Měření v magnetometrii
Fluxgate magnetometr
Protonový magnetometr
Magnetometr Overhauser
Cesiový magnetometr
Měření magnetického pole nad zájmovou plochou se provádí pomocí magnetometrů. Vývoj magnetometrů započal počátkem 30. let, kdy byly do praxe zavedeny torzní váhy. V průbehu let byly vyvyinuty nové typy magnetometrů fungujících na odlišných fyzikálních principech.
Ještě počátkem 70. let se užívalo k měření hodnot složek Z a H torzních vah. Jejich hlavní součástí je magnet zavěšený na torzním vláknu. Přejde-li se z normálního do anomálního pole, magnet se v důsledku změny Z nebo H složky vychýlí. Úhel vychýlení je mírou hledané změny. Měření na jednom bodě trvá 1 až 2 minuty. Přesnost je 1 až 2 nT.
Pro měření geomagnetického pole i jeho složek (X, Y, Z) lze využít Fluxgate magnetometry (magnetometry s ferosondou). Základní součástí tohoto typu magnetometrů je systém cívek, z nichž dvě vnitřní (primární) mají jádra z permaalloye nebo podobného materiálu o vysoké permeabilitě. Primární cívky si lze představit jako toroid, jehož vinutí je rozděleno na dvě stejné opačně vinuté poloviny, umístěné vedle sebe. Vnitřní cívky obklopuje sekundární cívka o velkém počtu závitů. Do primárního vinutí je přiváděn střídavý proud, který uvádí jádra cívek do cyklu magnetické saturace. Generované periodicky se měnící magnetické pole indukuje elektromotorické napětí v sekundární cívce. Pokud bychom se nacházeli v nulovém magnetickém poli, obě poloviny jádra primární cívky budou procházet saturací ve stejný čas, ale díky opačné polaritě se vznikající pole vyruší a v sekundární cívce žádné napětí nevznikne. V magneticky aktivním prostředí bude výsledná magnetická saturace primárních cívek odlišná a velikost napětí indukovaného v sekundárním vinutí bude úměrné intenzitě vnějšího magnetického pole. Dnešní Fluxgate magnetometry dovolují kontinuální registraci a lze je využít i pro gradientová měření. Nemají mechanické měřící prvky, a proto jsou ideální pro měření na lodích či v letadlech.
Podrobněji vysvětlený princip fluxgate magnetometru s obrázky na Imperial College London (v angličtině) ZDE.
Fluxgate gradiometr FM256.
Zdroj: http://www.wired.com/2011/04/st_toolkit_archaeologygear/#slideid-475198
Od 70. let je nejčastěji používaný protonový (jaderný) magnetometr. Ten využívá precese protonů. Ty se v kapalině bohaté na vodík chovají jako maličké magnetické dipóly. Ty se dočasně polarizují tím, že se vystaví působení silného magnetického pole, generovaného budící cívkou. Když se polarizační proud vypne, protony se opět přizpůsobují vnějšímu magnetickému poli a indukují v cívce malý proud, jehož frekvence je úměrná indukci tohoto magnetického pole. Měření na jednom bodě trvá 2 až 3 sekundy. Dosahovaná přesnost je 0,1 až 1 nT.
Protonový magnetometr PM-2 z již neexistující Geofyziky Brno. V horním výřezu detail sondy, ve spodním detail řídící jednotky.
Zdroj: Vlastní foto.
Protonový magnetometr modifikace Overhauser využívá Overhauserova jevu - interakce mezi elektronovým a jaderným momentem hybnosti. Polarizace protonů je v tomto případě zajištěna excitací elektronů vysoko frekvenčním elekromagnetickým polem. Nejvýraznější Overhauserův jev je u prvků s jedním elektronem ve vnější slupce jako jsou např.: Lithium, Sodík, Draslík, Rubidium nebo Cesium. Vyšší polarizace protonů má za následek silnější signál - přesnost měření je až 0,02 nT. Měření na jednom bodě trvá cca 0,2 s a oproti protonovým magnetometrům mají tyto magnetometry menší energetickou náročnost.
Magnetometr Overhauser GEM system GSM-19 v gradientovém uspořádání. V horním výřezu detail sondy, ve spodním řídící jednotka.
Zdroj: Vlastní foto.
Atomové magnetometry (rubidový, cesiový) jsou založeny na principu optického čerpání. Jejich princip je velmi složitý a nebudu ho zde rozebírat, protože mu sám zcela nerozumím. Tyto magnetometry mají vysokou citlivost - až 0,01 nT. Tu ovšem nelze při běžném pozemním měření využít, uplatňuje se však v gradientové úpravě při měření gradientů pole.
Cesiový magnetometr G-858.
Zdroj: http://www.gprsystem.pl/index.php?geometricsmagg858g,97
Magnetometr SQUID (superconducting quantum interference device) pracuje na Josephsonově efektu, který lze pozorovat za teplot kolem absolutní nuly v článku supravodičů oddělených izolátorem. K měření se využívá interferenčních jevů spjatých s Josephsonovým tunelovacím proudem, které jsou magnetickým polem ovlivňovány. Vysoká přesnost - 0,0001 nT opět znemožňuje kvůli časovým variacím použití při běžných měřeních na zemském povrchu.
Magnetometr SQUID.
Zdroj: http://www.cryogenic.co.uk/products/measurement/s600x.asp
