5.7 Магнитометры

Для магниточувствительных металлоискателей (далее магнитометров) чувствительность принято обозначать величиной маг­нитной индукции поля, которую способен зарегистрировать прибор. Обычно чувствительность измеряют в нанотеслах (нТл) 1нТл=(10-9)Т.

Поле Земли составляет величину примерно 35000 нТл. Это усредненная величина, в различных точках земного шара она меняется в диапазоне 35000+60000 нТл. Таким образом, задача поиска ферро­магнитных предметов состоит в том, чтобы на фоне природного поля Земли обнаружить изменение поля, обусловленное искажениями от ферромагнитных предметов.

Кроме чувствительности, для определения качества магнитометров используют такой параметр, как разрешающая способность, кото­рая также измеряется в нанотеслах и определяет минимальную разни­цу индукции, регистрируемую прибором.

Существует несколько физических принципов и основанных на них типов магнитометров, позволяющих фиксировать минимальные изменения магнитного поля Земли или искажения, вносимые ферромагнит­ными объектами. Современные магнитометры обладают чувствитель­ностью от 0,01 нТл до 1,0 нТл, в зависимости от принципа действия и класса решаемых задач.

Широкое распространение получили приборы, принцип работы которых основан на использовании нелинейных свойств ферромагнитных материалов. Чувствительные элементы, реализующие этот прин­цип, получили название феррозонды. Они содержат катушку возбуж­дения с нелинейным ферромагнитным сердечником, а также прием­ную катушку, находящуюся около катушки возбуждения.

Если через катушку возбуждения пропустить переменный ток, который создаст переменное поле с амплитудой напряженности Нт и при­ложить к феррозонду соосное постоянное поле напряженностью Но, то на выходе приемной катушки появится напряжение с удвоенной часто­той, пропорциональное напряженности Но постоянного магнитного поля. Появление напряжения удвоенной частоты обусловлено нелинейной характеристикой сердечника феррозонда. Это напряжение и является сигналом, по которому судят о внешнем магнитном поле.

Типичная конструкция магнитометра включает в себя штангу, с размещенными на ней батарейным блоком питания и электронным бло­ком, а также феррозондовый преобразователь, размещенный на оси, перпендикулярной штанге (рис. 5.9).Магнитное поле Земли в конкретном месте имеет некоторую конкретную величину напряженности Но. Это поле вместе с полем, созда­ваемым катушкой возбуждения, воздействует на приемную катушку феррозонда, на выходе которой создается некоторое напряжение.

Перед применени­ем прибор предвари­тельно калибруют, что­бы компенсировать воздействие поля Зем­ли в отсутствие ферро-магнитных объектов контроля (полная ана­логия с калибровкой индукционных металлоискателей). Если за­тем около прибора поместить предмет из ферромагнитного мате­риала, он исказит фор­му силовых линий и ве­личину напряженности магнитного поля Земли (рис. 5.10). В результа­те изменится выходное напряжение приемной катушки. Феррозонд яв­ляется векторным прибором, т.е. его выходной сигнал зависит не толь­ко от величины внешнего магнитного поля, но и от направления его силовых линий относительно оси феррозонда. По этой причине фер­розонд располагают на вращающемся шарнире, чтооы под соосгвен-ным весом он всегда занимал вертикальное положение относительно земной поверхности и силовых линий нормального магнитного поля Земли. В связи с тем, что магнитометр является векторным прибором, анализ напряжения приемной катушки позволяет получить информа­цию об ориентации и размерах ферромагнитного объекта.

С уществуют магнитометры, работаю­щие на других физических принципах. Так, известны квантовые приборы, основанные на эффекте ядерного магнитного резонанса и эффекте Зеемана с оптической накачкой. Они обладают большей чувствительностью.