总结10种磁场测量方法

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目  录
  1. 高斯计

  2. 磁通门磁力仪

  3. 超导量子干涉仪(SQUID)

  4. 原子磁力仪

  5. 质子磁力仪

  6. 光泵磁力仪

  7. 磁通表

  8. 磁敏电阻

  9. 磁共振法

  10. 磁光效应

重点介绍前6种(1-6)磁力仪,因为这6种磁力仪比较常用,后4种(7-10)只做简单介绍。

1. 高斯计

 

1物理原理  

高斯计,是根据霍尔效应原理的仪器(如下图所示)。高斯计的霍尔探头在磁场中因霍尔效应而产生电压,测出电压后可计算出待测磁场。

2仪器参数  

仪表精度:一般为量程的0.05%-2%

(备注:仪表精度=绝对误差的最大值/仪表量程×100% )

量程范围:一般为1 G~1 T量级

适用于测量比较大的磁场,例如几百高斯,甚至特斯拉量级,测量永磁铁都是非常好的工具;但是,不适用于测量微弱磁场,例如测量地磁场就很不准确的。

仪表带宽

一般为0Hz~几十KHz

3霍尔探头  

探头尺寸     尺寸比较小,大约1~2mm量级,测量的磁场是这个尺寸范围内的平均值

测量维度   容易在1~2mm尺寸内集成三维霍尔探头,所以一般高斯计可以测量三维磁场,这是高斯计的优势。

4仪器应用  

用于测量磁体的磁场;更适用于测量比较大的磁场。

霍尔效应

当磁场垂直于半导体薄片,电子会受到洛仑兹力的作用,而发生偏转,从而在两侧形成电势差(叫做霍尔电压)。

2. 磁通门磁力仪

仪器参数  

分辨率    一般为0.1nT量级,这个精度是高斯计远远难以达到的!

磁通门磁力仪的测量过程,有时会采用正测量一次,然后在把探头反过来测量一次,数据处理:两次结果相加,再除以2。目的是,消除磁场偏移。

仪表精度    读数的0.5%

仪表量程   0.1nT~几万nT量级,覆盖地磁场范围。但是不能测量永磁铁这么强的磁场!

仪表带宽    直流0Hz~1KHz量级

探头剩磁   1nT量级,这个大家够购买时,一定要和厂家说明清楚!否者厂家提供的探头的剩磁,往往比较大~10nT,例如中国计量院。

购买注意点:和公司说明是测量直流磁场还是交流磁场。我使用过一款从中国计量院购买的磁通门磁力仪只有几Hz带宽,如果希望测量工频磁场噪声,就需要专门购置高带宽的磁通门磁力仪。

特别,我们需要测量是工频磁场噪声,一定要选购高带宽磁通门磁力仪。我见过一个工程队帮助大学实验室检测环境工频磁场噪声,用的一款“Stefan Mayer Instruments”三维磁通门磁力仪,噪声小于1pT/root Hz

探头尺寸  

探头的大小取决于是单轴还是三轴磁场测量。单轴探头要比三轴探头小很多。

三维探头:一般为2cm~3cm量级,具体可以参考Bartingdon(巴丁顿,这是国际上最好的牌子,但是价格比较高)

单轴探头:一般1cm量级,或者还可以更小,我使用过的一款为8mm。

3物理原理  

要想搞清楚磁通门磁力仪的原理:

  • 首先,需要搞清楚一个问题“什么是磁滞回线”?

  • 其次,搞清楚磁滞回线的非线性(又称磁饱和现象,或者磁通门效应,或者变压器效应);

  • 最后,通过法拉第电磁感应定律推导出磁通门磁力仪的原理;