Magnetómetro - Magnetometer

Magnetómetro de vector de helio (HVM) de las naves espaciales Pioneer 10 y 11

Un magnetómetro es un dispositivo que mide el campo magnético o el momento dipolar magnético . Algunos magnetómetros miden la dirección, la fuerza o el cambio relativo de un campo magnético en una ubicación particular. Una brújula es uno de esos dispositivos, que mide la dirección de un campo magnético ambiental, en este caso, el campo magnético de la Tierra . Otros magnetómetros miden el momento dipolar magnético de un material magnético como un ferromagnet , por ejemplo, registrando el efecto de este dipolo magnético sobre la corriente inducida en una bobina.

El primer magnetómetro capaz de medir la intensidad magnética absoluta en un punto del espacio fue inventado por Carl Friedrich Gauss en 1833 y desarrollos notables en el siglo XIX incluyeron el efecto Hall , que todavía se usa ampliamente.

Los magnetómetros se utilizan ampliamente para medir el campo magnético de la Tierra , en estudios geofísicos , para detectar anomalías magnéticas de varios tipos y para determinar el momento dipolar de materiales magnéticos. En el sistema de referencia de actitud y rumbo de una aeronave , se utilizan comúnmente como referencia de rumbo . Los militares también utilizan magnetómetros en minas magnéticas para detectar submarinos. En consecuencia, algunos países, como Estados Unidos, Canadá y Australia, clasifican los magnetómetros más sensibles como tecnología militar y controlan su distribución.

Los magnetómetros se pueden utilizar como detectores de metales : pueden detectar solo metales magnéticos ( ferrosos ), pero pueden detectar dichos metales a una profundidad mucho mayor que los detectores de metales convencionales; son capaces de detectar objetos grandes, como automóviles, a decenas de metros, mientras que el alcance de un detector de metales rara vez supera los 2 metros.

En los últimos años, los magnetómetros se han miniaturizado hasta el punto de que pueden incorporarse en circuitos integrados a muy bajo costo y están encontrando un uso cada vez mayor como brújulas miniaturizadas ( sensor de campo magnético MEMS ).

Introducción

Campos magnéticos

Los campos magnéticos son cantidades vectoriales caracterizadas tanto por su fuerza como por su dirección. La fuerza de un campo magnético se mide en unidades de tesla en las unidades SI y en gauss en el sistema de unidades cgs . 10,000 gauss equivalen a un tesla. Las mediciones del campo magnético de la Tierra a menudo se expresan en unidades de nanotesla (nT), también llamadas gamma. El campo magnético de la Tierra puede variar de 20.000 a 80.000 nT dependiendo de la ubicación, las fluctuaciones en el campo magnético de la Tierra son del orden de 100 nT y las variaciones del campo magnético debido a anomalías magnéticas pueden estar en el rango de picotesla (pT). Los gausímetros y teslámetros son magnetómetros que miden en unidades de gauss o tesla, respectivamente. En algunos contextos, magnetómetro es el término utilizado para un instrumento que mide campos de menos de 1 militesla (mT) y gausímetro se utiliza para aquellos que miden más de 1 mT.

Tipos de magnetómetro

El experimento del magnetómetro para el orbitador Juno para Juno se puede ver aquí al final de un boom. La nave espacial utiliza dos magnetómetros fluxgate. (ver también Magnetómetro (Juno) )

Hay dos tipos básicos de medición con magnetómetro. Los magnetómetros vectoriales miden los componentes vectoriales de un campo magnético. Los magnetómetros de campo total o magnetómetros escalares miden la magnitud del campo magnético vectorial. Los magnetómetros utilizados para estudiar el campo magnético de la Tierra pueden expresar los componentes vectoriales del campo en términos de declinación (el ángulo entre el componente horizontal del vector de campo y el norte verdadero o geográfico) y la inclinación (el ángulo entre el vector de campo y el vector de campo). la superficie horizontal).

Los magnetómetros absolutos miden la magnitud absoluta o el campo magnético vectorial, utilizando una calibración interna o constantes físicas conocidas del sensor magnético. Los magnetómetros relativos miden la magnitud o el campo magnético vectorial en relación con una línea de base fija pero no calibrada. También llamados variómetros , los magnetómetros relativos se utilizan para medir variaciones en el campo magnético.

Los magnetómetros también pueden clasificarse por su situación o uso previsto. Los magnetómetros estacionarios se instalan en una posición fija y las mediciones se toman mientras el magnetómetro está estacionario. Los magnetómetros portátiles o móviles están diseñados para usarse mientras están en movimiento y pueden transportarse manualmente o transportarse en un vehículo en movimiento. Los magnetómetros de laboratorio se utilizan para medir el campo magnético de los materiales colocados dentro de ellos y, por lo general, son estacionarios. Los magnetómetros de levantamiento se utilizan para medir campos magnéticos en levantamientos geomagnéticos; pueden ser estaciones base fijas, como en la red INTERMAGNET , o magnetómetros móviles utilizados para escanear una región geográfica.

Rendimiento y capacidades

El rendimiento y las capacidades de los magnetómetros se describen a través de sus especificaciones técnicas. Las principales especificaciones incluyen

  • La frecuencia de muestreo es el número de lecturas dadas por segundo. La inversa es el tiempo del ciclo en segundos por lectura. La frecuencia de muestreo es importante en los magnetómetros móviles; la frecuencia de muestreo y la velocidad del vehículo determinan la distancia entre las mediciones.
  • El ancho de banda o paso de banda caracteriza qué tan bien un magnetómetro rastrea cambios rápidos en el campo magnético. Para los magnetómetros sin procesamiento de señal integrado , el ancho de banda está determinado por el límite de Nyquist establecido por la frecuencia de muestreo. Los magnetómetros modernos pueden realizar suavizado o promediado sobre muestras secuenciales, logrando un ruido más bajo a cambio de un ancho de banda más bajo.
  • La resolución es el cambio más pequeño en un campo magnético que puede resolver el magnetómetro. Un magnetómetro debe tener una resolución mucho menor que el cambio más pequeño que se desee observar.
  • El error de cuantificación se debe al redondeo y al truncamiento del registro de las expresiones digitales de los datos.
  • El error absoluto es la diferencia entre las lecturas del campo magnético verdadero de un magnetómetro.
  • La deriva es el cambio en el error absoluto a lo largo del tiempo.
  • La estabilidad térmica es la dependencia de la medición de la temperatura. Se da como un coeficiente de temperatura en unidades de nT por grado Celsius.
  • El ruido son las fluctuaciones aleatorias generadas por el sensor o la electrónica del magnetómetro. El ruido se expresa en unidades de , donde el componente de frecuencia se refiere al ancho de banda.
  • La sensibilidad es el mayor entre el ruido o la resolución.
  • El error de rumbo es el cambio en la medición debido a un cambio en la orientación del instrumento en un campo magnético constante.
  • La zona muerta es la región angular de la orientación del magnetómetro en la que el instrumento produce mediciones deficientes o nulas. Todos los magnetómetros Overhauser y de precesión sin protones con bombeo óptico experimentan algunos efectos de zona muerta.
  • La tolerancia al gradiente es la capacidad de un magnetómetro para obtener una medición confiable en presencia de un gradiente de campo magnético . En los estudios de artefactos explosivos sin detonar o rellenos sanitarios, los gradientes pueden ser grandes.

Primeros magnetómetros

La brújula es un tipo simple de magnetómetro.
Magnetómetro N ° 18 para levantamientos costeros y geodésicos.

La brújula, que consiste en una aguja magnetizada cuya orientación cambia en respuesta al campo magnético ambiental, es un tipo simple de magnetómetro, uno que mide la dirección del campo. La frecuencia de oscilación de una aguja magnetizada es proporcional a la raíz cuadrada de la fuerza del campo magnético ambiental; así, por ejemplo, la frecuencia de oscilación de la aguja de una brújula situada horizontalmente es proporcional a la raíz cuadrada de la intensidad horizontal del campo ambiental.

En 1833, Carl Friedrich Gauss , director del Observatorio Geomagnético de Gotinga, publicó un artículo sobre la medición del campo magnético de la Tierra. Describió un nuevo instrumento que consistía en una barra magnética permanente suspendida horizontalmente de una fibra de oro . La diferencia en las oscilaciones cuando la barra se magnetizó y cuando se desmagnetizó permitió a Gauss calcular un valor absoluto para la fuerza del campo magnético de la Tierra.

El gauss , la unidad CGS de densidad de flujo magnético, fue nombrado en su honor, definido como un maxwell por centímetro cuadrado; es igual a 1 × 10 −4 tesla (la unidad SI ).

Francis Ronalds y Charles Brooke inventaron de forma independiente magnetografías en 1846 que registraban continuamente los movimientos del imán mediante la fotografía , lo que aliviaba la carga de los observadores. Edward Sabine y otros los utilizaron rápidamente en un estudio magnético global y las máquinas actualizadas estuvieron en uso hasta bien entrado el siglo XX.

Magnetómetros de laboratorio

Los magnetómetros de laboratorio miden la magnetización , también conocida como el momento magnético de un material de muestra. A diferencia de los magnetómetros de encuesta, los magnetómetros de laboratorio requieren que la muestra se coloque dentro del magnetómetro y, a menudo, se pueden controlar la temperatura, el campo magnético y otros parámetros de la muestra. La magnetización de una muestra depende principalmente del orden de los electrones no apareados dentro de sus átomos, con contribuciones más pequeñas de momentos magnéticos nucleares , diamagnetismo de Larmor , entre otros. El orden de los momentos magnéticos se clasifica principalmente como diamagnético , paramagnético , ferromagnético o antiferromagnético (aunque la zoología del orden magnético también incluye ferrimagnético , helimagnético , toroidal , vidrio giratorio , etc.). La medición de la magnetización en función de la temperatura y el campo magnético puede dar pistas sobre el tipo de ordenamiento magnético, así como cualquier transición de fase entre diferentes tipos de órdenes magnéticos que ocurren a temperaturas críticas o campos magnéticos. Este tipo de medición de magnetometría es muy importante para comprender las propiedades magnéticas de los materiales en física , química , geofísica y geología , así como a veces en biología .

SQUID (dispositivo superconductor de interferencia cuántica)

Los SQUIDs son un tipo de magnetómetro que se utiliza tanto como magnetómetros de estudio como de laboratorio. La magnetometría SQUID es una técnica de magnetometría absoluta extremadamente sensible. Sin embargo, los SQUID son sensibles al ruido, lo que los hace poco prácticos como magnetómetros de laboratorio en campos magnéticos de CC alta y en imanes pulsados. Los magnetómetros SQUID comerciales están disponibles para temperaturas entre 300 mK y 400 kelvin y campos magnéticos de hasta 7 tesla.

Bobinas de captación inductiva

Las bobinas de captación inductiva (también denominadas sensor inductivo) miden el momento dipolar magnético de un material al detectar la corriente inducida en una bobina debido al momento magnético cambiante de la muestra. La magnetización de la muestra se puede cambiar aplicando un pequeño campo magnético de CA (o un campo de CC que cambia rápidamente), como ocurre en los imanes pulsados ​​impulsados ​​por condensadores. Estas medidas requieren diferenciar entre el campo magnético producido por la muestra y el del campo externo aplicado. A menudo se utiliza una disposición especial de bobinas de cancelación. Por ejemplo, la mitad de la bobina captadora se enrolla en una dirección y la otra mitad en la otra dirección, y la muestra se coloca solo en la mitad. El campo magnético externo uniforme es detectado por ambas mitades de la bobina y, dado que están enrolladas, el campo magnético externo no produce ninguna señal neta.

VSM (magnetómetro de muestra vibrante)

Los magnetómetros de muestra vibrante (VSM) detectan el momento dipolar de una muestra al hacer vibrar mecánicamente la muestra dentro de una bobina captadora inductiva o dentro de una bobina SQUID. Se mide la corriente inducida o el flujo cambiante en la bobina. La vibración generalmente es creada por un motor o un actuador piezoeléctrico. Normalmente, la técnica VSM es de un orden de magnitud menos sensible que la magnetometría SQUID. Los VSM se pueden combinar con los SQUID para crear un sistema que sea más sensible que cualquiera de los dos por separado. El calor debido a la vibración de la muestra puede limitar la temperatura base de un VSM, típicamente a 2 Kelvin. VSM tampoco es práctico para medir una muestra frágil que es sensible a una aceleración rápida.

Magnetometría de extracción de campo pulsado

La magnetometría de extracción de campo pulsado es otro método que utiliza bobinas de captación para medir la magnetización. A diferencia de los VSM en los que la muestra se hace vibrar físicamente, en la magnetometría de extracción de campo pulsado, la muestra está asegurada y el campo magnético externo cambia rápidamente, por ejemplo, en un imán accionado por condensador. Luego, se debe utilizar una de las múltiples técnicas para cancelar el campo externo del campo producido por la muestra. Estos incluyen bobinas contrabobinadas que cancelan el campo uniforme externo y las mediciones de fondo con la muestra extraída de la bobina.

Magnetometría de par

La magnetometría de par magnético puede ser incluso más sensible que la magnetometría SQUID . Sin embargo, la magnetometría de par magnético no mide el magnetismo directamente como lo hacen todos los métodos mencionados anteriormente. En cambio, la magnetometría de par magnético mide el par τ que actúa sobre el momento magnético de una muestra μ como resultado de un campo magnético uniforme B, τ = μ × B. Por tanto, un par es una medida de la anisotropía magnética o de forma de la muestra. En algunos casos, la magnetización de la muestra se puede extraer del par medido. En otros casos, la medición del par magnético se utiliza para detectar transiciones de fase magnética u oscilaciones cuánticas . La forma más común de medir el par magnético es montar la muestra en un voladizo y medir el desplazamiento mediante la medición de capacitancia entre el voladizo y el objeto fijo cercano, o midiendo la piezoelectricidad del voladizo, o mediante interferometría óptica en la superficie del voladizo. .

Magnetometría de fuerza de Faraday

La magnetometría de fuerza de Faraday utiliza el hecho de que un gradiente de campo magnético espacial produce una fuerza que actúa sobre un objeto magnetizado, F = (M⋅∇) B. En la magnetometría de fuerza de Faraday, la fuerza sobre la muestra se puede medir con una escala (colgando la muestra de una balanza sensible) o detectando el desplazamiento contra un resorte. Comúnmente se usa una celda de carga capacitiva o un voladizo debido a su sensibilidad, tamaño y falta de partes mecánicas. La magnetometría de fuerza de Faraday es aproximadamente un orden de magnitud menos sensible que un CALAMAR. El mayor inconveniente de la magnetometría de fuerza de Faraday es que requiere algunos medios no solo para producir un campo magnético, sino también para producir un gradiente de campo magnético. Si bien esto se puede lograr usando un conjunto de caras polares especiales, se puede lograr un resultado mucho mejor usando un conjunto de bobinas de gradiente. Una de las principales ventajas de la magnetometría de fuerza de Faraday es que es pequeña y razonablemente tolerante al ruido y, por lo tanto, se puede implementar en una amplia gama de entornos, incluido un refrigerador de dilución . La magnetometría de fuerza de Faraday también puede complicarse por la presencia de torque (ver técnica anterior). Esto puede evitarse variando el campo de gradiente independientemente del campo de CC aplicado para que el par y la contribución de la fuerza de Faraday puedan separarse y / o diseñando un magnetómetro de fuerza de Faraday que evite que la muestra gire.

Magnetometria optica

La magnetometría óptica utiliza varias técnicas ópticas para medir la magnetización. Una de esas técnicas, la magnetometría de Kerr, hace uso del efecto magnetoóptico de Kerr , o MOKE. En esta técnica, la luz incidente se dirige a la superficie de la muestra. La luz interactúa con una superficie magnetizada de forma no lineal, por lo que la luz reflejada tiene una polarización elíptica, que luego se mide con un detector. Otro método de magnetometría óptica es la magnetometría de rotación de Faraday . La magnetometría de rotación de Faraday utiliza una rotación magnetoóptica no lineal para medir la magnetización de una muestra. En este método se aplica una fina película moduladora de Faraday a la muestra a medir y se toman una serie de imágenes con una cámara que detecta la polarización de la luz reflejada. Para reducir el ruido, se promedian varias imágenes juntas. Una ventaja de este método es que permite mapear las características magnéticas sobre la superficie de una muestra. Esto puede ser especialmente útil cuando se estudian cosas como el efecto Meissner en superconductores. Los magnetómetros de bombeo óptico microfabricados (µOPM) se pueden utilizar para detectar el origen de las convulsiones cerebrales con mayor precisión y generar menos calor que los dispositivos de interferencia cuántica superconductores actualmente disponibles, más conocidos como SQUID . El dispositivo funciona mediante el uso de luz polarizada para controlar el giro de los átomos de rubidio que se pueden usar para medir y monitorear el campo magnético.

Magnetómetros de encuesta

Los magnetómetros de encuesta se pueden dividir en dos tipos básicos:

  • Los magnetómetros escalares miden la fuerza total del campo magnético al que están sujetos, pero no su dirección.
  • Los magnetómetros vectoriales tienen la capacidad de medir el componente del campo magnético en una dirección particular, en relación con la orientación espacial del dispositivo.

Un vector es una entidad matemática con magnitud y dirección. El campo magnético de la Tierra en un punto dado es un vector. Una brújula magnética está diseñada para dar una dirección de rumbo horizontal , mientras que un magnetómetro vectorial mide tanto la magnitud como la dirección del campo magnético total. Se requieren tres sensores ortogonales para medir los componentes del campo magnético en las tres dimensiones.

También se clasifican como "absolutos" si la intensidad del campo se puede calibrar a partir de sus propias constantes internas conocidas o "relativas" si es necesario calibrarlos por referencia a un campo conocido.

Un magnetógrafo es un magnetómetro que registra datos de forma continua.

Los magnetómetros también pueden clasificarse como "CA" si miden campos que varían relativamente rápido en el tiempo (> 100 Hz) y "CC" si miden campos que varían solo lentamente (cuasi-estáticos) o son estáticos. Los magnetómetros de CA se utilizan en sistemas electromagnéticos (como los magnetotelúricos ) y los magnetómetros de CC se utilizan para detectar la mineralización y las estructuras geológicas correspondientes.

Magnetómetros escalares

Magnetómetro de precesión de protones

Los magnetómetros de precesión de protones , también conocidos como magnetómetros de protones , PPM o simplemente mags, miden la frecuencia de resonancia de los protones (núcleos de hidrógeno) en el campo magnético a medir, debido a la resonancia magnética nuclear (RMN). Debido a que la frecuencia de precesión depende solo de las constantes atómicas y la fuerza del campo magnético ambiental, la precisión de este tipo de magnetómetro puede alcanzar 1 ppm .

Una corriente continua que fluye en un solenoide crea un fuerte campo magnético alrededor de un fluido rico en hidrógeno (el queroseno y el decano son populares, e incluso se puede usar agua), lo que hace que algunos de los protones se alineen con ese campo. Luego, la corriente se interrumpe y, a medida que los protones se realinean con el campo magnético ambiental , precesan a una frecuencia que es directamente proporcional al campo magnético. Esto produce un campo magnético giratorio débil que es recogido por un inductor (a veces separado), amplificado electrónicamente y alimentado a un contador de frecuencia digital cuya salida generalmente se escala y se muestra directamente como fuerza de campo o salida como datos digitales.

Para las unidades que se llevan en la mano o en la mochila, las frecuencias de muestreo de PPM se limitan típicamente a menos de una muestra por segundo. Por lo general, las mediciones se toman con el sensor en ubicaciones fijas en incrementos de aproximadamente 10 metros.

Los instrumentos portátiles también están limitados por el volumen del sensor (peso) y el consumo de energía. Los PPM funcionan en gradientes de campo de hasta 3.000 nT / m, lo que es adecuado para la mayoría de los trabajos de exploración minera. Para una mayor tolerancia al gradiente, como el mapeo de formaciones de hierro en bandas y la detección de grandes objetos ferrosos, los magnetómetros Overhauser pueden manejar 10,000 nT / my los magnetómetros de cesio pueden manejar 30,000 nT / m.

Son relativamente baratos (<US $ 8.000) y alguna vez se utilizaron ampliamente en la exploración minera. Tres fabricantes dominan el mercado: GEM Systems, Geometrics y Scintrex. Los modelos populares incluyen G-856/857, Smartmag, GSM-18 y GSM-19T.

Para la exploración de minerales, han sido reemplazados por instrumentos Overhauser, cesio y potasio, todos los cuales son de ciclo rápido y no requieren que el operador se detenga entre lecturas.

Magnetómetro de efecto Overhauser

El magnetómetro de efecto Overhauser o el magnetómetro Overhauser utiliza el mismo efecto fundamental que el magnetómetro de precesión de protones para tomar medidas. Al agregar radicales libres al fluido de medición, el efecto nuclear Overhauser se puede aprovechar para mejorar significativamente el magnetómetro de precesión de protones. En lugar de alinear los protones usando un solenoide, se usa un campo de radiofrecuencia de baja potencia para alinear (polarizar) el espín electrónico de los radicales libres, que luego se acopla a los protones a través del efecto Overhauser. Esto tiene dos ventajas principales: impulsar el campo de RF requiere una fracción de la energía (lo que permite baterías más livianas para unidades portátiles) y un muestreo más rápido, ya que el acoplamiento electrón-protón puede ocurrir incluso mientras se toman las mediciones. Un magnetómetro Overhauser produce lecturas con una desviación estándar de 0.01 nT a 0.02 nT mientras toma muestras una vez por segundo.

Magnetómetro de vapor de cesio

El magnetómetro de vapor de cesio con bombeo óptico es un dispositivo muy sensible (300 fT / Hz 0,5 ) y preciso que se utiliza en una amplia gama de aplicaciones. Es uno de varios vapores alcalinos (incluidos rubidio y potasio ) que se utilizan de esta manera.

El dispositivo consiste en general en un emisor de fotones , como un láser, una cámara de absorción que contiene vapor de cesio mezclado con un " gas tampón " a través del cual pasan los fotones emitidos , y un detector de fotones, dispuestos en ese orden. El gas amortiguador suele ser helio o nitrógeno y se utilizan para reducir las colisiones entre los átomos de vapor de cesio.

El principio básico que permite que el dispositivo funcione es el hecho de que un átomo de cesio puede existir en cualquiera de los nueve niveles de energía , lo que puede considerarse informalmente como la ubicación de orbitales atómicos de electrones alrededor del núcleo atómico . Cuando un átomo de cesio dentro de la cámara encuentra un fotón del láser, se excita a un estado de mayor energía, emite un fotón y cae a un estado indeterminado de menor energía. El átomo de cesio es "sensible" a los fotones del láser en tres de sus nueve estados de energía y, por lo tanto, asumiendo un sistema cerrado, todos los átomos finalmente caen en un estado en el que todos los fotones del láser pasan sin obstáculos y son medido por el detector de fotones. El vapor de cesio se ha vuelto transparente. Este proceso ocurre continuamente para mantener tantos electrones como sea posible en ese estado.

En este punto, se dice que la muestra (o población) se ha bombeado ópticamente y está lista para que se lleve a cabo la medición. Cuando se aplica un campo externo, interrumpe este estado y hace que los átomos se muevan a diferentes estados, lo que hace que el vapor sea menos transparente. El fotodetector puede medir este cambio y, por tanto, medir la magnitud del campo magnético.

En el tipo más común de magnetómetro de cesio, se aplica a la celda un campo magnético de CA muy pequeño. Dado que la diferencia en los niveles de energía de los electrones está determinada por el campo magnético externo, existe una frecuencia a la que este pequeño campo de CA hace que los electrones cambien de estado. En este nuevo estado, los electrones pueden volver a absorber un fotón de luz. Esto provoca una señal en un fotodetector que mide la luz que pasa a través de la celda. La electrónica asociada utiliza este hecho para crear una señal exactamente a la frecuencia que corresponde al campo externo.

Otro tipo de magnetómetro de cesio modula la luz aplicada a la celda. Esto se conoce como magnetómetro Bell-Bloom, en honor a los dos científicos que investigaron por primera vez el efecto. Si la luz se enciende y apaga a la frecuencia correspondiente al campo de la Tierra, hay un cambio en la señal que se ve en el fotodetector. Nuevamente, la electrónica asociada usa esto para crear una señal exactamente a la frecuencia que corresponde al campo externo. Ambos métodos conducen a magnetómetros de alto rendimiento.

Magnetómetro de vapor de potasio

El potasio es el único magnetómetro de bombeo óptico que opera en una sola línea estrecha de resonancia de espín de electrones (ESR) en contraste con otros magnetómetros de vapor alcalino que usan líneas espectrales anchas, compuestas e irregulares y helio con la línea espectral intrínsecamente ancha.

Aplicaciones

Los magnetómetros de cesio y potasio se utilizan normalmente cuando se necesita un magnetómetro de mayor rendimiento que el magnetómetro de protones. En arqueología y geofísica, donde el sensor barre un área y a menudo se necesitan muchas mediciones precisas del campo magnético, los magnetómetros de cesio y potasio tienen ventajas sobre el magnetómetro de protones.

La velocidad de medición más rápida del magnetómetro de cesio y potasio permite que el sensor se mueva a través del área más rápidamente para un número determinado de puntos de datos. Los magnetómetros de cesio y potasio son insensibles a la rotación del sensor mientras se realiza la medición.

El menor ruido de los magnetómetros de cesio y potasio permite que esas mediciones muestren con mayor precisión las variaciones en el campo con la posición.

Magnetómetros vectoriales

Los magnetómetros vectoriales miden electrónicamente uno o más componentes del campo magnético. Con tres magnetómetros ortogonales, se pueden medir tanto el azimut como el echado (inclinación). Tomando la raíz cuadrada de la suma de los cuadrados de los componentes, la fuerza total del campo magnético (también llamada intensidad magnética total, TMI) se puede calcular mediante el teorema de Pitágoras .

Los magnetómetros vectoriales están sujetos a variaciones de temperatura y la inestabilidad dimensional de los núcleos de ferrita. También requieren nivelación para obtener información de los componentes, a diferencia de los instrumentos de campo total (escalares). Por estas razones, ya no se utilizan para la exploración minera.

Magnetómetro de bobina giratoria

El campo magnético induce una onda sinusoidal en una bobina giratoria . La amplitud de la señal es proporcional a la fuerza del campo, siempre que sea uniforme, y al seno del ángulo entre el eje de rotación de la bobina y las líneas del campo. Este tipo de magnetómetro está obsoleto.

Magnetómetro de efecto Hall

Los dispositivos de detección magnética más comunes son los sensores de efecto Hall de estado sólido . Estos sensores producen un voltaje proporcional al campo magnético aplicado y también detectan la polaridad. Se utilizan en aplicaciones donde la intensidad del campo magnético es relativamente grande, como en los sistemas de frenos antibloqueo de los automóviles, que detectan la velocidad de rotación de las ruedas a través de ranuras en los discos de las ruedas.

Dispositivos magnetorresistivos

Estos están hechos de tiras delgadas de Permalloy , una aleación de níquel-hierro de alta permeabilidad magnética , cuya resistencia eléctrica varía con un cambio en el campo magnético. Tienen un eje de sensibilidad bien definido, se pueden producir en versiones 3-D y se pueden producir en serie como un circuito integrado. Tienen un tiempo de respuesta de menos de 1 microsegundo y se pueden muestrear en vehículos en movimiento hasta 1000 veces / segundo. Se pueden usar en brújulas que leen dentro de 1 °, para lo cual el sensor subyacente debe resolver de manera confiable 0.1 °.

Magnetómetro Fluxgate

Un magnetómetro de compuerta de flujo uniaxial
Una brújula / inclinómetro fluxgate
Principios básicos de un magnetómetro fluxgate

El magnetómetro fluxgate fue inventado por H. Aschenbrenner y G. Goubau en 1936. Un equipo de Gulf Research Laboratories dirigido por Victor Vacquier desarrolló magnetómetros fluxgate aerotransportados para detectar submarinos durante la Segunda Guerra Mundial y después de la guerra confirmó la teoría de la tectónica de placas usándolos para medir cambios en los patrones magnéticos en el fondo del mar.

Un magnetómetro fluxgate consiste en un pequeño núcleo magnéticamente susceptible envuelto por dos bobinas de alambre. Una corriente eléctrica alterna pasa a través de una bobina, impulsando el núcleo a través de un ciclo alterno de saturación magnética ; es decir, magnetizado, no magnetizado, inversamente magnetizado, no magnetizado, magnetizado, etc. Este campo en constante cambio induce una corriente eléctrica en la segunda bobina, y esta corriente de salida es medida por un detector. En un fondo magnéticamente neutro, las corrientes de entrada y salida coinciden. Sin embargo, cuando el núcleo está expuesto a un campo de fondo, se satura más fácilmente en alineación con ese campo y menos fácilmente en oposición a él. Por lo tanto, el campo magnético alterno y la corriente de salida inducida no están sincronizados con la corriente de entrada. La medida en que este sea el caso depende de la fuerza del campo magnético de fondo. A menudo, la corriente en la bobina de salida está integrada, produciendo un voltaje analógico de salida proporcional al campo magnético.

Actualmente se encuentra disponible una amplia variedad de sensores que se utilizan para medir campos magnéticos. Las brújulas fluxgate y los gradiómetros miden la dirección y la magnitud de los campos magnéticos. Las compuertas de flujo son asequibles, resistentes y compactas, y la miniaturización ha avanzado recientemente hasta el punto de ofrecer soluciones de sensores completas en forma de chips IC, que incluyen ejemplos tanto de la academia como de la industria. Esto, sumado a su bajo consumo de energía, los hace ideales para una variedad de aplicaciones de detección. Los gradiómetros se utilizan comúnmente para la prospección arqueológica y la detección de municiones sin detonar (MUSE), como el popular Foerster del ejército alemán .

El magnetómetro fluxgate típico consiste en una bobina de "sentido" (secundaria) que rodea una bobina de "impulsión" interna (primaria) que se enrolla estrechamente alrededor de un material de núcleo altamente permeable, como mu-metal o permalloy . Se aplica una corriente alterna al devanado impulsor, que impulsa el núcleo en un ciclo continuo y repetitivo de saturación e insaturación. Para un campo externo, el núcleo es alternativamente débilmente permeable y altamente permeable. El núcleo es a menudo un anillo envuelto toroidalmente o un par de elementos lineales cuyos devanados impulsores están enrollados en direcciones opuestas. Tales trayectorias de flujo cerradas minimizan el acoplamiento entre el accionamiento y los devanados de detección. En presencia de un campo magnético externo, con el núcleo en un estado altamente permeable, dicho campo es atraído o cerrado localmente (de ahí el nombre fluxgate) a través del devanado sensorial. Cuando el núcleo es débilmente permeable, el campo externo se atrae menos. Esta entrada y salida continua del campo externo del devanado de sentido induce una señal en el devanado de sentido, cuya frecuencia principal es el doble de la frecuencia de excitación, y cuya intensidad y orientación de fase varían directamente con la magnitud y polaridad del campo externo.

Hay factores adicionales que afectan el tamaño de la señal resultante. Estos factores incluyen el número de vueltas en el devanado de sentido, la permeabilidad magnética del núcleo, la geometría del sensor y la tasa de cambio de flujo controlado con respecto al tiempo.

La detección síncrona de fase se utiliza para extraer estas señales armónicas del devanado de detección y convertirlas en un voltaje de CC proporcional al campo magnético externo. También se puede emplear realimentación de corriente activa, de modo que el devanado de detección se accione para contrarrestar el campo externo. En tales casos, la corriente de retroalimentación varía linealmente con el campo magnético externo y se utiliza como base para la medición. Esto ayuda a contrarrestar la no linealidad inherente entre la intensidad de campo externa aplicada y el flujo activado a través del devanado de detección.

Magnetómetro SQUID

Los SQUID , o dispositivos de interferencia cuántica superconductores, miden cambios extremadamente pequeños en los campos magnéticos. Son magnetómetros vectoriales muy sensibles, con niveles de ruido tan bajos como 3 fT Hz −½ en instrumentos comerciales y 0,4 fT Hz −½ en dispositivos experimentales. Muchos SQUID comerciales refrigerados con helio líquido logran un espectro de ruido plano desde cerca de CC (menos de 1 Hz) hasta decenas de kilohercios, lo que hace que estos dispositivos sean ideales para mediciones de señales biomagnéticas en el dominio del tiempo. Los magnetómetros atómicos SERF demostrados en laboratorios hasta ahora alcanzan un piso de ruido competitivo, pero en rangos de frecuencia relativamente pequeños.

Los magnetómetros SQUID requieren enfriamiento con helio líquido (4,2  K ) o nitrógeno líquido (77 K ) para operar, por lo que los requisitos de empaque para usarlos son bastante estrictos tanto desde el punto de vista termomecánico como magnético. Los magnetómetros SQUID se utilizan con mayor frecuencia para medir los campos magnéticos producidos por muestras de laboratorio, también para la actividad cerebral o cardíaca ( magnetoencefalografía y magnetocardiografía , respectivamente). Los estudios geofísicos usan SQUID de vez en cuando, pero la logística de enfriar el SQUID es mucho más complicada que la de otros magnetómetros que operan a temperatura ambiente.

Magnetómetros atómicos libres de relajación de intercambio de espín (SERF)

Con una densidad atómica suficientemente alta, se puede lograr una sensibilidad extremadamente alta. Los magnetómetros atómicos libres de intercambio de espín y relajación ( SERF ) que contienen vapor de potasio , cesio o rubidio funcionan de manera similar a los magnetómetros de cesio descritos anteriormente, pero pueden alcanzar sensibilidades inferiores a 1 fT Hz −½ . Los magnetómetros SERF solo funcionan en pequeños campos magnéticos. El campo de la Tierra es de aproximadamente 50 µT ; Los magnetómetros SERF funcionan en campos inferiores a 0,5 µT.

Los detectores de gran volumen han alcanzado una sensibilidad de 200 aT Hz −½ . Esta tecnología tiene una mayor sensibilidad por unidad de volumen que los detectores SQUID . La tecnología también puede producir magnetómetros muy pequeños que en el futuro pueden reemplazar las bobinas para detectar campos magnéticos cambiantes. Esta tecnología puede producir un sensor magnético que tiene todas sus señales de entrada y salida en forma de luz en cables de fibra óptica. Esto permite que la medición magnética se realice cerca de voltajes eléctricos altos.

Calibración de magnetómetros

La calibración de los magnetómetros generalmente se realiza mediante bobinas que son alimentadas por una corriente eléctrica para crear un campo magnético. Permite caracterizar la sensibilidad del magnetómetro (en términos de V / T). En muchas aplicaciones, la homogeneidad de la bobina de calibración es una característica importante. Por esta razón, las bobinas como las de Helmholtz se utilizan comúnmente en una configuración de un solo eje o de tres ejes. Para aplicaciones exigentes, es obligatorio un campo magnético de alta homogeneidad; en tales casos, la calibración del campo magnético se puede realizar utilizando una bobina Maxwell , bobinas de coseno o calibración en el campo magnético de la Tierra altamente homogéneo .

Usos

Los magnetómetros pueden medir los campos magnéticos de los planetas.

Los magnetómetros tienen una gama muy diversa de aplicaciones, incluida la localización de objetos como submarinos, barcos hundidos, peligros para tuneladoras , peligros en minas de carbón, artefactos explosivos sin detonar, tambores de desechos tóxicos, así como una amplia gama de depósitos minerales y estructuras geológicas. También tienen aplicaciones en monitores de latidos, posicionamiento de sistemas de armas, sensores en frenos antibloqueo, predicción meteorológica (vía ciclos solares), pilones de acero, sistemas de guía de perforación, arqueología, tectónica de placas y propagación de ondas de radio y exploración planetaria. Los magnetómetros de laboratorio determinan el momento dipolar magnético de una muestra magnética, típicamente en función de la temperatura , el campo magnético u otro parámetro. Esto ayuda a revelar sus propiedades magnéticas como ferromagnetismo , antiferromagnetismo , superconductividad u otras propiedades que afectan el magnetismo .

Dependiendo de la aplicación, los magnetómetros se pueden implementar en naves espaciales, aviones ( magnetómetros de ala fija ), helicópteros ( stinger y pájaro ), en el suelo ( mochila ), remolcados a una distancia detrás de quads (ATV) en un ( trineo o remolque ). , bajado en pozos ( herramienta , sonda o sonda ) y remolcado detrás de botes ( pez de remolque ).

Medición de tensión mecánica

Los magnetómetros se utilizan para medir o controlar la tensión mecánica en materiales ferromagnéticos. La tensión mecánica mejorará la alineación de los dominios magnéticos en escala microscópica que elevará el campo magnético medido cerca del material por magnetómetros. Existen diferentes hipótesis sobre la relación estrés-magnetización. Sin embargo, se afirma que el efecto de la tensión mecánica sobre el campo magnético medido cerca de la muestra está probado en muchas publicaciones científicas. Se han realizado esfuerzos para resolver el problema inverso de la magnetización-resolución de la tensión con el fin de cuantificar la tensión basándose en el campo magnético medido.

Física del acelerador

Aust.-Sincrotrón, -Imanes-cuadrupolo-de-Linac, -14.06.2007

Los magnetómetros se utilizan ampliamente en la física experimental de partículas para medir el campo magnético de componentes fundamentales como la concentración o los imanes de haz de enfoque.

Arqueología

Los magnetómetros también se utilizan para detectar sitios arqueológicos , naufragios y otros objetos enterrados o sumergidos. Los gradiómetros fluxgate son populares debido a su configuración compacta y su costo relativamente bajo. Los gradiómetros mejoran las características poco profundas y anulan la necesidad de una estación base. Los magnetómetros de cesio y Overhauser también son muy eficaces cuando se utilizan como gradiómetros o como sistemas de sensor único con estaciones base.

El programa de televisión Time Team popularizó las 'geofis', incluidas las técnicas magnéticas utilizadas en el trabajo arqueológico para detectar hogares de fuego, paredes de ladrillos cocidos y piedras magnéticas como el basalto y el granito. A veces, las pistas para caminar y las carreteras pueden mapearse con compactación diferencial en suelos magnéticos o con alteraciones en arcillas, como en la Gran Llanura Húngara . Los campos arados se comportan como fuentes de ruido magnético en tales estudios.

Auroras

Los magnetómetros pueden dar una indicación de la actividad de las auroras antes de que la luz de las auroras se haga visible. Una red de magnetómetros de todo el mundo mide constantemente el efecto del viento solar en el campo magnético de la Tierra, que se publica a continuación, en el K-índice .

Exploración de carbón

Si bien los magnetómetros se pueden usar para ayudar a mapear la forma de la cuenca a escala regional, se usan más comúnmente para mapear peligros para la minería del carbón, como intrusiones basálticas ( diques , umbrales y tapones volcánicos ) que destruyen los recursos y son peligrosos para los equipos de minería de tajo largo. . Los magnetómetros también pueden localizar zonas encendidas por rayos y cartografiar la siderita (una impureza del carbón).

Los mejores resultados de levantamientos se obtienen sobre el terreno en levantamientos de alta resolución (con una separación de líneas de aproximadamente 10 my una separación de estaciones de 0,5 m). Los magnetómetros de pozo que usan un hurón también pueden ayudar cuando las vetas de carbón son profundas, al usar múltiples alféizares o mirar debajo de los flujos de basalto de la superficie.

Los levantamientos modernos generalmente usan magnetómetros con tecnología GPS para registrar automáticamente el campo magnético y su ubicación. Luego, el conjunto de datos se corrige con los datos de un segundo magnetómetro (la estación base) que se deja estacionario y registra el cambio en el campo magnético de la Tierra durante el levantamiento.

Perforación direccional

Los magnetómetros se utilizan en la perforación direccional de petróleo o gas para detectar el azimut de las herramientas de perforación cerca de la perforación. En la mayoría de los casos, se combinan con acelerómetros en herramientas de perforación para poder encontrar tanto la inclinación como el azimut del taladro.

Militar

Con fines defensivos, las armadas utilizan conjuntos de magnetómetros colocados en los fondos marinos en ubicaciones estratégicas (es decir, alrededor de los puertos) para monitorear la actividad submarina. Los submarinos rusos de titanio de la clase Alfa fueron diseñados y construidos a un gran costo para frustrar tales sistemas (ya que el titanio puro no es magnético).

Los submarinos militares se desmagnetizan, pasando a través de grandes bucles submarinos a intervalos regulares, para ayudarlos a escapar de la detección de los sistemas de monitoreo del fondo marino, detectores de anomalías magnéticas y minas activadas magnéticamente. Sin embargo, los submarinos nunca están completamente desmagnetizados. Es posible saber la profundidad a la que ha estado un submarino midiendo su campo magnético, que se distorsiona a medida que la presión distorsiona el casco y, por lo tanto, el campo. El calentamiento también puede cambiar la magnetización del acero.

Los submarinos remolcan conjuntos de sonares largos para detectar barcos e incluso pueden reconocer diferentes ruidos de hélice. Las matrices de sonar deben colocarse con precisión para que puedan triangular la dirección a los objetivos (por ejemplo, barcos). Las matrices no se remolcan en línea recta, por lo que se utilizan magnetómetros fluxgate para orientar cada nodo de sonda en la matriz.

Las compuertas de flujo también se pueden usar en sistemas de navegación de armas, pero han sido reemplazadas en gran medida por GPS y giroscopios láser de anillo .

Los magnetómetros como el Foerster alemán se utilizan para localizar artefactos ferrosos. Los magnetómetros de cesio y Overhauser se utilizan para localizar y ayudar a limpiar viejos bombardeos y rangos de prueba.

Las cargas útiles de los UAV también incluyen magnetómetros para una variedad de tareas defensivas y ofensivas.

Exploración de minerales

Un avión ligero Diamond DA42 , modificado para levantamiento aéreo con un brazo montado en la nariz que contiene un magnetómetro en su punta.

Los levantamientos magnetométricos pueden ser útiles para definir anomalías magnéticas que representan minerales (detección directa) o, en algunos casos, minerales ganga asociados con depósitos de minerales (detección indirecta o inferencial). Esto incluye mineral de hierro , magnetita , hematita y, a menudo, pirrotita .

Los países desarrollados como Australia, Canadá y EE. UU. Invierten mucho en estudios magnéticos aéreos sistemáticos de sus respectivos continentes y océanos circundantes, para ayudar con la geología cartográfica y en el descubrimiento de depósitos minerales. Estos levantamientos aeromag se realizan típicamente con un espaciado de línea de 400 m a 100 m de elevación, con lecturas cada 10 metros o más. Para superar la asimetría en la densidad de datos, los datos se interpolan entre líneas (generalmente 5 veces) y luego se promedian los datos a lo largo de la línea. Dichos datos se cuadriculan a un tamaño de píxel de 80 m × 80 my la imagen se procesa utilizando un programa como ERMapper. A una escala de arrendamiento de exploración, la prospección puede ir seguida de un ala fija más detallada de estilo helimag o fumigador a 50 m de distancia entre líneas y 50 m de elevación (si el terreno lo permite). Dicha imagen está cuadriculada en un píxel de 10 x 10 m, lo que ofrece 64 veces la resolución.

Cuando los objetivos son poco profundos (<200 m), las anomalías aeromag pueden seguirse con estudios magnéticos terrestres con un espaciado de línea de 10 ma 50 m con un espaciado de estación de 1 m para proporcionar el mejor detalle (cuadrícula de píxeles de 2 a 10 m) (o 25 veces la resolución antes de la perforación).

Los campos magnéticos de los cuerpos magnéticos de mineral se caen con la distancia inversa al cubo ( objetivo dipolar ) o, en el mejor de los casos, la distancia inversa al cuadrado ( objetivo monopolo magnético ). Una analogía con la resolución con distancia es un automóvil que conduce de noche con las luces encendidas. A una distancia de 400 m se ve una neblina brillante, pero a medida que se acerca, se ven dos faros y luego la luz intermitente izquierda.

Hay muchos desafíos para interpretar datos magnéticos para la exploración minera. Varios objetivos se mezclan como múltiples fuentes de calor y, a diferencia de la luz, no hay un telescopio magnético para enfocar los campos. La combinación de múltiples fuentes se mide en la superficie. Por lo general, tampoco se conocen la geometría, la profundidad o la dirección de magnetización (remanencia) de los objetivos, por lo que varios modelos pueden explicar los datos.

Potent by Geophysical Software Solutions [1] es un paquete líder de interpretación magnética (y gravitacional) que se utiliza ampliamente en la industria de exploración australiana.

Los magnetómetros ayudan a los exploradores de minerales tanto directamente (es decir, mineralización de oro asociada con magnetita , diamantes en tuberías de kimberlita ) y, más comúnmente, indirectamente, mediante el mapeo de estructuras geológicas que conducen a la mineralización (es decir, zonas de corte y halos de alteración alrededor de granitos).

Los magnetómetros aerotransportados detectan el cambio en el campo magnético de la Tierra utilizando sensores conectados a la aeronave en forma de "aguijón" o remolcando un magnetómetro en el extremo de un cable. El magnetómetro de un cable a menudo se denomina "bomba" debido a su forma. Otros lo llaman "pájaro".

Debido a que las colinas y valles debajo de la aeronave hacen que las lecturas magnéticas suban y bajen, un altímetro de radar realiza un seguimiento de la desviación del transductor de la altitud nominal sobre el suelo. También puede haber una cámara que tome fotografías del suelo. La ubicación de la medición se determina también registrando un GPS.

Teléfonos móviles

Magnetómetro electrónico de tres ejes de AKM Semiconductor , dentro de Motorola Xoom

Muchos teléfonos inteligentes contienen magnetómetros de sistemas microelectromecánicos miniaturizados (MEMS) que se utilizan para detectar la fuerza del campo magnético y se utilizan como brújulas . El iPhone 3GS tiene un magnetómetro, un sensor de permalloy magnetorresistivo, el AN-203 producido por Honeywell. En 2009, el precio de los magnetómetros de tres ejes cayó por debajo de 1 dólar por dispositivo y se redujo rápidamente. El uso de un dispositivo de tres ejes significa que no es sensible a la forma en que se mantiene en orientación o elevación. Los dispositivos de efecto Hall también son populares.

Los investigadores de Deutsche Telekom han utilizado magnetómetros integrados en dispositivos móviles para permitir la interacción 3D sin contacto . Su marco de interacción, llamado MagiTact, rastrea los cambios en el campo magnético alrededor de un teléfono celular para identificar diferentes gestos realizados por una mano sosteniendo o usando un imán.

Exploración de aceite

Se prefieren los métodos sísmicos a los magnetómetros como método principal de levantamiento para la exploración de petróleo, aunque los métodos magnéticos pueden brindar información adicional sobre la geología subyacente y, en algunos entornos, evidencia de fugas de trampas. Los magnetómetros también se utilizan en la exploración de petróleo para mostrar la ubicación de las características geológicas que hacen que la perforación no sea práctica, y otras características que brindan a los geofísicos una imagen más completa de la estratigrafía .

Astronave

Un magnetómetro fluxgate de tres ejes fue parte de las misiones Mariner 2 y Mariner 10 . Un magnetómetro de técnica dual es parte de la misión Cassini-Huygens para explorar Saturno. Este sistema está compuesto por un vector de helio y magnetómetros fluxgate. Los magnetómetros también fueron un componente de la misión Mercury MESSENGER . Los satélites como GOES también pueden utilizar un magnetómetro para medir tanto la magnitud como la dirección del campo magnético de un planeta o luna.

Estudios magnéticos

Topografía terrestre en Surprise Valley, Cedarville, California

Los levantamientos sistemáticos se pueden utilizar para buscar depósitos minerales o localizar objetos perdidos. Estas encuestas se dividen en:

Los conjuntos de datos de Aeromag para Australia se pueden descargar de la base de datos GADDS .

Los datos se pueden dividir en datos de imágenes y puntos ubicados, el último de los cuales está en formato ERMapper.

Magnetovisión

Sobre la base de la distribución medida en el espacio de los parámetros del campo magnético (por ejemplo, amplitud o dirección), se pueden generar las imágenes de magnetovisión . Esta presentación de datos magnéticos es muy útil para un mayor análisis y fusión de datos .

Gradiómetro

Los gradiómetros magnéticos son pares de magnetómetros con sus sensores separados, generalmente horizontalmente, por una distancia fija. Las lecturas se restan para medir la diferencia entre los campos magnéticos detectados, lo que da los gradientes de campo causados ​​por anomalías magnéticas. Esta es una forma de compensar tanto la variabilidad en el tiempo del campo magnético de la Tierra como otras fuentes de interferencia electromagnética, lo que permite una detección más sensible de anomalías. Debido a que se restan valores casi iguales, los requisitos de rendimiento de ruido para los magnetómetros son más extremos.

Los gradiómetros mejoran las anomalías magnéticas poco profundas y, por lo tanto, son buenos para el trabajo de investigación arqueológica y de sitios. También son buenos para trabajos en tiempo real, como la ubicación de municiones sin detonar . Es dos veces más eficiente ejecutar una estación base y usar dos (o más) sensores móviles para leer líneas paralelas simultáneamente (asumiendo que los datos se almacenan y posprocesan). De esta manera, se pueden calcular gradientes tanto a lo largo como a lo largo de la línea.

Control de posición de levantamientos magnéticos

En la exploración minera tradicional y el trabajo arqueológico, se utilizaron clavijas de rejilla colocadas por teodolito y cinta métrica para definir el área de estudio. Algunas encuestas sin detonar utilizaron cuerdas para definir los carriles. Los estudios aéreos utilizaron balizas de triangulación de radio, como Siledus.

Los activadores de cadena de cadera electrónicos no magnéticos se desarrollaron para activar magnetómetros. Utilizaron codificadores de eje giratorio para medir la distancia a lo largo de bobinas de algodón desechables.

Los exploradores modernos utilizan una gama de unidades GPS de firma de bajo magnetismo, incluido el GPS cinemático en tiempo real.

Errores de rumbo en levantamientos magnéticos

Los levantamientos magnéticos pueden sufrir ruido proveniente de una variedad de fuentes. Las diferentes tecnologías de magnetómetros sufren diferentes tipos de problemas de ruido.

Los errores de rumbo son un grupo de ruido. Pueden provenir de tres fuentes:

  • Sensor
  • Consola
  • Operador

Algunos sensores de campo total dan diferentes lecturas según su orientación. Los materiales magnéticos en el propio sensor son la causa principal de este error. En algunos magnetómetros, como los magnetómetros de vapor (cesio, potasio, etc.), existen fuentes de error de rumbo en la física que contribuyen en pequeñas cantidades al error de rumbo total.

El ruido de la consola proviene de componentes magnéticos en la consola o dentro de ella. Estos incluyen ferrita en núcleos en inductores y transformadores, marcos de acero alrededor de LCD, patas en chips IC y cajas de acero en baterías desechables. Algunos conectores de especificaciones MIL populares también tienen resortes de acero.

Los operadores deben tener cuidado de estar limpios magnéticamente y deben verificar la 'higiene magnética' de toda la ropa y los artículos que transportan durante una inspección. Los sombreros Akubra son muy populares en Australia, pero sus bordes de acero deben quitarse antes de usarlos en estudios magnéticos. Los anillos de acero en los blocs de notas, las botas con tapa de acero y los resortes de acero en los ojales generales pueden causar ruidos innecesarios en las encuestas. Los bolígrafos, los teléfonos móviles y los implantes de acero inoxidable también pueden ser problemáticos.

La respuesta magnética (ruido) de un objeto ferroso en el operador y la consola puede cambiar con la dirección del rumbo debido a la inducción y la remanencia. Los aviones de reconocimiento aeromagnético y los sistemas de cuatriciclos pueden utilizar compensadores especiales para corregir el ruido de error de rumbo.

Los errores de rumbo parecen patrones en espiga en las imágenes de encuestas. Las líneas alternas también se pueden corrugar.

Procesamiento de imágenes de datos magnéticos

La grabación de datos y el procesamiento de imágenes es superior al trabajo en tiempo real porque las anomalías sutiles que el operador a menudo pasa por alto (especialmente en áreas magnéticamente ruidosas) pueden correlacionarse entre líneas, formas y grupos mejor definidos. También se puede utilizar una gama de sofisticadas técnicas de mejora. También hay una copia impresa y la necesidad de una cobertura sistemática.

Navegación de aeronaves

El algoritmo de Navegación por Magnetómetro (MAGNAV) se ejecutó inicialmente como un experimento de vuelo en 2004. Más tarde, el Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos (AFRL) desarrolló magnetómetros de diamante como un mejor método de navegación que no puede ser bloqueado por el enemigo.

Ver también

Referencias

Otras lecturas

  • Hollos, Stefan; Hollos, Richard (2008). Señales del mundo subatómico: cómo construir un magnetómetro de precesión de protones . Editorial Abrazol. ISBN 978-1-887187-09-1.
  • Ripka, Pavel, ed. (2001). Sensores magnéticos y magnetómetros . Boston, Mass .: Artech House. ISBN 978-1-58053-057-6.
  • Tumanski, S. (2011). "4. Sensores magnéticos". Manual de medidas magnéticas . Boca Raton, FL: CRC Press. págs. 159-256. ISBN 978-1-4398-2952-3.

enlaces externos