Từ kế (magnetometer) là một thiết bị đo từ trường hoặc mô-men lưỡng cực từ. Các loại từ kế khác nhau đo hướng, cường độ hoặc sự thay đổi tương đối của từ trường tại một vị trí cụ thể. La bàn là một thiết bị như vậy, đo hướng của từ trường xung quanh, trong trường hợp này là từ trường Trái Đất. Các từ kế khác đo mômen lưỡng cực từ của vật liệu từ tính như sắt từ, ví dụ bằng cách ghi lại tác động của lưỡng cực từ này lên dòng điện cảm ứng trong cuộn dây.

Giới thiệu

Từ trường

Từ trường là các đại lượng vectơ được đặc trưng bởi cả cường độ và hướng. Cường độ từ trường được đo bằng đơn vị tesla trong hệ đơn vị SI và bằng gauss trong hệ đơn vị CGS. 10.000 gauss bằng một tesla. Các phép đo từ trường của Trái Đất thường được trích dẫn theo đơn vị nanotesla (nT), còn gọi là gamma.

Từ trường của Trái Đất có thể thay đổi từ 20.000 đến 80.000 nT tùy thuộc vào vị trí, dao động của từ trường Trái Đất vào khoảng 100 nT, và sự thay đổi từ trường do dị thường từ trường có thể nằm trong phạm vi picotesla (pT). Gaussmeter và teslameter là các từ kế đo theo đơn vị gauss hoặc tesla.

Trong một số bối cảnh, từ kế là thuật ngữ được sử dụng cho dụng cụ đo các trường nhỏ hơn 1 militesla (mT) và máy đo từ trường được sử dụng cho các trường đo lớn hơn 1 mT.

Các loại từ kế

Có hai loại phép đo từ kế cơ bản:

• Từ kế vectơ đo các thành phần vectơ của từ trường.
• Từ kế toàn phần hoặc từ kế vô hướng đo độ lớn của từ trường vectơ.

Từ kế cũng có thể được phân loại theo tình huống hoặc mục đích sử dụng:

• Từ kế cố định được lắp đặt ở vị trí cố định và các phép đo được thực hiện khi từ kế đứng yên.
• Từ kế di động được thiết kế để sử dụng khi đang chuyển động và có thể được mang theo hoặc vận chuyển bằng tay trên xe đang di chuyển.
• Từ kế phòng thí nghiệm được sử dụng để đo từ trường của vật liệu đặt bên trong chúng và thường ở trạng thái cố định.
• Từ kế khảo sát được sử dụng để đo từ trường trong các cuộc khảo sát địa từ.

Hiệu suất và khả năng

Hiệu suất và khả năng của máy đo từ trường được mô tả thông qua các thông số kỹ thuật của chúng. Các thông số kỹ thuật chính bao gồm:

• Tốc độ lấy mẫu là số lần đọc được mỗi giây. Nghịch đảo là thời gian chu kỳ tính bằng giây cho mỗi lần đọc. Tốc độ lấy mẫu rất quan trọng trong máy đo từ trường di động; tốc độ lấy mẫu và tốc độ xe xác định khoảng cách giữa các lần đo.
• Băng thông hay độ thông dải đặc trưng cho khả năng theo dõi những thay đổi nhanh chóng của từ trường của máy đo từ trường. Đối với máy đo từ trường không có bộ xử lý tín hiệu tích hợp, băng thông được xác định bởi giới hạn Nyquist do tốc độ lấy mẫu đặt ra. Máy đo từ trường hiện đại có thể thực hiện làm mịn hoặc lấy trung bình trên các mẫu tuần tự, đạt được độ nhiễu thấp hơn để đổi lấy băng thông thấp hơn.
• Độ phân giải là sự thay đổi nhỏ nhất trong từ trường mà máy đo từ trường có thể phân giải. Điều này bao gồm lỗi lượng tử hóa gây ra bởi việc ghi lại làm tròn và cắt cụt các biểu thức số của dữ liệu.
• Sai số tuyệt đối là sự khác biệt giữa các giá trị đọc được của từ trường thực của máy đo từ trường.
• Độ trôi là sự thay đổi của sai số tuyệt đối theo thời gian.
• Độ ổn định nhiệt là sự phụ thuộc của phép đo vào nhiệt độ. Hệ số này được biểu thị dưới dạng hệ số nhiệt độ, tính theo đơn vị nT trên một độ C.
• Nhiễu là những dao động ngẫu nhiên do cảm biến từ kế hoặc thiết bị điện tử tạo ra. Nhiễu được biểu thị theo đơn vị nT/√Hz, trong đó thành phần tần số đề cập đến băng thông.
• Độ nhạy là giá trị lớn hơn giữa nhiễu và độ phân giải.
• Sai số hướng là sự thay đổi trong phép đo do thay đổi hướng của thiết bị trong một từ trường không đổi.
• Vùng chết là vùng góc của hướng từ kế mà trong đó thiết bị cho kết quả kém hoặc không cho kết quả đo. Tất cả các từ kế bơm quang học, tiến động không proton và Overhauser đều gặp phải một số hiệu ứng vùng chết.
• Dung sai gradient là khả năng của từ kế trong việc thu được phép đo đáng tin cậy khi có gradient từ trường. Trong các cuộc khảo sát bom mìn chưa nổ hoặc bãi chôn lấp, gradient có thể lớn.