como para medir los componentes del campo geomagnético. La sensibilidad de los magnetómetros SQUID alcanza los 10

-diez

A / m.

Resultados: cálculo de errores de estimación de ángulos

Para dos sensores, que tomamos como ejemplo, ADIS16488A y MPU-9250, los errores limitantes en la estimación de los ángulos de orientación se obtuvieron bajo la influencia combinada de los errores del acelerómetro y el magnetómetro.

La siguiente tabla muestra los valores máximos de los errores recibidos:

El efecto combinado de los errores del acelerómetro y el magnetómetro sobre los errores en la estimación de los ángulos de orientación:

• Así es como se ven los errores de estimación de balanceo dependiendo de los valores de balanceo y cabeceo:

  

• Errores de estimación de tono en función de los valores de balanceo y tono:

  

• Errores al estimar el acimut magnético a partir de los ángulos de balanceo y cabeceo:

  

• Errores al estimar el acimut magnético a partir de los ángulos de balanceo y el acimut magnético:

  

• Errores en la estimación del acimut magnético a partir de los ángulos de inclinación y acimut magnético:

  

Como puede ver, la magnitud de los errores aumenta al acercarse al límite de los rangos de medición angular. ¿Por qué?

Esto se puede entender en la siguiente figura.

Digamos que giramos el eje de sensibilidad Z (

) del acelerómetro para que la proyección de la gravedad sobre este eje sea menor (

). El valor de proyección de la gravedad más el error del acelerómetro darán el rango de posibles valores de medición (área rosada). En este caso, el error en la estimación del ángulo aumenta (

). Así, con una disminución en la proyección del vector de gravedad sobre el eje de sensibilidad, el error del acelerómetro comienza a introducir un error mayor en la estimación del ángulo.

Juguemos con los parámetros de entrada para entender cómo se determinan los errores

La influencia de solo los errores del acelerómetro (consideramos que el magnetómetro es ideal) sobre los errores en la estimación de los ángulos de orientación:

La influencia de los errores del magnetómetro solo (el acelerómetro se considera ideal) sobre los errores en la estimación de los ángulos de orientación:

¿Lo que es?

Como su nombre lo indica, un magnetómetro es un dispositivo diseñado para medir los parámetros del campo magnético y las propiedades magnéticas de materiales individuales. Dependiendo del cambio en los indicadores de qué tipo corrige el dispositivo, se pueden llamar los siguientes términos:

• oerstedmeter (mide la intensidad del campo);
• gradiómetro (determina el gradiente de campo);
• teslameter (muestra inducción);
• webmeter (determina el flujo magnético);
• inclinador o declinador (establece la dirección del campo);
• coercímetro (muestra fuerza coercitiva).

Cuando los medidores mu y kappa están en funcionamiento, se puede determinar la permeabilidad y la susceptibilidad magnética, respectivamente. Y también hay dispositivos para fijar el momento magnético. Pero también hay una definición más estrecha de magnetómetros: estos son dispositivos que miden la intensidad, el gradiente y la dirección del campo. Los parámetros necesarios se determinan de varias formas.

Hay que tener en cuenta que algunos instrumentos registran los valores absolutos de las características del campo, mientras que otros reflejan el cambio del campo a lo largo del tiempo o en diferentes puntos del espacio.

Literatura

• Detección de inclinación usando un acelerómetro de tres ejes, Rev. 6 – Freescale Semiconductor, Inc.
• Implementación de un eCompass con compensación de inclinación mediante sensores de acelerómetro y magnetómetro –
  Nota de aplicación de Freescale Semiconductor .
• Revisión 1.1 de la especificación del producto MPU-9250 – InvenSense Inc.
• Hoja de datos de ADIS16488A – Analog Devices, Inc.
• Perov A.I., Kharisov V.N. GLONASS. Principios de construcción y funcionamiento M .: Radiotekhnika, 2010. – 800 p.

Variedades

Según la organización del trabajo, es fácil notar la diferencia entre los magnetómetros de encuesta y de búsqueda. Para disparar, se utilizan dispositivos que construyen un mapa geofísico del campo magnético. Dado que el tamaño de un objeto que interesa a los geólogos puede oscilar entre 100 ma varios cientos de km, el paso de medición también es muy diferente. Pero en arqueología (incluso «negra») y en la búsqueda de tesoros, estos parámetros son inaceptables. Escanear el espacio por puntos no proporciona ninguna información sobre lo que hay en el medio.

La convergencia de puntos (con un paso de 0,5 m, por ejemplo) hace que el trabajo sea innecesariamente tedioso, y aún así existe el riesgo de «ver» los objetos más interesantes. Los magnetómetros de protones de estudio no están diseñados para funcionar sobre la marcha. Toma de 2 a 10 segundos entre presionar el botón y dibujar la imagen revelada en la pantalla, dependiendo de la modificación y las condiciones de disparo. Por supuesto, puede volver atrás y pasar por los mismos lugares muchas veces, pero esto complica enormemente el trabajo. Finalmente, la precisión de disparar sobre la marcha definitivamente disminuirá, en comparación con el modo estándar.

Vale la pena considerar un matiz más: un magnetómetro de tipo protón es incapaz de indicar en qué dirección cavar un hoyo y si es necesario profundizarlo para cavar el objeto deseado. Un dispositivo arqueológico y de búsqueda de tesoros completo debe funcionar de manera tan continua como un detector de minas o un detector de metales. Por lo tanto, los magnetómetros de gradiente de fabricación extranjera se están convirtiendo en una opción adecuada . Sus sensores son pequeños y no se ven afectados por campos de «golpes» demasiado fuertes.

Volviendo a los dispositivos de protones, debemos señalar que funcionan midiendo la frecuencia de precesión de los núcleos de protones (que depende únicamente del magnetismo externo). Los dispositivos cuánticos funcionan de manera diferente: se basan en el efecto Zeeman. Este efecto consiste en que los átomos de las partículas metálicas evaporadas, una vez en un campo magnético, reaccionan de manera especial a un haz de luz monocromática polarizada. Con este tipo de iluminación, los átomos se mueven a un nivel de energía más alto. El magnetómetro fluxgate tiene como unidad principal una bobina eléctrica, cuyo núcleo está hecho de un material magnético blando. La bobina que recibe la corriente eléctrica es la puerta de flujo deseada.

Un magnetómetro de inducción, como puede comprender fácilmente, funciona por inducción electromagnética. Un dispositivo de inducción pasiva se diferencia en que la EMF en la bobina aparece bajo la influencia del magnetismo externo. El dispositivo activo funciona de manera diferente: se aplica un pulso de corriente alterna al devanado de excitación. La bobina variable está saturada por la EMF inducida. Incluso los armónicos del campo resultante son proporcionales a la componente longitudinal del campo externo.

El tipo de magnetómetros de cuarzo apareció en la década de 1940. La característica principal del dispositivo es que el bloque magnético está suspendido en un hilo de cuarzo. Es una técnica confiable y sofisticada que continúa utilizándose incluso en la investigación geomagnética en la actualidad. El magnetómetro digital vibracional está dispuesto de manera diferente, lo que puede tener en cuenta la influencia en las propiedades magnéticas de los objetos en estudio no solo de los cambios en el magnetismo externo, sino también de las fluctuaciones de temperatura.

Hoy en día, las mejoras en los magnetómetros de vibración tienen como objetivo facilitar el cambio de muestras y reducir el riesgo de rotura del instrumento durante esta operación.

Modelos

Consideremos con más detalle los modelos conocidos de magnetómetros.

• El МТМ-01 de tamaño pequeño de tres componentes merece atención . Este dispositivo no ayudará particularmente a los buscadores de tesoros, pero es capaz de detectar campos magnéticos naturales que son peligrosos para los humanos. Y también se posiciona como un medio para determinar la efectividad de los escudos magnéticos y otros equipos de protección.

Puede usarse para inspeccionar transformadores y otras instalaciones eléctricas.

• El MF-24 FM pertenece a otra categoría: es un gradiómetro-microtelemetro. Determina la calidad de desmagnetización de varias piezas y elementos después de la soldadura. Se puede dar una característica a las piezas sometidas a pruebas magnéticas no destructivas.

Las empresas de servicios públicos lo utilizan para determinar la magnetización de los medidores y el dispositivo también se utiliza en la construcción naval, la construcción de aviones y otras industrias críticas.

• IMAG 400-Ts es un magnetómetro diseñado para controlar la magnetización del metal durante la detección de defectos de partículas magnéticas. El fabricante garantiza un MTBF de al menos 5000 horas.

• El magnetómetro de detección de fallas 23-IM también ocupa una muy buena posición . Este dispositivo se utiliza en la detección de fallas de productos ferromagnéticos. Un área adicional de su aplicación es la determinación del nivel de interferencia magnética industrial. Junto con la batería, el peso del dispositivo no supera los 0,15 kg.

• Pero el magnetómetro-gradiómetro «Magnum» es solo el dispositivo que necesitan los motores de búsqueda, los buscadores de tesoros. Podrá detectar tanto cosas pequeñas como grandes equipos militares. Se garantiza el funcionamiento en heladas severas. Las últimas versiones han mejorado la fiabilidad del cable.

• Si necesita utilizar un magnetómetro en varios casos a la vez, el Technomag universal es suficiente . Mide la magnetización remanente y encuentra los polos locales, controla la magnetización.

Área de aplicación

En la práctica, los magnetómetros se utilizan para buscar metales, incluidos los tesoros en el campo. Ningún georadador, y mucho menos dispositivos eléctricos de prospección más simples, puede compararse con ellos. El caso es que la señal emitida por los mismos GPR sale tres órdenes de magnitud más rápido. Es por eso que los magnetómetros se utilizan en la búsqueda de los siguientes elementos:

• barcos hundidos y submarinos;
• equipo militar en los campos de batallas anteriores;
• objetos de hierro antiguos.

Pero el magnetómetro no solo busca metal. Es capaz de determinar las partes residuales de cimientos y muros, otras partes de edificios. El ladrillo, la arcilla y la piedra también tienen magnetización, aunque menos que el acero. Además, no existen barreras para el escaneo magnético. “Ignora” el suelo y la vegetación, la roca dura y el hielo suelto, el agua y los objetos extraños.

El único inconveniente es la selectividad del escaneo. Los cazadores de tesoros, y en parte los arqueólogos (aunque por diferentes razones), están especialmente interesados ​​en los metales preciosos no ferrosos, las joyas, y solo estos elementos el magnetómetro no encontrará. Muchas personas fabrican sus propios equipos de búsqueda magnética basados ​​en un microcontrolador. Y funciona tan bien como los diseños industriales. Para el observatorio, los magnetómetros son importantes por su capacidad para detectar tormentas magnéticas incipientes y medir su intensidad.

Pero las mediciones magnéticas son necesarias no solo en un detector de metales y en general en el suelo. También son requeridos por el transporte aéreo. Más bien, no todos los aviones, sino las fuerzas de defensa antisubmarinas. Además de la sensibilidad del propio aparato, las propiedades de los submarinos y las condiciones operativas afectan la eficacia de su uso.

Cuando se usa correctamente, resulta no ser peor que un medidor de potasio de estructura fina.