吸引眼球的磁测量工具

2012-08-10 17:04:25来源: 21ic

  磁场的测量需要专用的传感器和物理与电子知识。你可以使用多种仪器,包括高斯计、特斯拉计、磁通表和磁力计,这些设备的价格可以很便宜,也可能高达数十万美元。看看哪种传感器能适合您的应用。

  提示
  * 所有的磁力计测量的都是 B 场,而不是 H 场。
  * 用不同传感器测量交流和直流场。
  * 有些仪器只能作单轴测量。
  * 霍尔效应传感器具有多功能和良好的分辨率,但它们会随时间和温度而漂移。
  * 仪器可以很便宜,也可能高达数十万美元。

  早先海员曾使用天然磁石(磁化的磁铁矿)来探测地球的磁场,这是最早的磁场测量方法之一。今天,数千种的应用都要用到测量磁场。仪器测量的都是 B 场,工程师把它叫做磁通密度,而物理学家则把它叫做磁场。按照美国物理家兼诺贝尔奖获得者 Melvin Schwartz 的说法:“习惯上称 B 为磁感,而 H 为磁场强度。我们反对这种习惯,因为 B 是真实的原始磁场,而 H 是人为的附属概念。”(参考文献 1)

图1道路上的一只磁传感器可以确定汽车的方向和型号


  AlphaLab 电磁仪器公司是一家诊断与实验室产品供应商,其所有人 Bill Lee 博士说:“磁力计无法区别出磁场间的这种人为的区别,即哪个是由线圈产生的磁场,哪个是线圈再加上内部电流循环,例如线圈内的钢片产生的总磁通密度。钢片中旋转的电子会产生磁场。任何一种磁力计测量的都是总磁通密度,它无法区别出线圈产生的量和铁芯产生的量。”磁场测量的另一个基础问题是测量的到底是直流场还是交流场,还有,你是只在一个轴上测量,还是同时测量多个轴。

  从医用到军用

  磁场测量有很多应用。例如,汽车中的传感器利用地球磁场来帮助导航,而路线传感器则检测旁边通过汽车的磁性标记,确定汽车的类型及方向(参考文献 2 和图 1)。在其它应用中,地质学者和地球科学研究人员可以通过精确绘制的磁场,探测铁矿和其它矿产异常。地质学者通过探测岩石中经年累积的隐蔽磁场,可以追踪到地球磁场的变化点或多次的反转(参考文献 3 和图 2)。有些地质学探测采用的是一种磁通计,它是连接到积分器上的一个简单的感应传感器。当研究人员将磁性材料穿过磁通计并通过线圈时,仪器中的积分器计算出直流电场。

  磁场测量有一种重要的军事用途,那就是探测潜艇。例如,Orion P3C 军用反潜机有一个长长的尾梁,装有远离引擎和其它干扰源的磁力计。磁场测量的其它军事应用还包括在开发测距引信时对小口径炮弹的测量(参考文献 4)。炮弹内的仪器会在炮弹穿过地球磁场时,计算其旋转。由于磁力计知道炮管膛线的圈数比,引信电路就可以计算出弹壳通过的距离,然后在目标点起爆。依靠发射后时间延迟的方法没有这种方法精确,因为弹丸速度会随填充的火药与枪械情况而变化。

图2这位现场研究人员正在使用一台Grad601磁通门磁力梯度仪用于考古发掘现场


  在工业、科学和医疗领域还有无数的其它应用。工业客户可能只需核准电机上所用磁铁的南北极。磁场传感器供应商 Magnetic Sciences 公司所有人 Paul Elliot 说,输油管安装公司需要对油管作测量,以确保钢材料中没有残留的磁场。很多工业应用都必须测量磁场,以保证磁场强度的稳定,其它工业应用如验证船舶集装箱的辐射磁场是否超过规定限度。

  磁场测量的科学应用包括对磁盘驱动器读取头的研究。高强度磁场中的材料行为是一个活跃的研究领域,在研究中,经常需要测量常导、室温和超导磁体产生的高密度磁场。

  磁场测量在医疗方面的最常见应用之一是校准 MRI(磁共振成像)中的磁场均匀度。在一台 MRI 机隧道内的磁场均匀度需达百万分之一量级。灵敏的仪器可以在一个点上测量这种磁场,但更有用的是采用一种排列成弧形的传感器阵,它由 24 至 32 个传感器构成。技术人员在 MRI 机的隧道内旋转这些传感器,使传感器组在一个球上扫过。如果磁场在球面上是均匀的,则球内任何点的均匀度只会更佳。另外,MRI 周围的磁传感器会屏蔽经过的车辆或电梯的磁场。传感器将信号反馈给一只 3D Helmholtz 线圈,该线圈产生一个近似均匀的磁场区,可保证外部场不会影响到 MRI 隧道的内部场。

  医学研究的另一个领域是人类对我们周围磁场的敏感性。这个领域的研究有较多的争论,因为电力线和电动汽车都会辐射出约 1 mG(毫高斯)的磁场,而地球的磁场是 500 mG。当然,MRI 机器还涉及操作人员健康的问题。传感器分销商与集成商 GMW Associates 销售副总裁 Ian J Walker 称,ICNIRP(国际非电离辐射保护委员会)有关职业静态磁场的指导意见是:连续暴露的磁场为 200 mT(特斯拉);短时间全身为 2000 mT;手臂与腿的暴露为 5000 mT。他说:“这些场强都很高,也说明了缺乏直流场对生物体作用的证据。”(参考文献 5)

[1] [2] [3] [4]

关键字:磁测量工具  仪器  电感传感器  德州仪器

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2012/0810/article_5646.html
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