磁力計の種類

この高レベルのガイドでは、スカラー、ベクトル、グラデーションなど、一般的なタイプの磁力計を紹介しています。

前回の記事では、磁力計の基本とその主な用途のいくつかを紹介しました。今日はさらに一歩進んで、最も一般的なタイプの磁力計を見ていきます。

スカラー磁力計

スカラー磁力計は、磁場の数値を正確に測定します。それぞれのタイプは、さまざまな物理現象に基づいています：

• ホール効果： 磁場を印加するときに導電体の両端に誘導される電圧を感知すると、磁場の測定に完全に使用できます
• プロトン歳差運動（PPM）： 核磁気共鳴を利用して、磁場中の陽子の共鳴を測定し、それらの再配向によってコイルに誘導される電圧を測定します。
• オーバーハウザー： ホール効果や陽子歳差磁力計に似ていますが、高周波信号を使用して電子スピンを分極します

地球物理学アプリケーション用のオーバーハウザー磁力計。画像はGemSystemの厚意により使用されました

ベクトル磁力計

• 帰納的： サンプルを変化する磁場にさらした後、いくつかの検出コイルに誘導された電流を測定することにより、いくつかの粒子の双極子モーメントを測定します。
• フラックスゲート： ドライブ巻線とセンス巻線の少なくとも2つのコイル巻線を備えた磁気リングコアで構成されています

フラックスゲート磁力計の巻線。インペリアルカレッジロンドンの画像提供

• ホール効果： 磁場に比例した電圧を生成し、そのモジュールと方向に関する情報を提供します。磁性材料の特性評価ではなく、センシングアプリケーションに広く使用されています
• 微小電気機械システム（MEMS）： 微視的スケールで光学的手段を使用して共振構造の動きを検出します

MEMS磁力計は安価でアクセスしやすいです。画像はSparkfunElectronicsの厚意により使用されました

グラジエント磁力計

それぞれの勾配磁力計は少し異なりますが、それぞれがほぼ同じ要素を持っています。第一に、それらは既知の磁場を生成するための装置を必要とします。それは交互または一定である可能性があります。第二に、勾配磁力計は、交流勾配場のソースを必要とします。最後に、合力を検出および測定するための電子的または光学的手段も必要です。

また、すべて共振動作をしているため、最大振幅に達すると、磁気サンプルは共振周波数を中心に移動します。

磁力計のもう1つの関連する側面は、磁場の方向です。 Zijlstraのような一部の磁力計では、交流磁場とDC磁場の両方が垂直に整列し、方向付けられていました。対照的に、フォナーの磁力計では、サンプルは磁場に対して垂直に振動するため、必要なセットアップの複雑さが軽減されます。

振動リード磁力計

Zijlstraは、1970年に最初の交互勾配磁力計の1つを発表しました。これは、以前の磁力計の制限を克服し、磁性材料の完全なヒステリシス曲線を測定することを目的としていました。

葦磁力計は細いワイヤーで構成されており、その端に特徴づけられる非常に小さなサンプルが取り付けられています。界磁勾配を作成するために、直列に対向して接続された、または差動結合された2つのコイルがあります。このフィールドはサンプルに力を発生させ、その結果、リードの振動を発生させます。動きが非常に微妙であるため、周波数はリードの機械的共振に等しく設定され、動きが増幅されて検出しやすくなります。葦の動きは、顕微鏡とストロボスコープランプを使用して観察されます。コイルを流れる電流が一定の場合、磁場も一定です。測定する動きは、サンプルの磁気モーメントに比例します。

Zijlstraの磁力計と以前の磁力計の最も顕著な違いは、感度と磁性材料を完全に特性化する機能です。完全な磁気特性評価を行うには、欠陥を避けるためにサンプルを非常に小さくする必要があります。問題は、ミクロンのサイズのサンプルを特性評価できる磁力計は、残留磁気や磁化率などの一部の磁気特性のみを特性評価でき、完全なヒステリシスサイクルは特性評価できないことです。 。

振動試料型磁力計（VSM）

磁気モーメントを測定するほとんどのデバイスには、交流磁場を生成するコイルと水平に整列した検出コイルがあります。

1959年にFonerによって発明された振動試料型磁力計（VSM）は、試料の動きが印加された磁場に垂直であるという目新しさをもたらしました。 Fonerはセットアップの複雑さを軽減し、磁石の大幅な変更を回避しました。

VSMは多くの研究所に存在し、市販されています。

市販の振動試料型磁力計（VSM）。 Microsenseの画像提供

複合交流磁力計

以前のものの特性を組み合わせた磁力計の3番目のカテゴリがあります。それらはいわゆる複合磁力計です。彼らはまだ2つの磁場を使用しています。ただし、1つの交互のフィールドと別の一定のフィールドだけを適用する代わりに、2つの交互のフィールドを適用します。最大の利点は、DCフィールドに限定されたVSMまたは他の磁力計と比較して、ACおよびDCでのサンプルの特性評価です。

他の磁力計は、サンプルの機械的共振周波数に等しい周波数の磁場を生成します。組み合わされた磁力計は、その差が共振周波数に等しい2つの磁場を生成します。磁場の1つを0Hzに設定できるため、従来の勾配磁力計として完全に機能します。両方の周波数を変化させると、デバイスはサセプトメーターとして機能し、磁気モーメントの高次高調波を測定します。このタイプの磁力計は、マドリード工科大学の研究者によって2015年に発明されました。