磁強計

磁強計是測量磁感應強度的儀器。根據小磁針在磁場作用下能產生偏轉或振動的原理製成。而從電磁感應定律可以推出，對於給定的電阻R的閉合迴路來説，只要測出流過此迴路的電荷q，就可以知道此迴路內磁通量的變化。這也就是磁強計的設計原理，用途之一是用來探測地磁場的變化。

利用磁傳感器來確定方向在古代很早就有使用，有資料顯示早在二千多年前，中國人就開始使用天然磁石來指示方向。磁強計最早可追溯到我國古代四大發明之一的指南針 ^[1]  。近幾個世紀以來，磁強計一直在導航領域廣泛應用。

磁強計是用來測量磁感應強度的傳感器,在工業、農業、交通運輸、國防、航空航天、海洋、氣象、醫療衞生等領域均有廣泛應用。在地質勘探領域,它可用於地磁場變化監測和地質年代檢測;在醫療衞生領域,它常被用來檢測人體磁場並輔助疾病診斷;在國防上,它可以應用在磁性掃雷、炸彈探測、磁波通訊、磁探針和磁導航;在外層空間探測中,它被用來進行天體運行、演變的磁場檢測;而在衞星姿態測控中,可通過磁強計測量空間磁場來提供衞星姿態信息 ^[2]  。

目前科研中常用的精密磁強計主要有兩類:一類用於測量小樣品或弱磁性物質的磁性,如振動樣品磁強計、超導量子干涉器件磁強計、交變梯度磁強計、提拉樣品磁強計;另一類用於測量空間弱磁場或物體表面磁場,如磁通門磁強計、薄膜電阻磁強計等,超導量子干涉器件磁強計也可用於空間磁場或樣品表面磁場的測量 ^[3]  。

採用電磁感應原理,測量在一組探測線圈中心以固定頻率和振幅作微振動的樣品的磁矩。對於足夠小的樣品,它在探測線圈中振動所產生的感應電壓與樣品磁矩、振幅、振動頻率成正比。在保證振幅、振動頻率不變的基礎上,用鎖相放大器測量這一電壓,即可計算出待測樣品的磁矩。

是基於磁通量子化概念和超導約瑟夫遜隧道效應原理而製成的儀器。在生物醫學方面也有着許多重要的應用,比如測量心磁、肺磁、生物組織磁化率等。

實際上是磁秤法的一種,具有很高的靈敏度。它與其他磁秤法儀器一樣,是通過測量磁性樣品在非均勻磁場中所受的力來確定其磁矩。所不同的是:梯度場的產生和測力的方法。

提拉樣品磁強計也是基於電磁感應原理。在超導磁體中有上下兩個串聯反繞幾何因子相同的探測線圈,當步進電機拉動樣品杆,使樣品在兩個探測線圈之間運動時,探測線圈兩端的感應電動勢對運動時間的積分與樣品磁矩成正比。用時間常數較大的數字電壓表直接測量,可以計算得到樣品的磁矩。

具有非常高的靈敏度。當薄膜厚度只有納米量級的時候,激光光斑這磨小區域所產生的磁信號改變,都能檢測出來,應該説比上述各種磁強計靈敏度都高。

它們共同的特點是具有較高的靈敏度,主要用來測量靜態磁性,包括技術磁化曲線、磁滯回線,退磁曲線、磁熱曲線,及其中所包含定義的各種參數。如飽和磁化強度Ma,剩餘磁化強度Mr,矯頑力Hc,居里温度Tc,各種磁化率或磁導率,最大磁能積,矩形比等。這些儀器不僅可以測量鐵磁、亞鐵磁性的樣品,而且可以測量抗磁、順磁性的樣品,不僅可以測大塊樣品,而且可以測薄膜等微量樣品,所以在各種磁性功能材料、超導材料、結構化學、地質勘探、生物物理等研究領域裏有着非常廣泛的應用。