Magnetometer, instrument for måling av magnetisk feltstyrke og flukstetthet og variasjoner i disse, og av magnetiske egenskaper i materialer.

Et magnetfelt karakteriseres både av styrke og retning. Det er hva vi kaller et vektorfelt. Et magnetometer bør da kunne bestemme begge disse størrelser. For enkelte bruksområder er det imidlertid tilstrekkelig å få informasjon om flukstetthet. Vi skiller derfor mellom vektormagnetometre, som gir informasjon om både retning og styrke, og skalarmagnetometre som bare måler flukstettheten, uavhengig av retningen.

De eldste magnetometertyper bygger på kompassprinsippet, dvs. at en opplagret magnetstav blir utsatt for et dreiemoment som forsøker å rette staven inn langs den feltkomponenten som ligger i stavens dreieplan. Feltstyrken kan bestemmes ved å måle for eksempel vinkelutslag fra en likevektstilling, dreiemoment, eller svingeperioden i en pendelbevegelse. Dersom man har tre uavhengige systemer, kan man bestemme både retning og styrke på feltet. Slike mekaniske magnetometre er fremdeles i bruk, og de ble brukt som standardinstrumenter ved magnetiske observatorier frem til omkring 1980.

Fluxgate magnetometeret (metningskjernemagnetometeret) er det mest brukte av vektormagnetometrene. Sensorelementet er en spole med en metallkjerne med høy permeabilitet. Spolen påtrykkes en vekselspenning som er så sterk at kjernen går i magnetisk metning i deler av hver halvperiode. Dersom det finnes et ytre magnetfelt, vil det forskyve magnetiseringsnivået, og man får asymmetri i de to halvperiodene. Dette registreres og brukes til å bestemme styrken på det ytre feltet. Slike magnetometre vil måle feltkomponenter i en bestemt retning. Dersom man har tre uavhengige magnetometersystemer, vil de måle feltet i tre retninger slik at feltvektoren kan beregnes. Dersom man krever stor nøyaktighet i målingene, blir fluxgatemagnetometret ofte kalibrert mot et skalarinstrument som gir det totale felt.

Halleffekt magnetometret bygger på et elektromagnetisk fenomen i halvledere, halleffekten. Sender man en strøm på langs gjennom en ledende rektangulær plate som er plassert i et magnetfelt slik at de magnetiske feltlinjene står vinkelrett på platen, oppstår det en elektrisk spenning tvers over platen, vinkelrett på både strømretningen og magnetfeltets retning. Dette fenomenet kan brukes til å detektere feltkomponenten vinkelrett på platen. Dersom man har tre plater som står vinkelrett på hverandre, kan man beregne feltvektoren. Fordelen med hallmagnetometeret er at de fysiske dimensjoner kan gjøres meget små. Ulempen er at følsomheten er lav (størrelsesorden μT), slik at denne type magnetometre egner seg best for måling av sterke felt.

Skalarmagnetometrene bygger gjerne på kjernemagnetiske effekter som er lette å måle og som gir stor følsomhet og nøyaktighet i målingene.

Protonmagnetometre (egentlig proton presesjons magnetometer) bruker kjernemagnetisk resonans for protoner for å bestemme det totale magnetfelt. Protoner oppfører seg som små stavmagneter (dipoler) som retter seg inn i et magnetfelt. Når protoner spinner i magnetfeltet, vil de stråle ut bølger med spinnfrekvensen. Ved å måle denne frekvensen med og uten et påtrykt felt, kan man bestemme det permanente bakgrunnsfeltet med en følsomhet på mellom 0,1 nT (nanotesla) og 1 nT. Protonmagnetometeret blir ofte brukt som standardinstrument for å bestemme det totale magnetfelt.

Overhausermagnetometre er en videreutvikling av protonmagnetometrene hvor protonene eksiteres ved radiobølger. Denne magnetometertypen har stor følsomhet, 0,01 nT til 0,1 nT, og krever liten effekt.

Andre typer. En annen gruppe magnetometre bygger på Zeemaneffekten, en kjerneeffekt som bevirker at den elektromagnetiske stråling fra et atom splittes opp i to nivåer når atomet befinner seg i et magnetfelt. Sensorelementene i disse magnetometrene benytter gjerne en alkalisk gass, slik som cesium eller kalium, som eksiteres ved bruk av lys ved spesielle bølgelengder. Disse magnetometrene har meget stor følsomhet, pT (pikotesla), men de er mindre brukervennlige enn de andre magnetometertypene.

Magnetometre for måling av tidsvarierende magnetfelt bygger gjerne på induksjonsprinsippet, som innebærer at det induseres en elektrisk spenning i en spole som omslutter et magnetisk felt som forandrer seg med tiden. Ved å måle denne spenningen kan man bestemme feltet. Det er også utviklet spesielle typer magnetometre for medisinsk bruk. De er svært følsomme og kan registrere de svake magnetfeltene som oppstår ved f.eks. hjerteslag og hjernens aktivitet.

Magnetometre har mange forskjellige bruksområder. En av de viktigste anvendelser er måling og kartlegging av magnetiske felt på bakken og i verdensrommet. De nyttes i geofysiske målinger, i borehull og i kartlegging av mineralforekomster fra fly, fartøy og på bakken. Magnetometre er også i bruk som metalldetektorer, i sikkerhetskontroll på flyplasser og andre aktuelle steder, og til lokalisering av metallgjenstander under jorden og i vann, f.eks. i minedetektorer og i utstyr for oppsporing av undervannsbåter.

Foreslå endringer i tekst

Foreslå bilder til artikkelen

Kommentarer

Har du spørsmål om eller kommentarer til artikkelen?

Kommentaren din vil bli publisert under artikkelen, og fagansvarlig eller redaktør vil svare når de har mulighet.

Du må være logget inn for å kommentere.