فلاکس گیت متر

مغناطیس سنج fluxgate یک حسگر میدان مغناطیسی برای میدان مغناطیسی برداری است. محدوده نرمال آن برای اندازه‌گیری میدان زمین مناسب است و می‌تواند بسیار کمتر از یک 10،000ام آن حل شود.
به طور سنتی برای ناوبری و کار قطب نما و همچنین فلزیابی و اکتشاف استفاده می شود. ساخت آن دشوار نیست، اغلب در دنیای امروزی دستگاه های سیلیکونی و MEMS فراموش می شود.
طرح های مغناطیس سنج فلاکس گیت به طور کلی به دو سبک تقسیم می شوند، آنهایی که از هسته های میله ای استفاده می کنند و آنهایی که از هسته های حلقه استفاده می کنند. در حالی که طرح‌های جایگزین زیادی وجود دارد که عمدتاً مبتنی بر هسته‌های میله‌ای هستند، هیچ کدام به وضعیت توسعه و عملکرد منتسب به دو سبک نرسیده‌اند. به همین دلیل در نظر گرفته شده است که این صفحه فقط برای انواع فلاکس گیت دوقلوی میله و هسته حلقه اعمال شود.

همه فلاکس گیت ها از یک هسته بسیار نفوذپذیر استفاده می کنند که میدان مغناطیسی را که باید اندازه گیری می شود متمرکز کند. هسته به طور متناوب در جهات مخالف در امتداد هر محور مناسب اشباع می شود، معمولاً با استفاده از یک سیم پیچ تحریک که توسط شکل موج سینوسی یا مربعی هدایت می شود.

قبل از اشباع، میدان محیط از طریق هسته هدایت می شود و به دلیل نفوذپذیری بالا، شار بالایی تولید می کند. در نقطه اشباع، نفوذپذیری هسته به خلاء کاهش می یابد و باعث فروپاشی شار می شود. در طول نیم چرخه بعدی شکل موج تحریک، هسته از اشباع بازیابی می‌شود و شار ناشی از میدان محیط بار دیگر در سطح بالایی قرار می‌گیرد تا زمانی که هسته در جهت مخالف اشباع شود. سپس چرخه تکرار می شود. علی‌رغم برگشت‌های مغناطیسی ناشی از برانگیختگی، شار از میدان محیط در یک جهت در سرتاسر عمل می‌کند. یک سیم پیچ حسی که در اطراف هسته قرار می گیرد، این تغییرات شار را نشان می دهد که نشانه ولتاژ القایی است که نشان دهنده فروپاشی یا بازیابی شار است. نام fluxgate به وضوح از عمل شار دروازه ای هسته در داخل و خارج از سیم پیچ حسی ناشی می شود.

این فرآیند در شکل سمت چپ به صورت شکل موج های ایده آل نشان داده شده است و به وضوح می توان دید که ولتاژ حسی دو برابر فرکانس تحریک است.
به همین دلیل، طرح‌های دمدولاسیون اغلب از تشخیص هارمونیک دوم استفاده می‌کنند. در عمل برای یک هسته میله ای شکل، سیم پیچ حسی محرک تحریک و همچنین ولتاژ سیگنال را می گیرد که به دلیل سطح بالای آن می تواند حذف الکترونیکی آن مشکل ساز باشد.

یک راه حل رایج برای این کار استفاده از دو هسته موازی با فاز تحریک از یکی به دیگری معکوس است. سیم پیچ حسی سیگنال را دریافت می کند اما ولتاژ تحریک القایی با معکوس شدن فاز لغو می شود و شکل موج هایی مشابه آنچه در اینجا نشان داده شده است تولید می کند.

همانطور که توضیح داده شد، ولتاژ پیک های تغییر شار از قانون فارادی متناسب با میدان مغناطیسی است. در این روش می توان از یک سنسور ساده استفاده کرد. با این حال، یک طراحی برتر از یک سیم پیچ (کویل حس اغلب برای این کار دو برابر می شود) برای بازخورد میدان مغناطیسی در تقابل با میدان حس شده استفاده می کند، به طوری که این دو میدان یکدیگر را خنثی می کنند. در این حالت کار، جایی که از fluxgate به عنوان یک آشکارساز تهی استفاده می شود، جریان در سیم پیچ فیدبک با میدان حس شده متناسب است. این تکنیک خطی بودن اندازه‌گیری را بهبود می‌بخشد، امکان دستیابی به محدوده دینامیکی بسیار بیشتری را فراهم می‌کند و توسط اکثر افراد مدرن استفاده می‌شود.
دستگاه ها

مغناطیس‌سنج‌های گیت شار که به دلیل دقت بی‌نظیرشان در اندازه‌گیری میدان‌های مغناطیسی، به‌ویژه در محدوده‌های شدت میدان مغناطیسی کم تا متوسط ​​شهرت دارند، مجموعه‌ای از مزیت‌ها را ارائه می‌دهند که برتری آنها را نسبت به انواع مغناطیس‌سنج‌های جایگزین تقویت می‌کند:

حساسیت بالا
مغناطیس‌سنج‌های گیت شار، که با حساسیت استثنایی‌شان مشخص می‌شود، توانایی تشخیص حتی ضعیف‌ترین میدان‌های مغناطیسی را نشان می‌دهند. این حساسیت بالا آنها را در بررسی‌های ژئوفیزیکی، تلاش‌های اکتشاف فضایی و تحقیقات زیست‌پزشکی پیشگام ارزشمند می‌کند.

نویز پایین
توانایی مغناطیس‌سنج‌های گیت شار برای دستیابی به سطوح نویز کم، آنها را قادر می‌سازد تا تغییرات میدان مغناطیسی ظریف را با درجه‌ای از دقت قابل توجه تشخیص دهند. این ویژگی در کاربردهایی که نیاز به اندازه گیری دقیق دارند، مانند تشخیص ناهنجاری مغناطیسی یا تحقیقات باستان شناسی، ضروری است.

طیف گسترده ای پویا
مغناطیس‌سنج‌های دروازه شار که خود را از طریق یک محدوده دینامیکی گسترده متمایز می‌کنند، آماده اندازه‌گیری میدان‌های مغناطیسی با طیف گسترده‌ای از شدت‌ها هستند. این تطبیق پذیری آنها را در زمینه های مختلف از تشخیص میدان مغناطیسی زمین تا کاوش جامع ناهنجاری های مغناطیسی در کیهان موقعیت مطلوبی می دهد.

پاسخ فرکانس
مغناطیس‌سنج‌های گیت شار که با پاسخ فرکانسی نسبتاً یکنواخت مشخص می‌شوند، میدان‌های مغناطیسی استاتیک و دینامیکی را با دقت ثبت می‌کنند. همانطور که در سیستم های ناوبری مغناطیسی مشاهده می شود، این ویژگی در موقعیت هایی که مستلزم تغییر سریع میدان های مغناطیسی است، اهمیت حیاتی دارد.

خطی بودن
خطی ستودنی نشان داده شده توسط مغناطیس‌سنج‌های شار گیت، همبستگی مستقیمی بین قدرت میدان مغناطیسی و خروجی حاصل برقرار می‌کند و پایه‌ای برای کالیبراسیون بدون زحمت و تفسیر دقیق داده‌ها ایجاد می‌کند.

مغناطیس سنج ها دستگاه هایی هستند که برای اندازه گیری میدان های مغناطیسی استفاده می شوند. هدف اصلی یک مغناطیس سنج تشخیص دقیق تغییرات مغناطیسی است و از خروجی آنها در مسیریابی، تشخیص اشیا و ردیابی موقعیت استفاده می شود. امروزه انواع مختلفی از مغناطیس‌سنج‌ها در دسترس هستند، از جمله Fluxgate، پمپ نوری، دستگاه تداخل کوانتومی ابررسانا (SQUID)، سنسورهای اثر هال، حسگرهای مقاومت مغناطیسی، نیروی لورنتز و سنسورهای القایی مغناطیسی.

مغناطیس سنج فلاکس گیت:فناوری fluxgate از مواد مغناطیسی استفاده می‌کند که هیسترزیس را تجربه می‌کنند و به آن‌ها اجازه می‌دهد به راحتی حتی کوچک‌ترین تغییرات در میدان‌های مغناطیسی را اندازه‌گیری کنند. مغناطیس‌سنج‌های فلاکس گیت در حالی که حساسیت خوبی دارند، حجیم هستند و توان قابل‌توجهی مصرف می‌کنند و کاربرد آن‌ها را در دستگاه‌های فشرده محدود می‌کنند.

مغناطیس‌سنج‌های پمپ‌شده نوری:این مغناطیس‌سنج‌ها از یک سلول بخار اتمی و لیزر برای اندازه‌گیری میدان‌های مغناطیسی استفاده می‌کنند. مغناطیس‌سنج‌های پمپ‌شده نوری به دلیل حساسیت و دقت بالای خود شناخته شده‌اند و برای تحقیقات علمی مناسب هستند. با این حال، طراحی پیچیده و هزینه های نسبتاً بالا، پذیرش گسترده آنها را برای کاربردهای تجاری محدود می کند.

مغناطیس سنج SQUID:مغناطیس سنج های SQUID به دلیل حساسیت فوق العاده خود مشهور هستند. این حسگرها از مواد ابررسانا استفاده می‌کنند و تغییرات میدان‌های مغناطیسی را با تشخیص تداخل کوانتومی در مدارهای ابررسانا اندازه‌گیری می‌کنند. با این حال، اتکای آنها به دماهای برودتی و نیاز به جابجایی دقیق، استفاده از آنها را در بیشتر کاربردها بسیار دشوار می کند.

مغناطیس سنج اثر هال:سنسورهای اثر هال با استفاده از اثر هال قدرت میدان مغناطیسی را تشخیص می دهند. ایجاد اختلاف پتانسیل الکتریکی در یک هادی به عنوان تولید ولتاژ شناخته می شود. عمود بر میدان مغناطیسی قرار دارد. اگرچه مغناطیس‌سنج‌های اثر هال اندازه‌های فشرده و مصرف انرژی کم را ارائه می‌دهند، اما حساسیت محدودی را ارائه می‌دهند و عمدتاً برای تشخیص روشن یا خاموش کردن انواع برنامه‌ها استفاده می‌شوند.

سنسورهای مقاومت مغناطیسی (MR):همه سنسورهای مغناطیسی مقاومتی بر این اصل کار می کنند که مواد مغناطیسی خاصی که روی یک بستر نیمه هادی قرار می گیرند، توانایی خود را در مقاومت در برابر جریان جریان متناسب با میدان مغناطیسی اعمال شده تغییر می دهند. اشکال اصلی حسگرهای مغناطیسی مقاومتی عبارتند از: مقاومت مغناطیسی ناهمسانگرد (AMR)، مقاومت مغناطیسی تونلی (TMR) و مقاومت مغناطیسی غول پیکر (GMR). هر سه این فناوری‌ها بر اساس میدان مغناطیسی اعمال شده، تغییراتی را در رسانایی نشان می‌دهند، اگرچه به روش‌های کمی متفاوت به آنها دست می‌یابند. هر سه دارای قابلیت اندازه گیری مغناطیسی مشابهی هستند و دلیل انتخاب یکی از سایرین معمولاً حول مسائل مربوط به قابلیت ساخت برای یک تامین کننده خاص می چرخد. AMR تا حد زیادی رایج ترین نوع سنسور مغناطیسی مقاومت مغناطیسی است که استفاده می شود.