Магнитометр (от греч. magnetis — магнит и ...метр ), прибор для измерения характеристик магнитного поля и магнитных свойств веществ (магнитных материалов). В зависимости от определяемой величины различают приборы для измерения: напряжённости поля (эрстедметры), направления поля (инклинаторы и деклинаторы ), градиента поля (градиентометры), магнитной индукции (тесламетры), магнитного потока (веберметры, или флюксметры ), коэрцитивной силы (коэрцитиметры ), магнитной проницаемости (мю-метры), магнитной восприимчивости (каппа-метры), магнитного момента.
В более узком смысле Магнитометр — приборы для измерения напряжённости, направления и градиента магнитного поля. В современных Магнитометр для отсчёта значений измеряемой величины применяются следующие методы: визуальный отсчёт по шкале, запись в цифровой или аналоговой форме, фотозапись, запись на магнитных лентах, перфолентах и перфокартах. Шкалы Магнитометр градуируются в единицах напряжённости магнитного поля СГС системы единиц (эрстед, мэ, мкэ, гамма = 105 э) и в единицах магнитной индукции СИ (тесла, мктл, нтл).
Различают Магнитометр для измерений абсолютных значений характеристик поля и относительных изменений поля в пространстве или во времени. Последние называются вариометрами магнитными . Магнитометр классифицируют также по условиям эксплуатации (стационарные, на подвижных платформах и т.д.), и, наконец, в соответствии с физическими явлениями, положенными в основу их действия (см. Магнитные измерения ).
Магнитостатические Магнитометр основаны на измерении механического момента J, действующего на индикаторный магнит прибора в измеряемом поле Низм; J= [М, Низм], где М — магнитный момент индикаторного магнита. Момент J в Магнитометр различной конструкции сравнивается: а) с моментом кручения кварцевой нити (действующие по этому принципу кварцевые Магнитометр и универсальные магнитные вариометры на кварцевой растяжке обладают чувствительностью G ~ 1 нтл); б) с моментом силы тяжести (магнитные весы с G ~ 10—15 нтл); в) с моментом, действующим на вспомогательный эталонный магнит, установленный в определённом положении (оси индикаторного и вспомогательного магнитов в положении равновесия перпендикулярны). В последнем случае, определяя дополнительно период колебания вспомогательного магнита в поле Низм, можно измерить абсолютную величину Низм (абсолютный метод Гаусса). Основное назначение магнитостатических Магнитометр — измерение компонент и абсолютной величины напряжённости геомагнитного поля (рис. 1), градиента поля, а также магнитных свойств веществ.
Электрические Магнитометр основаны на сравнении Низм с полем эталонного соленоида Н = kl, где k — постоянная соленоида, определяемая из геометрических и конструктивных его параметров, I — измеряемый ток. Электромагнитные Магнитометр состоят из компаратора для измерения размеров соленоида и обмотки, теодолита для точной ориентации оси соленоида по направлению измеряемой компоненты поля, потенциометрической системы для измерения тока I и чувствительного датчика — индикатора равенства полей. Чувствительность Магнитометр этого типа ~ 1 мкэ, основная область применения — измерение горизонтальной и вертикальной составляющих геомагнитного поля.
Индукционные Магнитометр основаны на явлении электромагнитной индукции — возникновении эдс в измерительной катушке при изменении проходящего сквозь её контур магнитного потока Ф. Изменение потока DФ в катушке может быть связано: а) с изменением величины или направления измеряемого поля во времени (примеры — индукционные вариометры, флюксметры). Простейший флюксметр (веберметр) представляет собой баллистический гальванометр, действующий в сильно переуспокоенном режиме (G ~ 10-4 вб/деление); широко применяются магнитоэлектрические веберметры с G ~ 10-6 вб/деление, фотоэлектрические веберметры с G ~ 10-8 вб/деление и другие (подробнее см. Флюксметр ); б) с периодическим изменением положения (вращением, колебанием) измерительной катушки в измеряемом поле (рис. 2); простейшие тесламетры с катушкой на валу синхронного двигателя обладают G ~ 10-4 тл. У наиболее чувствительных вибрационных Магнитометр G ~ 0,1—1 нтл; в) с изменением магнитного сопротивления измерительной катушки, что достигается периодическим изменением магнитной проницаемости пермаллоевого сердечника (он периодически намагничивается до насыщения вспомогательным переменным полем возбуждения); действующие по этому принципу феррозондовые Магнитометр имеют G ~ 0,2—1 нтл (см. Феррозонд ). Индукционные Магнитометр применяются для измерения земного и космических магнитных полей, технических полей, в магнитобиологии и т.д.
Квантовые Магнитометр — приборы, основанные на ядерном магнитном резонансе , электронном парамагнитном резонансе , свободной прецессии магнитных моментов ядер или электронов во внешнем магнитном поле и других квантовых эффектах. Для наблюдения зависимости частоты w прецессии магнитных моментов микрочастиц от напряжённости Низм измеряемого поля (w = g Низм, где g — магнитомеханическое отношение ) необходимо создать макроскопический магнитный момент ансамбля микрочастиц (ядер или электронов). В зависимости от способа создания макроскопического магнитного момента и метода детектирования сигнала различают: протонные Магнитометр (свободной прецессии, с динамической поляризацией и с синхронной поляризацией), резонансные Магнитометр (электронные и ядерные), Магнитометр с оптической накачкой и другие (подробнее см. в ст. Квантовый магнитометр ). Квантовые Магнитометр применяются для измерения напряжённости слабых магнитных полей (в том числе геомагнитного и магнитного поля в космическом пространстве), в геологоразведке, в магнетохимии (G до 10-5—10-7 нтл). Значительно меньшую чувствительность (G ~ 10-5 тл)имеют квантовые Магнитометр для измерения сильных магнитных полей.
Сверхпроводящие квантовые Магнитометр основаны на квантовых эффектах в сверхпроводниках: выталкивании магнитного поля из сверхпроводника (см. Мейснера эффект ), квантовании магнитного потока в сверхпроводнике, на зависимости от Низм критического тока контакта двух сверхпроводников (см. Джозефсона эффект ). Сверхпроводящими Магнитометр измеряют компоненты геомагнитного поля, они нашли применение в биофизике, магнетохимии и т.д. Чувствительность сверхпроводящих Магнитометр достигает ~ 10-5 нтл (подробнее см. Сверхпроводящие магнитометры ).
Гальваномагнитные Магнитометр основаны на явлении искривления траектории электрических зарядов, движущихся в магнитном поле Низм, под действием Лоренца силы (см. Гальваномагнитные явления ). К этой группе Магнитометр относятся: Магнитометр на Холла эффекте (возникновении между гранями проводящей пластинки разности потенциалов, пропорциональной протекающему току и Низм); Магнитометр на эффекте Гаусса (изменении сопротивления проводника в поперечном магнитном поле Низм); на явлении падения анодного тока в вакуумных магнетронах и электроннолучевых трубках (вызванного отклонением электронов в магнитном поле) и другие. На эффекте Холла основано действие различного рода тесламетров для измерения постоянных, переменных и импульсных магнитных полей (чувствительностью 10-4—10-5 тл, рис. 3); градиентометров и приборов для исследования магнитных свойств материалов. Чувствительность тесламетров, работающих на основе эффекта Гаусса, достигает 10 мкв/тл; чувствительность электронно-вакуумных Магнитометр ~ 30 нтл.
Для измерения напряжённости и изучения топологии магнитного поля в различных средах нашли применение Магнитометр, основанные на вращении плоскости поляризации света в магнитном поле или поле намагниченного образца (см. Фарадея эффект , Керра эффект ), на изменении длины намагниченного стержня под действием приложенного поля (см. Магнитострикция ) и др. Магнитометр различных принципов действия и чувствительности широко применяются в геофизике, физике космоса, ядерной физике, магнетохимии, биофизике, дефектоскопии и в качестве элементов автоматики и средств управления.
Лит.: Яновский Б. Магнитометр, Земной магнетизм, [т. 2, 2 изд.], Л., 1963; Чечурина Е. Н., Приборы для измерения магнитных величин, Магнитометр, 1969; Померанцев Н. Магнитометр, Рыжков В. Магнитометр, Скроцкий Г. В., Физические основы квантовой магнитометрии, Магнитометр, 1972; Instrumenten und Massenmethoden, в книге: Geomagnetismus und Aeronomie, Bd 2, В., 1960; Communications présentées an colloque international champs magnétiques faibles d’Intéret géophysique et spatial, Paris, 20—23 mai 1969, «Revue de physique appliquée», 1970, t. 5, No 3.
Ш. Ш. Долгинов.