แมกนีโตมิเตอร์

เครื่อง วัดสนามแม่เหล็ก ( magnetometer ) คืออุปกรณ์ที่ใช้วัดสนามแม่เหล็ก ( $B$ ) หรือโมเมนต์ไดโพลแม่เหล็กเครื่องวัดสนามแม่เหล็กแต่ละชนิดจะวัดทิศทาง ความแรง หรือการเปลี่ยนแปลงสัมพัทธ์ของสนามแม่เหล็ก $B$ ณ ตำแหน่งใดตำแหน่ง หนึ่ง เข็มทิศเป็นอุปกรณ์ชนิดหนึ่งที่ใช้วัดทิศทางของสนามแม่เหล็กโดยรอบ ในกรณีนี้คือสนามแม่เหล็กโลกเครื่องวัดสนามแม่เหล็กชนิดอื่นจะวัดโมเมนต์ไดโพลแม่เหล็กของวัสดุแม่เหล็ก เช่นเฟอร์โรแมกเนตตัวอย่างเช่น โดยการบันทึกผลของไดโพลแม่เหล็ก นี้ ต่อกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำในขดลวด

โดยทั่วไปแล้ว การประดิษฐ์เครื่องวัดสนามแม่เหล็กมักได้รับการยกย่องให้แก่คาร์ล ฟรีดริช เกาส์ในปี พ.ศ. 2475 ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]}ก่อนหน้านั้น เครื่องมือที่ดั้งเดิมกว่าได้รับการพัฒนาโดยคริสโตเฟอร์ ฮันสตีนในปี พ.ศ. 2462 ^{[ 3 ]}และโดยวิลเลียม สกอร์สบีในปี พ.ศ. 2466 ^{[ 4 ]}

เครื่องวัดสนามแม่เหล็กถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการวัดสนามแม่เหล็กโลก ในการสำรวจทางธรณีฟิสิกส์เพื่อตรวจจับความผิดปกติทางแม่เหล็ก ประเภทต่างๆ และเพื่อกำหนดโมเมนต์ไดโพลของวัสดุแม่เหล็ก ใน ระบบอ้างอิงทิศทางและการวางตัวของเครื่องบิน เครื่องวัดสนามแม่เหล็ก มักใช้เป็น ตัวอ้างอิง ทิศทางนอกจากนี้ กองทัพยังใช้เครื่องวัดสนามแม่เหล็กเป็นกลไกกระตุ้นในทุ่นระเบิดแม่เหล็กเพื่อตรวจจับเรือดำน้ำ ด้วยเหตุนี้ บางประเทศ เช่น สหรัฐอเมริกา แคนาดา และออสเตรเลีย จึงจัดประเภทเครื่องวัดสนามแม่เหล็กที่มีความไวสูงกว่าเป็นเทคโนโลยีทางทหาร และควบคุมการจำหน่าย

เครื่องวัดสนามแม่เหล็กสามารถใช้เป็นเครื่องตรวจจับโลหะได้ โดยจะตรวจจับเฉพาะโลหะเฟอร์โรแมกเนติกเท่านั้น แต่สามารถตรวจจับโลหะดังกล่าวได้ในระยะทางที่ไกลกว่าเครื่องตรวจจับโลหะทั่วไปซึ่งอาศัยการนำไฟฟ้า เครื่องวัดสนามแม่เหล็กสามารถตรวจจับวัตถุขนาดใหญ่ เช่น รถยนต์ ได้ในระยะมากกว่า10 เมตร (33 ฟุต)ในขณะที่เครื่องตรวจจับโลหะทั่วไปมีระยะการตรวจจับไม่เกิน2 เมตร (7 ฟุต )

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา เครื่องวัดสนามแม่เหล็กได้รับการย่อขนาดลงจนสามารถนำไปรวมไว้ในวงจรรวมได้ในราคาที่ต่ำมาก และกำลังถูกนำไปใช้มากขึ้นในฐานะเข็มทิศขนาดเล็ก ( เซ็นเซอร์สนามแม่เหล็ก MEMS )

การแนะนำ

สนามแม่เหล็ก

สนามแม่เหล็กเป็น ปริมาณ เวกเตอร์ที่มีลักษณะเฉพาะทั้งความแรงและทิศทาง ความแรงของสนามแม่เหล็ก $B$ วัดด้วยหน่วยเทสลาในระบบหน่วย SIและในหน่วยเกาส์ในระบบหน่วย cgs 10,000 เกาส์เท่ากับ 1 เทสลา^{[ 5 ]}การวัดสนามแม่เหล็กโลกมักจะระบุเป็นหน่วยนาโนเทสลา (nT) หรือที่เรียกว่าแกมมา^{[ 6 ]}สนามแม่เหล็กโลกสามารถเปลี่ยนแปลงได้ตั้งแต่ ความผันผวนของสนามแม่เหล็กโลกมีค่าตั้งแต่ 20,000 ถึง 80,000 นาโนเทสลา ขึ้นอยู่กับตำแหน่ง โดยมีค่าอยู่ในระดับประมาณ20,000 ถึง 80,000 นาโนเทสลา100 nTและความแปรผันของสนามแม่เหล็กเนื่องจากความผิดปกติทางแม่เหล็กอาจอยู่ในช่วงพิโคเทสลา (pT) ^{[ 7 ]}เครื่องวัดเกาส์และเครื่องวัดเทสลาเป็นเครื่องวัดสนามแม่เหล็กที่วัดในหน่วยเกาส์หรือเทสลาตามลำดับ ในบางบริบท คำว่าเครื่องวัดสนามแม่เหล็กใช้สำหรับเครื่องมือที่วัดสนามที่มีค่าน้อยกว่า 1 มิลลิเทสลา (mT) และเครื่องวัดเกาส์ใช้สำหรับเครื่องมือที่วัดค่ามากกว่า 1 mT ^{[ 5 ]}

ประเภทของแมกนีโตมิเตอร์

การวัดสนามแม่เหล็กมีสองประเภทพื้นฐานเครื่องวัดสนามแม่เหล็กแบบเวกเตอร์จะวัดส่วนประกอบเวกเตอร์ของสนามแม่เหล็กเครื่องวัดสนามแม่เหล็กแบบสนามรวมหรือเครื่องวัดสนามแม่เหล็กแบบสเกลาร์จะวัดขนาดของสนามแม่เหล็กเวกเตอร์^{[ 8 ]}เครื่องวัดสนามแม่เหล็กที่ใช้ในการศึกษาสนามแม่เหล็กของโลกอาจแสดงส่วนประกอบเวกเตอร์ของสนามในรูปของเดคลิเนชัน (มุมระหว่างส่วนประกอบแนวนอนของเวกเตอร์สนามกับทิศเหนือจริงหรือทิศเหนือทางภูมิศาสตร์) และอินคลิเนชัน (มุมระหว่างเวกเตอร์สนามกับพื้นผิวแนวนอน) ^{[ 9 ]}

เครื่องวัดสนามแม่เหล็กแบบสัมบูรณ์จะวัดขนาดสัมบูรณ์หรือเวกเตอร์สนามแม่เหล็กโดยใช้การสอบเทียบภายในหรือค่าคงที่ทางกายภาพที่ทราบของเซ็นเซอร์แม่เหล็ก^{[ 10 ]}เครื่องวัดสนามแม่เหล็กแบบสัมพัทธ์จะวัดขนาดหรือเวกเตอร์สนามแม่เหล็กเทียบกับเส้นฐานคงที่แต่ไม่ได้สอบเทียบ เรียกอีกอย่างว่าเครื่องวัดความแปรผัน เครื่องวัดสนามแม่เหล็กแบบสัมพัทธ์ใช้ในการวัดความแปรผันของสนามแม่เหล็ก

เครื่องวัดสนามแม่เหล็กยังสามารถจำแนกตามสถานการณ์หรือวัตถุประสงค์การใช้งานได้อีกด้วยเครื่องวัดสนามแม่เหล็กแบบอยู่กับที่จะถูกติดตั้งในตำแหน่งคงที่ และการวัดจะดำเนินการในขณะที่เครื่องวัดสนามแม่เหล็กอยู่กับที่^{[ 8 ]} เครื่องวัดสนามแม่เหล็ก แบบพกพาหรือแบบเคลื่อนที่นั้นมีไว้สำหรับใช้งานขณะเคลื่อนที่ และอาจถูกพกพาด้วยมือหรือขนส่งในยานพาหนะที่กำลังเคลื่อนที่เครื่องวัดสนามแม่เหล็กในห้องปฏิบัติการใช้สำหรับวัดสนามแม่เหล็กของวัสดุที่วางอยู่ภายใน และโดยทั่วไปจะอยู่กับที่ เครื่องวัด สนามแม่เหล็กสำหรับการสำรวจใช้สำหรับวัดสนามแม่เหล็กใน การสำรวจ ทางธรณีแม่เหล็กอาจเป็นสถานีฐานแบบอยู่กับที่ เช่น ใน เครือข่าย INTERMAGNETหรือเครื่องวัดสนามแม่เหล็กแบบเคลื่อนที่ที่ใช้ในการสแกนพื้นที่ทางภูมิศาสตร์ การนำการวัดสนามแม่เหล็กทางอากาศมาใช้ในช่วงแรก (ในทศวรรษ 1950) โดยIncoทำให้เกิดการค้นพบแหล่งแร่นิกเกิล ซึ่งนำไปสู่การก่อตั้งเมืองทอมป์สัน รัฐแมนิโทบา^{[ 11 ]}

ประสิทธิภาพและความสามารถ

ประสิทธิภาพและความสามารถของแมกนีโตมิเตอร์ได้รับการอธิบายผ่านข้อกำหนดทางเทคนิค ข้อกำหนดหลักประกอบด้วย^{[ 5 ]}^{[ 7 ]}

อัตราการสุ่มตัวอย่างคือจำนวนการอ่านค่าต่อวินาที ส่วนค่าผกผันคือเวลาต่อรอบในหน่วยวินาทีต่อการอ่านค่า อัตราการสุ่มตัวอย่างมีความสำคัญในเครื่องวัดสนามแม่เหล็กแบบเคลื่อนที่ได้ เนื่องจากอัตราการสุ่มตัวอย่างและความเร็วของยานพาหนะเป็นตัวกำหนดระยะห่างระหว่างการวัดแต่ละครั้ง
แบนด์วิดท์หรือแบนด์พาสเป็นตัวบ่งชี้ว่าเครื่องวัดสนามแม่เหล็กสามารถติดตามการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วของสนามแม่เหล็กได้ดีเพียงใด สำหรับเครื่องวัดสนามแม่เหล็กที่ไม่มีการประมวลผลสัญญาณ ภายใน แบนด์วิดท์จะถูกกำหนดโดยขีดจำกัดของไนควิสต์ที่กำหนดโดยอัตราการสุ่มตัวอย่าง เครื่องวัดสนามแม่เหล็กสมัยใหม่อาจทำการปรับให้เรียบหรือหาค่าเฉลี่ยจากตัวอย่างที่ต่อเนื่องกัน เพื่อลดสัญญาณรบกวน แต่แลกมาด้วยแบนด์วิดท์ที่ต่ำลง
ความละเอียดคือ การเปลี่ยนแปลงที่เล็กที่สุดในสนามแม่เหล็กที่เครื่องวัดสนามแม่เหล็กสามารถตรวจจับได้ ซึ่งรวมถึงข้อผิดพลาดจากการแปลงค่าเป็นดิจิทัลที่เกิดจากการปัดเศษและการตัดทอนของข้อมูลในรูปแบบดิจิทัล
ค่าความคลาดเคลื่อนสัมบูรณ์คือ ความแตกต่างระหว่างค่าที่อ่านได้จากเครื่องวัดสนามแม่เหล็กกับค่าสนามแม่เหล็กจริง
การเลื่อน (Drift)คือการเปลี่ยนแปลงของค่าความคลาดเคลื่อนสัมบูรณ์เมื่อเวลาผ่านไป
ความเสถียรทางความร้อนคือความสัมพันธ์ของการวัดกับอุณหภูมิ โดยแสดงในรูปของสัมประสิทธิ์อุณหภูมิในหน่วย nT ต่อองศาเซลเซียส
สัญญาณรบกวนคือความผันผวนแบบสุ่มที่เกิดจากเซ็นเซอร์แมกนีโตมิเตอร์หรืออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ สัญญาณรบกวนมีหน่วยเป็น nT/ √เฮิรตซ์ โดยที่ส่วนประกอบความถี่หมายถึงแบนด์วิดท์
ความไวในการตรวจจับคือค่าที่มากกว่าระหว่างค่าสัญญาณรบกวนหรือค่าความละเอียด
ความคลาดเคลื่อนของทิศทางคือการเปลี่ยนแปลงในการวัดเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงทิศทางของเครื่องมือในสนามแม่เหล็กคงที่
บริเวณที่ไม่ตอบสนอง (Dead zone)คือบริเวณเชิงมุมของการวางแนวของแมกนีโตมิเตอร์ที่เครื่องมือให้ผลการวัดที่ไม่แม่นยำหรือไม่ให้ผลการวัดเลย แมกนีโตมิเตอร์แบบใช้แสงกระตุ้น แบบพรีเซสชันที่ปราศจากโปรตอน และแบบโอเวอร์เฮาเซอร์ทั้งหมดล้วนประสบกับผลกระทบจากบริเวณที่ไม่ตอบสนองนี้
ความสามารถ ในการทนต่อความลาดชันของสนามแม่เหล็ก คือความสามารถของเครื่องวัดสนามแม่เหล็กในการวัดค่าได้อย่างน่าเชื่อถือใน สภาวะ ที่มีความลาด ชันของสนามแม่เหล็ก ในการสำรวจวัตถุระเบิดที่ยังไม่ระเบิดหรือหลุมฝังกลบ ความลาดชันของสนามแม่เหล็กอาจมีขนาดใหญ่

เครื่องวัดสนามแม่เหล็กยุคแรก

เข็มทิศ ซึ่งประกอบด้วยเข็มแม่เหล็กที่ทิศทางการเปลี่ยนแปลง ไปตามสนามแม่เหล็กโดยรอบ เป็นเครื่องวัดสนามแม่เหล็กแบบง่ายๆ ชนิดหนึ่ง ที่ใช้วัดทิศทางของสนาม ความถี่ในการแกว่งของเข็มแม่เหล็กเป็นสัดส่วนกับรากที่สองของความแรงของสนามแม่เหล็กโดยรอบ ดังนั้น ตัวอย่างเช่น ความถี่ในการแกว่งของเข็มเข็มทิศที่วางในแนวนอนจะเป็นสัดส่วนกับรากที่สองของความเข้มในแนวนอนของสนามแม่เหล็กโดยรอบ

ในปี ค.ศ. 1823 วิลเลียม สกอร์สบี (1789-1857) นักสำรวจ นักวิทยาศาสตร์ และนักบวชชาวอังกฤษ มีส่วนร่วมอย่างมากในวิทยาศาสตร์แม่เหล็ก โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการปรับปรุงเข็มทิศเรือ ในปี ค.ศ. 1823 เขาได้ตีพิมพ์บทความในวารสารTransactions of the Royal Society of Edinburghในชื่อเรื่อง "คำอธิบายเกี่ยวกับเครื่องวัดสนามแม่เหล็ก ซึ่งเป็นเครื่องมือใหม่สำหรับวัดแรงดึงดูดแม่เหล็กและหาค่าความเอียงของเข็ม พร้อมทั้งบันทึกการทดลองที่ทำกับเครื่องมือนี้"

ในปี ค.ศ. 1833 คาร์ล ฟรีดริช เกาส์หัวหน้าหอดูดาวแม่เหล็กโลกในเมืองเกิตติงเงน ได้ตีพิมพ์บทความเกี่ยวกับการวัดสนามแม่เหล็กโลก^{[ 12 ]}บทความนี้อธิบายถึงเครื่องมือใหม่ที่ประกอบด้วยแท่งแม่เหล็กถาวรที่แขวนในแนวนอนจาก เส้นใย ทองคำความแตกต่างของการสั่นเมื่อแท่งแม่เหล็กถูกทำให้เป็นแม่เหล็กและเมื่อมันถูกทำให้หมดสภาพแม่เหล็ก ทำให้เกาส์สามารถคำนวณค่าสัมบูรณ์ของความแรงของสนามแม่เหล็กโลกได้^{[ 13 ]}

หน่วย เกาส์ ( Gauss) ซึ่งเป็นหน่วย CGSของความหนาแน่นฟลักซ์แม่เหล็กได้รับการตั้งชื่อเพื่อเป็นเกียรติแก่เขา โดยกำหนดให้เป็นหนึ่งแม็กซ์เวลล์ต่อตารางเซนติเมตร ซึ่งสอดคล้องกับ 10 ⁻⁴เทสลา ( หน่วย SI ) ^{[ 14 ]}

ฟรานซิส โรนัลด์สและชาร์ลส์ บรูคได้ประดิษฐ์แมกเนโตกราฟขึ้นโดยอิสระในปี พ.ศ. 2389 ซึ่งบันทึกการเคลื่อนที่ของแม่เหล็กอย่างต่อเนื่องโดยใช้การถ่ายภาพทำให้ลดภาระของผู้สังเกตการณ์ลงได้^{[ 15 ]}เอ็ดเวิร์ด ซาบีน และคนอื่นๆ ได้นำเครื่องเหล่านี้ไปใช้ในการสำรวจแม่เหล็กทั่วโลกอย่างรวดเร็วและเครื่องจักรที่ได้รับการปรับปรุงก็ถูกนำมาใช้จนถึงศตวรรษที่ 20 ^{[ 16 ]}^{[ 17 ]}

เครื่องวัดสนามแม่เหล็กในห้องปฏิบัติการ

เครื่องวัดสนามแม่เหล็กในห้องปฏิบัติการใช้วัดค่าการทำให้เป็นแม่เหล็กหรือที่เรียกว่าโมเมนต์แม่เหล็กของวัสดุตัวอย่าง แตกต่างจากเครื่องวัดสนามแม่เหล็กแบบสำรวจ เครื่องวัดสนามแม่เหล็กในห้องปฏิบัติการจำเป็นต้องวางตัวอย่างไว้ภายในเครื่องวัด และมักจะสามารถควบคุมอุณหภูมิ สนามแม่เหล็ก และพารามิเตอร์อื่นๆ ของตัวอย่างได้ ค่าการทำให้เป็นแม่เหล็กของตัวอย่างขึ้นอยู่กับการเรียงตัวของอิเล็กตรอนที่ไม่มีคู่ภายในอะตอมเป็นหลัก โดยมีส่วนประกอบเล็กน้อยจากโมเมนต์แม่เหล็กนิวเคลียร์ไดอะแมกเนติ ซึมของแลงเจวิน และอื่นๆ การเรียงตัวของโมเมนต์แม่เหล็กส่วนใหญ่แบ่งออกเป็นไดอะแมก เนติก พารา แมกเนติก เฟอร์ โร แมก เนติ กหรือแอนติเฟอร์โรแมกเนติก (แม้ว่าในทางชีววิทยาของการเรียงตัวของแม่เหล็กจะรวมถึงเฟอร์ริแมก เนติ กเฮลิแมกเนติก ทอรอยดัล สปินกลาส เป็นต้น) การวัดค่าการทำให้เป็นแม่เหล็กเป็นฟังก์ชันของอุณหภูมิและสนามแม่เหล็กสามารถให้เบาะแสเกี่ยวกับประเภทของการเรียงตัวของแม่เหล็ก ตลอดจนการเปลี่ยนเฟสระหว่างประเภทของการเรียงตัวของแม่เหล็กต่างๆ ที่เกิดขึ้นที่อุณหภูมิหรือสนามแม่เหล็กวิกฤต การวัดสนามแม่เหล็กประเภทนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการทำความเข้าใจคุณสมบัติทางแม่เหล็กของวัสดุในสาขาฟิสิกส์ เคมี ธรณีฟิสิกส์ และธรณีวิทยา รวมถึงบางครั้งก็ในสาขาชีววิทยาด้วย

SQUID (อุปกรณ์รบกวนควอนตัมตัวนำยิ่งยวด)

เครื่องวัดสนามแม่เหล็ก SQUID เป็นเครื่องมือประเภทหนึ่งที่ใช้ทั้งในการสำรวจและเป็นเครื่องวัดสนามแม่เหล็กในห้องปฏิบัติการ^{[ 18 ]}โดยอาศัยแนวคิดของการควอนตัมฟลักซ์ในวงจรตัวนำ ยิ่งยวด ^{[ 19 ]}การวัดสนามแม่เหล็กด้วย SQUID เป็นเทคนิคการวัดสนามแม่เหล็กสัมบูรณ์ที่มีความไวสูงมาก สามารถให้ความละเอียดระดับเฟมโตเทสลาได้อย่างสม่ำเสมอในสภาพแวดล้อมห้องปฏิบัติการที่เหมาะสม^{[ 20 ]}อย่างไรก็ตาม SQUID มีความไวต่อสัญญาณรบกวน ทำให้ไม่เหมาะที่จะใช้เป็นเครื่องวัดสนามแม่เหล็กในห้องปฏิบัติการในสนามแม่เหล็กกระแสตรงสูง และในแม่เหล็กแบบพัลส์ ความจำเป็นในการรักษาอย่างน้อยบางส่วนของอุปกรณ์ (องค์ประกอบตัวนำยิ่งยวด) ให้เย็นลงถึงอุณหภูมิเยือกแข็งจำกัดการใช้งาน เนื่องจากไม่สามารถนำเซ็นเซอร์เข้าใกล้แหล่งกำเนิดสนามได้ตามอำเภอใจ^{[ 21 ]}เครื่องวัดสนามแม่เหล็ก SQUID เชิงพาณิชย์มีจำหน่ายสำหรับอุณหภูมิตัวอย่างระหว่าง 300 mK ถึง 400 K และสนามแม่เหล็กสูงถึง 7 T ^{[ 22 ]}^{[ 23 ]}

ขดลวดรับสัญญาณแบบเหนี่ยวนำ

ขดลวดรับสัญญาณแบบเหนี่ยวนำ (หรือเรียกว่าเซนเซอร์แบบเหนี่ยวนำ) วัดโมเมนต์ไดโพลแม่เหล็กของวัสดุโดยการตรวจจับกระแสที่เหนี่ยวนำในขดลวดเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงโมเมนต์แม่เหล็กของตัวอย่าง การทำให้เป็นแม่เหล็กของตัวอย่างสามารถเปลี่ยนแปลงได้โดยการใช้สนามแม่เหล็กกระแสสลับขนาดเล็ก (หรือสนามแม่เหล็กกระแสตรงที่เปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว) เช่นเดียวกับที่เกิดขึ้นในแม่เหล็กแบบพัลส์ที่ขับเคลื่อนด้วยตัวเก็บประจุ การวัดเหล่านี้จำเป็นต้องแยกความแตกต่างระหว่างสนามแม่เหล็กที่เกิดจากตัวอย่างและสนามแม่เหล็กจากสนามภายนอกที่ใช้ มักจะใช้การจัดเรียงขดลวดหักล้างแบบพิเศษ ตัวอย่างเช่น ขดลวดรับสัญญาณครึ่งหนึ่งพันในทิศทางหนึ่ง และอีกครึ่งหนึ่งพันในทิศทางตรงกันข้าม และวางตัวอย่างไว้ในครึ่งเดียวเท่านั้น สนามแม่เหล็กสม่ำเสมอภายนอกจะถูกตรวจจับโดยทั้งสองครึ่งของขดลวด และเนื่องจากขดลวดพันในทิศทางตรงกันข้าม สนามแม่เหล็กภายนอกจึงไม่สร้างสัญญาณสุทธิใดๆ

VSM (เครื่องวัดสนามแม่เหล็กแบบใช้ตัวอย่างสั่น)

เครื่องวัดสนามแม่เหล็กแบบสั่น (VSM) ตรวจจับโมเมนต์ไดโพลของตัวอย่างโดยการสั่นตัวอย่างทางกลภายในขดลวดรับสัญญาณแบบเหนี่ยวนำหรือภายในขดลวด SQUID ^{[ 24 ]}กระแสเหนี่ยวนำหรือฟลักซ์ที่เปลี่ยนแปลงในขดลวดจะถูกวัด การสั่นมักจะสร้างขึ้นโดยมอเตอร์หรือแอคทูเอเตอร์แบบเพียโซอิเล็กทริก โดยทั่วไปเทคนิค VSM มีความไวต่ำกว่าการวัดสนามแม่เหล็กด้วย SQUID ประมาณหนึ่งลำดับ VSM สามารถรวมกับ SQUID เพื่อสร้างระบบที่มีความไวมากกว่าการใช้เพียงอย่างใดอย่างหนึ่ง ความร้อนเนื่องจากการสั่นของตัวอย่างอาจจำกัดอุณหภูมิฐานของ VSM ซึ่งโดยทั่วไปจะอยู่ที่ 2 K นอกจากนี้ VSM ยังไม่เหมาะสมสำหรับการวัดตัวอย่างที่เปราะบางซึ่งไวต่อการเร่งความเร็วอย่างรวดเร็ว

การวัดสนามแม่เหล็กแบบพัลส์

การวัดสนามแม่เหล็กแบบพัลส์เป็นอีกวิธีหนึ่งที่ใช้ขดลวดรับสัญญาณในการวัดค่าสนามแม่เหล็ก แตกต่างจากเครื่องวัดสนามแม่เหล็กแบบสั่นสะเทือน (VSM) ที่ใช้การสั่นสะเทือนทางกายภาพกับตัวอย่าง ในการวัดสนามแม่เหล็กแบบพัลส์ ตัวอย่างจะถูกยึดไว้ และสนามแม่เหล็กภายนอกจะถูกเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว เช่น ในแม่เหล็กที่ขับเคลื่อนด้วยตัวเก็บประจุ จากนั้นจะต้องใช้วิธีการต่างๆ เพื่อหักล้างสนามภายนอกออกจากสนามที่เกิดจากตัวอย่าง วิธีการเหล่านี้รวมถึงขดลวดแบบพันสวนทางที่หักล้างสนามแม่เหล็กสม่ำเสมอภายนอก และการวัดค่าพื้นหลังโดยนำตัวอย่างออกจากขดลวด

การวัดแรงบิดด้วยสนามแม่เหล็ก

การวัดแรงบิดแม่เหล็ก (Magnetic torque magnetometry) อาจมีความไวมากกว่าการวัดสนามแม่เหล็กด้วย SQUID (SQUID magnetometry) อย่างไรก็ตาม การวัดแรงบิดแม่เหล็กไม่ได้วัดสนามแม่เหล็กโดยตรงเหมือนกับวิธีการที่กล่าวมาทั้งหมด การวัดแรงบิดแม่เหล็กจะวัดแรงบิด τ ที่กระทำต่อโมเมนต์แม่เหล็กμ ของตัวอย่าง อันเป็นผลจากสนามแม่เหล็กสม่ำเสมอBโดยτ = μ × Bดังนั้น แรงบิดจึงเป็นการวัดความไม่สมมาตรของสนามแม่เหล็กหรือรูปร่างของตัวอย่าง ในบางกรณี สามารถสกัดค่าสนามแม่เหล็กของตัวอย่างได้จากแรงบิดที่วัดได้ ในกรณีอื่นๆ การวัดแรงบิดแม่เหล็กใช้เพื่อตรวจจับการเปลี่ยนเฟส แม่เหล็ก หรือการสั่นแบบควอนตัมวิธีที่พบได้บ่อยที่สุดในการวัดแรงบิด แม่เหล็ก คือการติดตั้งตัวอย่างบนคานยื่น (cantilever)และวัดการเคลื่อนที่โดย การวัด ค่าความจุระหว่างคานยื่นกับวัตถุคงที่ที่อยู่ใกล้เคียง หรือโดยการวัดค่าไฟฟ้าสถิตของคานยื่น หรือโดยการแทรกสอดทางแสงจากพื้นผิวของคานยื่น

การวัดสนามแม่เหล็กด้วยแรงฟาราเดย์

การวัดสนามแม่เหล็กด้วยแรงฟาราเดย์ใช้ข้อเท็จจริงที่ว่า การไล่ระดับสนามแม่เหล็กในเชิงพื้นที่ก่อให้เกิดแรงที่กระทำต่อวัตถุที่เป็นแม่เหล็กF = ( M ⋅∇) Bในการวัดสนามแม่เหล็กด้วยแรงฟาราเดย์ สามารถวัดแรงที่กระทำต่อตัวอย่างได้โดยใช้เครื่องชั่ง (โดยการแขวนตัวอย่างจากเครื่องชั่งที่มีความไวสูง) หรือโดยการตรวจจับการเคลื่อนที่เทียบกับสปริง โดยทั่วไปจะใช้โหลดเซลล์แบบคาปาซิทีฟหรือคานยื่นเนื่องจากมีความไว ขนาดเล็ก และไม่มีชิ้นส่วนเชิงกล การวัดสนามแม่เหล็กด้วยแรงฟาราเดย์มีความไวต่ำกว่า SQUID ประมาณหนึ่งอันดับ ข้อเสียที่สำคัญที่สุดของการวัดสนามแม่เหล็กด้วยแรงฟาราเดย์คือ ต้องมีวิธีการสร้างสนามแม่เหล็กและสร้างความไล่ระดับสนามแม่เหล็ก ซึ่งสามารถทำได้โดยใช้ชุดขั้วแม่เหล็กพิเศษ แต่จะได้ผลลัพธ์ที่ดีกว่ามากหากใช้ชุดขดลวดไล่ระดับ ข้อดีที่สำคัญของการวัดสนามแม่เหล็กด้วยแรงฟาราเดย์คือ มีขนาดเล็กและทนต่อสัญญาณรบกวนได้ดีพอสมควร จึงสามารถนำไปใช้ในสภาพแวดล้อมที่หลากหลาย รวมถึง ตู้ เย็นแบบเจือจาง ได้ การวัดสนามแม่เหล็กด้วยแรงฟาราเดย์อาจมีความซับซ้อนเนื่องจากการมีแรงบิด (ดูเทคนิคก่อนหน้านี้) ปัญหานี้สามารถแก้ไขได้โดยการปรับสนามเกรเดียนต์อย่างอิสระจากสนามกระแสตรงที่ใช้ เพื่อแยกแรงบิดและแรงฟาราเดย์ออกจากกัน และ/หรือโดยการออกแบบเครื่องวัดสนามแม่เหล็กด้วยแรงฟาราเดย์ที่ป้องกันไม่ให้ตัวอย่างหมุน

การวัดสนามแม่เหล็กด้วยแสง

การวัดสนามแม่เหล็กด้วยแสง (Optical magnetometry) ใช้เทคนิคทางแสงต่างๆ ในการวัดค่าสนามแม่เหล็ก เทคนิคหนึ่งคือ การวัดสนามแม่เหล็กแบบเคอร์ (Kerr magnetometry) ซึ่งใช้ปรากฏการณ์แม่เหล็กไฟฟ้าแบบเคอร์ (MOKE) ในเทคนิคนี้ แสงตกกระทบจะถูกส่งไปยังพื้นผิวของตัวอย่าง แสงจะทำปฏิกิริยากับพื้นผิวที่เป็นแม่เหล็กแบบไม่เชิงเส้น ทำให้แสงสะท้อนมีโพลาไรเซชันเป็นรูปวงรี ซึ่งจะถูกวัดโดยตัวตรวจจับ อีกวิธีหนึ่งของการวัดสนามแม่เหล็กด้วยแสงคือ การ วัดสนามแม่เหล็กด้วยการหมุน แบบฟาราเดย์ (Faraday rotation magnetometry) การวัดสนามแม่เหล็กด้วยการหมุนแบบฟาราเดย์ใช้การหมุนแม่เหล็กไฟฟ้าแบบไม่เชิงเส้นในการวัดค่าสนามแม่เหล็กของตัวอย่าง ในวิธีนี้ ฟิล์มบางที่ปรับเปลี่ยนแบบฟาราเดย์จะถูกนำไปใช้กับตัวอย่างที่จะวัด และถ่ายภาพหลายภาพด้วยกล้องที่ตรวจจับโพลาไรเซชันของแสงสะท้อน เพื่อลดสัญญาณรบกวน ภาพหลายภาพจะถูกนำมาเฉลี่ยเข้าด้วยกัน ข้อดีอย่างหนึ่งของวิธีนี้คือ ช่วยให้สามารถสร้างแผนที่ลักษณะทางแม่เหล็กบนพื้นผิวของตัวอย่างได้ ซึ่งมีประโยชน์อย่างยิ่งในการศึกษาปรากฏการณ์ต่างๆ เช่นปรากฏการณ์เมสเนอร์ (Meissner effect)บนตัวนำ ยิ่งยวด เครื่องวัดสนามแม่เหล็กแบบปั๊มด้วยแสงขนาดเล็ก (μOPM) สามารถใช้ตรวจจับต้นกำเนิดของอาการชักในสมองได้อย่างแม่นยำยิ่งขึ้นและสร้างความร้อนน้อยกว่าSQUIDที่ มีอยู่ในปัจจุบัน ^{[ 25 ]}อุปกรณ์นี้ทำงานโดยใช้แสงโพลาไรซ์เพื่อควบคุมการหมุนของอะตอมรูบิเดียม ซึ่งสามารถใช้ในการวัดและตรวจสอบสนามแม่เหล็กได้^{[ 26 ]}

การวัดค่าความไวต่อกระแสสลับ

^{การวัดความไวต่อสนามแม่เหล็ก แม้จะไม่ใช่การ วัด}สนามแม่เหล็กโดยตรง แต่ก็เป็นเทคนิคที่เกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับเทคนิคข้างต้น โดยจะวัดความไวต่อสนามแม่เหล็กχ = dM/dHแทนที่จะ วัดค่าสนาม แม่เหล็กM [ ²⁷^] ซึ่งมีความเกี่ยวข้องอย่างยิ่งเมื่อใช้สนามแม่เหล็กแบบไดนามิก H ( t ) (แทนที่จะเป็นแบบคงที่) กับตัวอย่างเพื่อตรวจสอบคุณสมบัติทางแม่เหล็กแบบไดนามิก^[²⁷^]ในกรณีที่ง่ายที่สุดทางคณิตศาสตร์ สนามกระตุ้นแบบไซน์h ( t ) = h sin(2 πt ) จะถูกวางทับบนสนามแม่เหล็กคงที่ (อาจเป็นศูนย์) H : H ( t ) = H + h ( t ) ค่าสนามแม่เหล็ก M ( t ) ที่ขึ้นอยู่กับเวลาที่เกิดขึ้นสามารถแยกออกเป็นอนุกรมของฮาร์มอนิกได้ ค่าคงที่และฮาร์มอนิกแรก (โดยไม่รวมฮาร์มอนิกที่สูงกว่า) ของ t ) อ่านได้เป็นM ( t ) = M0 + h ( χ'1 sin( 2πt ) + χ''1 cos( 2πt ) ) มักถูกว่าค่า ความอ่อนไหว ต่อสนามแม่เหล็กกระแสสลับ โดยที่ χ'1 คือส่วนประกอบปฏิกิริยา/เฟสตรงกัน และ χ''1 ส่วนประกอบการซับเฟสตรงข้าม

เทคนิคนี้สามารถนำมาใช้เพื่อทำความเข้าใจเกี่ยวกับการเปลี่ยนเฟสแม่เหล็ก^{[ 28 ]}หรือพฤติกรรมการแข็งตัวของสปินกลาส^{[ 29 ]}เมื่อใกล้ถึงจุดเรียงตัว พลวัตของสปินจะแสดงให้เห็นถึงการชะลอตัวที่สำคัญซึ่งหมายความว่าส่วนประกอบการดูดซับχ '' จะมีค่าสูงสุด (ดู แบบจำลอง รีแลกเซอร์ของเดบายในไดอิเล็กทริก) ^{[ 30 ]}

การวัดความไวต่อสนามแม่เหล็กกระแสสลับอาจใช้เป็นโพรบที่สะดวกกว่าในการกำหนดความไวต่อสนามแม่เหล็กสถิต^{[ 30 ]}สำหรับสิ่งนี้ ความถี่fจะถูกเลือกให้เล็กกว่าไดนามิกสปิน เนื่องจากแอมพลิจูดการกระตุ้นhสามารถเลือกให้เล็กกว่าขนาดขั้นตอนทั่วไปในการกวาดสนามใดๆ อย่างมีนัยสำคัญ ( การวัด M ( H )) ความไวต่อสนามแม่เหล็กในรูปอนุพันธ์χ = dM/dHจะถูกประมาณได้อย่างแม่นยำยิ่งขึ้นด้วยความแตกต่างของสนามเล็กน้อยh~ 10 ⁰ Oe (ดูผลหารความแตกต่าง ) แทนที่จะเป็นค่าทั่วไปสำหรับการวัดสนามแม่เหล็กกระแสตรงที่ΔH~10 ² Oe

การวัดสนามแม่เหล็กแบบไล่ระดับสลับ

ไดโพลในสนามแม่เหล็กเกรเดียนต์จะได้รับแรงสุทธิ ความแรงของแรงสามารถวัดได้และเป็นสัดส่วนกับโมเมนต์แม่เหล็กของไดโพล โดยการสลับเกรเดียนต์ของสนามและใช้เครื่องขยายสัญญาณแบบล็อคอินสามารถลดระดับเสียงรบกวนได้^{[ 31 ]}

เครื่องวัดสนามแม่เหล็กแบบสำรวจ

เครื่องวัดสนามแม่เหล็กแบบสำรวจสามารถแบ่งออกได้เป็นสองประเภทพื้นฐาน:

เครื่องวัดสนามแม่เหล็กแบบสเกลาร์จะวัดความแรงรวมของสนามแม่เหล็กที่มันได้รับ แต่ไม่ได้วัดทิศทางของสนามแม่เหล็ก
เครื่องวัดสนามแม่เหล็กแบบเวกเตอร์มีความสามารถในการวัดส่วนประกอบของสนามแม่เหล็กในทิศทางเฉพาะ โดยสัมพันธ์กับการวางตัวในอวกาศของอุปกรณ์

เวกเตอร์เป็นหน่วยทางคณิตศาสตร์ที่มีทั้งขนาดและทิศทาง สนามแม่เหล็กโลก ณ จุดใดจุดหนึ่งเป็นเวกเตอร์เข็มทิศแม่เหล็กถูกออกแบบมาเพื่อบอก ทิศทาง ในแนว นอน ในขณะที่เครื่องวัดสนามแม่เหล็กแบบเวกเตอร์จะวัดทั้งขนาดและทิศทางของสนามแม่เหล็กทั้งหมด จำเป็นต้องใช้เซ็นเซอร์สามตัวที่ตั้งฉากกันเพื่อวัดส่วนประกอบของสนามแม่เหล็กในทั้งสามมิติ

นอกจากนี้ ยังจัดประเภทเป็น "สัมบูรณ์" หากสามารถปรับเทียบความแรงของสนามได้จากค่าคงที่ภายในที่ทราบอยู่แล้ว หรือเป็น "สัมพัทธ์" หากจำเป็นต้องปรับเทียบโดยอ้างอิงจากสนามที่ทราบค่าอยู่แล้ว

แมกเนโตรกราฟคือแมกเนโตมิเตอร์ที่บันทึกข้อมูลอย่างต่อเนื่องตลอดเวลา โดยทั่วไปข้อมูลนี้จะแสดงในรูปแบบแมกเนโตแกรม^{[ 32 ]}

เครื่องวัดสนามแม่เหล็กสามารถจำแนกได้เป็น "กระแสสลับ" (AC) หากวัดสนามที่เปลี่ยนแปลงค่อนข้างเร็วเมื่อเวลาผ่านไป (> 100 เฮิรตซ์) และ "กระแสตรง" (DC) หากวัดสนามที่เปลี่ยนแปลงช้าเท่านั้น (กึ่งคงที่) หรือคงที่ เครื่องวัดสนามแม่เหล็กกระแสสลับใช้ในระบบแม่เหล็กไฟฟ้า (เช่น การ สำรวจ สนามแม่เหล็กใต้ดิน ) และเครื่องวัดสนามแม่เหล็กกระแสตรงใช้ในการตรวจจับแร่ธาตุและโครงสร้างทางธรณีวิทยา ที่เกี่ยวข้อง

เครื่องวัดสนามแม่เหล็กแบบสเกลาร์

เครื่องวัดสนามแม่เหล็กแบบโปรตอนพรีเซสชัน

เครื่องวัดสนามแม่เหล็กแบบโปรตอนพรีเซสชันหรือที่รู้จักกันในชื่อเครื่องวัดสนามแม่เหล็กโปรตอน PPM หรือเรียกง่ายๆ ว่า mag วัดความถี่เรโซแนนซ์ของโปรตอน (นิวเคลียสของไฮโดรเจน) ในสนามแม่เหล็กที่ต้องการวัด เนื่องจากการเรโซแนนซ์แม่เหล็กนิวเคลียร์ (NMR) เนื่องจากความถี่พรีเซสชันขึ้นอยู่กับค่าคงที่ของอะตอมและความแรงของสนามแม่เหล็กโดยรอบเท่านั้น ความแม่นยำของเครื่องวัดสนามแม่เหล็กประเภทนี้จึงสามารถสูงถึง1 ppm ^{[ 33 ]}

กระแสตรงที่ไหลผ่านขดลวดโซลีนอยด์จะสร้างสนามแม่เหล็กแรงสูงรอบของเหลวที่มีไฮโดรเจน เป็นองค์ประกอบหลัก ( น้ำมันก๊าดและดีเคนเป็นที่นิยมใช้ และแม้แต่น้ำก็สามารถใช้ได้) ทำให้โปรตอนบางส่วนเรียงตัวตามทิศทางของสนามแม่เหล็กนั้น จากนั้นกระแสไฟฟ้าจะถูกตัด และเมื่อโปรตอนเรียงตัวใหม่ตาม สนาม แม่เหล็กโดยรอบพวกมันจะหมุนวนด้วยความถี่ที่แปรผันตรงกับสนามแม่เหล็ก ทำให้เกิดสนามแม่เหล็กหมุนอ่อนๆ ซึ่งจะถูกตรวจจับโดยตัวเหนี่ยวนำ (บางครั้งอาจแยกต่างหาก) ขยายสัญญาณด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์ และส่งไปยังตัวนับความถี่ดิจิทัล ซึ่งโดยทั่วไปแล้วเอาต์พุตจะถูกปรับขนาดและแสดงผลโดยตรงเป็นความแรงของสนาม หรือแสดงผลเป็นข้อมูลดิจิทัล

สำหรับอุปกรณ์ที่ถือด้วยมือหรือสะพายหลัง อัตราการสุ่มตัวอย่าง PPM โดยทั่วไปจะจำกัดอยู่ที่น้อยกว่าหนึ่งตัวอย่างต่อวินาที การวัดมักจะทำโดยถือเซ็นเซอร์ไว้ในตำแหน่งคงที่ที่ระยะห่างประมาณ 10 เมตร

เครื่องมือแบบพกพายังมีข้อจำกัดในด้านปริมาตรของเซ็นเซอร์ (น้ำหนัก) และการใช้พลังงาน เครื่องวัดสนามแม่เหล็กแบบ PPM ทำงานได้ในสนามแม่เหล็กที่มีความลาดชันสูงสุดถึง 3,000 นาโนเทสลาต่อเมตร ซึ่งเพียงพอสำหรับงานสำรวจแร่ส่วนใหญ่ สำหรับงานที่ต้องการความลาดชันสูงกว่า เช่น การทำแผนที่ชั้นหินเหล็กและการตรวจจับวัตถุเหล็กขนาดใหญ่เครื่องวัดสนามแม่เหล็กแบบโอเวอร์เฮาเซอร์สามารถรับมือได้10,000 นาโน เทสลา/เมตรและเครื่องวัดสนามแม่เหล็กซีเซียมสามารถรับมือได้30,000 นาโนเท สลา /เมตร

เครื่องมือเหล่านี้มีราคาไม่แพงนัก (ต่ำกว่า 8,000 ดอลลาร์สหรัฐ) และเคยใช้กันอย่างแพร่หลายในการสำรวจแร่ ผู้ผลิตสามรายครองตลาด ได้แก่ GEM Systems, Geometrics และ Scintrex รุ่นยอดนิยม ได้แก่ G-856/857, Smartmag, GSM-18 และ GSM-19T

สำหรับการสำรวจแร่ เครื่องมือเหล่านี้ได้ถูกแทนที่ด้วยเครื่องมือโอเวอร์เฮาเซอร์ ซีเซียม และโพแทสเซียม ซึ่งทั้งหมดนี้มีรอบการทำงานที่รวดเร็ว และไม่จำเป็นต้องให้ผู้ปฏิบัติงานหยุดระหว่างการอ่านค่าแต่ละครั้ง

เครื่องวัดสนามแม่เหล็กแบบโอเวอร์เฮาเซอร์

เครื่อง วัดสนามแม่เหล็กแบบโอเวอร์เฮาเซอร์ (Overhauser effect magnetometer หรือ Overhauser magnetometer) ใช้หลักการพื้นฐานเดียวกันกับเครื่องวัดสนามแม่เหล็กแบบโปรตอนพรีเซสชัน (proton precession magnetometer) ในการวัด โดยการเติมอนุมูลอิสระลงในของเหลวที่ใช้ในการวัด จะสามารถใช้ประโยชน์จากปรากฏการณ์โอเวอร์เฮาเซอร์ในนิวเคลียส ( nuclear Overhauser effect ) เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพของเครื่องวัดสนามแม่เหล็กแบบโปรตอนพรีเซสชันให้ดีขึ้นอย่างมาก แทนที่จะ ใช้ขดลวดโซลีนอย ด์ในการจัดเรียงโปรตอน จะใช้สนามคลื่นความถี่วิทยุพลังงานต่ำในการจัดเรียง (โพลาไรซ์) สปินของอิเล็กตรอนในอนุมูลอิสระ ซึ่งจะเชื่อมต่อกับโปรตอนผ่านปรากฏการณ์โอเวอร์เฮาเซอร์ วิธีนี้มีข้อดีหลักสองประการคือ การขับเคลื่อนสนามคลื่นความถี่วิทยุใช้พลังงานเพียงเล็กน้อย (ทำให้สามารถใช้แบตเตอรี่ที่มีน้ำหนักเบาสำหรับเครื่องพกพา) และการสุ่มตัวอย่างที่เร็วขึ้น เนื่องจากปฏิกิริยาการเชื่อมต่อระหว่างอิเล็กตรอนและโปรตอนสามารถเกิดขึ้นได้แม้ในขณะที่กำลังทำการวัด เครื่องวัดสนามแม่เหล็กแบบโอเวอร์เฮาเซอร์ให้ค่าที่อ่านได้โดยมีค่าเบี่ยงเบนมาตรฐาน 0.01 nT ถึง 0.02 nT ในขณะที่สุ่มตัวอย่างหนึ่งครั้งต่อวินาที

เครื่องวัดสนามแม่เหล็กไอซีเซียม

เครื่องวัดสนามแม่เหล็กไอซีเซียมที่ปั๊มด้วยแสงเป็นอุปกรณ์ที่มีความไวสูง (300 fT/Hz ^0.5 ) และแม่นยำสูง ซึ่งใช้ในการใช้งานที่หลากหลาย เป็นหนึ่งในไออัลคาไลหลายชนิด (รวมถึงรูบิเดียมและโพแทสเซียม ) ที่ใช้ในลักษณะนี้^{[ 34 ]}

อุปกรณ์นี้โดยทั่วไปประกอบด้วย ตัวปล่อย โฟตอนเช่น เลเซอร์ ห้องดูดซับที่มีไอซีเซียมผสมกับ " ก๊าซบัฟเฟอร์ " ซึ่งโฟตอน ที่ปล่อยออกมา จะผ่านเข้าไป และตัวตรวจจับโฟตอน เรียงตามลำดับนั้น ก๊าซบัฟเฟอร์มักจะเป็นฮีเลียมหรือไนโตรเจนและใช้เพื่อลดการชนกันระหว่างอะตอมของไอซีเซียม

หลักการพื้นฐานที่ทำให้เครื่องมือนี้ทำงานได้คือข้อเท็จจริงที่ว่าอะตอมของซีเซียมสามารถอยู่ในระดับพลังงาน ใดก็ได้จากเก้าระดับ ซึ่งอาจนึกภาพอย่างง่ายๆ ว่าเป็นการจัดเรียงของวงโคจรของ อิเล็กตรอน รอบนิวเคลียสของอะตอมเมื่ออะตอมของซีเซียมภายในห้องได้รับโฟตอนจากเลเซอร์ มันจะถูกกระตุ้นให้มีระดับพลังงานสูงขึ้น ปล่อยโฟตอนออกมา และตกลงสู่ระดับพลังงานที่ต่ำกว่าซึ่งไม่สามารถระบุได้ อะตอมของซีเซียม "ไว" ต่อโฟตอนจากเลเซอร์ในสามระดับพลังงานจากเก้าระดับ ดังนั้น หากสมมติว่าเป็นระบบปิด อะตอมทั้งหมดจะตกอยู่ในสถานะที่โฟตอนทั้งหมดจากเลเซอร์สามารถผ่านเข้าไปได้โดยไม่ถูกกีดขวางและถูกวัดโดยตัวตรวจจับโฟตอน ไอของซีเซียมจึงโปร่งใส กระบวนการนี้เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องเพื่อรักษาอิเล็กตรอนให้อยู่ในสถานะนั้นให้ได้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้

ในขั้นตอนนี้ ตัวอย่าง (หรือประชากร) จะถูกกระตุ้นด้วยแสงและพร้อมสำหรับการวัด เมื่อมีการใช้สนามภายนอก สนามนั้นจะรบกวนสถานะนี้และทำให้อะตอมเคลื่อนที่ไปยังสถานะอื่น ซึ่งทำให้ไอระเหยมีความโปร่งใสน้อยลง ตัวตรวจจับแสงสามารถวัดการเปลี่ยนแปลงนี้ได้ และด้วยเหตุนี้จึงสามารถวัดขนาดของสนามแม่เหล็กได้

ในเครื่องวัดสนามแม่เหล็กซีเซียมแบบทั่วไป จะมีการใช้สนามแม่เหล็กกระแสสลับขนาดเล็กมากกับเซลล์ เนื่องจากความแตกต่างของระดับพลังงานของอิเล็กตรอนถูกกำหนดโดยสนามแม่เหล็กภายนอก จึงมีความถี่หนึ่งที่สนามแม่เหล็กกระแสสลับขนาดเล็กนี้ทำให้อิเล็กตรอนเปลี่ยนสถานะ ในสถานะใหม่นี้ อิเล็กตรอนสามารถดูดซับโฟตอนของแสงได้อีกครั้ง ซึ่งจะทำให้เกิดสัญญาณบนตัวตรวจจับแสงที่วัดแสงที่ผ่านเซลล์ วงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่เกี่ยวข้องใช้ข้อเท็จจริงนี้เพื่อสร้างสัญญาณที่ความถี่ตรงกับสนามภายนอกอย่างแม่นยำ

เครื่องวัดสนามแม่เหล็กซีเซียมอีกประเภทหนึ่งจะปรับเปลี่ยนแสงที่ส่องไปยังเซลล์ เครื่องวัดสนามแม่เหล็กชนิดนี้เรียกว่า เครื่องวัดสนามแม่เหล็กเบลล์-บลูม ตามชื่อของนักวิทยาศาสตร์สองท่านที่ทำการวิจัยปรากฏการณ์นี้เป็นครั้งแรก หากเปิดและปิดแสงด้วยความถี่ที่สอดคล้องกับสนามแม่เหล็กโลกจะเกิดการเปลี่ยนแปลงในสัญญาณที่ตรวจจับได้จากตัวตรวจจับแสง จากนั้นวงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่เกี่ยวข้องจะใช้ประโยชน์จากสิ่งนี้ในการสร้างสัญญาณที่มีความถี่ตรงกับสนามแม่เหล็กภายนอก ทั้งสองวิธีนี้ทำให้ได้เครื่องวัดสนามแม่เหล็กที่มีประสิทธิภาพสูง

เครื่องวัดสนามแม่เหล็กไอโพแทสเซียม

โพแทสเซียมเป็นแมกเนโตมิเตอร์แบบปั๊มด้วยแสงเพียงชนิดเดียวที่ทำงานบนเส้นเรโซแนนซ์สปินอิเล็กตรอน (ESR) แคบเส้นเดียว ซึ่งแตกต่างจากแมกเนโตมิเตอร์ไอระเหยอัลคาไลอื่นๆ ที่ใช้เส้นสเปกตรัมที่ไม่สม่ำเสมอ ผสม และกว้าง และฮีเลียมที่มีเส้นสเปกตรัมกว้างโดยธรรมชาติ^{[ 35 ]}

เครื่องวัดสนามแม่เหล็กแบบสเกลาร์ฮีเลียม-4 สภาวะไม่เสถียร

เครื่องวัดสนามแม่เหล็กที่ใช้ฮีเลียม-4ที่ถูกกระตุ้นให้อยู่ในสถานะทริปเล็ตที่ไม่เสถียรด้วยการปล่อยพลาสมา ได้รับการพัฒนาในช่วงทศวรรษ 1960 และ 1970 โดยTexas Instrumentsจากนั้นโดยบริษัทลูก Polatomic ^{[ 36 ]}และตั้งแต่ปลายทศวรรษ 1980 โดยCEA-Letiบริษัทหลังนี้เป็นผู้บุกเบิกการกำหนดค่าที่ขจัดโซนตาย^{[ 37 ]}ซึ่งเป็นปัญหาที่เกิดขึ้นซ้ำๆ ในเครื่องวัดสนามแม่เหล็กอะตอม การกำหนดค่านี้ได้รับการพิสูจน์แล้วว่ามีความแม่นยำ 50 pT ในการทำงานในวงโคจรESAเลือกใช้เทคโนโลยีนี้สำหรับภารกิจ Swarmซึ่งเปิดตัวในปี 2013 โหมดเวกเตอร์ทดลองซึ่งสามารถแข่งขันกับเครื่องวัดสนามแม่เหล็กแบบฟลักซ์เกตได้รับการทดสอบในภารกิจนี้และประสบความสำเร็จโดยรวม^{[ 38 ]}

แอปพลิเคชัน

โดยทั่วไปแล้ว เครื่องวัดสนามแม่เหล็กแบบซีเซียมและโพแทสเซียมจะถูกใช้ในกรณีที่ต้องการเครื่องวัดสนามแม่เหล็กที่มีประสิทธิภาพสูงกว่าเครื่องวัดสนามแม่เหล็กแบบโปรตอน ในงานด้านโบราณคดีและธรณีฟิสิกส์ ซึ่งเซ็นเซอร์จะเคลื่อนที่ไปทั่วพื้นที่และมักต้องการการวัดสนามแม่เหล็กที่แม่นยำหลายครั้ง เครื่องวัดสนามแม่เหล็กแบบซีเซียมและโพแทสเซียมจึงมีข้อดีเหนือกว่าเครื่องวัดสนามแม่เหล็กแบบโปรตอน

เครื่องวัดสนามแม่เหล็กชนิดซีเซียมและโพแทสเซียมมีอัตราการวัดที่เร็วกว่า ทำให้สามารถเคลื่อนเซ็นเซอร์ผ่านพื้นที่ได้รวดเร็วยิ่งขึ้นสำหรับจำนวนจุดข้อมูลที่กำหนด นอกจากนี้ เครื่องวัดสนามแม่เหล็กชนิดซีเซียมและโพแทสเซียมยังไม่ไวต่อการหมุนของเซ็นเซอร์ในขณะที่กำลังทำการวัด

เครื่องวัดสนามแม่เหล็กชนิดซีเซียมและโพแทสเซียมมีสัญญาณรบกวนต่ำกว่า ทำให้การวัดเหล่านั้นแสดงความแปรผันของสนามแม่เหล็กตามตำแหน่งได้อย่างแม่นยำยิ่งขึ้น

แมกนีโตมิเตอร์แบบเวกเตอร์

เครื่องวัดสนามแม่เหล็กแบบเวกเตอร์จะวัดส่วนประกอบของสนามแม่เหล็กตั้งแต่หนึ่งส่วนขึ้นไปโดยใช้ระบบอิเล็กทรอนิกส์ โดยใช้เครื่องวัดสนามแม่เหล็กสามตัวที่ตั้งฉากกัน จะสามารถวัดได้ทั้งมุมราบและมุมเอียง จากนั้นจึงคำนวณความแรงของสนามแม่เหล็กทั้งหมด (หรือเรียกว่าความเข้มสนามแม่เหล็กทั้งหมด หรือ TMI) โดยใช้ทฤษฎีบทพีทา โกรัส โดยการหาค่ารากที่สองของผลรวมกำลังสองของส่วนประกอบ ต่างๆ

เครื่องวัดสนามแม่เหล็กแบบเวกเตอร์นั้นไวต่อการเปลี่ยนแปลงตามอุณหภูมิและความไม่เสถียรของมิติของแกนเฟอร์ไรต์ นอกจากนี้ยังต้องมีการปรับระดับเพื่อให้ได้ข้อมูลส่วนประกอบ ซึ่งแตกต่างจากเครื่องมือวัดสนามแม่เหล็กรวม (แบบสเกลาร์) ด้วยเหตุผลเหล่านี้ จึงไม่นิยมใช้ในการสำรวจแร่แล้ว

เครื่องวัดสนามแม่เหล็กแบบขดลวดหมุน

สนามแม่เหล็กเหนี่ยวนำให้เกิดคลื่นไซน์ในขดลวด หมุน แอมพลิจูดของสัญญาณจะเป็นสัดส่วนกับความแรงของสนามแม่เหล็ก (หากสนามแม่เหล็กสม่ำเสมอ) และเป็นสัดส่วนกับค่าไซน์ของมุมระหว่างแกนหมุนของขดลวดกับเส้นแรงแม่เหล็ก เครื่องวัดสนามแม่เหล็กชนิดนี้ล้าสมัยแล้ว

เครื่องวัดสนามแม่เหล็กแบบฮอลล์เอฟเฟกต์

อุปกรณ์ตรวจจับสนามแม่เหล็กที่พบได้บ่อยที่สุดคือเซ็นเซอร์ฮอลล์แบบโซลิดสเต ท เซ็นเซอร์เหล่านี้สร้างแรงดันไฟฟ้าที่แปรผันตามสนามแม่เหล็กที่ป้อนเข้าไป และยังสามารถตรวจจับขั้วได้ด้วย มีการใช้งานในแอปพลิเคชันที่ความแรงของสนามแม่เหล็กค่อนข้างสูง เช่น ใน ระบบเบรกป้องกันล้อล็อกในรถยนต์ ซึ่งตรวจจับความเร็วในการหมุนของล้อผ่านร่องในจานล้อ

อุปกรณ์ต้านทานแม่เหล็ก

สิ่งเหล่านี้ทำจากแถบPermalloy บางๆ ซึ่งเป็นโลหะผสมนิกเกล-เหล็กที่มี ค่าการซึมผ่านของแม่เหล็กสูงโดยความต้านทานไฟฟ้าจะแปรผันตามการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็ก มีแกนความไวที่กำหนดไว้อย่างชัดเจน สามารถผลิตในรูปแบบ 3 มิติ และสามารถผลิตจำนวนมากเป็นวงจรรวมได้ มีเวลาตอบสนองน้อยกว่า 1 ไมโครวินาที และสามารถสุ่มตัวอย่างในยานพาหนะที่กำลังเคลื่อนที่ได้ถึง 1,000 ครั้ง/วินาที สามารถใช้ในเข็มทิศที่อ่านค่าได้ภายใน 1° ซึ่งเซ็นเซอร์พื้นฐานต้องมีความละเอียดที่เชื่อถือได้ถึง 0.1° ^{[ 39 ]}

เครื่องวัดสนามแม่เหล็กแบบฟลักซ์เกต

หลักการพื้นฐานของเครื่องวัดสนามแม่เหล็กแบบฟลักซ์เกต

เครื่องวัดสนามแม่เหล็กแบบฟลักซ์เกตประกอบด้วยแกนแม่เหล็กขนาดเล็กที่พันด้วยขดลวดสองขด กระแสไฟฟ้าสลับจะไหลผ่านขดลวดหนึ่ง ทำให้แกนแม่เหล็กเกิดการเปลี่ยนแปลงสถานะทางแม่เหล็ก สลับ ไปมา กล่าวคือ เป็นแม่เหล็ก ไม่เป็นแม่เหล็ก เป็นแม่เหล็กในทิศทางตรงกันข้าม ไม่เป็นแม่เหล็ก เป็นแม่เหล็กอีกครั้ง และเป็นเช่นนี้เรื่อยไป สนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลานี้จะเหนี่ยวนำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าในขดลวดที่สอง ซึ่งจะถูกวัดโดยตัวตรวจจับ ในสภาพแวดล้อมที่เป็นกลางทางแม่เหล็ก สัญญาณขาเข้าและขาออกจะตรงกัน อย่างไรก็ตาม เมื่อแกนแม่เหล็กสัมผัสกับสนามแม่เหล็กพื้นหลัง มันจะเกิดการอิ่มตัวได้ง่ายกว่าเมื่ออยู่ในแนวเดียวกับสนามแม่เหล็กนั้น และอิ่มตัวได้ยากกว่าเมื่ออยู่ในทิศทางตรงกันข้าม ดังนั้น สนามแม่เหล็กสลับและแรงดันไฟฟ้าขาออกที่เหนี่ยวนำจึงไม่สอดคล้องกับกระแสไฟฟ้าขาเข้า ระดับความไม่สอดคล้องนี้ขึ้นอยู่กับความแรงของสนามแม่เหล็กพื้นหลัง บ่อยครั้งที่สัญญาณในขดลวดขาออกจะถูกรวมเข้าด้วยกัน ทำให้ได้แรงดันไฟฟ้าอนาล็อกขาออกที่เป็นสัดส่วนกับสนามแม่เหล็ก

เครื่องวัดสนามแม่เหล็กแบบฟลักซ์เกตถูกคิดค้นโดย H. Aschenbrenner และ G. Goubau ในปี 1936 ^{[ 34 ]}^{[ 40 ]}^{: 4}ทีมงานที่ Gulf Research Laboratories นำโดยVictor Vacquierได้พัฒนาเครื่องวัดสนามแม่เหล็กแบบฟลักซ์เกตสำหรับใช้งานบนเครื่องบินเพื่อตรวจจับเรือดำน้ำในช่วงสงครามโลกครั้งที่ 2และหลังสงครามได้ยืนยันทฤษฎีแผ่นเปลือกโลกโดยใช้เครื่องวัดเหล่านี้ในการวัดการเปลี่ยนแปลงของรูปแบบสนามแม่เหล็กบนพื้นทะเล^{[ 41 ]}

ปัจจุบันมีเซ็นเซอร์หลากหลายชนิดที่ใช้ในการวัดสนามแม่เหล็กเข็มทิศฟลักซ์เกตและเครื่องวัดความลาดชันวัดทิศทางและขนาดของสนามแม่เหล็ก ฟลักซ์เกตมีราคาไม่แพง ทนทาน และกะทัดรัด โดยเมื่อเร็ว ๆ นี้การย่อขนาดได้ก้าวหน้าไปจนถึงจุดที่สามารถสร้างโซลูชันเซ็นเซอร์ที่สมบูรณ์ในรูปแบบของชิป IC ซึ่งรวมถึงตัวอย่างจากทั้งสถาบันการศึกษา^{[ 42 ]}และอุตสาหกรรม^{[ 43 ]}นอกจากนี้ การใช้พลังงานต่ำโดยทั่วไปทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานด้านการตรวจจับที่หลากหลาย เครื่องวัดความลาดชันมักใช้สำหรับการสำรวจทางโบราณคดีและ การตรวจจับ วัตถุระเบิดที่ยังไม่ระเบิด (UXO) เช่นFoersterที่ ได้รับความนิยมของกองทัพเยอรมัน ^{[ 44 ]}ผู้เชี่ยวชาญด้านการระบุตำแหน่งสาธารณูปโภคยังใช้เครื่องวัดความลาดชันในการระบุตำแหน่งสาธารณูปโภคใต้ดิน เช่น วาล์วท่อส่ง ถังบำบัดน้ำเสีย และฝาปิดท่อระบายน้ำ^{[ 45 ]}

เครื่องวัดสนามแม่เหล็กแบบฟลักซ์เกตโดยทั่วไปประกอบด้วยขดลวด "ตรวจจับ" (ขดลวดทุติยภูมิ) ที่ล้อมรอบขดลวด "ขับ" (ขดลวดปฐมภูมิ) ภายใน ซึ่งพันรอบแกนวัสดุที่มีค่าการซึมผ่านสูง เช่นโลหะมิวหรือเพอร์มัลลอยกระแสสลับจะถูกจ่ายให้กับขดลวดขับ ซึ่งจะขับแกนในวัฏจักรการอิ่มตัวและการไม่อิ่มตัวซ้ำๆ อย่างต่อเนื่อง เมื่อมีสนามแม่เหล็กภายนอก แกนจะมีค่าการซึมผ่านต่ำและสูงสลับกันไป แกนมักจะเป็นวงแหวนที่พันเป็นรูปวงแหวนหรือเป็นคู่ขององค์ประกอบเชิงเส้นที่มีขดลวดขับแต่ละขดในทิศทางตรงกันข้าม เส้นทางฟลักซ์แบบปิดดังกล่าวช่วยลดการเชื่อมต่อระหว่างขดลวดขับและขดลวดตรวจจับให้น้อยที่สุด ในกรณีที่มีสนามแม่เหล็กภายนอก และแกนอยู่ในสถานะที่มีค่าการซึมผ่านสูง สนามดังกล่าวจะถูกดึงดูดหรือควบคุม (จึงเป็นที่มาของชื่อฟลักซ์เกต) ผ่านขดลวดตรวจจับ เมื่อแกนมีค่าการซึมผ่านต่ำ สนามภายนอกจะถูกดึงดูดน้อยลง การเปิดปิดสนามภายนอกอย่างต่อเนื่องเข้าและออกจากขดลวดรับรู้จะเหนี่ยวนำให้เกิดสัญญาณในขดลวดรับรู้ ซึ่งความถี่หลักของสัญญาณนั้นเป็นสองเท่าของความถี่ขับ และความแรงและทิศทางเฟสของสัญญาณจะแปรผันโดยตรงกับขนาดและขั้วของสนามภายนอก

นอกจากนี้ยังมีปัจจัยอื่นๆ ที่ส่งผลต่อขนาดของสัญญาณที่ได้ ปัจจัยเหล่านี้ได้แก่ จำนวนรอบของขดลวดตรวจจับ ค่าสภาพซึมผ่านของแม่เหล็กของแกน รูปทรงของเซ็นเซอร์ และอัตราการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กที่วัดได้เมื่อเทียบกับเวลา

การตรวจจับแบบซิงโครนัสเฟสใช้เพื่อแยกสัญญาณฮาร์มอนิกเหล่านี้ออกจากขดลวดตรวจจับและแปลงเป็นแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงที่แปรผันตามสนามแม่เหล็กภายนอก อาจใช้การป้อนกลับกระแสแบบแอคทีฟได้เช่นกัน เพื่อให้ขดลวดตรวจจับทำงานเพื่อต้านทานสนามภายนอก ในกรณีเช่นนี้ กระแสป้อนกลับจะแปรผันเชิงเส้นกับสนามแม่เหล็กภายนอกและใช้เป็นพื้นฐานสำหรับการวัด ซึ่งช่วยลดความไม่เป็นเชิงเส้นโดยธรรมชาติระหว่างความแรงของสนามภายนอกที่ใช้และฟลักซ์ที่ผ่านขดลวดตรวจจับ

เครื่องวัดสนามแม่เหล็ก SQUID

SQUIDหรืออุปกรณ์รบกวนควอนตัมตัวนำยิ่งยวด (Superconducting Quantum Interference Device) เป็นอุปกรณ์ที่ใช้วัดการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กที่เล็กมาก เป็นเครื่องวัดสนามแม่เหล็กแบบเวกเตอร์ที่มีความไวสูงมาก โดยมีระดับสัญญาณรบกวนต่ำถึง 3 fT⋅Hz ^−1/2ในเครื่องมือเชิงพาณิชย์ และ 0.4 fT⋅Hz ^−1/2ในอุปกรณ์ทดลอง SQUID เชิงพาณิชย์หลายรุ่นที่ระบายความร้อนด้วยฮีเลียมเหลว สามารถสร้างสเปกตรัมสัญญาณรบกวนที่ราบเรียบตั้งแต่ใกล้กระแสตรง (น้อยกว่า 1 เฮิรตซ์) ไปจนถึงหลายสิบกิโลเฮิรตซ์ ทำให้เหมาะสำหรับการวัดสัญญาณแม่เหล็กชีวภาพในโดเมนเวลา เครื่องวัดสนามแม่เหล็กอะตอม SERF (ดูด้านล่าง) ที่สาธิตในห้องปฏิบัติการจนถึงปัจจุบัน มีระดับสัญญาณรบกวนที่แข่งขันได้ แต่ในช่วงความถี่ที่ค่อนข้างแคบ

เครื่องวัดสนามแม่เหล็ก SQUID ต้องใช้ฮีเลียม เหลวในการระบายความร้อน (4.2 K ) หรือไนโตรเจนเหลว (เนื่องจากเครื่องวัดสนามแม่เหล็กแบบ SQUID ทำงานได้ที่อุณหภูมิ สูงถึง 77 Kจึงทำให้ข้อกำหนดด้านบรรจุภัณฑ์ในการใช้งานค่อนข้างเข้มงวด ทั้งในแง่ของความร้อนเชิงกลและด้านแม่เหล็ก เครื่องวัดสนามแม่เหล็กแบบ SQUID มักใช้ในการวัดสนามแม่เหล็กที่เกิดจากตัวอย่างในห้องปฏิบัติการ รวมถึงการวัดกิจกรรมของสมองหรือหัวใจ ( magnetoencephalographyและmagnetocardiographyตามลำดับ) การสำรวจทางธรณีฟิสิกส์ก็ใช้ SQUID บ้างเป็นครั้งคราว แต่การจัดการเรื่องการระบายความร้อนของ SQUID นั้นซับซ้อนกว่าเครื่องวัดสนามแม่เหล็กชนิดอื่นที่ทำงานที่อุณหภูมิห้องมาก

แมกนีโตมิเตอร์แบบใช้แสงกระตุ้นในสภาวะสนามเป็นศูนย์

เครื่องวัดสนามแม่เหล็กที่ใช้ก๊าซอะตอมสามารถทำการวัดเวกเตอร์ของสนามแม่เหล็กในสภาวะสนามต่ำ ซึ่งการสลายตัวของความสอดคล้องของอะตอมเกิดขึ้นเร็วกว่าความถี่ลาร์มอร์ ฟิสิกส์ของเครื่องวัดสนามแม่เหล็กดังกล่าวมีพื้นฐานมาจากปรากฏการณ์ฮันเล เครื่องวัดสนามแม่เหล็กแบบปั๊มด้วยแสงในสภาวะสนามเป็นศูนย์ดังกล่าวได้รับการทดสอบในรูปแบบต่างๆ และด้วยชนิดของอะตอมที่แตกต่างกัน โดยเฉพาะอย่างยิ่งโลหะอัลคาไล (โพแทสเซียม รูบิเดียม และซีเซียม) ฮีเลียมและปรอทสำหรับกรณีของโลหะอัลคาไล เวลาของความสอดคล้องถูกจำกัดอย่างมากเนื่องจากการผ่อนคลายแบบแลกเปลี่ยนสปิน ความก้าวหน้าครั้งสำคัญเกิดขึ้นในช่วงต้นทศวรรษ 2000 กลุ่มของโรมาลิสในพรินซ์ตันได้แสดงให้เห็นว่าในสภาวะสนามต่ำดังกล่าว เวลาของความสอดคล้องของโลหะอัลคาไลสามารถเพิ่มขึ้นได้อย่างมากหากสามารถเข้าถึงความหนาแน่นที่สูงเพียงพอโดยการให้ความร้อนที่อุณหภูมิสูง นี่คือสิ่งที่เรียกว่าปรากฏการณ์ SERF

ความสนใจหลักของเครื่องวัดสนามแม่เหล็กแบบปั๊มด้วยแสงคือการแทนที่เครื่องวัดสนามแม่เหล็ก SQUID ในการใช้งานที่การระบายความร้อนด้วยความเย็นจัดเป็นข้อเสีย โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกรณีของการถ่ายภาพทางการแพทย์ ซึ่งการระบายความร้อนดังกล่าวทำให้ต้องใช้ฉนวนกันความร้อนหนา ซึ่งส่งผลกระทบอย่างมากต่อแอมพลิจูดของสัญญาณแม่เหล็กชีวภาพที่บันทึกไว้ ปัจจุบันมีบริษัทสตาร์ทอัพหลายแห่งกำลังพัฒนาเครื่องวัดสนามแม่เหล็กแบบปั๊มด้วยแสงสำหรับการใช้งานทางชีวการแพทย์ ได้แก่ เครื่องวัดสนามแม่เหล็กของ TwinLeaf ^{[ 46 ]} quSpin ^{[ 47 ]}และ FieldLine ^{[ 48 ]}ซึ่งใช้ไอระเหยของด่าง และเครื่องวัดสนามแม่เหล็กของ Mag4Health ซึ่งใช้ฮีเลียม-4 ที่ไม่เสถียร^{[ 49 ]}

เครื่องวัดสนามแม่เหล็กอะตอมแบบไม่ต้องผ่อนคลายด้วยการแลกเปลี่ยนสปิน (SERF)

ที่ความหนาแน่นของอะตอมสูงเพียงพอ จะสามารถบรรลุความไวที่สูงมาก ได้ เครื่องวัดสนามแม่เหล็กอะตอม แบบปราศจากการผ่อนคลายจากการแลกเปลี่ยนสปิน ( SERF ) ที่บรรจุ ไอของ โพแทสเซียมซีเซียมหรือรูบิเดียมทำงานคล้ายกับเครื่องวัดสนามแม่เหล็กซีเซียมที่กล่าวถึงข้างต้น แต่สามารถบรรลุความไวที่ต่ำกว่า 1 fT⋅Hz ⁻¹^⁄²ได้ เครื่องวัดสนามแม่เหล็ก SERF ทำงานได้เฉพาะในสนามแม่เหล็กขนาดเล็กเท่านั้น สนามแม่เหล็กโลกมีค่าประมาณ 50 μTเครื่องวัดสนามแม่เหล็ก SERF ทำงานได้ในสนามแม่เหล็กที่มีค่าน้อยกว่า 0.5 μT

เครื่องตรวจจับปริมาตรขนาดใหญ่มีความไวสูงถึง 200 aT⋅Hz ^{− 1 ⁄ 2}^{[ 50} ] เทคโนโลยีนี้มีความไวต่อหน่วยปริมาตรมากกว่าเครื่องตรวจจับ SQUID ^{[ 51}^]เทคโนโลยีนี้ยังสามารถสร้างแมกนีโตมิเตอร์ขนาดเล็กมาก ซึ่งในอนาคตอาจใช้แทนขดลวดสำหรับตรวจจับสนามแม่เหล็กความถี่วิทยุได้^{เทคโนโลยี}นี้อาจสร้างเซ็นเซอร์แม่เหล็กที่มีสัญญาณอินพุตและเอาต์พุตทั้งหมดอยู่ในรูปของแสงบนสายเคเบิลใยแก้วนำแสง^[⁵²^]ซึ่งทำให้สามารถวัดสนามแม่เหล็กได้ใกล้กับแรงดันไฟฟ้าสูง

การสอบเทียบเครื่องวัดสนามแม่เหล็ก

โดยปกติแล้ว การสอบเทียบแมกนีโตมิเตอร์จะดำเนินการโดยใช้ขดลวดซึ่งได้รับกระแสไฟฟ้าเพื่อสร้างสนามแม่เหล็ก วิธีนี้ช่วยให้สามารถกำหนดความไวของแมกนีโตมิเตอร์ได้ (ในแง่ของ V/T) ในหลายแอปพลิเคชัน ความเป็นเนื้อเดียวกันของขดลวดสอบเทียบเป็นคุณลักษณะที่สำคัญ ด้วยเหตุนี้ ขดลวดเช่นขดลวด Helmholtzจึงมักใช้ในรูปแบบแกนเดียวหรือสามแกน สำหรับแอปพลิเคชันที่ต้องการความแม่นยำสูง สนามแม่เหล็กที่มีความเป็นเนื้อเดียวกันสูงเป็นสิ่งจำเป็น ในกรณีดังกล่าว การสอบเทียบสนามแม่เหล็กสามารถทำได้โดยใช้ขดลวด Maxwellขดลวดโคไซน์^{[ 53 ]}หรือการสอบเทียบใน สนาม แม่เหล็กโลก ที่มีความเป็นเนื้อเดียวกันสูง

การใช้งาน

เครื่องวัดสนามแม่เหล็กสามารถวัดสนามแม่เหล็กของดาวเคราะห์ได้

เครื่องวัดสนามแม่เหล็กมีการใช้งานที่หลากหลายมาก รวมถึงการระบุตำแหน่งวัตถุ เช่น เรือดำน้ำ เรือจม อันตรายที่ส่งผลกระทบต่อเครื่องเจาะอุโมงค์ อันตรายในเหมืองถ่านหิน วัตถุระเบิดที่ยังไม่ระเบิด ถังบรรจุของเสียที่เป็นพิษ ตลอดจนแหล่งแร่และโครงสร้างทางธรณีวิทยาที่หลากหลาย นอกจากนี้ยังมีการใช้งานในเครื่องตรวจวัดการเต้นของหัวใจ การตรวจจับอาวุธที่ซ่อนอยู่^{[ 54 ]}การกำหนดตำแหน่งระบบอาวุธทางทหาร เซ็นเซอร์ในระบบเบรกป้องกันล้อล็อก การพยากรณ์อากาศ (ผ่านวัฏจักรสุริยะ) เสาเหล็ก ระบบนำทางสว่าน โบราณคดี ธรณีวิทยาแผ่นเปลือกโลก การแพร่กระจายคลื่นวิทยุ และการสำรวจดาวเคราะห์ เครื่องวัดสนามแม่เหล็กในห้องปฏิบัติการจะกำหนดโมเมนต์ไดโพลแม่เหล็กของตัวอย่างแม่เหล็ก โดยทั่วไปเป็นฟังก์ชันของอุณหภูมิ สนามแม่เหล็กหรือพารามิเตอร์อื่นๆ ซึ่งช่วยในการเปิดเผยคุณสมบัติทางแม่เหล็ก เช่นเฟอร์โรแมกเนติซึมแอนติเฟอร์โรแมกเนติซึมตัวนำยิ่งยวดหรือคุณสมบัติอื่นๆ ที่ส่งผลต่อแม่เหล็ก

ขึ้นอยู่กับการใช้งาน เครื่องวัดสนามแม่เหล็กสามารถติดตั้งได้ในยานอวกาศ เครื่องบิน ( เครื่องวัด สนามแม่เหล็กแบบปีกคงที่ ) เฮลิคอปเตอร์ ( แบบสติงเกอร์และแบบเบิร์ด ) บนพื้นดิน ( แบบสะพายหลัง) ลากจูงจากระยะไกล โดย รถเอทีวี (บนเลื่อนหรือรถพ่วง ) หย่อนลงไปในหลุมเจาะ ( แบบเครื่องมือโพ รบ หรือซอนเด ) หรือลากจูงโดยเรือ ( แบบโทว์ฟิช )

การวัดความเค้นเชิงกล

แมกเนโตมิเตอร์ใช้ในการวัดหรือตรวจสอบความเค้นเชิงกลในวัสดุเฟอร์โรแมกเนติก ความเค้นเชิงกลจะช่วยปรับปรุงการเรียงตัวของโดเมนแม่เหล็กในระดับจุลภาค ซึ่งจะทำให้สนามแม่เหล็กที่วัดได้ใกล้กับวัสดุโดยแมกเนโตมิเตอร์สูงขึ้น มีสมมติฐานที่แตกต่างกันเกี่ยวกับความสัมพันธ์ระหว่างความเค้นและสนามแม่เหล็ก อย่างไรก็ตาม ผลของความเค้นเชิงกลต่อสนามแม่เหล็กที่วัดได้ใกล้กับชิ้นงานได้รับการพิสูจน์แล้วในเอกสารทางวิทยาศาสตร์หลายฉบับ มีความพยายามที่จะแก้ปัญหาผกผันของการแยกความเค้นและสนามแม่เหล็ก เพื่อหาปริมาณความเค้นโดยอิงจากสนามแม่เหล็กที่วัดได้^{[ 55 ]}^{[ 56 ]}

ฟิสิกส์เครื่องเร่งอนุภาค

Aust.-Synchrotron,-Quadrupole-Magnets-of-Linac,-14.06.2007

เครื่องวัดสนามแม่เหล็กถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในฟิสิกส์อนุภาคเชิงทดลอง เพื่อวัดสนามแม่เหล็กของส่วนประกอบสำคัญ เช่น แม่เหล็กสำหรับรวมแสงหรือโฟกัสลำแสง

โบราณคดี

เครื่องวัดสนามแม่เหล็กยังใช้ในการตรวจหาสถานที่ทางโบราณคดีซากเรืออับปางและวัตถุอื่นๆ ที่ฝังอยู่ใต้ดินหรือจมอยู่ใต้น้ำเครื่องวัดความต่างสนามแม่เหล็ก แบบฟลักซ์เกต ได้รับความนิยมเนื่องจากมีขนาดกะทัดรัดและราคาค่อนข้างต่ำ เครื่องวัดความต่างสนามแม่เหล็กสามารถเพิ่มความชัดเจนของลักษณะทางภูมิศาสตร์ที่อยู่ตื้นๆ และไม่จำเป็นต้องใช้สถานีฐาน เครื่องวัดสนามแม่เหล็กแบบซีเซียมและโอเวอร์เฮาเซอร์ก็มีประสิทธิภาพมากเช่นกันเมื่อใช้เป็นเครื่องวัดความต่างสนามแม่เหล็กหรือเป็นระบบเซ็นเซอร์เดี่ยวร่วมกับสถานีฐาน

รายการโทรทัศน์Time Teamทำให้ "ธรณีฟิสิกส์" เป็นที่รู้จักอย่างแพร่หลาย ซึ่งรวมถึงเทคนิคทางแม่เหล็กที่ใช้ในงานโบราณคดีเพื่อตรวจหาเตาไฟ ผนังอิฐเผา และหินแม่เหล็ก เช่น หินบะซอลต์และหินแกรนิต บางครั้งสามารถทำแผนที่ทางเดินและถนนได้โดยใช้การอัดตัวที่แตกต่างกันในดินแม่เหล็กหรือการรบกวนในดินเหนียว เช่น ในที่ราบใหญ่ของฮังการีทุ่งนาที่ไถแล้วก็ทำหน้าที่เป็นแหล่งกำเนิดสัญญาณรบกวนทางแม่เหล็กในการสำรวจดังกล่าว

แสงเหนือ

เครื่องวัดสนามแม่เหล็กสามารถบ่งชี้ถึงกิจกรรมออโรร่าได้ก่อนที่แสงจากออโรร่าจะปรากฏให้เห็น เครือข่ายเครื่องวัดสนามแม่เหล็กทั่วโลกจะวัดผลกระทบของลมสุริยะต่อสนามแม่เหล็กโลกอย่างต่อเนื่อง ซึ่งจะถูกเผยแพร่ในดัชนีK ^{[ 57 ]}

การสำรวจถ่านหิน

แม้ว่าเครื่องวัดสนามแม่เหล็กจะสามารถใช้ช่วยในการทำแผนที่รูปร่างของแอ่งในระดับภูมิภาคได้ แต่โดยทั่วไปแล้วจะใช้ในการทำแผนที่อันตรายต่อการทำเหมืองถ่านหิน เช่น การแทรกตัวของหินบะซอลต์ ( แนวหินอัคนี แนวหิน แทรกและปลั๊กภูเขาไฟ ) ที่ทำลายทรัพยากรและเป็นอันตรายต่ออุปกรณ์การทำเหมืองแบบผนังยาว เครื่องวัดสนามแม่เหล็กยังสามารถระบุตำแหน่งของพื้นที่ที่เกิดการลุกไหม้จากฟ้าผ่าและทำแผนที่ แร่ไซเดอไรต์ (สิ่งเจือปนในถ่านหิน) ได้อีกด้วย

ผลการสำรวจที่ดีที่สุดได้จากการสำรวจภาคพื้นดินที่มีความละเอียดสูง (โดยมี ระยะห่างระหว่างเส้นประมาณ 10 เมตร และระยะห่างระหว่างสถานี 0.5 เมตร) เครื่องวัดสนามแม่เหล็กในหลุมเจาะโดยใช้ Ferret ยังสามารถช่วยได้เมื่อชั้นถ่านหินอยู่ลึก โดยใช้ชั้นหินแทรกหลายชั้นหรือตรวจสอบใต้ชั้นหินบะซอลต์ที่ไหลอยู่บนพื้นผิว

การสำรวจสมัยใหม่โดยทั่วไปใช้แมกนีโตมิเตอร์ที่มี เทคโนโลยี GPSเพื่อบันทึกสนามแม่เหล็กและตำแหน่งโดยอัตโนมัติ จากนั้นชุดข้อมูลจะได้รับการแก้ไขด้วยข้อมูลจากแมกนีโตมิเตอร์ตัวที่สอง (สถานีฐาน) ซึ่งตั้งนิ่งและบันทึกการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กโลกในระหว่างการสำรวจ^{[ 58 ]}

การเจาะแบบกำหนดทิศทาง

แมกนีโตมิเตอร์ใช้ในการเจาะแบบกำหนดทิศทางสำหรับน้ำมันหรือก๊าซเพื่อตรวจจับมุมอะซิมุธของเครื่องมือเจาะใกล้กับหัวเจาะ^{[ 59 ]}โดยส่วนใหญ่มักจะจับคู่กับแอ็กเซลเลอโรมิเตอร์ในเครื่องมือเจาะเพื่อให้สามารถหา ทั้ง ความเอียง และมุมอะซิมุธของหัวเจาะได้ ^{[ 59 ]}

ทหาร

เพื่อวัตถุประสงค์ในการป้องกัน กองทัพเรือใช้ชุดเครื่องวัดสนามแม่เหล็กที่วางอยู่บนพื้นทะเลในตำแหน่งเชิงกลยุทธ์ (เช่น รอบท่าเรือ) เพื่อตรวจสอบกิจกรรมของเรือดำน้ำ เรือดำน้ำไทเทเนียม ชั้นอัลฟา ของรัสเซีย ได้รับการออกแบบและสร้างขึ้นด้วยค่าใช้จ่ายสูงเพื่อต่อต้านระบบดังกล่าว (เนื่องจากไทเทเนียมบริสุทธิ์ไม่มีคุณสมบัติเป็นแม่เหล็ก) ^{[ 60 ]}

เรือดำน้ำทางทหารจะถูกลด อำนาจ แม่เหล็กโดยการแล่นผ่านห่วงใต้น้ำขนาดใหญ่เป็นระยะๆ เพื่อช่วยให้หลบเลี่ยงการตรวจจับจากระบบตรวจสอบใต้ทะเลเครื่องตรวจจับความผิดปกติทางแม่เหล็กและทุ่นระเบิดที่ทำงานด้วยสนามแม่เหล็ก อย่างไรก็ตาม เรือดำน้ำไม่เคยถูกลดอำนาจแม่เหล็กอย่างสมบูรณ์ สามารถบอกความลึกที่เรือดำน้ำดำลงไปได้โดยการวัดสนามแม่เหล็ก ซึ่งจะบิดเบี้ยวไปเนื่องจากแรงดันทำให้ตัวเรือบิดเบี้ยวและส่งผลต่อสนามแม่เหล็ก ความร้อนยังสามารถเปลี่ยนแปลงอำนาจแม่เหล็กของเหล็กได้อีกด้วย

เรือดำน้ำลากชุดโซนาร์ยาวเพื่อตรวจจับเรือ และยังสามารถแยกแยะเสียงใบพัดเรือที่แตกต่างกันได้อีกด้วย ชุดโซนาร์จำเป็นต้องติดตั้งในตำแหน่งที่แม่นยำเพื่อให้สามารถคำนวณทิศทางไปยังเป้าหมาย (เช่น เรือ) ได้ ชุดโซนาร์ไม่ได้ลากเป็นเส้นตรง ดังนั้นจึงใช้เครื่องวัดสนามแม่เหล็กแบบฟลักซ์เกตเพื่อกำหนดทิศทางของแต่ละโหนดโซนาร์ในชุด

ฟลักซ์เกตยังสามารถใช้ในระบบนำทางอาวุธได้ แต่ส่วนใหญ่ถูกแทนที่ด้วย GPS และไจโรสโคปเลเซอร์แบบวงแหวนแล้ว

เครื่องวัดสนามแม่เหล็ก เช่น เครื่องวัดสนามแม่เหล็ก Foerster ของเยอรมัน ใช้ในการค้นหาวัตถุระเบิดที่มีส่วนประกอบของเหล็ก ส่วนเครื่องวัดสนามแม่เหล็กซีเซียมและโอเวอร์เฮาเซอร์ ใช้ในการค้นหาและช่วยทำความสะอาดพื้นที่ทิ้งระเบิดและพื้นที่ทดสอบเก่าๆ

นอกจากนี้ โดรนยังสามารถติดตั้งเครื่องวัดสนามแม่เหล็กเพื่อใช้งานในภารกิจป้องกันและโจมตีต่างๆ ได้อีกด้วย

การสำรวจแร่

เครื่องบินขนาดเล็ก Diamond DA42 ที่ได้รับการดัดแปลงสำหรับการสำรวจทางอากาศ โดยติดตั้งบูมที่ส่วนหัวซึ่งมีเครื่องวัดสนามแม่เหล็กอยู่ที่ปลายบูม

การสำรวจด้วยเครื่องวัดสนามแม่เหล็กมีประโยชน์ในการระบุความผิดปกติทางแม่เหล็กซึ่งแสดงถึงแร่ (การตรวจจับโดยตรง) หรือในบางกรณีแร่ประกอบที่เกี่ยวข้องกับแหล่งแร่ (การตรวจจับทางอ้อมหรือโดยการอนุมาน) ซึ่งรวมถึงแร่เหล็กแมกเนไทต์ฮีมาไทต์และบ่อยครั้งรวมถึงไพร์โรไทต์ด้วย

ประเทศพัฒนาแล้ว เช่น ออสเตรเลีย แคนาดา และสหรัฐอเมริกา ลงทุนอย่างมากในการสำรวจสนามแม่เหล็กทางอากาศอย่างเป็นระบบในทวีปและมหาสมุทรโดยรอบ เพื่อช่วยในการทำแผนที่ธรณีวิทยาและการค้นหาแหล่งแร่ การสำรวจสนามแม่เหล็กทางอากาศดังกล่าวโดยทั่วไปจะดำเนินการโดยใช้ ระยะห่างระหว่างเส้น 400 เมตร ที่ ระดับความสูง 100 เมตร โดยทำการวัดทุกๆ 10 เมตรหรือมากกว่านั้น เพื่อแก้ไขปัญหาความไม่สมมาตรของความหนาแน่นของข้อมูล ข้อมูลจะถูกประมาณค่าระหว่างเส้น (โดยปกติ 5 ครั้ง) และข้อมูลตามแนวเส้นจะถูกหาค่าเฉลี่ย ข้อมูลดังกล่าวจะถูกจัดเรียงเป็นตารางขนาดพิกเซล 80 เมตร × 80 เมตร และประมวลผลภาพโดยใช้โปรแกรมเช่น ERMapper ในระดับพื้นที่สัมปทานสำรวจ การสำรวจอาจตามมาด้วยการสำรวจสนามแม่เหล็กทางอากาศด้วยเฮลิคอปเตอร์หรือเครื่องบินพ่นยาฆ่าแมลงแบบปีกคงที่ที่มีรายละเอียดมากขึ้น โดยใช้ ระยะห่างระหว่างเส้น 50 เมตร และระดับความสูง 50 เมตร (ขึ้นอยู่กับภูมิประเทศ) ภาพดังกล่าวจะถูกจัดเรียงเป็นตารางขนาดพิกเซล 10 เมตร × 10 เมตร ซึ่งให้ความละเอียดสูงกว่าถึง 64 เท่า

ในกรณีที่เป้าหมายอยู่ตื้น (< 200 เมตร) ความผิดปกติทางแม่เหล็กจากอากาศอาจติดตามผลด้วยการสำรวจสนามแม่เหล็กภาคพื้นดินโดยใช้ระยะห่างระหว่างเส้นสำรวจ 10 ถึง 50 เมตร และระยะห่างระหว่างสถานี 1 เมตร เพื่อให้ได้รายละเอียดที่ดีที่สุด ( ตารางพิกเซล 2 ถึง 10 เมตร) (หรือความละเอียดสูงกว่าก่อนการเจาะสำรวจ 25 เท่า)

สนามแม่เหล็กจากวัตถุแม่เหล็กที่เป็นแร่จะลดลงตามสัดส่วนผกผันของระยะทางยกกำลังสาม ( เป้าหมาย แบบไดโพล ) หรืออย่างดีที่สุดคือตามสัดส่วนผกผันของระยะทางยกกำลังสอง ( เป้าหมาย แบบโมโนโพลแม่เหล็ก ) การเปรียบเทียบความละเอียดกับระยะทางนั้นคล้ายกับการขับรถในเวลากลางคืนโดยเปิดไฟหน้า ที่ระยะ 400 เมตร จะเห็นเพียงแสงเรืองๆ หนึ่งดวง แต่เมื่อรถเข้าใกล้มากขึ้น จะเห็นไฟหน้าสองดวง และไฟเลี้ยวซ้ายตามลำดับ

การตีความข้อมูลแม่เหล็กสำหรับการสำรวจแร่มีความท้าทายหลายประการ เป้าหมายหลายอย่างปะปนกันเหมือนแหล่งความร้อนหลายแหล่ง และแตกต่างจากแสงตรงที่ไม่มีกล้องโทรทรรศน์แม่เหล็กสำหรับโฟกัสสนามแม่เหล็ก การรวมกันของแหล่งกำเนิดหลายแหล่งจะถูกวัดที่พื้นผิว โดยทั่วไปแล้วรูปทรง ความลึก หรือทิศทางการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก (การคงสภาพแม่เหล็ก) ของเป้าหมายก็ไม่เป็นที่ทราบเช่นกัน ดังนั้นจึงมีแบบจำลองหลายแบบที่สามารถอธิบายข้อมูลได้

พัฒนาโดย Geophysical Software Solutionsเป็นซอฟต์แวร์วิเคราะห์ข้อมูลสนามแม่เหล็ก (และแรงโน้มถ่วง) ชั้นนำที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมการสำรวจของออสเตรเลีย

เครื่องวัดสนามแม่เหล็กช่วยเหลือนักสำรวจแร่ได้ทั้งโดยตรง (เช่น การค้นพบทองคำที่เกี่ยวข้องกับแมกเนไทต์ เพชรในปล่องคิมเบอร์ไลต์ ) และโดยทั่วไปแล้วคือโดยอ้อม เช่น การทำแผนที่โครงสร้างทางธรณีวิทยาที่เอื้อต่อการเกิดแร่ (เช่น เขตเฉือนและวงแหวนการเปลี่ยนแปลงรอบหินแกรนิต)

เครื่องวัดสนามแม่เหล็กบนเครื่องบินตรวจจับการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กโลกโดยใช้เซ็นเซอร์ที่ติดตั้งบนเครื่องบินในรูปทรง "แท่ง" หรือโดยการลากเครื่องวัดสนามแม่เหล็กที่ปลายสายเคเบิล เครื่องวัดสนามแม่เหล็กที่ลากบนสายเคเบิลมักถูกเรียกว่า "ระเบิด" เนื่องจากรูปร่างของมัน บางคนก็เรียกว่า "นก"

เนื่องจากเนินเขาและหุบเขาใต้เครื่องบินทำให้ค่าการวัดสนามแม่เหล็กขึ้นๆ ลงๆ เครื่องวัดความสูงด้วยเรดาร์จึงคอยติดตามการเบี่ยงเบนของหัวแปลงสัญญาณจากระดับความสูงปกติเหนือพื้นดิน นอกจากนี้อาจมีกล้องที่ถ่ายภาพพื้นดินด้วย ตำแหน่งของการวัดจะถูกกำหนดโดยการบันทึกข้อมูลจาก GPS ด้วยเช่นกัน

โทรศัพท์มือถือ

สมาร์ทโฟนหลายรุ่นมี แมกเนโตมิเตอร์ ระบบไมโครอิเล็กโทรเมคานิกส์ (MEMS) ขนาดเล็ก ซึ่งใช้ในการตรวจจับความแรงของสนามแม่เหล็กและใช้เป็นเข็มทิศไอโฟน 3GS มีแมกเนโตมิเตอร์ เซ็นเซอร์เพอร์มัลลอยแบบต้านทานแม่เหล็ก รุ่น AN-203 ที่ผลิตโดย Honeywell ^{[ 61 ]}ในปี 2552 ราคาของแมกเนโตมิเตอร์แบบสามแกนลดลงต่ำกว่า 1 ดอลลาร์สหรัฐต่อเครื่องและลดลงอย่างรวดเร็ว การใช้อุปกรณ์แบบสามแกนหมายความว่าอุปกรณ์นั้นไม่ไวต่อวิธีการถือในแนวราบหรือแนวดิ่ง อุปกรณ์แบบ Hall effect ก็ได้รับความนิยมเช่นกัน^{[ 62 ]}

นักวิจัยที่Deutsche Telekomได้ใช้แมกนีโตมิเตอร์ที่ฝังอยู่ในอุปกรณ์เคลื่อนที่เพื่ออนุญาตให้มีการโต้ตอบแบบ 3 มิติโดยไม่ต้องสัมผัส กรอบการโต้ตอบของพวกเขาที่เรียกว่า MagiTact จะติดตามการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กโดยรอบโทรศัพท์มือถือเพื่อระบุท่าทางต่างๆ ที่ทำโดยมือที่ถือหรือสวมแม่เหล็ก^{[ 63 ]}

การสำรวจน้ำมัน

วิธีการ ทางแผ่นดินไหวเป็นที่นิยมมากกว่าเครื่องวัดสนามแม่เหล็กในฐานะวิธีการสำรวจหลักสำหรับการสำรวจน้ำมัน แม้ว่าวิธีการทางแม่เหล็กจะให้ข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับธรณีวิทยาพื้นฐานและในบางสภาพแวดล้อมอาจให้หลักฐานการรั่วไหลจากแหล่งกักเก็บได้^{[ 64 ]} เครื่องวัดสนามแม่เหล็กยังใช้ในการสำรวจน้ำมันเพื่อแสดงตำแหน่งของลักษณะทางธรณีวิทยาที่ทำให้การเจาะทำได้ ยากและลักษณะอื่นๆ ที่ทำให้นักธรณีฟิสิกส์ได้ภาพรวมของชั้นหิน ที่สมบูรณ์ยิ่งขึ้น

ยานอวกาศ

เครื่องวัดสนามแม่เหล็กแบบฟลักซ์เกตสามแกนเป็นส่วนหนึ่งของภารกิจMariner 2และMariner 10 ^{[ 65 ]}เครื่องวัดสนามแม่เหล็กแบบสองเทคนิคเป็นส่วนหนึ่งของ ภารกิจ Cassini–Huygensเพื่อสำรวจดาวเสาร์^{[ 66 ]}ระบบนี้ประกอบด้วยเครื่องวัดสนามแม่เหล็กแบบเวกเตอร์ฮีเลียมและแบบฟลักซ์เกต^{[ 67 ]}เครื่องวัดสนามแม่เหล็กยังเป็นเครื่องมือประกอบในภารกิจ Mercury MESSENGER อีกด้วย ดาวเทียมเช่น GOESสามารถใช้เครื่องวัดสนามแม่เหล็กเพื่อวัดทั้งขนาดและทิศทางของสนามแม่เหล็กของดาวเคราะห์หรือดวงจันทร์ได้

การสำรวจสนามแม่เหล็ก

การสำรวจอย่างเป็นระบบสามารถนำมาใช้ในการค้นหาแหล่งแร่หรือค้นหาวัตถุที่สูญหายได้ การสำรวจดังกล่าวแบ่งออกเป็น:

การสำรวจสนามแม่เหล็กอากาศ
บ่อเจาะ
พื้น
นาวิกโยธิน

สามารถดาวน์โหลดชุดข้อมูล Aeromag สำหรับประเทศออสเตรเลียได้จากฐานข้อมูล GADDS

ข้อมูลสามารถแบ่งออกเป็นข้อมูลจุดที่ระบุตำแหน่งและข้อมูลภาพ โดยข้อมูลภาพอยู่ในรูปแบบ ERMapper

แมกเนโตวิชั่น

ภาพจากกล้อง ตรวจจับสนามแม่เหล็ก สามารถสร้างขึ้นได้ จากข้อมูลการกระจายตัวของพารามิเตอร์สนามแม่เหล็กที่วัดได้ในอวกาศ (เช่น แอมพลิจูดหรือทิศทาง) การนำเสนอข้อมูลแม่เหล็กในลักษณะนี้มีประโยชน์อย่างมากสำหรับการวิเคราะห์ และการรวมข้อมูลในขั้นตอนต่อไป

เครื่องวัดความลาดชัน

เครื่องวัดความต่างสนาม แม่เหล็ก (Magnetic gradiometer)คือเครื่องวัดสนามแม่เหล็กสองเครื่องที่มีเซ็นเซอร์แยกจากกัน โดยปกติจะแยกในแนวนอน ด้วยระยะห่างคงที่ ค่าที่วัดได้จะถูกลบกันเพื่อวัดความแตกต่างระหว่างสนามแม่เหล็กที่ตรวจวัดได้ ซึ่งจะให้ค่าความต่างสนามแม่เหล็กที่เกิดจากความผิดปกติทางแม่เหล็ก นี่เป็นวิธีหนึ่งในการชดเชยทั้งความแปรปรวนตามเวลาของสนามแม่เหล็กโลกและแหล่งกำเนิดการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าอื่นๆ ทำให้สามารถตรวจจับความผิดปกติได้อย่างละเอียดอ่อนยิ่งขึ้น เนื่องจากค่าที่ลบกันนั้นเกือบเท่ากัน ข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพการลดสัญญาณรบกวนสำหรับเครื่องวัดสนามแม่เหล็กจึงเข้มงวดมากขึ้น

เครื่องวัดความลาดชันแม่เหล็ก (Gradiometer) ช่วยเพิ่มความชัดเจนในการตรวจจับความผิดปกติทางแม่เหล็กในระดับตื้น จึงเหมาะสำหรับงานด้านโบราณคดีและการสำรวจพื้นที่ นอกจากนี้ยังเหมาะสำหรับงานแบบเรียลไทม์ เช่น การค้นหาวัตถุระเบิดที่ยังไม่ระเบิด (UXO) การใช้สถานีฐานและเซ็นเซอร์เคลื่อนที่สองตัว (หรือมากกว่า) เพื่ออ่านค่าตามแนวเส้นขนานพร้อมกัน (โดยสมมติว่ามีการจัดเก็บและประมวลผลข้อมูลภายหลัง) จะมีประสิทธิภาพมากกว่าถึงสองเท่า ด้วยวิธีนี้ สามารถคำนวณค่าความลาดชันทั้งตามแนวเส้นและขวางเส้นได้

การควบคุมตำแหน่งของการสำรวจสนามแม่เหล็ก

ในการสำรวจแร่และงานโบราณคดีแบบดั้งเดิม จะใช้หมุดกำหนดพิกัดที่ปักด้วยกล้องวัดมุมและสายวัดเพื่อกำหนดพื้นที่สำรวจ การสำรวจวัตถุระเบิดที่ยังไม่ระเบิดบางครั้งใช้เชือกเพื่อกำหนดเส้นทาง การสำรวจทางอากาศใช้เครื่องส่งสัญญาณวิทยุแบบสามเหลี่ยม เช่น ไซเลดัส

มีการพัฒนาตัวกระตุ้นโซ่สะโพกอิเล็กทรอนิกส์ที่ไม่ใช้แม่เหล็กเพื่อกระตุ้นเครื่องวัดสนามแม่เหล็ก โดยใช้ตัวเข้ารหัสเพลาหมุนเพื่อวัดระยะทางตามม้วนสำลีแบบใช้แล้วทิ้ง

นักสำรวจยุคใหม่ใช้เครื่อง GPS ที่มีสัญญาณสนามแม่เหล็กต่ำหลากหลายชนิด รวมถึง GPS แบบเรียลไทม์ (Real-Time Kinematic GPS)

ข้อผิดพลาดในการกำหนดทิศทางในการสำรวจสนามแม่เหล็ก

การสำรวจด้วยสนามแม่เหล็กอาจประสบปัญหาจากสัญญาณรบกวนที่มาจากแหล่งต่างๆ เทคโนโลยีเครื่องวัดสนามแม่เหล็กแต่ละชนิดก็มีปัญหาเรื่องสัญญาณรบกวนแตกต่างกันไป

ข้อผิดพลาดเกี่ยวกับทิศทางจัดอยู่ในกลุ่มของสัญญาณรบกวน ซึ่งอาจเกิดจากสามสาเหตุ:

เซ็นเซอร์
คอนโซล
ผู้ปฏิบัติงาน

เซ็นเซอร์สนามแม่เหล็กบางชนิดให้ค่าที่อ่านได้แตกต่างกันไปตามทิศทางการวาง วัสดุแม่เหล็กในตัวเซ็นเซอร์เองเป็นสาเหตุหลักของข้อผิดพลาดนี้ ในเครื่องวัดสนามแม่เหล็กบางชนิด เช่น เครื่องวัดสนามแม่เหล็กแบบไอ (ซีเซียม โพแทสเซียม เป็นต้น) จะมีแหล่งที่มาของข้อผิดพลาดด้านทิศทางในทางฟิสิกส์ซึ่งมีส่วนเล็กน้อยต่อข้อผิดพลาดด้านทิศทางโดยรวม

เสียงรบกวนจากเครื่องเล่นเกมมาจากชิ้นส่วนแม่เหล็กบนหรือภายในเครื่องเล่นเกม ซึ่งรวมถึงเฟอร์ไรต์ในแกนของตัวเหนี่ยวนำและหม้อแปลงไฟฟ้า โครงเหล็กรอบจอ LCD ขาของชิป IC และตัวเรือนเหล็กในแบตเตอรี่แบบใช้แล้วทิ้ง นอกจากนี้ ขั้วต่อ MIL spec บางรุ่นที่นิยมใช้ก็มีสปริงเหล็กด้วย

ผู้ปฏิบัติงานต้องระมัดระวังเรื่องความสะอาดจากสนามแม่เหล็ก และควรตรวจสอบ "ความสะอาดจากสนามแม่เหล็ก" ของเสื้อผ้าและสิ่งของทั้งหมดที่พกพาไปในระหว่างการสำรวจ หมวก Akubraเป็นที่นิยมมากในออสเตรเลีย แต่ต้องถอดขอบเหล็กออกก่อนนำไปใช้ในการสำรวจสนามแม่เหล็ก วงแหวนเหล็กบนสมุดจดบันทึก รองเท้าบูทหัวเหล็ก และสปริงเหล็กในรูร้อยเชือกของชุดทำงาน ล้วนสามารถก่อให้เกิดเสียงรบกวนที่ไม่จำเป็นในการสำรวจได้ ปากกา โทรศัพท์มือถือ และอุปกรณ์ฝังในร่างกายที่ทำจากสแตนเลสก็อาจก่อให้เกิดปัญหาได้เช่นกัน

สัญญาณรบกวนทางแม่เหล็กจากวัตถุที่เป็นเหล็กบนตัวเครื่องและแผงควบคุมอาจเปลี่ยนแปลงไปตามทิศทางการเคลื่อนที่เนื่องจากการเหนี่ยวนำและการคงสภาพของสนามแม่เหล็ก เครื่องบินสำรวจสนามแม่เหล็กและระบบรถเอทีวีสามารถใช้ตัวชดเชยพิเศษเพื่อแก้ไขสัญญาณรบกวนจากข้อผิดพลาดของทิศทางการเคลื่อนที่ได้

ข้อผิดพลาดในการกำหนดทิศทางจะปรากฏเป็นลวดลายก้างปลาในภาพสำรวจ เส้นสลับอาจมีลักษณะเป็นลอนคลื่นได้เช่นกัน

การประมวลผลภาพข้อมูลแม่เหล็ก

การบันทึกข้อมูลและการประมวลผลภาพนั้นเหนือกว่าการทำงานแบบเรียลไทม์ เพราะความผิดปกติเล็กน้อยที่ผู้ปฏิบัติงานมักมองข้ามไป (โดยเฉพาะในพื้นที่ที่มีสัญญาณรบกวนทางแม่เหล็กสูง) สามารถเชื่อมโยงกันได้ระหว่างเส้น รูปร่าง และกลุ่มต่างๆ ที่ชัดเจนยิ่งขึ้น นอกจากนี้ยังสามารถใช้เทคนิคการปรับปรุงภาพที่ซับซ้อนได้หลากหลาย และยังมีสำเนาเอกสารและจำเป็นต้องมีการตรวจสอบอย่างเป็นระบบอีกด้วย

การนำทางเครื่องบิน

อัลกอริทึมการนำทางด้วยแมกนีโตมิเตอร์ (MAGNAV) เริ่มแรกทำงานเป็นการทดลองบินในปี 2547 ^{[ 68 ]}ต่อมา แมก นีโตมิเตอร์เพชรได้รับการพัฒนาโดยห้องปฏิบัติการวิจัยกองทัพอากาศสหรัฐฯ (AFRL) ซึ่งเป็นวิธีการนำทางที่ดีกว่าและไม่สามารถถูกรบกวนโดยศัตรูได้^{[ 69 ]}

ประสาทวิทยาศาสตร์

แมกนีโตมิเตอร์ใช้ในแมกนีโตเอนเซฟาโลแกรม (MEG) ซึ่งเป็นเทคนิคที่บันทึกสนามแม่เหล็กประสาทที่อ่อนแอซึ่งเกิดจากกระแสไฟฟ้าในสมอง ระบบ MEG ที่มีอยู่ใช้ แมกนีโตมิเตอร์ SQUID ที่ระบายความร้อนด้วยความเย็นจัด ในขณะที่เซ็นเซอร์ OPM รุ่นใหม่ทำงานที่อุณหภูมิห้องหรือใกล้เคียง และสามารถวางไว้ในระยะไม่กี่มิลลิเมตรจากหนังศีรษะของผู้ป่วย ทำให้ระบบแบบสวมใส่ได้มีความแรงของสัญญาณที่ดีขึ้นและทนต่อการเคลื่อนไหวได้มากขึ้น OPM-MEG ถูกนำมาใช้ในการวัดกิจกรรมของสมองในผู้ป่วยโรคจิตเภท โรคอัลไซเมอร์ โรคพาร์กินสัน โรคดิสโทเนียโรค ออทิสติกโรคสมาธิสั้นและโรคลมชัก^{[ 70 ]}

ดูเพิ่มเติม

เครื่องวัดความเร่ง – อุปกรณ์ที่ใช้วัดความเร่งที่ถูกต้อง
การสำรวจสนามแม่เหล็กทางอากาศ – วิธีการสำรวจที่วิเคราะห์คุณสมบัติทางแม่เหล็กของพื้นที่ขนาดใหญ่จากระดับความสูงมาก
NMR สนามแม่เหล็กโลก – การใช้ NMR ในสนามแม่เหล็กโลก
การวัด EMF – การวัดสนามแม่เหล็กไฟฟ้าในสิ่งแวดล้อม
ไจโรสโคป – อุปกรณ์สำหรับวัดหรือรักษาทิศทาง
หน่วยวัดความเฉื่อย – อุปกรณ์นำทางที่ใช้เซ็นเซอร์วัดความเร่ง
อินเตอร์แมกเน็ต
เครื่องตรวจจับความผิดปกติทางแม่เหล็ก – อุปกรณ์สำหรับตรวจจับการเปลี่ยนแปลงในสนามแม่เหล็กโลก
การตรวจ วิเคราะห์ภูมิคุ้มกันด้วยแม่เหล็ก – การตรวจวิเคราะห์ภูมิคุ้มกันเพื่อการวินิจฉัยโดยใช้ลูกปัดแม่เหล็ก
การทำให้เป็นแม่เหล็ก – ปริมาณทางกายภาพ ความหนาแน่นของโมเมนต์แม่เหล็กต่อปริมาตร
แมกนีโตแกรม (การแยกความหมาย)
เซ็นเซอร์สนามแม่เหล็ก MEMS – เครื่องวัดสนามแม่เหล็กขนาดเล็ก
เครื่องตรวจจับโลหะ – อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้ตรวจจับการมีอยู่ของโลหะในบริเวณใกล้เคียง
SQUID – เครื่องวัดสนามแม่เหล็กชนิดหนึ่ง
เครื่องวัดสนามแม่เหล็กแบบสั่น – เครื่องมือทางวิทยาศาสตร์สำหรับวัดคุณสมบัติทางแม่เหล็ก
NMR ในสภาวะสนามศูนย์ – การได้มาซึ่งสเปกตรัม NMR ของสารเคมี

อ่านเพิ่มเติม

ฮอลลอส, สเตฟาน; ฮอลลอส, ริชาร์ด (2008). สัญญาณจากโลกอนุภาคย่อย: วิธีการสร้างเครื่องวัดสนามแม่เหล็กแบบพรีเซสชันของโปรตอน . สำนักพิมพ์อับราโซล. ISBN 978-1-887187-09-1.
Ripka, Pavel, บรรณาธิการ (2001). เซ็นเซอร์แม่เหล็กและเครื่องวัดสนามแม่เหล็ก . บอสตัน, แมสซาชูเซตส์: Artech House. ISBN 978-1-58053-057-6.
Tumanski, S. (2011). "4. เซ็นเซอร์แม่เหล็ก". คู่มือการวัดแม่เหล็ก . โบคา ราตัน, ฟลอริดา: CRC Press. หน้า159–256 . ISBN 978-1-4398-2952-3.
Franco, Victorino; Dodrill, Brad, บรรณาธิการ (2021). เซ็นเซอร์แม่เหล็กและเครื่องวัดสนามแม่เหล็ก . ชาม, สวิตเซอร์แลนด์: Springer Nature Switzerland AG. ISBN 978-3-030-70443-8.

ลิงก์ภายนอก

เทคนิคการพยากรณ์แผ่นดินไหวและการวิจัยเพิ่มเติมเกี่ยวกับการศึกษาสนามแม่เหล็กไฟฟ้า
โครงการธรณีแม่เหล็กของ USGS
สนามแม่เหล็กโลก (EFNMR)
เครื่องวัดสนามแม่เหล็กในอวกาศ
แนวทางปฏิบัติสำหรับการสร้างเครื่องวัดสนามแม่เหล็กโดยผู้ที่ชื่นชอบงานอดิเรก – ตอนที่ 1 บทนำเก็บถาวรเมื่อวันที่ 10 กรกฎาคม 2555 ที่Wayback Machine
แนวทางปฏิบัติในการสร้างเครื่องวัดสนามแม่เหล็กสำหรับผู้ที่ชื่นชอบงานอดิเรก – ตอนที่ 2 การสร้าง(เก็บถาวรเมื่อวันที่ 24 กุมภาพันธ์ 2021 ในWayback Machine)

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

[ 16 ]

[ 17 ]

[ 18 ]

[ 19 ]

[ 20 ]

[ 21 ]

[ 22 ]

[ 23 ]

[ 24 ]

[ 25 ]

[ 26 ]

[ 28 ]

[ 29 ]

[ 31 ]

[ 32 ]

[ 33 ]

[ 34 ]

[ 35 ]

[ 36 ]

[ 37 ]

[ 38 ]

[ 39 ]

[ 40 ]

[ 41 ]

[ 42 ]

[ 43 ]

[ 44 ]

[ 45 ]

[ 46 ]

[ 47 ]

[ 48 ]

[ 49 ]

[ 50

[ 51

[

[ 53 ]

[ 54 ]

[ 55 ]

[ 56 ]

[ 57 ]

[ 58 ]

[ 60 ]

[ 61 ]

[ 62 ]

[ 63 ]

[ 64 ]

[ 65 ]

[ 66 ]

[ 67 ]

[ 68 ]

[ 69 ]

[ 70 ]